СПОСОБ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ RFID В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
METHODS AND APPARATUS FOR LONG RANGE RFID COMMUNICATIONS IN A PROCESS CONTROL SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Изобретение, в основном, относится к системам управления технологическими процессами и, более конкретно, к способам и устройствам дальней связи RFID в системах управления технологическими процессами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Системы управления технологическими процессами, подобные тем, которые используются в химических, нефтеперерабатывающих и других технологических процессах, обычно содержат один или более технологических контроллеров, соединенных посредством связи с одним или несколькими полевыми устройствами через аналоговые, цифровые или комбинированные аналоговые/цифровые шины. Полевые устройства, которые могут быть, например, измерительными устройствами, позиционерами клапанов, переключателями и передатчиками (например, датчиками температуры, давления и скорости потока), выполняют в технологическом процессе такие функции, как открывание или закрывание клапанов, и измерение параметров технологического процесса. Технологические контроллеры принимают сигналы, отображающие результаты измерений в технологическом процессе, выполняемых полевыми устройствами, и обрабатывают эту информацию для генерирования управляющих сигналов с целью реализации программы управления, выполнения других решений в технологическом процессе и для инициирования аварийных сигналов системы управления технологическим процессом.
[0003] Информация из полевых устройств и/или контроллера обычно делается доступной из магистральной шины передачи данных или сетевой связи одному или более других устройств или систем, таких как рабочие станции операторов, персональные компьютеры, архиваторы данных, генераторы рапортов, централизованные базы данных и т.д. Такие устройства или системы обычно располагаются в комнатах управления и/или других местах, расположенных удаленно относительно неблагоприятных производственных условий. Эти устройства и системы, например, выполняемые программные приложения, которые предоставляют возможность оператору выполнять любые разнообразные функции в соответствии с ходом реализации технологического процесса системой управления технологическим процессом, такие как наблюдение за текущим состоянием процесса, изменение рабочего состояния, изменение настроек работы системы управления, изменение функционирования контроллеров технологического процесса и/или полевых устройств, наблюдение за аварийными сигналами, генерируемыми полевыми устройствами и/или контроллерами технологического процесса, моделирование функций технологического процесса для тренировки персонала и/или оценки процесса, и т.д.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Описаны способы и устройства для дальней связи RFID в системе управления технологическим процессом. Примерное устройство содержит метку радиочастотной идентификации, соединенную посредством связи с полевым устройством системы управления технологическим процессом. Метка радиочастотной идентификации содержит процессор, встроенную память и антенну. Встроенная память хранит данные, полученные от полевого устройства для их передачи считывающему устройству радиочастотной идентификации. Питание для процессора и встроенной памяти подается от питания системы управления связанной с полевым устройством.
[0005] Другое примерное устройство содержит метку радиочастотной идентификации, соединенную посредством связи с полевым устройством системы управления технологическим процессом. Метка радиочастотной идентификации работает в полупассивном режиме. Примерное устройство также содержит устройство управления питанием, соединенное посредством связи с меткой радиочастотной идентификации и с полевым устройством. Устройство управления питанием обеспечивает питание метки радиочастотной идентификации получая его от устройства питания системы управления технологическим процессом.
[0006] Примерный способ включает обеспечение питанием метки радиочастотной идентификации, соединенной посредством связи с полевым устройством системы управления технологическим процессом, от питания системы управления, подводимого к полевому устройству. Примерный способ также включает хранение данных, полученных от полевого устройства, на метке радиочастотной идентификации. Примерный способ дополнительно включает беспроводную передачу данных на считывающее устройство радиочастотной идентификации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0007] Фиг. 1 является схематическим изображением примерной системы управления технологическим процессом, в которой могут быть реализованы положения настоящего описания изобретения.
[0008] Фиг. 2 иллюстрирует примерный способ реализации примерного устройства RFID по Фиг. 1.
[0009] Фиг. 3 иллюстрирует другой примерный способ реализации примерного устройства RFID по Фиг. 1.
[0010] Фиг. 4 иллюстрирует примерный способ реализации зашифрованных записей данных в примерном устройства RFID по Фиг. 2 и/или 3.
[0011] Фиг. 5 иллюстрирует частную реализацию примерных устройств RFID по Фиг. 2 и/или 3, предназначенных для подключения к приводу с контроллером клапана для управления клапаном.
[0012] Фиг. 6 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ реализации примерного устройства RFID по Фиг. 2 для беспроводной передачи данных от полевого устройства к локальному считывающему/записывающему устройству RFID.
[0013] Фиг. 7 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ реализации примерного устройства RFID по Фиг. 3 для беспроводной передачи данных от полевого устройства к локальному считывающему/записывающему устройству RFID.
[0014] Фиг. 8 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ реализации примерных устройств RFID по Фиг. 1, 2 и/или 3 для передачи данных от полевого устройства, запрашиваемых локально с помощью считывающего/записывающего устройства RFID.
[0015] Фиг. 9 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ реализации примерных устройств RFID по Фиг. 1, 2 и/или 3 для передачи данных, генерируемых локально с помощью считывающего/записывающего устройства RFID, устройству RFID, связанному с полевым устройством.
[0016] Фиг. 10 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ замены первого полевого устройства в примерной системе управления технологическим процессом 100 вторым сменным полевым устройством при использовании примерных устройств RFID по Фиг. 1, 2 и/или 3 для автоматической настройки второго сменного полевого устройства.
[0017] Фиг. 11 схематически иллюстрирует примерную процессорную платформу, которая может использоваться и/или программироваться для выполнения примерных способов по Фигурам 6-10 и/или, в общем случае, для реализации примерных устройств RFID по Фиг. 1, 2 и/или 3.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0018] Хотя полевые устройства, расположенные по системе управления технологическим процессом, могут отслеживаться наряду с соответствующими параметрами из центральной, удаленно расположенной комнаты управления, могут существовать обстоятельства, при которых операторы, инженеры и/или другой производственный персонал, находится в области, близкой к полевым устройствам как, например, во время инспектирования, обслуживания и/или ремонта полевых устройств и/или других элементов управления в производственном предприятии. Часто, обслуживание и ремонт планируются и управляемая во времени активность производства зависит от быстроты доступа к подробной производственной информации. В случае отказа полевых устройств и/или конечных управляющих элементов, невозможность доступа к технической информации, необходимой для завершения ремонта, в то время, пока производственный персонал располагается в области около таких компонентов, может приводить к дорогостоящим убыткам и/или потерям продукции. Более надежное оборудование и прогнозируемое обслуживание с прогнозирующими алгоритмами являются преимуществами настоящих концепций обслуживания, что требует доступности надежного обслуживания и ремонтной информации.
[0019] Такие программы обслуживания часто наводнены записями и системами заказа запчастей, которые содержат неправильные, просроченные, неполные и/или неаккуратные записи. Более того, без интегрального корпоративного решения, данные могут располагаться во множестве физических локаций и/или размещаться в электронных записях данных, к которым нет быстрого доступа для обслуживающего персонала при обходе. Как часть обычного обхода, каждая часть оборудования проверяется, и спецификации таблиц паспортов, такие как модель и серийные номера, записываются. Также собирается подробный массив атрибутов для каждого типа оборудования.
[0020] Дополнительно, в ситуациях обслуживания, в которых требуется локальная замена полевого устройства, настройка устройства и ввод в эксплуатацию могут стать значительной проблемой. В частности, полевые устройства, содержащие встроенные микропроцессоры и/или микроконтроллеры, могут иметь сложные конфигурации, которые требуют того, чтобы специалисты по обслуживанию сверялись с техническими данными, хранящимися удаленно, по всему решению предприятия. Во многих подобных ситуациях специалисты могут полагаться на письменные записи, которые могут быть устаревшими и/или могут быть неполными в других отношениях. Кроме того, в обстоятельствах, при которых специалисты подключаются к корпоративному решению для получения необходимых технических данных, доступ к данным может быть медленным (например, на основе протоколов связи, реализованных для передачи данных по всему предприятию). Соответственно, в таких ситуациях, в том числе, в других ситуациях, в которых персонал предприятия является локальным для полевых устройств, желательно обеспечить персоналу предприятия возможность связи с помощью полевых устройств, которые способны хранить соответствующие технические данные локально, чтобы обеспечить полную и актуальную информацию, независимо от малых скоростей обмена данными, чтобы получить ту же информацию, хранящуюся на удаленном узле.
[0021] В некоторых случаях персонал предприятия имеет при себе переносные портативные устройства связи, с помощью которых может связываться и/или запрашивать интересующие его устройства. Однако во многих подобных случаях физическое подключение переносного устройства связи к полевому устройству требует, чтобы персонал предприятия, например, отвинчивал и удалял крышку клемм полевого устройства. В результате, доступ к вышедшим из строя полевым устройствам обычно ограничивается, поскольку снятие крышки клемм с действующего в настоящее время полевого устройства (т.е. полевого устройства вовлеченного в работу) будет нарушать производственные нормы безопасности. Для преодоления данного препятствия для связи с полевыми устройствами были применены взрывобезопасные беспроводные приемопередатчики, а так же для дальнейшей беспроводной передачи данных куда-либо еще, в том числе в портативный беспроводный приемник, имеющийся у находящегося поблизости персонала предприятия.
[0022] Хотя беспроводные приемопередатчики являются улучшением, известные в настоящее время беспроводные приемопередатчики имеют ряд недостатков. Например, многие известные приемопередатчики полагаются на питание от системы управления (например, петли питания), которое подается соответствующему полевому устройству для зарядки аккумуляторных батарей и/или конденсаторов для питания беспроводных передач. Поскольку многие полевые устройства реализованы на ограниченном балансе мощности в результате сигнала низкого напряжения, обеспечиваемого питанием от системы управления, беспроводная связь с помощью широко известных беспроводных приемопередатчиков ограничена периодами времени, в течение которого доступна достаточная мощность, и/или после периода времени, в течение которого достаточная мощность была принята полевым устройством от источника питания системы управления. Таким образом, многие известные приемопередатчики не подходят для высокоскоростной связи и/или передачи значительных объемов данных. Кроме того, многие известные беспроводные приемопередатчики соединены через последовательный порт с проводным модемом, ассоциированным с конкретным протоколом связи, и обеспечивающим взаимодействие полевых устройств в системе управления технологическим процессом. В результате скорость передачи беспроводных приемопередатчиков ограничивается скоростью передачи соответствующего протокола, которая может быть относительно низкой (например, широко известный протокол HART ограничен скоростью 1200 бод). Кроме того, поскольку известные беспроводные приемопередатчики, как правило, для функционирования полагаются на питание системы управления, беспроводная передача данных возможна только в случае, если производственное предприятие действует, и конкретное полевое устройство не отключено каким-либо образом от энергоснабжения (например, не выведено из работы в связи с техническим обслуживанием).
[0023] Вышеуказанные ограничения преодолевают и обеспечивают высокоскоростную связь с полевым устройством, среди различных прочих преимуществ, воплощая положения, изложенные в настоящем описании и более подробно раскрытых ниже. В частности, в раскрываемых в данном документе положениях беспроводная связь достигается при помощи радиочастотной идентификации (radio-frequency identification, RFID), которая является очень энергоэффективной технологией. Например, сверхвысокочастотные (ultra-high frequency, UHF) пассивные метки получают энергию от электромагнитного поля (electromagnetic field, EMF), генерируемого от находящегося поблизости портативного считывающего устройства (например, обычно в радиусе примерно 30 футов (9,144 м)). Полупассивные метки используют локальную энергию (например, аккумуляторную батарею) для питания внутренних цепей, но все еще полагаются на питание от портативного считывающего устройства для связи с ним. В зависимости от параметров локального питания для связи, полупассивные метки могут иметь большее расстояние считывания, чем пассивные метки (например, до 90 футов (27,432 м)). Активные типы меток используют локальное питание для питания как внутренних цепей, так и для связи со считывающим устройством. Таким образом, активные метки демонстрируют значительное большие расстояния считывания (например, до 1000 футов (304,8 м)).
[0024] Различные варианты реализации RFID технологии зависят от различных инженерных компромиссов, связанных с особенностями конкретной промышленности, в которой применяется данная технология. Такие компромиссы осуществляются в результате сбалансирования параметров, таких как дальность считывания, дальность записи, стоимость, ресурс батареи, эксплуатационный ресурс, диапазон допустимых температур, атмосферостойкость и т.д. В контексте производства систем управления технологическими процессами некоторые эксплуатационные параметры, представляющие особый интерес, включают запись/считывание на больших расстояниях, высокую надежность и большой объем данных. Для достижения больших расстояний, может использоваться дальнеполевая или сверхвысокочастотная (UHF) RFID технология. Однако, чем выше дальность связи тем выше ограничения емкости памяти (если использовать пассивные метки) или более высокие требования к питанию (если использовать полупассивные или активные метки). Описанные в данном документе примеры достигают определенного баланса между этими характеристиками, что подходит для применения в производстве систем управления технологическими процессами.
[0025] В некоторых описанных примерах пассивная метка физически и посредством связи соединена с полевым устройством в системе управления технологическим процессом. В некоторых подобных примерах, после сбора данных от полевого устройства метка может передавать данные к расположенному вблизи портативному считывающему устройству на основе питания, полученному от ЭМП считывающего устройства. Таким образом, персонал предприятия, находящийся вблизи от полевого устройства, может осуществлять беспроводную связь с полевым устройством способом, при котором соблюдаются нормы безопасности предприятия, избегая необходимости в отвинчивании и удалении крышки клемм. Дополнительно, персонал предприятия может осуществлять беспроводную связь с полевым устройством, которое подпадает под ограничения безопасности и/или иным образом находится вне прямого доступа сотрудников предприятия (например, расположено высоко на башне или за другим оборудованием). Более того, в таких примерах, из-за того, что метка пассивна (например, не использует какого-либо питания кроме как от портативного считывателя), персонал предприятия может связываться с меткой вне зависимости от питания, подаваемого на полевое устройство. Таким образом, персонал предприятия может осуществлять беспроводную связь с меткой при работающем полевом устройстве, при обесточенном полевом устройстве или предприятии, и даже если полевое устройство удалено за пределы предприятия (например, для ремонта, перед установкой и т.д.)
[0026] В некоторых описанных примерах полупассивная метка физически и посредством связи соединена с полевым устройством в системе управления технологическим процессом. В таких примерах метка может получать питание от питания, предоставляемого системой управления, предназначенного для работы и связи с полевым устройством. В некоторых примерах питание получается от 4-20 мА аналоговых сигналов, посылаемых по проводам полевому устройству обычно упоминаемых как петля питания. В других примерах, питание получается от проводов 24 В цифровой шины, обычно упоминаемой как питание сети или питание шины. Как принято в настоящем описании, петля питания и питание сети в общем упоминаются в данном документе как питание системы управления.
[0027] В некоторых примерах, компромиссы между дальностью связи и емкостью памяти для полупассивных меток несколько смягчаются, поскольку дополнительный источник питания (например, питание системы управления) может питать память и соответствующий процессор метки. Таким же образом, может быть использована память большей емкости. Дополнительно, одновременно с получением питания от системы управления, ЭМП от портативного считывающего устройства может использоваться только для питания антенны, увеличивая таким образом дальность связи. Например, пассивная метка (которая питается только от ЭМП, генерируемого считывающим устройством) может иметь дальность до 30 футов (9,144 м), в то время, как полупассивная метка (которая дополнительно питается от батареи или получает другое вспомогательное питание, такое как питание системы управления) может иметь увеличенную дальность до 90 футов (27,432 м). Хотя эти дальности являются возможными, некоторые метки могут характеризоваться более длинными или более короткими дистанциями приема в зависимости от конкретной метки на основании других конструктивных соображений (например, цена, размер и т.д.).
[0028] Таким образом, получив преимущества питания системы управления (например, при реализации полупассивной метки), что доступно для большинства оборудования систем управления технологическими процессами, возможна реализация памяти увеличенной емкости и реализация увеличенной дальности связи. Дополнительно, дальности считывания около 90 футов (27,432 м), как описано выше, по всей вероятности позволят персоналу предприятия находиться в области доступа практически любого полевого устройства вне зависимости от его расположения. Дополнительно, полупассивные метки могут связываться ненаправленно так, что персонал предприятия не должен располагаться в определенном месте в радиусе передачи для связи с меткой, ассоциируемой с полевым устройством. Дополнительно, хотя полупассивные метки сконструированы для работы с дополнительным питанием (например, питанием системы управления), такие метки могут также работать в полностью пассивном режиме (например, при отсутствии питания системы управления). Однако, если память большей емкости встраивается в такие метки полагаясь на возможности питания системы управления (например, ожидается, что метки предпочтительно работают в полупассивном режиме), дальность связи метки в пассивном режиме может значительно уменьшиться до малой дальности (например, один фут (0,30 м) или менее). Таким образом, хотя связь с такими метками возможна без питания системы управления, такая связь может быть ограничена до момента, при котором портативное считывающее устройство будет помещено в область вблизи к полевому устройству (например, напротив технического специалиста для ремонта). Таким образом, примерные способы и устройства, описанные в данном документе, используют различные пассивные или полупассивные реализации, представляющие различные компромиссы между памятью и дальностью связи в установках как для ситуаций, в которых питание системы управления доступно и в которых такое питание системы управления может быть не доступно. Кроме того, в то время как пассивные метки RFID, как правило, имеют ограниченную встроенную память, в некоторых примерах, по мере сбора данных от полевого устройства, данные сохраняются в отдельной энергонезависимой памяти, при необходимости доступной через метку RFID на основе запроса через переносное считывающее/записывающее устройство RFID. При сборе и хранении данных таким образом, данные эффективно сохраняются для быстрого извлечения без ограничения медленной связью из-за потребности в потребляемой мощности другими известными беспроводными приемопередатчиками и/или из-за ограничений протокола связи, реализованного в системе управления технологическим процессом. Кроме того, отдельная энергонезависимая память предоставляет дополнительную память для соответствующего полевого устройства, которая может быть использована для хранения дополнительной информации, связанной с идентификацией, обслуживанием и/или вводом в эксплуатацию полевого устройства, для содействия в обслуживании и ремонте неисправных устройств. В некоторых примерах сообщения из центрального пульта управления также могут быть записаны в энергонезависимой памяти для извлечения персоналом предприятия во время обхода и/или в любое другое время. Кроме того, в некоторых примерах переносное считывающее/записывающее устройство RFID может быть использовано для обновления и или предоставления дополнительной информации в энергонезависимую память для последующих ссылок и доступа. Кроме того в некоторых примерах запись данных в энергонезависимую память и соответствующий доступ к данным реализуется, используя асимметричное шифрование для подтверждения и/или аутентификации достоверности данных. Дополнительно, в некоторых примерах, метка RFID полностью активна, так что антенна также питается питанием системы управления и, таким образом, задействуется для широковещательной трансляции сигналов и достигает даже больших дальностей связи.
[0029] Фиг. 1 является схематическим изображением примерной системы управления технологическим процессом 100, в которой могут быть реализованы положения настоящего описания изобретения. Примерная система управления технологическим процессом 100 по Фиг. 1 содержит один или более контроллеров управления технологическим процессом (один из которых обозначен ссылочным номером 102), одну или более операторских станций (одна из которых обозначена ссылочным номером 104), и одну или более рабочих станций (одна из которых обозначена ссылочным номером 106). Примерный контроллер управления технологическим процессом 102, примерная операторская станция 104 и примерная рабочая станция 106 соединены посредством связи с помощью шины и/или локальной сети (local area network, LAN) 108, которую обычно называют сетью управления приложениями (application control network, ACN).
[0030] Примерная операторская станция 104 по Фиг. 1 позволяет оператору, инженеру и/или другому персоналу предприятия просматривать и/или управлять одним или более дисплейным экраном оператора и/или приложением, что обеспечивает персоналу предприятия возможность просматривать переменные, состояния, условия, сигналы тревоги системы управления технологическим процессом; изменять настройки системы управления технологическим процессом (например, заданные значения, рабочие состояния, сброс аварийных сигналов, отключение сигнализации и др.); настраивать и/или калибровать устройства в системе управления технологическим процессом 100; выполнять диагностику устройств в системе управления технологическим процессом 100; и/или иным образом взаимодействовать с устройствами в системе управления технологическим процессом 100.
[0031] Примерная рабочая станция 106 по Фиг. 1 может быть выполнена как станция приложения для выполнения одного или более приложений информационной технологии, пользовательских интерактивных приложений и/или приложений связи. Например, рабочая станция 106 может быть реализована с возможностью выполнения, главным образом, приложений, связанных с управлением технологическим процессом, тогда как другая рабочая станция (не показано) может быть реализована с возможностью выполнения, главным образом, приложений связи, что дает возможность системе управления технологическим процессом 100 обмениваться сообщениями с другими устройствами или системами, используя любую предпочитаемую среду передачи данных (например, беспроводную, проводную и др.) и протоколы (например, HTTP, SOAP, и др.). Примерная операторская станция 104 и примерная рабочая станция 106 по Фиг. 1 могут быть реализованы с применением одной или более рабочих станций и/или любых других подходящих компьютерных систем и/или систем обработки. Например, операторская станция 104 и/или рабочая станция 106 могут быть выполнены с использованием однопроцессорных персональных компьютеров, одно- или многопроцессорных рабочих станций и т.д.
[0032] Примерная LAN 108 по Фиг. 1 может быть реализована с использованием любой предпочитаемой среды передачи данных и протокола. Например, примерная LAN 108 может быть основана на проводной и/или беспроводной схеме связи Ethernet. Однако могут быть использованы любые другие подходящие среды(а) передачи данных и/или протокол(ы). Кроме того, хотя на Фиг. 1, показана одна LAN 108, для обеспечения канала связи с избыточным резервом может быть использована больше чем одна LAN и/или другие альтернативные элементы связи между примерами систем по Фиг. 1.
[0033] Примерный контроллер управления 102 по Фиг. 1 может быть, например, контроллером DeltaV™, продаваемым отделением Fisher-Rosemount Systems, Inc., компании Emerson Process Management. Однако, вместо этого могут быть использованы любые другие контроллеры управления. Кроме того, хотя показан только один контроллер управления 102 на Фиг. 1, с LAN 108 могут быть соединены дополнительные контроллеры управления и/или платформы управления технологическим процессом любого необходимого типа и/или комбинации типов. В любом случае, примерный контроллер управления 102 выполняет одну или более программ управления процессом, связанных с системой управления технологическим процессом 100, созданных системным инженером и/или другим персоналом предприятия, при использовании операторской станции 104, и которые были загружены и/или установлены в контроллер управления 102.
[0034] Как показано в иллюстративном примере по Фиг. 1, примерный контроллер управления 102 может быть соединен с множеством интеллектуальных полевых устройств 110, 112, 114 посредством шины данных 116 и шлюза ввода/вывода (input/output, I/O) 118. Интеллектуальные полевые устройства 110, 112, 114 могут представлять собой совместимые с промышленной сетью, передатчики, датчики и др., при этом интеллектуальные полевые устройства 110, 112, 114 обмениваются данными при помощи шины данных 116, используя широко известный протокол связи Foundation Fieldbus. Естественно, вместо этого могут быть использованы другие типы интеллектуальных полевых устройств и протоколов связи. Например, интеллектуальные полевые устройства 110, 112, 114 могут быть использованы вместо устройств, совместимых с Profibus и/или HART, которые обмениваются данными через шину данных 116, используя широко известные протоколы связи Profibus и HART. Дополнительные устройства ввода/вывода (аналогичные или идентичные шлюзу ввода/вывода 118) могут быть соединены с контролером управления 102, чтобы задействовать дополнительные группы интеллектуальных полевых устройств, которые могут представлять собой устройства Foundation Fieldbus, устройства HART и др., для связи с контроллером 102.
[0035] В дополнение к примерным интеллектуальным полевым устройствам 110, 112, 114, соединенным с помощью шлюза ввода/вывода 118, одно или более интеллектуальных полевых устройств 122 и/или одно или более не интеллектуальных полевых устройств 120 могут быть соединены посредством связи с примерным контроллером 102. Примерное интеллектуальное полевое устройство 122 и не интеллектуальное полевое устройство 120 по Фиг. 1, могут быть, например, обычными 4-20 миллиамперными (мА) или 0-24 вольтными устройствами постоянного тока, которые связаны с контроллером 102 при помощи соответствующих проводных цепей. В таких примерах проводные цепи обеспечивают возможность связи полевого устройства 120 с контроллером 102 и обеспечивают электрическое питание для полевого устройства 120 (например, петля питания, сетевое питание).
[0036] Кроме того, каждое из полевых устройств 110, 120, 122, показанное в иллюстративном примере по Фиг. 1, соединено с соответствующим устройством RFID 124. Что касается интеллектуальных полевых устройств 110, 122 в показанном примере, соответствующее устройство RFID 124 может преобразовать (например, с помощью модема) выходные данные, полученные от полевых устройств 110, 122 (например, величины параметров, диагностические данные и др.), в соответствии с конкретным протоколом связи, связанным с полевыми устройствами 110, 122 (например, HART, Profibus, Foundation Fieldbus и др.), для передачи к считывающему/записывающему устройству RFID 206 (Фиг. 2). Кроме того, в некоторых примерах, устройство RFID 124 может преобразовывать (например, с помощью модема) входные данные, получаемые от считывающего/записывающего устройства RFID 206 для передачи полевым устройствам 110, 122 и/или другим компонентам системы управления технологическим процессом 100 в соответствии с конкретным протоколом связи. В некоторых примерах, устройство RFID 124 не содержит модем и просто записывает данные, получаемые от интеллектуальных полевых устройств 110, 122 и/или не интеллектуального полевого устройства 120 напрямую в память для передачи считывающему/записывающему устройству RFID 206. Кроме того, в дополнение к хранению и передаче данных управления технологическим процессом, в некоторых примерах устройство RFID 124 сохраняет другие данные (например, записи о техобслуживании, списки запасных частей, данные платы последовательного доступа и др.), связанные с соответствующим интеллектуальным полевым устройством 110, 122 или не интеллектуальным полевым устройством 120, как подробно описано ниже. В некоторых примерах такие данные также передаются устройству RFID 124 с помощью соответствующего полевого устройства. Дополнительно или альтернативно, в некоторых примерах такие данные передаются через считывающее/записывающее устройство RFID 206. В некоторых примерах связь между устройством RFID 124 и считывающим/записывающим устройством RFID 206 запитывается считывающим/записывающим устройством RFID 206 (например, ЭМП считывающего/записывающего устройства RFID 206 питает устройство RFID 124). Соответственно, устройство RFID 124 обеспечивает персоналу предприятия возможность локальной и беспроводной передачи данных с помощью полевых устройств 110, 120, 122 без необходимости потребления мощности, которая может уменьшать энергетическую эффективность системы управления технологическим процессом (например, за счет потерь на питании системы управления) и/или увеличивать затраты на обслуживание (например, за счет потребности в приобретении и/или замене аккумуляторных батарей). В других примерах, устройство RFID 124 по меньшей мере частично питается с помощью системы управления технологическим процессом (например, в полупассивном RFID режиме), таким образом предоставляя возможность передачи данных на большие расстояния и разрешая большую вместимость памяти. В других примерах, устройство RFID 124 полностью питается при помощи системы управления технологическим процессом (например, в активном RFID режиме), для предоставления возможности антенне широковещательной трансляции сигнала вместо обратно отраженного сигнала от считывающего/записывающего устройства RFID. В таких примерах, достижимы значительно большие дальности связи (например, до 1000 футов (304,8 м)).
[0037] Примерные способы реализации устройства RFID 124, в соответствии с описанными в данном документе положениями, показаны и описаны ниже применительно к Фигурам 2 и 3. Должно быть понятно, что одно устройство RFID 124 может быть использовано для взаимодействия с более чем одним из полевых устройств 110, 112, 114, 120, 122 путем перемещения устройства RFID 124 от одного устройства к другому, в зависимости от обстоятельств технологической системы и конкретных нужд персонала предприятия. Дополнительно или альтернативно, как показано на Фиг. 1, множество устройств RFID может быть подключено к любому или всем полевым устройствам 110, 112, 114, 120, 122. Более конкретно, в некоторых примерах каждое полевое устройство 110, 112, 114, 120, 122 (или по меньшей мере некоторые из полевых устройств) соединено с отдельным устройством RFID 124 и остается соединенным с соответствующим устройством RFID 124 в течение всего срока или части срока службы полевого устройства. В некоторых таких примерах устройства RFID 124 содержат энергонезависимую память 208 (Фиг. 2), отдельную от внутренней памяти соответствующего полевого устройства 122. В таких примерах устройство RFID 124 способно сохранять данные платы последовательного доступа и/или любые другие данные, связанные с идентификацией, обслуживанием, настройкой и/или работой полевого устройства 122. Как правило, память в полевом устройстве довольно ограничена, так что большая часть этих данных (например, документация и архивные записи об обслуживании, ремонте, замене деталей и др.) сохраняются удаленно в центральной базе данных по обслуживанию для всего предприятия. Однако при соединении устройства RFID 124 с собственной энергонезависимой памятью 208, в соответствии с раскрытыми в настоящем описании положениями, эти данные могут быть быстро и легко доступны персоналу предприятия, находящемуся вблизи полевого устройства (например, во время обхода) с помощью считывающего/записывающего устройства RFID 206. Кроме того, в таких примерах данные, связанные с полевым устройством 122, сохраняемые в устройстве RFID 124, доступны даже тогда, когда полевое устройство 122 выведено из эксплуатации и/или удалено из периметра предприятия (например, при вывозе для ремонта). Дополнительно, как подробно описано ниже, в некоторых примерах по меньшей мере некоторые из данных могут быть сохранены во встроенной памяти метки RFID 210 (Фиг. 2) в устройстве RFID 124, так что данные могут быть доступны без источника питания в полевом устройстве 122 (например, если метка RFID 210 работает в пассивном режиме).
[0038] В то время как на Фиг. 1 показана примерная система управления технологическим процессом 100, в которой способы и устройства связи с полевыми устройствами системы управления технологическим процессом, с использованием устройства RFID, подробно описанные ниже, могут быть преимущественно применены, способы и устройства, описанные в данном документе, могут при необходимости преимущественно применены в других технологических установках и/или системах управления технологическим процессом большей или меньшей сложности (например, имеющих более чем один контроллер, в более чем одном географическом местоположении, и т.д.), чем показано в примере на Фиг. 1.
[0039] Фиг. 2 иллюстрирует примерное устройство RFID 200, которое может быть использовано для реализации примерного устройства RFID 124 по Фиг. 1. В проиллюстрированном примере, устройство RFID 200 соединено с полевым устройством 122 системы управления технологическим процессом 100 по Фиг. 1 (остальная часть которой представлена с помощью распределенной системы управления (distributed control system, DCS), блок 201). В показанном примере устройство 200 RFID содержит HART-модем 202, микроконтроллер 204, связанный с оперативным запоминающим устройством (random access memory, RAM) 207 и энергонезависимой памятью 208. Устройство RFID 200 также содержит метку RFID 210, которая содержит главный процессор RFID 212, и встроенную память RFID 214 (также форма энергонезависимой памяти), и антенну RFID 216. В некоторых примерах процессор RFID 212, встроенная память RFID 214 и антенна RFID 216 по Фиг. являются инкорпорированными в единую интегральную схему (1С).
[0040] В показанном примере по Фиг. 2, полевое устройство 122 определено как полевое устройство, совместимое с протоколом HART. Как указано выше, положения настоящего описания изобретения могут быть реализованы применительно к полевому устройству с использованием любого подходящего протокола связи. Однако дальнейшее описание поясняется, в качестве примера, в терминах протокола связи HART. Таким образом, как показано на Фиг. 2, полевое устройство HART 122 соединено посредством связи с DCS 201 с помощью пары сигнальных проводов 218 (представленных двумя сплошными линиями) для обмена данными в соответствии с протоколом HART. Дополнительно для передачи и получения сигналов управления по сигнальным проводам 218, полевое устройство 122 также получает питание из сигнальных проводов 218 (например, полевое устройство питается системой управления, что в контексте протокола HART означает питание от петли питания). Дополнительно, в показанном примере устройство RFID 200 связано с сигнальными проводами 218, так что полевое устройство HART 122 соединено посредством связи с устройством RFID 200 с помощью HART модема 202, и для обеспечения возможности устройству RFID 200 извлекать питание от петли питания 4-20 мА, обеспечиваемой сигнальными проводами 218. Хотя устройство RFID 200 по Фиг. 2 проиллюстрировано как независимо подключенное к сигнальным проводам 218, в некоторых примерах, устройство RFID 200 соединено с сигнальными проводами 218 с помощью полевого устройства 122 как будет описано более конкретно в соответствии с Фиг. 5.
[0041] Примерный модем HART 202 выполнен с возможностью передавать данные от полевого устройства HART 122 в соответствии с протоколом HART (или любым другим подходящим протоколом связи) к микроконтроллеру 204, в соответствии с протоколом последовательной передачи данных (например, универсальная последовательная шина (universal serial bus, USB), Ethernet, синхронная последовательная (например, шина последовательного полевого интерфейса (serial peripheral interface, SPI)) и др.). Дополнительно, примерный модем HART 202 выполнен с возможностью передачи данных от микроконтроллера 204 в соответствии с последовательным протоколом связи к полевому устройству HART 122 и/или к DCS 201 в соответствии с протоколом HART.
[0042] Примерный микроконтроллер 204 управляет синхронизацией и/или планированием данных, отправляемых к полевому устройству 122 и/или от него, и/или к метке RFID 210. В некоторых примерах данные содержат запросы данных опроса (например, величин переменных технологического процесса, аварийных сигналов и т.д.) от полевого устройства 122. В других примерах данные содержат команды, предписывающие полевому устройству 122 выполнять определенные функции (например, настройку, калибровку, диагностику, ввод в действие и пр.). Данные, полученные микроконтроллером 202 в показанном примере, могут быть временно сохранены в RAM 207 и/или долговременно - в энергонезависимой памяти 208. Дополнительно или альтернативно, данные, принятые микроконтроллером 204, могут быть отправлены к процессору RFID 212 для последующего хранения в соответствующей встроенной памяти RFID 214, и/или переданы к внешнему считывающему/записывающему устройству RFID 206 через антенну RFID 216.
[0043] Как указано скобкой 230, обмен данными между полевым устройством 122, модемом HART 202 устройства RFID 200 и DCS 201 является сравнительно медленным или низкоскоростным, поскольку связь регулируется протоколом HART, который ограничен скоростью примерно 1200 бод. Напротив, обмен данными между другими элементами, показанными на Фиг. 2, как указано скобкой 232, является довольно быстрым, так как он основан на высокоскоростном последовательном протоколе связи (например, шина SPI), который может достигать примерно 115 кбит/с. Таким образом, при реализации примерного устройства RFID 200, в соответствии с раскрытыми положениями настоящего описания изобретения, сравнительно медленный обмен данными на основе протокола HART может отслеживаться сверхурочно и запоминаться или сохраняться в энергонезависимой памяти 208 и/или встроенной памяти RFID 214 для последующего доступа персонала предприятия, имеющего при себе считывающее/записывающее устройство RFID (например, считывающее/записывающее устройство RFID 206, показанное на Фиг. 2) на более высокой скорости посредством протокола связи последовательной шины.
[0044] Как указано скобкой 222, обмен данными, связанными с полевым устройством 122, модемом HART 202, микроконтроллером 204, энергонезависимой памятью 208 и оперативной памятью 207 (представленной на Фиг. 2 сплошными линиями 224), для работы требует энергии от DCS 201 через сигнальные провода 218 (то есть, эти устройства питаются от петли питания). Напротив, как указано скобкой 226, обмен данными в метке RFID 210 (представлен пунктирными линиями 228) и беспроводная связь между антенной RFID 216 и считывающим/записывающим устройством RFID 206 не требует питания от системы управления (например, петли питания). Наоборот, при обмене данными RFID в показанном примере (например, который указан пунктирными линиями 228) питание извлекается из считывающего/записывающего устройства RFID 206 за счет электромагнитной индукции. Итак, возможно не только функционирование метки RFID 210 без питания от петли питания, но метка RFID 210 может функционировать без питания от батарей или заряженных конденсаторов (например, которые могут быть заряжены на основе доступного питания от петли питания), так что данные, сохраняемые во встроенной памяти RFID 214 метки RFID 210, доступны в любое время считывающему/записывающему устройству RFID 206 в диапазоне действия антенны 216.
[0045] В некоторых примерах объем данных, которые могут сохраняться внутри метки RFID 210 (например, во встроенной памяти RFID 214), сравнительно ограничен, поскольку метка питается считывающим/записывающим устройством RFID 206. Например, многие известные пассивные метки RFID обычно имеют верхнее пороговое значение памяти в 32 килобайта. Однако в технологии RFID существует компромисс между доступным объемом памяти и диапазоном, в котором данные, сохраненные в памяти, могут быть доступны за счет беспроводной связи посредством считывающего/записывающего устройства RFID. Например, использование 32 килобайт памяти может ограничить диапазон связи RFID примерно до 2 футов (0,6096 м), в то время как меньшие объемы памяти (например, 512 бит) могут обеспечивать диапазон, превышающий 30 футов (9,144 м) (диапазон также может зависеть от конструкции антенны метки RFID). В некоторых примерах диапазон 2 фута (0,6096 м) может быть приемлемым. Однако, в других примерах, в которых полевое устройство не может быть быстро доступно персоналу предприятия в цеху (например, расположено высоко, расположено за другим оборудованием, подлежит ограничениям безопасности и т.д.), встроенная память RFID 214 метки RFID 210, соответствующей такому полевому устройству, может содержать только 512 бит данных, что разрешает дальность связи приблизительно 30 футов (9,144 м). Соответственно, термины «локальный», «возле», «вблизи» и родственные термины, связанные с местоположением или позицией персонала предприятия и/или считывающего/записывающего устройства RFID относительно полевого устройства, явно определяются, как находящиеся в пределах максимального диапазона связи между считывающим/записывающим устройством RFID и устройством RFID, связанным с соответствующим полевым устройством.
[0046] Хотя память метки RFID 210 (например, встроенная память RFID 214) сравнительно ограничена, энергонезависимая память 208, связанная с микроконтроллером 204, в некоторых примерах может быть намного больше. Таким образом, дополнительные данные, связанные с полевым устройством 122, могут быть сохранены, что в противном случае было бы недоступно из-за ограниченного объема памяти полевого устройства 122. Например, в некоторых примерах энергонезависимая память 208 сохраняет данные об обслуживании и/или ремонте в течение всего срока службы полевого устройства 122 (или какой-либо его части). Такие данные могут содержать списки рекомендуемых запчастей, фотографии, номер модели/серии полевого устройства и/или связанных деталей, инструкции и/или процедуры по техобслуживанию, а также архивные данные о природе и своевременности каких-либо неисправностей устройства, и результирующие меры по техобслуживанию (например, аварийные сигналы, результаты диагностических испытаний, замена деталей и т.д.). Таким образом, всякий раз, как специалисты по техобслуживанию проверяют полевое устройство, (например, во время планового обхода или вследствие неисправности устройства), они будут получать немедленный и удобный доступ ко всем релевантным данным, чтобы иметь возможность оценить ситуацию и/или осуществлять соответствующие последующие шаги. Кроме того, таким образом, те же релевантные данные доступны, даже если устройство снято и вывезено с предприятия с целью ремонта и/или более полных диагностических испытаний.
[0047] Кроме того, в показанном примере обмен данными между микроконтроллером 204 и процессором RFID 212 использует питание от петли питания, так что не все данные, которые могут быть сохранены в энергонезависимой памяти 208, связанные с микроконтроллером 204, будут доступны для метки RFID 210 при отсутствии питания. Соответственно, в некоторых примерах группа данных, полученных от полевого устройства 122, которые, вероятно, являются наиболее полезными, при отсутствии питания сохраняется непосредственно на метке RFID 210 (например, во встроенной памяти RFID 214), как более подробно описано ниже. Даже если, что не типично, метка RFID 210 может сохранять все данные, собранные от полевого устройства 122, поскольку количество требуемой памяти достигает памяти, доступной в встроенной памяти RFID 214, кэширование данных из энергонезависимой памяти 208 по прежнему предоставляет преимущество беспроводного доступа к данным (с помощью считывающего/записывающего устройства RFID 206) на скоростях связи значительно превышающих возможные в полевом устройстве 122 опрашиваемого напрямую, что является предметом относительно низкой скорости передачи данных протокола HART. Однако, в проиллюстрированном примере, петля питания используется для предоставления возможности метке RFID 210 связываться с микроконтроллером 204 и обращаться к энергонезависимой памяти 208 (например, микроконтроллер 204 и энергонезависимая память 208 питаются от петли питания).
[0048] При реализации связи посредством RFID технологии в соответствии с положениями описанными в соответствии с Фиг. 2 имеются некоторые преимущества. Во-первых, передачи данных RFID могут происходить тогда, когда они затребованы и персонал предприятия обладает считывающим/записывающим устройством RFID, находящимся на подходящем удалении. То есть, RFID связь между меткой RFID 210 и считывающим/записывающим устройством RFID 206 проиллюстрированного примера не зависит от системы управления технологическим процессом 100 находящейся в рабочем состоянии и получающей питание. Напротив, другие известные беспроводные радио приемопередатчики, используемые в системах управления технологическими процессами (например, на основе протокола связи ZigBee), требуют значительной мощности питания, которая часто снимается с доступного питания петли питания, подаваемого соответствующему полевому устройству за время, пока емкости связанные с приемопередатчиком, не зарядятся достаточно для питания передачи сигнала. Из-за ограниченного запаса мощности, часто связанного с низковольтными источниками питания, предоставляемыми полевым устройствам, может быть необходима задержка до минуты для сбора достаточного количества энергии для передачи команды HART. При таких ограничениях, типы (и количество) возможных беспроводных передач значительно ограничивается (например, для обеспечения базовых данных управления, таких как значения переменных технологического процесса и/или других ключевых параметров). Например, диагностирование и/или настройка полевого устройства HART может содержать более чем 1000 команд HART. При приблизительно одной команде HART в минуту, беспроводные приемопередатчики на основе ZigBee не применяются в таких целях. Однако, поскольку RFID технология не использует другого питания, кроме того, что предоставляется считывающим/записывающим устройством RFID, данные могут свободно передаваться в случае, если считывающее/записывающее устройство RFID находится в пределах действия антенны метки RFID.
[0049] Другим преимуществом использования метки RFID 210 проиллюстрированного примера обеспечения беспроводной передачи данных является то, что передача данных может выполняться даже если DCS 201 выключен, полевое устройство 122 вышло из строя и/или питание каким-либо образом отключено. Таким образом, метка RFID 210 может связываться с считывающим/записывающим устройством RFID 206 не только в случае, если полевое устройство 122 отключено, та же связь по прежнему доступна даже если полевое устройство вывезено за пределы предприятия (например, в случае вывоза для ремонта) и/или установлено и запускается и налаживается в системе управления. Поскольку передачи данных производятся без питания от петли питания, соответствующие данные в таких примерах хранятся на плате метки RFID 210 (например, во встроенной памяти RFID 214). В таких примерах, из-за ограничений памяти метки RFID 210, только те данные, которые скорее всего необходимы при отключенном питании, хранятся в метке RFID 210 (любые дополнительные данные, собранные от полевого устройства 122, могут сохраняться в энергонезависимой памяти 208). В некоторых примерах данные, сохраняемые в метке RFID 210, связаны с идентификацией (например, данные платы последовательного доступа), обслуживанием, и/или вводом в эксплуатацию, и/или настройкой полевого устройства 122. Сохранение такой информации на метке RFID 210 является преимуществом, поскольку данные могут быть использованы для улучшения точности и скорости, с которой полевое устройство 122 может быть отремонтировано (во множестве случаев, при которых полевое устройство было обесточено). Например, сохраняя серийный номер полевого устройства 122 на метке RFID 210 (которая, в некоторых примерах, физически прикреплена к полевому устройству даже во время транспортирования на ремонт), полевое устройство 122 может быть опознано во время процесса транспортирования (например, если оно помещено в контейнер на грузовике) для уменьшения вероятности утраты полевого устройства 122 и/или ошибочной подмены другим устройством.
[0050] Дополнительно, в некоторых примерах, данные обслуживания связанные с полевым устройством 122 сохраненные во встроенной памяти RFID 214 метки RFID 210 могут содержать данные производителя, список запчастей (например, на основании базовой конструктивной записи (ЕМ - базовая конструктивная, БК) для уменьшения требуемой памяти), рекомендации по запчастям, изображений/фотографий полевого устройства 122 и/или соответствующих деталей и/или записей обслуживания (например, даты последнего обслуживания и/или настройки, даты первой установки полевого устройства 122 и т.д.). В соответствии с раскрытыми положениями настоящего описания изобретения, любые или все представленные выше формы данных обслуживания могут быть доступны до того как полевое устройство 122 будет подключено к источнику питания для облегчения заказа запчастей и/или скорости с которой проблемы могут быть устранены и окончательно отремонтированы.
[0051] Дополнительно, скорость передачи данных беспроводной передачи с использованием метки 210 RFID намного выше, чем у других известных беспроводных приемопередатчиков в системе управления технологическим процессом. Например, в контексте беспроводного протокола HART, известные приемопередатчики, как правило, установлены в последовательной связи с проводным модемом HART, так что приемопередатчик ограничен до скорости протокола HART, связанной с модемом (например, 1200 бод). Напротив, устройство RFID 200 по Фиг. 2, выполнено в соответствии с высокоскоростной последовательной шиной, которая обеспечивает значительно более быструю связь. Таким образом, тогда как передача данных, которая связана с данными, сохраненными в энергонезависимой памяти 208, зависит от питания от петли питания, скорость, с которой данные (ранее запрашиваемые у полевого устройства 122) могут быть доступны, является существенно улучшенной по сравнению с опросом полевого устройства 122 напрямую.
[0052] Соответствующее преимущество устройства RFID 200 связано с тем, что высокая скорость передачи данных возможна, пока полевое устройство снабжается энергией. Часто существует, по сути, правило неприкосновенности для оборудования управления технологическим процессом, когда процесс находится в действии, так что инженеры или другой обслуживающий персонал могут получать доступ только к сигналам тревоги, аварийным сигналам или диагностическим данным для полевого устройства через базу данных предприятия. Тогда как данная информация доступна из комнаты управления и/или удаленного терминала в ремонтном цехе, такая информация, в основном, недоступна, если персонал находится вблизи полевого устройства, поскольку известные беспроводные приемопередатчики ограничены (например, скоростью/частотой связи, как описано выше), и установка постоянного соединения с полевым устройством может потребовать отвинчивания крышки клемм (что может нарушать политику безопасности предприятия) и/или вывода полевого устройства из эксплуатации, тем самым нарушая операции предприятия. Однако в примере устройства RFID 200, высокая скорость передачи данных и характер беспроводной связи преодолевает эти препятствия для персонала с помощью переносного считывающего/записывающего устройства RFID (например, считывающего/записывающего устройства RFID 206) возле или вблизи местоположения полевого устройства 122.
[0053] Дополнительно, в некоторых примерах метка RFID 210 может хранить конкретную метку для полевого устройства 122 и/или другие данные, связанные с вводом в эксплуатацию и/или настройкой полевого устройства 122. В общем, при вводе в эксплуатацию или настройке полевого устройства эксплуатационный специалист выполняет ряд испытаний для проверки функциональных возможностей полевого устройства, и последовательно настраивает и калибрует полевое устройство, сохраняя эксплуатационные параметры в полевом устройстве для установки на производственном предприятии. В некоторых примерах такие эксплуатационные параметры для настройки и калибровки полевого устройства сохраняются во встроенной памяти 214 метки RFID 210. В таких примерах, при отказе полевого устройства или необходимой его замене по другим причинам, персонал предприятия может быстро получить рабочие настройки от вышедшего из строя устройства (с помощью считывающего/записывающего устройства RFID 206) и загрузить их на другую метку RFID 210, соответствующую сменному полевому устройству. В других примерах, устройство RFID 200 может быть взято от удаленного полевого устройства и соединено со сменным полевым устройством для предоставления сохраненных рабочих настроек напрямую новому сменному устройству. Реализуя любой из приведенных выше примеров, временные затраты на замену сменных полевых устройств могут быть существенно уменьшены. То есть обычный ручной процесс проверки и/или заполнения переменных и других параметров для ввода в эксплуатацию и настройки полевого устройства 122 может быть автоматизирован для существенного уменьшения затрат на рабочую силу и улучшения точности за счет снижения ошибок при записи. Кроме того, некоторых примерах полевые устройства (например, полевые устройства 122) могут временно заменяться или выводиться из работы на время ремонта до их переустановки обратно в систему производственного процесса. В некоторых подобных примерах, если любые данные связанные с полевым устройством 122 изменяются после ремонта, память в метке RFID 210 может быть обновлена (пока полевое устройство 122 получает питание) так, что новая информация доступна (с помощью считывающего/записывающего устройства RFID 206) до того как полевое устройство 122 переустанавливается и снова вводится в эксплуатацию в системе управления технологическим процессом 100.
[0054] Фиг. 3 иллюстрирует другое примерное устройство RFID 300, которое может быть использовано для реализации примерного устройства RFID 124 по Фиг. 1. Как обозначено, на Фиг. 2, устройство RFID 300 по Фиг. 3 показано соединенным с полевым устройством 122 системы управления технологическим процессом 100 по Фиг. 1 (остальная часть которой представлена с помощью распределенной системы управления (distributed control system, DCS), блок 201). В проиллюстрированном примере, устройство RFID 300 содержит устройство управления питанием 302, емкость 304, метку RFID 306, которая содержит главный процессор RFID 308, встроенную память RFID 310 и антенну RFID 312. В некоторых примерах процессор RFID 308, встроенная память RFID 310 и антенна RFID 312 объединены в одной интегральной схеме (integrated circuit, IС).
[0055] Так же как в полевом устройстве 122 показанном на Фиг. 2, полевое устройство 122 в проиллюстрированном примере по Фиг. 3, соединено посредством связи с DCS 201 с помощью сигнальных проводов 218 (представленных двумя сплошными линиями) через которые передаются сигналы управления и осуществляется питание полевого устройства 122. Дополнительно, в показанном примере по Фиг. 3, устройство RFID 300 связано с сигнальными проводами 218, так что полевое устройство 122 соединено посредством связи с устройством RFID 300 для обеспечения возможности устройству RFID 300 получать данные, отправляемые из полевого устройства 122. Дополнительно, соединение примерного устройства RFID 300 с сигнальными проводами 218 предоставляет возможность устройству RFID 300 потреблять питание, предоставляемое полевым устройством 122. Более конкретно, как показано на Фиг. 3, устройство RFID 300 соединено с сигнальными проводами 218 посредством полевого устройства. В некоторых примерах, в которых сигнальные провода 218 соответствуют 24 В цифровой шине (например, сетевое питание) для реализации протокола Foundation Fieldbus, устройство RFID 300 соединяется с сигнальными проводами 218 параллельно с полевым устройством 122 (подобно соединению показанному для устройства RFID 200 по Фиг. 2). В других примерах, в которых сигнальные провода 218 являются аналоговой петлей тока 4-20 мА (например, петлей питания) для реализации HART протокола, устройство RFID 300 соединяется с сигнальными проводами 218 последовательно с полевым устройством 122.
[0056] В показанном примере по Фиг. 3, метка RFID 306 работает в полупассивном режиме так, что процессор RFID 308 и встроенная память RFID 310 питаются независимо считывающим/записывающим устройством RFID 206. Более конкретно, в некоторых примерах, процессор RFID 308 и встроенная память RFID 310 питаются посредством полевого устройства 122 (например, с помощью питания системы управления, подаваемого полевому устройству 122). Как показано сплошными линиями 314 в проиллюстрированном примере по Фиг. 3, передача данных связанных с полевым устройством 122, устройством управления питанием 302, емкостью 304, процессором RFID 308 и встроенной памятью RFID 310 полагается на питание системы управления. Таким образом, в отличие от передачи данных, связанных с процессором RFID 212 и встроенной памятью RFID 214 метки RFID 210 по Фиг. 2 (представленных пунктирными линиями 228), которые питаются считывающим/записывающим устройством RFID 206, процессор RFID 308 и встроенная память RFID 310 по Фиг. 3 питаются системой управления. Однако, передача данных антеннами RFID 216, 312 в обоих Фиг. 2 и 3 питается считывающим/записывающим устройством RFID 206 (как представлено соответствующими пунктирными линиями 228, 316).
[0057] Как описано выше, встроенная память RFID 214 метки RFID 210 по Фиг. 2 относительно ограничена поскольку память полагается на считывающее/записывающее устройство RFID 206. Напротив, встроенная память RFID 310 метки RFID 306 в проиллюстрированном примере по Фиг. 3 не ограничивается ограничениями питания, поскольку встроенная память RFID 310 (напряду с процессором RFID 308) полагается на питание системы управления от DCS 201. Соответственно, в некоторых примерах, встроенная память RFID 310 может хранить любое подходящее количество данных. Таким образом, дополнительные данные могут быть сохранены в метке RFID 306 так, что отдельная энергонезависимая память (такая как энергонезависимая память 206 устройства RFID 200 по Фиг. 2) может быть не нужна для хранения данных полученных от и/или связанных с полевым устройством 122. Однако, в некоторых примерах, встроенная память RFID 310 может тем не менее быть несколько ограниченной для предоставления доступа к информации, сохраненной на ней, если питание будет отсутствовать или другим образом станет не доступно при питании памяти посредством считывающего/записывающего устройства RFID 206 (например, при работе в пассивном режиме) на коротких дистанциях (например, в пределах одного фута (0,3048 м). Дополнительно, в некоторых примерах, из-за обычной природы питания встроенной памяти RFID 310, память может быть реализована с использованием памяти большей емкости, как например, магниторезистивная оперативная память (MRAM), которая имеет некоторые особенности, которые могут быть желательны в среде системы управления. Например, хотя MRAM использует больше энергии, MRAM может быть желательна, поскольку устойчива против радиационного излучения, имеет большое число записываний, имеет длительный период хранения без перезаписи и имеет длительный период хранения при повышенных температурах.
[0058] С процессором RFID 308 и встроенной памятью RFID 310, получающими питание от полевого устройства 122 как показано выше, антенна RFID 312 может быть улучшена (например, оптимизирована) для передачи данных, поскольку вся энергия получаемая с помощью ЭМП считывающего/записывающего устройства RFID 206 может быть направлена на передачу данных. В частности, антенна RFID 312 может быть сконструирована более для ненаправленной передачи данных (чем от направленной для нужд преобразования энергии), что может разрешать считывание на больших дистанциях, чем возможно при использовании пассивной метки RFID (например, как показано в проиллюстрированном примере по Фиг. 2). Хотя метка RFID 306 по Фиг. 3 выполнена с возможностью функционирования в полупассивном режиме с процессором RFID 308 и встроенной памятью RFID 310, получающими питание с помощью сигнальных проводов 218, в некоторых примерах, метка RFID 306 по прежнему может функционировать в пассивном режиме, в случае отсутствия подводимого питания (например, в случае отключения питания, полевое устройство отключено, в случае если полевое устройство впервые распаковывается, и т.д.) при получении питания от считывающего/записывающего устройства RFID 206 с антенной RFID 312. Таким образом, метка RFID 310 способна передавать данные на большие дистанции в случае если полевое устройство 122 имеет питание (таким образом передавая питание устройству RFID 300) но также может передавать данные на короткие дистанции если полевое устройство 122 не имеет питания, как показано двумя считывающими/записывающими устройствами RFID 206 проиллюстрированными на Фиг. 3.
[0059] Поскольку встроенная память RFID 310 по Фиг. 3 использует больше энергии, чем встроенная память RFID 214 по Фиг. 2, максимальная дальность считывания для устройства RFID 300 по Фиг. 3 при работе без питания (например, в пассивном режиме) меньше, чем дальность считывания для устройства RFID 200 по Фиг. 2. Например, как описано выше, устройство RFID 200 по Фиг. 2, имеет максимальную дальность считывания до 30 футов (9,144 м) вне зависимости от того имеет ли питание полевое устройство. Напротив, пока устройство RFID 300 по Фиг. 3 имеет дальность считывания до около 90 футов (27,432 м) при питании от полевого устройства 122, если питание отсутствует, итоговая дальность считывания может быть ограничена до фута (0,3048 м) от антенны RFID 312 поскольку метка 306 содержит память большей емкости, которая потребляет больше энергии, чем встроенная память RFID 214, описанная выше в соответствии с Фиг. 2. Таким образом, примерные устройства RFID 200, 300 показанные и описанные в соответствии с Фиг. 2 и 3 представляют различные компромиссы сделанные по отношению к беспроводной связи. Примерное устройство RFID 200 по Фиг. 2 способно поддерживать относительно большие дальности считывания (например, до 30 футов (9,144 м)) даже если питание не доступно, но компромиссом для поддержания такой дальности передачи данных является то, что встроенная память RFID 214 относительно ограничена в емкости хранения. Однако, как описано выше, ограниченная встроенная память примерного устройства RFID 200 по Фиг. 2 несколько смягчается отдельной энергонезависимой памятью 208, которая может быть доступной, если питание отсутствует. С другой стороны, устройство RFID 300 по Фиг. 3 способно поддерживать значительно большие дальности считывания (например, до 90 футов (27,432 м)) наряду с увеличенной емкостью встроенной памяти, но компромиссом является то, что увеличенная дальность считывания зависит от питания системы управления, подаваемого устройству RFID 300. Дополнительно, если питание системы управления не доступно, память увеличенной емкости примерного устройства RFID 300 по Фиг. 3 по прежнему остается доступной, однако ограничивается до обстоятельств, при которых считывающее/записывающее устройство RFID 206 будет находиться в примерно одном футе (0,3048 м) от устройства.
[0060] Отдельно от различий в питании метки RFID 210 по Фиг. 2 и метки RFID 306 по Фиг. 3 и итоговых различий в дальностях считывания и емкостях памяти, устройства RFID 200, 300, показанные на Фиг. 2 и 3 отличаются также и в другом. Конкретнее, в отличие от примерного устройства RFID 200 по Фиг. 2, примерное устройство RFID 300 по Фиг. 3 не содержит модем HART 202. Вместо того, чтобы содержать модем HART 202 как устройство RFID 200 по Фиг. 2 для передачи данных HART (или других данных, если модем соответствует другому протоколу), устройство RFID 300 по Фиг. 3 может хранить любой тип данных, полученных от любого типа полевых устройств 122. Таким образом, устройство RFID 300 по Фиг. 3 имеет преимущество быть в значительной степени универсальным в его применении. Таким образом, как показано на Фиг. 3, полевое устройство 122 не идентифицируется как полевое устройство HART (или другого конкретного протокола) как показано на Фиг. 2. Хотя устройство RFID 300 имеет преимущество получения данных от любых типов полевых устройств, устройство RFID 200 по Фиг. 2 имеет преимуществом способность обеспечивать избранные передачи данных протоколов обратно в полевое устройство 122 и/или DCS 201, таким образом, обеспечивая, например, передачу данных с DCS 201 и/или введение в эксплуатацию и/или настройку полевого устройства при включении в работу (например, после ремонта).
[0061] Дополнительно, в показанном примере по Фиг. 3, RFID 300 обеспечивается устройством управления питанием 302, которое служит источником питания для потребления питания от полевого устройства (например, питания системы управления, обеспечиваемого DCS 201) и обеспечивает питание метки RFID 306 (например, для полупассивного режима работы). В некоторых примерах, устройство управления питанием 302 может быть связано с емкостью 304 для хранения энергии, собранной от питания системы управления. В таких примерах, питание может быть доступно метке RFID 306 если питание системы управления временно недоступно (например, если потребности питания полевого устройства 122 используют все питание системы управления). В некоторых примерах, емкость 304 является конденсатором большой емкости. По мере того, как устройство управления питанием 302 потребляет питание от полевого устройства 122 для зарядки конденсатора 304, устройство питания 302 может собирать сигналы управления, передаваемые по сигнальным проводам 218. Соответственно, в некоторых примерах, устройство управления питанием 302 содержит устройство восстановления сигнала для обеспечения потребления питания из системы управления без искажения сигналов, передаваемых по системе управления.
[0062] Хотя примерные способы осуществления устройства RFID 124 по Фиг. 1 проиллюстрированы на Фиг. 2 и 3, один или более элементов, процессов и/или устройств, показаны на Фиг. 2 и/или 3, могут быть объединены, разделены, перегруппированы, пропущены, исключены и/или реализованы любым другим способом. Например, устройство RFID 200 по Фиг. 2 может быть реализовано с использованием метки RFID 306, описанной на Фиг. 3 для работы в полупассивном режиме. Так же, устройство RFID 300 по Фиг. 3 может содержать отдельную энергонезависимую память подобно той, что описана на Фиг. 2 для поддержки встроенной памяти RFID 310. Дополнительно, метки RFID 210, 306 могут быть адаптированы для реализации в полностью активном режиме работы для больших дальностей связи, которая может быть широковещательной с соответствующей антенной 216, 312. Дополнительно, примерный модем HART 202, примерный микроконтроллер 204, примерная ОЗУ 207, примерная энергонезависимая память 208, и примерный главный процессор RFID 212, примерная встроенная память RFID 214, и примерная антенна RFID 216 примерной метки RFID 210, примерное устройство управления питанием RFID 302, примерная емкость 304, и примерный процессор RFID 308, примерная встроенная память RFID 310 и/или примерная антенна RFID 312 примерной метки RFID 306 и/или, в общем, примерные устройства RFID 200, 300 Фиг. 2 и/или 3 могут быть осуществлены аппаратными средствами, программными средствами, программно-аппаратными средствами и/или сочетанием аппаратных средств, программных средств и/или программно-аппаратных средств. Таким образом, например, любой из примерного модема HART 202, примерного микроконтроллера 204, примерной RAM 207, примерной энергонезависимой памяти 208 и примерного главного процессора RFID 212, примерной встроенной памяти RFID 214 и примерной антенны RFID 216 примерной метки RFID 210, примерного устройства управления питанием 302, примерной емкости 304 и примерного процессора RFID 308, примерной встроенной памяти RFID 310 и/или примерной антенны RFID 312 примерной метки RFID 306 и/или, вообще, примерных устройств RFID 200, 300 могут быть реализованы с помощью одной или больше аналоговых или цифровых схем, логических схем, программируемых процессор(ов), специализированных интегральных микросхем (application specific integrated circuit(s), ASIC(s)), программируемых логических устройств, (programmable logic device(s), (PLD(s)) и/или программируемых пользователем логических устройств (field programmable logic device(s), FPLD(s)). При чтении любого из пунктов формулы относительно устройства или системы настоящего патента для охвата чисто программной и/или программно-аппаратной реализации по меньшей мере один из примеров, примерный модем HART 202, примерный микроконтроллер 204, примерная RAM 207, примерная энергонезависимая память 208 и/или примерный главный процессор RFID 212, примерная встроенная память 214 RFID и/или примерная антенна RFID 216 примерной метки 210 RFID, примерное устройство управления питанием 302, примерная емкость 304 и примерный процессор RFID 308, примерная встроенная память RFID 310 и/или примерная антенна RFID 312 примерной метки RFID 306 являются, явно определенно содержащими материальное машиночитаемое запоминающее устройство или запоминающий диск, такие как память, универсальный цифровой диск (DVD), компакт-диск (CD), диск Blu-ray, и др. запоминающие программные и/или программно-аппаратные средства. Кроме того, примерные устройства RFID 200, 300 по Фиг. 1, 2 и/или 3 могут содержать один или более элементов, процессов и/или устройств в дополнение к тем, или вместо тех, которые показаны на Фиг. 1, 2 и/или 3 и/или могут содержать больше, чем один из любых или всех показанных элементов, процессов и устройств.
[0063] Другим аспектом описанных в данном документе положений является использование асимметрической криптографии для защиты любых или всех данных или записей, хранящихся в устройствах RFID 124, 200, 300. Как изображено на Фиг. 4, асимметричное шифрование или кодирование относится к системе шифрования, использующей два отдельных ключа, которые асимметрично контролируют или защищают хранение, доступ и/или восстановление данных и/или записей в устройствах RFID 124, 200, 300, связанных с полевым устройством 122. Например, в некоторых примерах шифровальный ключ 402 служит для блокирования (например, шифрования) данных, записанных в памяти устройства RFID. В некоторых таких примерах отдельный дешифровальный ключ 404 служит для разблокирования или считывания (например, расшифровки) записей данных. Кроме того, в некоторых примерах, ни шифровальный ключ 402, ни дешифровальный ключ 404 не могут сами по себе выполнять обе функции шифрования и расшифровки. То есть, шифровальный ключ 402 не может быть использован для доступа (например, считывания) данных, а дешифровальный ключ 404 не может быть использован для изменения, удаления или перезаписи данных.
[0064] Используя асимметричное шифрование таким образом, изготовители могут представить сертифицированные изготовителем данные, связанные с полевым устройством 122 (например, данные платы последовательного доступа, данные о сертифицированных деталях, и др.) без ущерба для безопасности такой сертификации, например, со стороны третьих лиц, выполняющих ремонт и/или замену компонентов полевого устройства 122 с помощью не сертифицированных имитированных деталей и/или соответствующих не сертифицированных данных. Для этого в некоторых случаях изготовитель использует шифровальный ключ 402 для начального шифрования данных во время изготовления. В некоторых примерах шифрование выполняют с помощью поддерживаемого изготовителем считывающего/записывающего устройства RFID, которое содержит шифровальный ключ 402 (например, считывающего/записывающего устройства RFID 406 изготовителя). В некоторых примерах дешифрование выполняют с помощью отдельного считывающего/записывающего устройства RFID, обслуживаемого техническим сотрудником или другим конечным пользователем, которое содержит дешифровальный ключ 404 (например, полевое считывающее/записывающее устройство RFID обслуживающего персонала 408). Дополнительно или альтернативно, в некоторых примерах изготовитель может предоставить шифровальный ключ 402 прямо с новым изготовленным полевым устройством 122 для шифрования важных данных. Кроме того, в некоторых таких примерах шифровальный ключ 402, связанный непосредственно с полевым устройством 122, дает возможность защиты от расшифровки данных, созданных полевым устройством 122 во время эксплуатации. Таким образом, производители могут обеспечить сохранение важных данных в энергонезависимой памяти 208 устройства RFID 200 (или во встроенной памяти 310 устройства RFID 300), которые защищены (например, зашифрованы), для уменьшения вероятности того, что такие данные будут изменены, удалены, искажены или спутаны с не защищенными (например, не зашифрованными) данными.
[0065] В качестве отдельного примера, данные последовательной карты или сертифицированная часть данных могут быть зашифрованы и сохранены с помощью энергонезависимой памяти устройства RFID 200 по Фиг. 2 производителем полевого устройства (например, с помощью считывающего/записывающего устройства RFID 406 производителя или на основании шифровального ключа 402 в самом полевом устройстве 122) для создания защищенных, сертифицированных данных, относящихся к полевому устройству 122, доступных на всем сроке службы устройства без проблемы, что данные могут быть изменены или перепутаны с другой информацией для гарантирования того, что информация об отслеживании данных и обслуживании защищена. Дополнительно или альтернативно, в некоторых примерах полевое устройство 122 может шифровать (например, с помощью шифровального ключа 402) эксплуатационные данные (например, события отказа или аварийные сигналы) для обеспечения защищенных эксплуатационных записей для последующего диагностического анализа. В некоторых таких примерах может быть представлен или опубликован дешифровальный ключ 404, чтобы обеспечивать специалистам по обслуживанию или другим пользователям возможность легкого доступа к данным о деталях или данным по обслуживанию (например, фотографии, инструкции по эксплуатации) с помощью считывающего/записывающего устройства RFID 410 эксплуатационного специалиста (например, связанного с дешифровальным ключом 404), но не позволять специалистам или третьим лицам изменять или удалять (непреднамеренно или по другой причине) защищенные данные. Таким образом, специалисты имеют легкий доступ к полезным данным, безотносительно к ошибочным записям данных и/или более не актуальным данным, связанным с полевым устройством 122, и без нарушения защиты записей, созданных изготовителем.
[0066] Как показано в иллюстрируемом примере, разница между считывающим/записывающим устройством RFID 406 изготовителя и считывающим/записывающим устройством RFID 408 эксплуатационного специалиста заключается в ключе 402, 404 к шифру, с которым связано каждое считывающее/записывающее устройство RFID 406, 408. То есть, каждое из считывающих/записывающих устройств RFID 406, 408 могут быть одинаковыми или подобными считывающему/записывающему устройству RFID, каждое из которых поставляется либо с шифровальным ключом 402, либо с дешифровальным ключом 404. В некоторых примерах шифровальный ключ 402 или дешифровальный ключ 404 загружают в соответствующее считывающее/записывающее устройство RFID 406, 408 с помощью USB-модема или USB-соединения с компьютером, который имеет соответствующий ключ 402, 404 к шифру. В некоторых примерах шифровальный ключ 402 или дешифровальный ключ 404 предоставляется к соответствующему считывающему/записывающему устройству RFID 406, 408 вручную с помощью ввода релевантной информации посредством интерфейса пользователя (например, клавиатуры) на считывающем/записывающем устройстве RFID 406, 408.
[0067] Дополнительно или альтернативно, в некоторых примерах шифровальный ключ 402 или дешифровальный ключ 404 предоставляется к соответствующему считывающему/записывающему устройству RFID 406, 408 с помощью предоставленного изготовителем брелока, идентификационной карты или маркера доступа. В некоторых таких примерах функции брелока в соединении с соответствующим считывающим/записывающим устройством RFID 406, 408 основаны на связи в ближнем поле. То есть, когда брелок, связанный с шифровальным ключом 402, находится в диапазоне связи в ближнем поле (например, меньше, чем один фут (0,305 м)), возможность считывающего/записывающего устройства RFID 406 изготовителя зашифровывать данные активируется, тогда как, когда брелок находится за пределами диапазона, функциональная возможность шифрования недоступна. Аналогично, когда брелок, связанный с дешифровальным ключом 404, находится в диапазоне, функциональные возможности дешифрования доступны для считывающего/записывающего устройства RFID 408 эксплуатационного специалиста, но становятся недоступными после выведения брелока из диапазона. В некоторых ситуациях полевое устройство 122 может быть не напрямую связано с шифровальным ключом 402, и считывающее/записывающее устройство RFID 406 изготовителя может быть недоступно для шифрования, по желанию изготовителя (например, когда представитель изготовителя или другое уполномоченное лицо посещает клиента с ранее приобретенными полевыми устройствами). Соответственно, в некоторых примерах уполномоченный персонал изготовителя снабжают брелоком, связанным с шифровальным ключом 406, который, после аутентификации, будет иметь возможность добавления пользователю необходимой шифрованной информации (например, обновленного перечня сертифицированных запасных частей) без предназначенного шифровального считывающего/записывающего устройства RFID (например, считывающего/записывающего устройства RFID 406 производителя, поддерживаемого на производственной площадке полевого устройства 122). В некоторых таких примерах брелок может быть использован в сочетании со считывающим/записывающим устройством 408 эксплуатационного специалиста для шифрования необходимых данных. Кроме того, в некоторых примерах брелок и/или считывающее/записывающее устройство RFID 408 может поддерживать связь с рядом устройств RFID 124, 200, 300 одновременно (которые находятся в диапазоне приема сигнала RFID) для обновления каждого соответствующего полевого устройства при необходимости.
[0068] Фиг. 5 иллюстрирует частную реализацию примерных устройств RFID по Фиг. 1, 2 и/или 3, соединенных физически и посредством связи с примерным полевым устройством 500, содержащим приводной механизм 502 и контроллер клапана 504, соединенный с клапаном 506. Более конкретно, в некоторых примерах, как показано на Фиг. 5, устройство RFID 124 (например, устройства RFID 200, 300 по Фиг. 2 и/или 3) физические соединены с полевым устройством 500 посредством крепежной резьбы 508 устройства RFID 124 с контроллером клапана 504. В некоторых примерах резьба 508 соответствует стандартной трубной резьбе. Кроме того, в некоторых примерах устройство RFID 124 соединено посредством связи с полевым устройством 500 посредством соединительных проводов 510 устройства RFID 124 с контроллером клапана 504 в распределительной коробке 512 контроллера клапана 504. Более конкретно, устройство RFID 124 имеет доступ к питанию системы управления, предоставляемого из комнаты управления полевому устройству, от которого устройство RFID 124 может питать свои внутренние компоненты как описано выше. Множество существующих полевых устройств содержит вспомогательные входные разъемы в распределительной коробке, к которым провода 510 могут подключаться так, что устройство RFID 124 может быть установлено на многих существующих полевых устройствах. В других примерах устройство 124 RFID встроено непосредственно в полевое устройство.
[0069] В некоторых примерах антенны RFID 216, 312 соответствующих устройств RFID 200, 300 показанных на Фиг. 2 и 3 располагаются на конце 514 устройства RFID 124 напротив резьбы 508. В некоторых примерах резьба 508 может быть использована в сочетании со стандартной трубной арматурой (например, коленом) для ориентирования антенны RFID 216, 312 в любом требуемом направлении, независимо от контроллера клапана 504. В других примерах антенны RFID 216, 312 могут быть всенаправленными, так что ориентация устройства RFID является менее значимой.
[0070] Как показано в иллюстративном примере по Фиг. 5, при физическом соединении и проводном соединении с обеспечением связи устройства RFID 124 с полевым устройством 500, может быть выполнена оценка зоны повышенного риска, которую обеспечивает беспроводная связь с ближним считывающим/записывающим устройством RFID (например, считывающим/записывающим устройством RFID 206). Кроме того, физическое присоединение устройства RFID 124 к полевому устройству 500 дает возможность меткам RFID 210, 306 быть постоянно связанными с полевым устройством 500 (т.е., все время, пока устройство RFID остается прикрепленным к полевому устройству 500), даже если полевое устройство 500 выведено из эксплуатации, перемещено в новое место и/или изолировано от остальной системы управления технологическим процессом (например, для технического обслуживания и/или ремонта).
[0071] Структурные схемы, представляющие примеры способов для реализации устройств RFID 124, 200, 300 по Фиг. 1, 2 и/или 3 показаны на Фиг. 6-10. В этих примерах способы могут быть осуществлены в виде программы для выполнения с помощью процессора, такого как процессор 1112, показанный в примерной процессорной платформе 1100, обсуждаемой ниже в связи с Фиг. 11. Программа может быть реализована в программном обеспечении, сохраняемом на материальном машиночитаемом запоминающем носителе данных, таком как компакт-диск («CD-ROM»), гибкий диск, накопитель на жестком диске, цифровой видеодиск (DVD), диск Blu-ray, или память, связанная с процессором 1112, но вся программа и/или часть ее может альтернативно выполняться с помощью устройства, иного, чем процессор 1112, и/или реализоваться в программно-аппаратном обеспечении или выделенном аппаратном обеспечении. Кроме того, хотя примерная программа описана со ссылками на структурные схемы, показанные на Фиг. 6-10, могут использоваться многие другие способы реализации примерных устройств RFID 124, 200, 300. Например, может быть изменена очередность выполнения блоков, и/или могут быть изменены, исключены или объединены некоторые из описанных блоков.
[0072] Как упомянуто выше, примеры способов действия по Фиг. 6-10 могут быть реализованы с использованием кодированных инструкций (например, компьютерных и/или машиночитаемых инструкций), сохраняемых на материальном машиночитаемом запоминающем носителе данных, таком как накопитель на жестком диске, флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ROM), компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD), кэш-память, оперативное запоминающее устройство (RAM) и/или любое другое запоминающее устройство или запоминающий диск, в котором данные сохраняются в течение любого времени (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, для кратких примеров, для временной буферизации, и/или для кэширования данных). Используемый в данном документе термин «материальный машиночитаемый запоминающий носитель данных» четко определен, чтобы включать любой тип машиночитаемого носителя данных и/или запоминающего диска, и чтобы исключать распространяющиеся сигналы и чтобы исключать передающую среду. Используемые в данном документе термины «материальный компьютерный машиночитаемый запоминающий носитель данных» и «материальный машиночитаемый запоминающий носитель данных», используются как взаимозаменяемые. Дополнительно или альтернативно, примеры способов по Фиг. 6-10 могут быть реализованы с использованием кодированных инструкций (например, компьютерных и/или машиночитаемых инструкций), сохраняемых на энергонезависимом компьютерном и/или машиночитаемом носителе данных, таком как накопитель на жестком диске, флэш-память, постоянное запоминающее устройство, компакт-диск, цифровой универсальный диск, кэш-память, оперативное запоминающее устройство и/или любое другое запоминающее устройство или запоминающий диск, в которых данные сохраняются в течение любого времени (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, для кратких примеров, для временной буферизации, и/или для кэширования данных). Используемый в данном документе термин «энергонезависимый машиночитаемый носитель данных» четко определен, чтобы включать любой тип машиночитаемого носителя данных или диск, и чтобы исключать распространяющиеся сигналы и чтобы исключать передающую среду. Используемое в данном документе выражение «по меньшей мере» используется, как переходное выражение в преамбуле формулы изобретения, оно является не окончательным, как и выражение «содержащий» является не окончательным.
[0073] Фиг. 6 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ реализации примерных устройств RFID 124, 200 по Фиг. 1 и/или 2 для беспроводной передачи данных от полевого устройства к локальному считывающему/записывающему устройству RFID. В частности, пример способа по Фиг. 6 начинается с блока 600 с микроконтроллером 204, запрашивающим полевое устройство (например, полевого устройства 122) на предмет данных. В некоторых примерах микроконтроллер 204 управляет тем, когда запрашивать и/или опрашивать полевое устройство 122 на предмет данных с помощью примерного модема 202. В других примерах микроконтроллер 204 пассивно принимает регламентированную передачу данных от полевого устройства 122 (например, в пакетном режиме).
[0074] В блоке 602 примера способа энергонезависимая память 208 устройства RFID 200 сохраняет данные. Одним из преимуществ хранения данных в энергонезависимой памяти 208 является то, что данные доступны при намного больших скоростях передачи данных, поскольку передача данных больше не ограничена сравнительно медленным протоколом связи HART. Другим преимуществом энергонезависимой памяти 208 является объем данных, который может быть сохранен. Полевые устройства часто имеют относительно ограниченные емкости памяти, но энергонезависимая память может быть любого необходимого размера, чтобы хранить и/или архивировать любую необходимую информацию. В некоторых примерах полевое устройство связано с шифровальным ключом (например, шифровальным ключом 402 по Фиг. 4), так что данные, сохраненные в энергонезависимой памяти, защищены и доступны только с помощью соответствующего дешифровального ключа (например, дешифровального ключа 404 по Фиг. 4).
[0075] В блоке 604 примерная встроенная память RFID 214 сохраняет группу данных. Хотя энергонезависимая память 208 может быть любого подходящего размера, объем памяти, доступный в метке RFID 210, является сравнительно ограниченным, так что только некоторые из данных, выведенных из полевого устройства 122, могут быть сохранены во встроенной памяти RFID 214. Соответственно, в некоторых примерах группа данных включает в себя информацию, связанную с идентификацией, обслуживанием и вводом в эксплуатацию полевого устройства 122, как указано выше.
[0076] В блоке 606, примерный процессор RFID 212 выполняет беспроводную передачу группы данных к считывающему/записывающему устройству RFID (например, считывающему/записывающему устройству RFID 206), расположенному вблизи (например, в диапазоне передачи) полевого устройства 122. В некоторых примерах, в которых данные зашифрованы, считывающее/записывающее устройство RFID связано с дешифровальным ключом для обеспечения доступа к данным. В иллюстративных примерах блок 600 требует питания от петли питания, поскольку устройство RFID 200 подключено в контур, связанный с полевым устройством 122, и полевое устройство 122 может только предоставлять данные, тогда, когда получает такое питание. Кроме того, блоки 602 и 604 требуют источника питания (например, питания от контура и/или питания от аккумуляторной батареи) для обеспечения возможности микроконтроллера 204 записывать собранные данные в энергонезависимой памяти 208 (блок 602) и для предоставления группы данных для процессора RFID 212 для записи в встроенную память RFID 214 (блок 604). Однако блок 606 примера программы может быть выполнен с питанием системы управления (или питания от батареи) или без него, поскольку метка RFID 210 питается от электромагнитной силы, генерируемой ближним считывающим/записывающим устройством RFID.
[0077] Фиг. 7 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ, подобный примерному способу по Фиг. 6 для реализации примерных устройств RFID 124, 300 по Фиг. 1 и/или 3 для беспроводной передачи данных от полевого устройства к локальному считывающему/записывающему устройству RFID. В частности, пример способа по Фиг. 7 начинается с блока 700 с процессором RFID 308, получающим данные от полевого устройства (например, полевого устройства 122). В блоке 702 примера способа встроенная память RFID 310 устройства RFID 300 сохраняет данные. Как описано выше, встроенная память RFID 310 примерного устройства RFID 300 по Фиг. 3 может иметь значительно больший объем, чем встроенная память RFID 200 по Фиг. 2 потому, что встроенная память RFID 310 питается полевым устройством (например, с помощью питания системы управления). Соответственно, в некоторых примерах данные, полученные от полевого устройства сохраняются непосредственно на метке RFID 306, а не в отдельной энергонезависимой памяти, как более подробно описано ниже в соответствии с Фиг. 2. Таким образом, любые данные связанные с полевым устройством, могут быть немедленно доступны считывателю RFID, находящемуся вблизи полевого устройства (например, в диапазоне передачи данных метки RFID 306). В некоторых примерах полевое устройство связано с шифровальным ключом (например, шифровальным ключом 402 по Фиг. 4), так что данные, сохраненные во встроенной памяти RFID 310, защищены и доступны только с помощью соответствующего дешифровального ключа (например, дешифровального ключа 404 по Фиг. 4).
[0078] В блоке 704, примерный процессор RFID 308 выполняет беспроводную передачу данных к считывающему/записывающему устройству RFID (например, примерному считывающему/записывающему устройству RFID 206), расположенному вблизи (например, в диапазоне передачи) полевого устройства 122. В некоторых примерах, диапазон передачи связанный с устройством RFID 300 по Фиг. 3, значительно больше, чем диапазон передачи связанный с устройством RFID 200 по Фиг. 2 потому, что процессор RFID 308 и встроенная память RFID 310 используют питание системы управления, разрешая антенне RFID 312 сфокусироваться на передаче данных. Не только такие примеры разрешают большие диапазоны передачи данных, антенна RFID 312 может быть ненаправленной. В некоторых примерах, в которых данные зашифрованы, считывающее/записывающее устройство RFID связано с дешифровальным ключом для обеспечения доступа к данным.
[0079] Фиг. 8 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ реализации примерных устройств RFID 124, 200, 300 по Фигурам 1, 2 и/или 3 для передачи запрашиваемых локально данных с помощью считывающего/записывающего устройства RFID. В частности, пример способа по Фиг. 8 начинается с блока 800 с примерным процессором RFID 212, принимающего запрос данных от считывающего/записывающего устройства RFID (например, примерного считывающего/записывающего устройства RFID 206 через примерную антенну RFID 216, 312). В блоке 802, примерный процессор RFID 212, 308 передает данные к примерному считывающему/записывающему устройству RFID 206 с помощью примерной антенны RFID 216, 312. В некоторых примерах данные соответствуют данным, котированным во встроенной памяти 214 примерного устройства RFID 200 по Фиг. 2, предварительно переданным из энергонезависимой памяти 208, связанной с микроконтроллером 204. В некоторых примерах, в которых устройство RFID 300 по Фиг. 3 используется, данные сохраняются прямо во встроенную память RFID 310 и передаются из нее. В некоторых примерах передача данных основана на полностью пассивной реализации технологии RFID и, поэтому не нуждается в питании системы управления. В других примерах, устройство RFID (например, описанное на Фиг. 3) питается системой управления. После того как примерный процессор RFID 212, 308 передает данные к примерному считывающему/записывающему устройству RFID 206, примерная метка RFID 210, 306 готова обрабатывать другой запрос от считывающего/записывающего устройства RFID 206, и пример способа по Фиг. 8 оканчивается.
[0080] Фиг. 9 является блок-схемой, иллюстрирующей примерный способ реализации примерных устройств RFID 124, 200, 300 по Фигурам 1, 2 и/или 3 для передачи данных устройствам RFID 124, 200, 300, связанным с полевым устройством и генерируемых локально посредством считывающего/записывающего устройства RFID. В частности, пример способа по Фиг. 9 начинается с блока 900, в котором примерная метка RFID 210 (с помощью антенны RFID 216) или примерного метки RFID 306 (с помощью антенны RFID 312) принимает данные, связанные с полевым устройством (например, полевым устройством 122) от считывающего/записывающего устройства RFID (например, примерного считывающего/записывающего устройства RFID 206). В некоторых примерах данные соответствуют новой и/или дополнительной информации об обслуживании, соответствующей полевому устройству 122 (например, обновленный перечень рекомендованных деталей). В некоторых примерах считывающее/записывающее устройство RFID 206 связано с шифровальным ключом (например, шифровальным ключом 402 по Фиг. 4), так что данные защищаются и впоследствии доступны только с помощью соответствующего дешифровального ключа (например, дешифровального ключа 404 по Фиг. 4). В блоке 902 примерный процессор RFID 212, 308 сохраняет данные во встроенной памяти 214, 310 метки RFID 210, 306. В некоторых примерах, в которых устройство RFID 200 по Фиг. 2, передача данные от считывающего/записывающего устройства RFID 206 во встроенную память 214 метки RFID 210 выполняется без питания системы управления, обеспечиваемого в полевом устройстве и/или устройстве RFID 200. В некоторых примерах, в которых устройство RFID 300 по Фиг. 3, встроенная память 310 и процессор 308 питаются системой управления. В блоке 904 примерный микроконтроллер 204 примерного устройства RFID 200 записывает данные в примерную энергонезависимую память 208. В некоторых примерах, где данные представляют собой обновленную информацию, микроконтроллер 204 перезаписывает ранее сохраненную информацию. По отношению к устройству RFID 300 по Фиг. 3, блок 904 может быть опущен, поскольку данные сохраняются прямо во встроенную память RFID 310. В блоке 906 примерная метка RFID 210, 306 определяет, имеются ли еще данные, подлежащие приему от считывающего/записывающего устройства RFID. Если примерная метка RFID 210, 306 определяет, что существуют еще данные, управление возвращается в блок 900. Если примерная метка RFID 210, 306 определяет, что больше нет данных для приема, примерный способ по Фиг. 9 заканчивается.
[0081] Фиг. 10 является структурной схемой, изображающей пример способа замены первого полевого устройства (например, полевого устройства 122 по Фиг. 1) в системе управления технологическим процессом (например, примерной системы управления технологическим процессом 100 по Фиг. 1) вторым сменным полевым устройством с использованием примерного устройства RFID 124, 200 по Фиг. 1 и/или 2 для автоматической настройки второго заменяемого полевого устройства. Примерный способ начинается с блока 1000 путем восстановления настроек эксплуатационных параметров, сохраненных в устройстве RFID (например, устройстве RFID 200 по Фиг. 2), связанных с первым полевым устройством (т.е., полевым устройством 122, подлежащим снятию). В некоторых примерах данные настроек эксплуатационных параметров соответствуют параметрам и/или другим входным данным, используемым при вводе в эксплуатацию и/или настройке полевого устройства 122. В некоторых примерах данные настроек эксплуатационных параметров восстанавливаются путем запроса данных от устройства RFID 200 через считывающее/записывающее устройство RFID (например, считывающее/записывающее устройство RFID 206), как указано выше. В других примерах данные настроек эксплуатационных параметров восстанавливаются путем удаления (например, отключения) устройства RFID 200 от полевого устройства 122.
[0082] В блоке 1002 примерного способа по Фиг. 10 первое полевое устройство (например, полевое устройство 122) в системе управления технологическим процессом 100 заменяют вторым сменным полевым устройством. В блоке 1004 данные настроек эксплуатационных параметров от первого полевого устройства доставляются во второе сменное полевое устройство. В других примерах, где данные настроек эксплуатационных параметров восстанавливались с помощью считывающего/записывающего устройства RFID 206 (блок 1000), данные настроек эксплуатационных параметров передаются беспроводно ко второму устройству RFID 200, соединенному со вторым сменным полевым устройством. В других примерах, где устройство RFID 200 первого полевого устройства 122 снимают для восстановления данных настроек эксплуатационных параметров (блок 1000), данные настроек эксплуатационных параметров представляются путем подключения полевого устройства RFID 200 ко второму сменному полевому устройству. В любом из примеров второе сменное полевое устройство имеет прямой доступ к данным настроек эксплуатационных параметров. Соответственно, в блоке 1006, второе сменное полевое устройство настроено на основе данных настроек эксплуатационных параметров. Поскольку данные настроек эксплуатационных параметров, первоначально сохраненные в соединении с первым полевым устройством 122, передаются во второе сменное устройство, настройка и ввод в эксплуатацию второго сменного устройства может выполняться, по существу, автоматически, без необходимости для персонала предприятия вводить отдельные значения параметров, как было бы необходимо в противном случае. После того, как второе сменное полевое устройство настроено (блок 1006), пример способа по Фиг. 10 заканчивается.
[0083] Фиг. 11 является структурной схемой примерной процессорной платформы 1100, способной выполнять инструкции для осуществления способов по Фиг. 6-10 и/или для реализации примерных устройств RFID 124, 200, 300 по Фигурам 1, 2 и/или 3. Процессорная платформа 1100 может быть, например, любым типом вычислительного устройства.
[0084] Процессорная платформа 1100 в показанном примере содержит процессор 1112. Процессор 1112 в показанном примере представляет собой аппаратное средство. Например, процессор 1112 может быть реализован с помощью одной или более интегральных схем, логических схем, микропроцессоров или контроллеров любого желаемого семейства или производителя.
[0085] Процессор 1112 в показанном примере содержит локальную память 1113 (например, кэш-память). Процессор 1112 в показанном примере поддерживает связь с основной памятью, содержащей энергозависимую память 1114 и энергонезависимую память 1116 с помощью шины 1118. Энергозависимая память 1114 может быть реализована с помощью синхронного динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой (SDRAM), динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой (DRAM), динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой фирмы RAMBUS (RDRAM) и/или любого другого типа запоминающего устройства с произвольным доступом. Энергонезависимая память 1116 может быть реализована с помощью флэш-памяти и/или другого желаемого типа запоминающего устройства. Доступ к основной памяти 1114, 1116 контролируется с помощью контроллера памяти.
[0086] Процессорная платформа 1100 показанного примера также содержит схему 1120 интерфейса. Схема 1120 интерфейса может быть реализована с помощью любого типа интерфейсного стандарта, такого как интерфейс Ethernet, универсальная последовательная шина (USB), и/или последовательный интерфейс PCI express.
[0087] В показанном примере одно или более устройств ввода 1122 соединены со схемой интерфейса 1120. Устройства(о) 1122 ввода дают(ет) пользователю возможность вводить данные и команды в процессор 1112. Устройства(о) ввода могут быть реализованы, например, с помощью аудиосенсора, микрофона, камеры (фото или видео), клавиатуры, кнопки, мыши, сенсорного экрана, сенсорной площадки, шарового манипулятора, светового пера и/или системы распознавания речи.
[0088] Одно или несколько устройств 1124 вывода также соединены со схемой интерфейса 1120 показанного примера. Устройства вывода 1124 могут быть реализованы, например, с помощью устройств отображения (например, светоизлучающего диода (LED), органического светоизлучающего диода (OLED), жидкокристаллического дисплея, дисплея с электронно-лучевой трубкой (CRT), сенсорного экрана, сенсорного устройства вывода, светоизлучающего диода (LED), принтера и/или динамиков). Схема интерфейса 1120 в показанном примере, таким образом, как правило, включает в себя карту графического драйвера, чип графического драйвера или процессор графического драйвера.
[0089] Схема интерфейса 1120 в показанном примере также содержит устройство связи, такое как передатчик, приемник, приемопередатчик, модем и/или сетевая интерфейсная плата для осуществления обмена данными с внешними компьютерами (например, вычислительным и устройствами любого вида) через сеть 1126 (например, Ethernet-соединение, цифровую абонентскую линию связи (DSL), телефонную линию, коаксиальный кабель, систему сотовой телефонной связи, и др.).
[0090] Процессорная платформа 1100 в показанном примере также содержит одно или несколько запоминающих устройств 1128 для хранения программ и/или данных. Примеры таких запоминающих устройств 1128 содержат накопители на гибких дисках, накопители на жестких дисках, накопители на компакт-дисках, накопители на дисках Blu-ray, системы RAID и накопители на универсальных цифровых дисках (DVD).
[0091] Кодированные инструкции 1132 для осуществления способов по Фиг. 6-10, могут храниться в хранилище данных 1128, в энергозависимой памяти 1114, в энергонезависимой памяти 1116 и/или на съемном материальном машиночитаемом носителе информации таком как CD или DVD.
[0092] Хотя некоторые примерные способы, устройства и готовые изделия были описаны в данном документе, объем защиты настоящего патента не ограничивается ими. Напротив, настоящий патент охватывает все способы, устройства и изделия, объективно подпадающие под объем действия формулы настоящего патента.