ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ПЕРЕНОСНОЙ ИНСТРУМЕНТ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ С ЗАХВАТОМ ИЗОБРАЖЕНИЯ И/ИЛИ ЗВУКА
SPARK-SAFE PORTABLE IN-FIELD SERVICING TOOL WITH IMAGE AND/OR SOUND CAPTURE

Уровень техники
Известны переносные инструменты технического обслуживания в полевых условиях. Такие инструменты крайне полезны в отрасли управления и измерения в технологических процессах, поскольку обеспечивают операторам удобную связь с полевыми устройствами и/или возможность их опроса в некоторой технологической установке. Примеры таких технологических установок включают в себя установки для обработки нефтепродуктов, фармацевтических препаратов, химических веществ, целлюлозы и других жидкостей. В таких установках, сеть управления и измерения в технологических процессах может включать в себя десятки или даже сотни различных полевых устройств, которые периодически требуют технического обслуживания для обеспечения того, чтобы эти устройства функционировали должным образом и/или были откалиброваны. Кроме того, когда в установке управления и измерения в технологических процессах обнаруживается одна или несколько ошибок, использование переносного инструмента полевого технического обслуживания позволяет техническому специалисту быстро диагностировать эти ошибки в полевых условиях. Переносные инструменты полевого технического обслуживания, в общем, используются для конфигурации, калибровки и диагностирования проблем, относящихся к интеллектуальным полевым устройствам, с использованием протоколов цифровой технологической связи.
Поскольку по меньшей мере некоторые технологические установки могут содержать легколетучие или даже взрывоопасные среды, часто является преимуществом или даже требуется, чтобы полевые устройства и переносные инструменты полевого технического обслуживания, используемые с такими полевыми устройствами, удовлетворяли требованиям искробезопасности. Эти требования помогают обеспечить, чтобы соответствующие электрические устройства не генерировали источник воспламенения даже в состояниях неисправности. Один пример Требований искробезопасности изложен в работе "Искробезопасное устройство, соответствующее стандарту подтверждения, и ассоциированное устройство для использования в опасных (по классификации) зонах класса I, II и IIΙ, раздел 1, № класса 3610", опубликованной Factory Mutual Research в октябре 1998 г. Пример переносного инструмента полевого технического обслуживания, которое удовлетворяет требованиям искробезопасности, включает в себя инструмент, продаваемый под торговым обозначением Модель 475 Полевого устройства связи (Model 475 Field Communicator), предлагаемый Emerson Process Management, Остин, штат Техас.
Раскрытие изобретения
Искробезопасный переносной инструмент полевого технического обслуживания включает в себя модуль технологической связи, сконфигурированный для связного соединения с полевым устройством. Камера конфигурируется для получения по меньшей мере одного изображения, относящегося к полевому устройству. Контроллер соединяется с модулем технологической связи и операционно соединяется с камерой. Контроллер конфигурируется для хранения по меньшей мере одного изображения, относящегося к полевому устройству. Переносной инструмент полевого технического обслуживания также может включать в себя или использовать устройство аудио входа для захвата аудио файлов.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1A и 1B изображают схематические представления переносного инструмента полевого технического обслуживания, для которого варианты осуществления настоящего изобретения в особенности эффективны.
Фиг. 2 изображает схематическое представление переносного инструмента полевого технического обслуживания, для которого варианты осуществления настоящего изобретения в особенности эффективны.
Фиг. 3 изображает структурную схему переносного инструмента полевого технического обслуживания в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 изображает схематическое представление искробезопасного переносного инструмента полевого технического обслуживания, взаимодействующего с искробезопасной камерой/устройством входа в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 изображает структурную схему внешнего входного модуля в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 изображает схематическое представление переносного инструмента полевого технического обслуживания, принимающего и/или отправляющего предварительно созданную аудио-/фото-/видеоинформацию от/к другому переносному инструменту полевого технического обслуживания или персональному компьютеру, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 изображает блок-схему способа выполнения полевого технического обслуживания с использованием переносного инструмента полевого технического обслуживания в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретение
Фиг. 1A и 1B изображают схематические представления переносного инструмента 22 полевого технического обслуживания, соединенного с полевыми устройствами 20, 23. Как показано на Фиг. 1A, переносной инструмент 22 полевого технического обслуживания включает в себя пару терминалов 25, 27, которые соединяются с диагностическими выводами 30, 32, соответственно, которые затем соединяются с терминалами 24 полевого устройства 20. Терминалы 24 могут быть специализированными терминалами, чтобы позволить такому переносному инструменту полевого технического обслуживания соединяться с устройством 20 и взаимодействовать с устройством 20. Применение терминалов 25, 27 для соединения с полевым устройством иллюстрирует пример проводного соединения между переносным инструментом полевого технического обслуживания 22 и полевым устройством 20.
Фиг. 1B изображает альтернативную структуру, где переносной инструмент 22 полевого технического обслуживания соединяется непосредственно с контуром 34 управления технологическим процессом, с которым соединено полевое устройство 23. В любом случае, проводное соединение между переносным инструментом полевого технического обслуживания и полевым устройством позволяет переносному инструменту полевого технического обслуживания взаимодействовать с желаемым полевым устройством 20, 23.
Фиг. 2 изображает схематическое представление переносного инструмента 102 полевого технического обслуживания, взаимодействующего с беспроводным полевым устройством 104. Система 100 включает в себя переносной инструмент 102 полевого технического обслуживания, осуществляющий связь с полевым устройством 104. Переносной инструмент 102 полевого технического обслуживания соединяется связью с полевым устройством 104 посредством линии 114 связи. Линия 114 связи может принимать любую подходящую форму, включая проводные соединения, как показано на Фиг. 1A и 1B, а также методики беспроводной связи, которые в настоящее время используются или разрабатываются. Переносной инструмент 102 полевого технического обслуживания позволяет техническому специалисту взаимодействовать с полевым устройством 104 для конфигурации, калибровки и/или диагностирования проблем в отношении полевого устройства 104 с использованием протокола цифровой технологической связи, такого как протокол полевая шина FOUNDATION™ и/или протокол HART. Переносные инструменты полевого технического обслуживания, такие как инструмент 102, могут использоваться для сохранения конфигурационных данных от полевых устройств, таких как полевое устройство 104.
Полевым устройством 104 может быть любое устройство, которое определяет некоторую переменную величину в технологическом процессе и передает информацию, относящуюся к этой переменной величине, по контуру технологической связи; например, давление или температура. Полевым устройством 104 также может быть устройство, которое принимает информацию от контура технологической связи и устанавливает некоторый физический параметр, такой как степень закрытости клапана, на основе этой информации. Полевое устройство 104 изображено как промышленный датчик давления технической жидкости, с которым соединяется напорный коллектор 106, и имеющее электрическое экранирование 108. Полевое устройство 104 представлено только в целях иллюстрации. В реальности полевым устройством 104 может быть любое промышленное устройство, такое как датчик температуры технической жидкости, датчик уровня технической жидкости, датчик расхода технической жидкости, средство управления клапаном или любое другое устройство, которое применяется в измерении и/или управлении промышленными технологическими процессами.
Переносной инструмент 102 полевого технического обслуживания, как правило, включает в себя пользовательский интерфейс, который содержит дисплей 120, а также некоторое количество кнопок 122 пользовательского ввода. Дисплеем 120 может быть любой подходящей дисплей, такой как жидкокристаллический дисплей на активной матрице или любой другой подходящий дисплей, который способен обеспечивать полезную информация. Кнопки 122 могут содержать любое подходящее расположение кнопок, относящихся к любому количеству функций, на которые переносной инструмент полевого технического обслуживания может быть направлен. Кнопки 122 могут содержать цифровую клавиатуру, буквенно-цифровую клавиатуру, любое подходящее количество кнопок специальных функций и/или кнопок навигации или любую комбинацию перечисленного.
Фиг. 3 изображает схематическую системную структурную схему переносного инструмента полевого технического обслуживания в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Предпочтительно, чтобы инструмент 52 удовлетворял по меньшей мере одному требованию техники искробезопасности, такому как требования, перечисленные выше, чтобы помочь обеспечить безопасность в потенциально взрывоопасных средах. Переносной инструмент 52 полевого технического обслуживания предпочтительно включает в себя по меньшей мере один модуль 121 беспроводной технологической связи. Подходящие примеры для модуля 121 беспроводной технологической связи включают в себя модуль, который генерирует и/или принимает надлежащие сигналы в соответствии с известным протоколом беспроводной связи, таким как протокол WirelessHART (IEC 62591). Другой протокол беспроводной технологической связи описан в ISA100.11a. Хотя Фиг. 3 изображает единый модуль 121 беспроводной технологической связи, явным образом подразумевается, что любое подходящее количество модулей беспроводной технологической связи может использоваться для связи в соответствии с различными протоколами беспроводной технологической связи, которые существуют в настоящее время или будут разработаны позже.
Переносной инструмент 52 полевого технического обслуживания также включает в себя по меньшей мере один вспомогательный модуль 123 протокола беспроводной связи. Модуль протокола 123 беспроводной связи может осуществлять связь в соответствии с одним или несколькими вариантами, показанными пунктиром на Фиг. 3. В частности, модуль 123 протокола беспроводной связи может осуществлять связь в соответствии со спецификацией Bluetooth 124 (такой как Спецификация Bluetooth 2.1 с оцененным классом мощности 2); спецификацией Wi-Fi 126 (такой как IEEE 802.11 a/b/g/n); известной спецификацией RFID 128; методик сотовой связи 130 (таких как GSM/CDMA); и/или спутниковой связи 132. Эти методики и способы связи позволяют переносному инструменту 52 полевого технического обслуживания осуществлять связь непосредственно с беспроводным шлюзом или другим подходящим устройством либо с помощью непосредственной беспроводной связи, либо посредством Интернета. Хотя на Фиг. 3 изображен только один модуль 123 протокола беспроводной связи, любое подходящее количество может использоваться. И модуль 121 протокола беспроводной технологической связи, и модуль 123 протокола беспроводной связи соединяются с контроллером 130, который также соединяется с модулем 138 проводной технологической связи. Контроллер 130 предпочтительно является микропроцессором, который исполняет последовательность инструкций, сохраненных на нем или в памяти, соединенной с контроллером 130, для выполнения задач переносного полевого технического обслуживания. Модуль 138 проводной технологической связи обеспечивает возможность переносному инструменту 52 полевого технического обслуживания физически соединяться, посредством проводного соединения в терминалах 142, 144, с полевым устройством. Примеры подходящей проводной технологической связи включают в себя протокол магистрального адресуемого дистанционного датчика (HART), протокол полевой шины FOUNDATION™, полевую шину обработки данных (Profibus) и другие.
Переносной инструмент 52 полевого технического обслуживания включает в себя модуль 156 пользовательского интерфейса для генерирования пользовательского интерфейса посредством дисплея 120 и клавиш 122. Модуль 156 может включать в себя подходящей набор 158 цепей драйвера дисплея и/или память для взаимодействия с дисплеем 120. Модуль 156 также включает в себя набор 160 цепей ввода, который конфигурируется для взаимодействия с кнопками 122 для приема пользовательского ввода. Дополнительно, в вариантах осуществления, где дисплей 120 включает в себя сенсорный экран, модуль 160 может включать в себя набор цепей для генерирования пользовательских входных данных для контроллера 130 на основе прикосновения и/или жестов пользователя, принятых сенсорным экраном.
Переносной инструмент полевого технического обслуживания включает в себя или соединяется с камерой 157. Предпочтительно, камера 157 является внутренним компонентом переносного инструмента 52 полевого технического обслуживания. Однако варианты осуществления настоящего изобретения все же включают в себя камеру 157, являющуюся отдельным искробезопасным внешним модулем, таким как описанный ниже в отношении Фиг. 4 и 5. Предпочтительно, камерой 157 является известная CCD- (устройство с зарядовой связью) или CMOS-система получения изображения. Хотя предпочтительно, чтобы камера 157 захватывала изображения (кадры, видео или и то, и другое) в спектре видимого излучения, некоторые варианты осуществления могут включать в себя камеру, которая воспринимает инфракрасный спектр или предоставляет изображения в нем. Кроме того, хотя варианты осуществления настоящего изобретения будут, в общем, описаны в отношении единственной камеры, явным образом подразумевается, что может использоваться множество таких камер. К примеру, первая камера может быть внутренним компонентом переносного инструмента 52 полевого технического обслуживания и воспринимать спектр видимого излучения. Вторая камера 157 может быть искробезопасной внешней камерой, которая передает свои данные изображений переносному инструменту полевого технического обслуживания посредством беспроводной связи. Кроме того, еще одна внешняя камера 157 может конфигурироваться для захвата видео посредством высокоскоростного получения изображения с использованием высокой частоты кадров (к примеру, 1000 кадров в секунду) для захвата скоротечных событий внутри технологической установки.
Переносной инструмент 52 полевого технического обслуживания может включать в себя некоторое количество дополнительных элементов, которые обеспечивают дополнительные функциональные возможности. В частности, инструмент 52 может включать в себя модуль обнаружения местоположения, такой как GPS-модуль 150. GPS-модуль 150 может конфигурироваться для дополнительного использования Широкозонной усиливающей системы (WAAS) для повышения точности и/или может конфигурироваться для работы с использованием методик дифференциального GPS в соответствующих случаях. Модуль 150 соединяется с контроллером 130 для обеспечения контроллера 130 указанием географического положения инструмента 52. Хотя модуль 150 обнаружения местоположения предпочтительно является внутренним компонентом инструмента 52, он также может быть внешним и соединенным с ним с возможностью связи посредством использования подходящего протокола беспроводной или проводной связи, такого как Bluetooth 124, RFID 128 и так далее. Дополнительно, хотя модуль 150 обнаружения местоположения, в общем, описывается как GPS-модуль 150, могут использоваться другие методики для триангуляции местоположения переносного инструмента полевого технического обслуживания на основе относительной силы беспроводной связи с беспроводными приемо-передатчиками, имеющими известные фиксированные местоположения. Примеры таких методик беспроводной триангуляции включают в себя триангуляцию местоположения переносного инструмента 52 полевого технического обслуживания на основе связи с тремя или более стационарными пунктами WiFi-связи или точками доступа. Кроме того, как изложено выше, варианты осуществления настоящего изобретения могут включать в себя способность использовать один или несколько модулей протокола беспроводной технологической связи, таких как модуль 121.
Дополнительно, инструмент 52 предпочтительно содержит также модуль 152 компаса, соединенный с контроллером 130, чтобы инструмент 52 мог указывать направление, в котором он ориентирован. Наконец, инструмент 52 может включать в себя также модуль 154 наклона, соединенный с контроллером 130, для обеспечения контроллеру 130 указания, относящегося к углу отклонения инструмента 52 относительно гравитации. Однако дополнительные оси определения ориентации также подразумеваются.
Модуль 150 обнаружения местоположения, модуль 152 компаса и модуль 154 наклона в особенности эффективны, когда переносной инструмент полевого технического обслуживания помогает техническому специалисту или инженеру найти физическое местоположение беспроводного полевого устройства в полевых условиях. Нефтеперерабатывающий завод часто является очень большой технологической установкой с множеством полевых устройств, расположенных в различных местах, некоторые из которых могут быть не сразу заметны. Модуль 150 обнаружения местоположения предпочтительно обеспечивает информацию о положении контроллеру 130, чтобы изображения и/или видео, полученные переносным инструментом полевого технического обслуживания, сохранялись вместе с метаданными, указывающими на географическое положение переносного инструмента полевого технического обслуживания в момент времени, когда изображение или видео были получены. Кроме того, направление по компасу также предпочтительно сохраняется в метаданных изображения или видео.
Когда технический специалист находится в полевых условиях, иногда техническому специалисту может быть полезно иметь возможность либо просмотреть снимок полевого устройства в его местоположении (в целях идентификации или сравнения прошлых снимков с текущим видом), либо сравнить шум, генерируемый устройством (к примеру, двигателем), с ранее записанным шумом. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, искробезопасный переносной инструмент полевого технического обслуживания включает в себя, или операционно соединяется с, устройством видео входа и/или аудио входа, которое обеспечивает способность записывать аудио и/или фото/видео полевого устройства. Кроме того, переносной инструмент полевого технического обслуживания конфигурируется, посредством аппаратных средств, программных средств или их комбинации, для ассоциирования записанного аудио и/или видео полевого устройства с другой информацией устройства, такой как метка устройства, географическое положение и так далее.
Фиг. 4 изображает схематическое представление искробезопасного переносного инструмента 200 полевого технического обслуживания, взаимодействующего беспроводным образом с искробезопасной камерой/устройством 202 входа. Предпочтительно, переносной инструмент 200 полевого технического обслуживания и внешнее устройство 202 входа осуществляют связь в соответствии с одной из беспроводных технологий связи, изложенных в отношении Фиг. 3. Более предпочтительно, связь осуществляется в соответствии либо с Bluetooth-связью, либо с WiFi-связью. Беспроводная связь более предпочтительна, чем проводная связь, поскольку беспроводная связь не имеет отверстий для проводной связи и, следовательно, способствует удовлетворению требований искробезопасности. Устройством 202 входа может являться фотокамера, которая имеет возможность захвата одного или нескольких фотоснимков в полевых условиях. Альтернативно, или дополнительно, устройством 202 может являться видеокамера с возможностью захвата и сохранения/потоковой передачи, или другой передачи при помощи связи, видео и соответствующей аудио информации. Устройством 202 также может являться высокоскоростная камера для захвата быстротечных технологических событий. Кроме того, варианты осуществления, где камера или устройство 202 входа являются внешними по отношению к переносному инструменту 200 полевого технического обслуживания, в особенности эффективны в ситуациях, когда технический специалист не имеет возможности легкого обзора некоторого участка. В таких обстоятельствах устройство входа может просто помещаться в удобное место для обзора, и информация изображения или видео может просматриваться на переносном инструменте полевого технического обслуживания технического специалиста. Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения также предусматривают единый переносной инструмент полевого технического обслуживания, одновременно осуществляющий связь с множеством таких внешних устройств 202 ввода. Таким образом, технический специалист, просматривающий дисплей 120, имеет возможность одновременно наблюдать за условиями во множестве мест в полевых условиях. Хотя вариант осуществления, описанный выше в отношении Фиг. 4, задействует беспроводную связь между камерой/устройством 202 входа и переносным инструментом полевого технического обслуживания, могут применяться такие варианты осуществления настоящего изобретения, где камера/устройство 202 входа физически соединяется с переносным инструментом полевого технического обслуживания. В таких случаях связь между ними предпочтительно обеспечивается посредством проводной связи, например, через соединение по Универсальной последовательной шине (USB).
Фиг. 5 изображает структурную схему внешнего входного модуля 202 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Модуль 202 включает в себя подсистему 204 камер, которой может являться известное CCD- (устройство с зарядовой связью) или CMOS-система получения изображений. Предпочтительно, питание устройства 202 входа осуществляется посредством внутреннего аккумулятора 206, который может быть перезаряжаемым. Устройство 202 входа предпочтительно включает в себя контроллер 208, которым предпочтительно является микропроцессор. Контроллер 208 включает в себя, или соединяется с, подходящей памятью для хранения некоторого количества программных инструкций для исполнения функций получения изображения, потоковой передачи видео или фото, передачи изображений или фото или других подходящих функций. Дополнительно, память предпочтительно включает в себя достаточную емкость для хранения большого количества отдельных изображений и/или видеофайлов. Устройство 202 входа также включает в себя модуль 210 беспроводной связи, который предпочтительно работает в соответствии либо со спецификацией Bluetooth, либо со спецификацией WiFi. Обе эти спецификации поддерживают высокоскоростную передачу данных в относительно ограниченной физической близости, такой как десятки метров.
Фиг. 6 изображает схематическое представление переносного инструмента 200 полевого технического обслуживания, принимающего и/или отправляющего предварительно созданную аудио-/фото-/видеоинформацию к/от другого переносного инструмента 212 полевого технического обслуживания или персонального компьютера 214, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Переносной инструмент 200 полевого технического обслуживания также предпочтительно имеет возможность загружать предварительно созданную аудио-/фото-/видеоинформацию либо с другого переносного инструмента полевого технического обслуживания, либо с персонального компьютера. Предварительно созданная аудио-/фото-/видеоинформация может быть предварительно создана другим переносным инструментом полевого технического обслуживания, таким как инструмент 214, создана с использованием другого печатающего или записывающего устройства, такого как цифровая камера, и сохранена на персональном компьютере 214, и так далее. Переносной инструмент 200 полевого технического обслуживания позволяет техническому специалисту импортировать эту аудио-/видео-/фото-информацию и ассоциировать эту информацию с меткой/уникальным идентификатором полевого устройства, чтобы, когда в следующий раз переносной инструмент 200 полевого технического обслуживания будет соединяться с полевым устройством, технический специалист мог запросить или иным образом вызвать аудио-/фото-/видеоинформацию и просмотреть ее на дисплее переносного инструмента полевого технического обслуживания и/или прослушать ее в наушниках 216, находящихся в связи с переносным инструментом полевого технического обслуживания посредством Bluetooth. Кроме того, технический специалист также имеет возможность создавать новую информацию и добавлять ее в переносной инструмент или иным образом ассоциировать ее с полевым устройством. Такая новая аудио-/фото-/видеоинформация также может быть загружена на PC 214, переносной инструмент 200 полевого технического обслуживания и/или сохранена в библиотеке для этого полевого устройства. Аудио-/фото-/видеоинформация может также ассоциироваться с одним или несколькими элементами имущества в системе управления имуществом.
Фиг. 7 изображает блок-схему способа выполнения полевого технического обслуживания посредством переносного инструмента полевого технического обслуживания в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ 300 начинается с блока 302, где технический специалист задействует переносной инструмент полевого технического обслуживания для получения изображения и/или видео полевого устройства перед началом работы над полевым устройством. Это изображение «как было обнаружено» полевого устройства. Может быть более одного изображения «как было обнаружено». К примеру, может быть получено множество изображений или видео с различных ракурсов. Дополнительно, камеры множества типов могут использоваться для изображений «как было обнаружено». К примеру, фотокамера может делать фото «как было обнаружено» высокого разрешения в спектре видимого излучения, а видео «как было обнаружено» может быть получено в инфракрасном спектре.
Далее, на блоке 304, технический специалист соединяет переносной инструмент полевого технического обслуживания с полевым устройством и выполняет требуемую работу по техническому обслуживанию, такую как калибровка, диагностика, ремонт и так далее. На блоке 306 технический специалист использует переносной инструмент полевого технического обслуживания для получения изображения «как было оставлено» полевого устройства после того, как техническое обслуживание было завершено на блоке 304. Изображения и видео как «как было обнаружено», так и «как было оставлено» сохраняются в переносном инструменте полевого технического обслуживания. Предпочтительно, выполняется необязательный этап 308, где изображения или видео «как было обнаружено» и после обслуживания загружаются на другое устройство или систему, такую как система управления имуществом. Таким образом, полевое документирование технического обслуживания может осуществляться лучше. Архивация таких изображений с течением времени также может быть полезна для определения износа или коррозии, или других условий, которые происходят медленно с течением времени.