МОДУЛЬ ДАННЫХ КОМПОНЕНТА, СОДЕРЖАЩИЙ ВСТРОЕННЫЙ ИНТЕРФЕЙС СВЯЗИ БЛИЖНЕГО ДЕЙСТВИЯ
COMPONENT DATA MODULE CONTAINING A HARDWIRED SHORT-RANGE COMMUNICATION INTERFACE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к компонентам, предназначенным для использования в технологическом и производственном оборудовании, которые содержат встроенный модуль радиочастотной идентификации (RFID). Более конкретно, настоящее изобретение относится к компонентам оборудования, имеющим модуль RFID, предназначенный для передачи информации, касающейся указанного компонента, соответствующему устройству считывания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Средства связи ближнего действия (NFC) и радиочастотной идентификации (RFID) предусмотрены во многих современных устройствах. Двумя типичными областями использования технологии NFC - RFID являются кредитные карты и личные идентификационные карточки. Когда кредитная карта размещается рядом с соответствующим считывателем, осуществляется обработка данных кредитной карты. Аналогичным образом при размещении идентификационной карточки рядом с соответствующим считывателем открываются автоматические входные ворота или турникет.
[0003] Технология RFID предусматривает использование аппаратного обеспечения, такого как считыватели (также называются опросчиками) и транспондеры (также называются метками или ярлыками), а также программного обеспечения или промежуточного программного обеспечения RFID. Системы NFC - RFID с индуктивной связью функционируют на основе трансформаторной связи между первичной обмоткой, размещенной на считывателе, и вторичной обмоткой, находящейся на транспондере. Обычно связь возникает, когда расстояние между соответствующими обмотками находится в пределах примерно 0,16 фута, так что транспондер находится в ближней зоне антенны считывателя. Электрическая энергия передается от считывателя к транспондеру при помощи магнитной связи между первичной обмоткой считывателя и вторичной обмоткой транспондера.
[0004] Устройство RFID может быть пассивным (без аккумуляторной батареи), активным (то есть, в транспондере предусмотрена аккумуляторная батарея) или пассивным устройством с поддержкой аккумуляторной батареей (ВАР), содержащим аккумуляторную батарею малой емкости, которая активируется, когда транспондер приближается к считывателю. Считывание с некоторых транспондеров осуществляется на расстоянии нескольких метров и за пределами линии прямой видимости считывателя. Системы NFC - RFID функционируют, пока транспондер находится в непосредственной близости к соответствующему считывателю. Когда «резонирующий» транспондер (то есть, собственная частота транспондера соответствует частоте сигнала, передаваемого считывателем) помещается в переменное магнитное поле антенны считывателя, питание транспондера осуществляется магнитным полем, генерированным считывателем. Указанное дополнительное потребление энергии можно определить посредством измерения падения напряжения на внутреннем сопротивлении антенны считывателя, обусловленном подачей тока в антенну. Следовательно, включение и отключение сопротивления нагрузки антенны считывателя влияет на величину напряжения на антенне считывателя и, таким образом, осуществляется амплитудная модуляция напряжения антенны удаленным транспондером. Если включение и выключение нагрузочного сопротивления осуществляется под управлением сигнала данных, то указанные данные могут быть переданы от транспондера к считывателю. Такой способ передачи данных называется модуляцией нагрузки. Чтобы восстановить данные в считывателе, выполняется выпрямление напряжения, полученного на антенне считывателя. Данная операция представляет собой демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала.
[0005] Одновременно с развитием технологии RFID на производственных и перерабатывающих предприятиях все шире применяются цифровые периферийные устройства. Часто цифровые устройства являются составными частями конкретного компонента. Термин «составная часть» в настоящем документе означает, что элемент (то есть цифровое периферийное устройство) связан с данным компонентом и остается с ним независимо от возможного перемещения компонента. Компоненты, представляющие собой «ремонтопригодные» устройства, обычно являются сравнительно дорогостоящими компонентами, которые часто выводятся из эксплуатации, подвергаются ремонту и затем хранятся на складе предприятия с целью последующего использования или возвращаются в эксплуатацию. Любой заданный компонент может быть возвращен в эксплуатацию на любом участке предприятия или вообще использован на другом предприятии.
[0006] В связи с этим требуется предусмотреть хранение и доступ к соответствующим исходным данным компонентов, данным конструкции компонентов, данным операций, выполняемых с компонентами, и данным предшествующего технического обслуживания компонентов, которые хранятся совместно с оборудованием предприятия, имеющим высокую стоимость, и являются его составной частью. Аналогичным образом, требуется предоставить доступ и обработку в реальном времени информации, касающейся эксплуатации и диагностики компонентов. В частности, особенно желательным является обеспечение доступа к данным компонента, когда конкретный компонент выведен из эксплуатации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Система связи, предназначенная для использования в системе управления технологической установкой, включает в себя по меньшей мере один компонент технологической установки, содержащий функционально связанный с компонентом модуль данных компонента. Модуль данных компонента включает в себя процессор, память, функционально связанную с процессором, по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход, которые функционально связаны с памятью. Память предназначена для хранения исходных данных компонента. Кроме того, память предназначена для получения через вход данных эксплуатации компонента, когда компонент эксплуатируется в технологической установке. Модуль управления записан в памяти, исполняется процессором и предназначен для подачи компоненту инструкции управления, а также контроля данных эксплуатации. Предусмотрен также интерфейс связи ближнего действия, предназначенный для извлечения из памяти исходных данных компонента и данных эксплуатации. Кроме того, интерфейс связи ближнего действия предназначен для осуществления доступа к исходным данным компонента и данным эксплуатации, независимо от того, находится ли компонент в режиме эксплуатации или выведен из эксплуатации. Интерфейс связи ближнего действия обеспечивает обмен данными со считывателем с целью передачи считывателю исходных данных компонента и данных эксплуатации для обеспечения передачи исходных данных компонента и эксплуатационных данных в систему управления технологической установкой.
[0008] Модуль данных компонента включает в себя встроенный процессор, имеющий по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход. Процессор предназначен для исполнения программы управления и (или) контроля технологического процесса. Модуль данных компонента дополнительно включает в себя встроенную память, предназначенную для хранения исходных данных компонента и данных эксплуатации, касающихся функционирования устройства в технологической установке. В устройстве предусмотрен интерфейс связи ближнего действия, предназначенный для предоставления доступа к исходным данным компонента и данным эксплуатации, хранящимся в памяти. Интерфейс связи ближнего действия дополнительно предназначен для доступа к данным, независимо от того, находится ли модуль данных компонента в режиме эксплуатации или выведен из эксплуатации.
[0009] В другом примере осуществления изобретения модуль данных компонента включает в себя встроенный процессор, имеющий по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход. Модуль данных компонента дополнительно содержит встроенную память, в которой хранятся исходные данные компонента, касающиеся конкретного устройства. Данные эксплуатации, касающиеся устройства, записываются в памяти, когда устройства эксплуатируется в технологической установке. Модуль данных компонента включает в себя интерфейс связи ближнего действия, предназначенный для предоставления доступа к исходным данным компонента и данным эксплуатации, записанным в памяти.
[0010] В еще одном примере осуществления изобретения способ предоставления данных, касающихся модуля данных компонента, включает этапы предоставления встроенного процессора, имеющего по меньшей мере один вход и по меньшей мере один выход, предоставления встроенной памяти, запоминания исходных данных компонента для данного устройства и запоминания данных эксплуатации устройства, когда устройство эксплуатируется в технологической установке. Указанный способ дополнительно включает этапы записи программы доступа к данным устройства в памяти модуля данных компонента и предоставления интерфейса связи ближнего действия, предназначенного для осуществления доступа к исходным данным компонента и данным эксплуатации, записанным в памяти, при исполнении программы доступа к данным.
[0011] В другом примере осуществления изобретения модуль данных компонента содержит встроенный процессор. Модуль данных компонента дополнительно содержит встроенную память, в которой хранятся исходные данные компонента, касающиеся конкретного устройства. Данные эксплуатации, касающиеся устройства, записываются в памяти, когда устройства эксплуатируется в технологической установке. Модуль данных компонента включает в себя интерфейс связи ближнего действия, предназначенный для предоставления доступа к исходным данным компонента и данным эксплуатации, записанным в памяти.
[0012] Представленное краткое описание признаков и преимуществ изобретения, а также указанное далее полное описание не являются исчерпывающими. После ознакомления с чертежами, характеристиками и формулой изобретения для специалистов в данной области техники будет очевидным наличие дополнительных признаков и преимуществ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Фиг. 1 иллюстрирует структурную схему цифровой автоматической системы управления технологической установкой.
[0014] Фиг. 2 иллюстрирует структурную схему модуля данных компонента, включающего в себя встроенный модуль интерфейса связи ближнего действия или модуль RFID.
[0015] Фиг. 3 иллюстрирует структурную схему узла связи ближнего действия или узла RFID.
[0016] Фиг. 4 иллюстрирует параметры высокочастотного сигнала, определяющие зоны функционирования антенны.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Технологическая установка содержит модуль радиочастотной идентификации (RFID), включающий в себя интерфейс связи ближнего действия (NFC). Если заданный компонент является новым, исходные данные компонента, такие как номер модели, порядковый номер, руководство по установке, цифровые изображения компонента, руководство по эксплуатации компонента, руководство по техническому обслуживанию компонента, технические данные компонента, чертежи компонента и т.д. могут быть записаны в соответствующем модуле данных компонента. Во время установки заданного компонента в технологической линии данные параметров, хранящиеся в соответствующем модуле данных компонента, могут быть автоматически переданы на аналогичные модули данных компонентов для упрощения установки и предотвращения ошибок, которые могут возникнуть в результате неправильного выбора параметров. После ввода в эксплуатацию осуществляется исполнение соответствующим процессором программы записи данных компонента, которая обеспечивает запись соответствующих данных параметров компонента, данных эксплуатации компонента и данных технического обслуживания компонента, например, в модуле данных компонента. Кроме того, пока заданный компонент находится в режиме эксплуатации, через интерфейс связи ближнего действия обеспечивается возможность доступа к данным эксплуатации, связанным с процессом, осуществляемым технологической установкой, в которой установлен компонент, данным состояния компонента в реальном времени и данным диагностики компонента.
[0018] Технология RFID предусматривает использование высокочастотных сигналов для передачи данных между считывателем и транспондером, прикрепленным к компоненту, для целей идентификации и отслеживания компонента. Технология RFID обеспечивает возможность присвоения, например, каждому периферийному устройству технологической установки уникального идентификационного номера, а также обозначения компонентов, сырья, персонала, незавершенной продукции, запасов и т.д. уникальными идентификаторами. Далее данные считываются с пассивного транспондера (транспондер без аккумуляторной батареи) RFID, когда считыватель RFID находится достаточно близко к транспондеру. При этом нет необходимости размещать транспондер на линии прямой видимости считывателя. Считывание данных с транспондера может выполняться даже при размещении транспондера в закрытом корпусе.
[0019] Как указано на фиг. 1, цифровая автоматическая система 100 управления технологической установкой содержит ряд коммерческих и других компьютерных систем, связанных с набором устройств управления и (или) контроля технологической установки одной или большим числом сетей связи. Цифровая автоматическая система 100 управления технологической установкой содержит одну или большее число систем 112 и 114 управления технологическим процессом. Система 112 управления технологическим процессом может представлять собой известную систему управления технологическим процессом, такую как система PROVOX или RS3 либо любую другую распределенную систему управления (РСУ), содержащую интерфейс 112А оператора, подключенный к контроллеру 112В и картам 112С ввода-вывода (В/В), которые, в свою очередь, связаны с различными периферийными устройствами, такими как аналоговые периферийные устройства и устройства, функционирующие на основе протокола магистрального адресуемого удаленного преобразователя (HART) 115. Система 114 управления технологическим процессом, которая может представлять собой распределенную систему управления технологическим процессом, содержит один или большее число интерфейсов 114А оператора, связанных с одним или большим числом распределенных контроллеров 114В при помощи шины обмена данными, такой как шина Ethernet. Контроллеры 114В могут представлять собой, например, контроллеры DeltaV, которые поставляет компания Fisher-Rosemount Systems, Inc. (г. Остин, шт. Техас), или контроллеры любого другого типа. Контроллеры 114В при помощи устройств ввода-вывода соединены с одним или большим числом периферийных устройств 116, таких как, например, устройства, функционирующие на основе протокола HART или Fieldbus Field (FF), или другие интеллектуальные либо неинтеллектуальные периферийные устройства, в том числе, например, устройства, функционирующие на основе протоколов PROFIBUS, WORLDFIP, Device-Net, AS-Interface и CAN. Как известно, периферийные устройства 116 могут передавать контроллерам 114В аналоговые или цифровые данные, представляющие переменные технологического процесса, а также другую информацию устройства. Интерфейсы 114А оператора могут осуществлять хранение и исполнение средств, предоставленных оператору, осуществляющему управление технологическим процессом, например, средств оптимизации управления, экспертной диагностики, нейронных сетей, тюнеров и т.д. Установка в соответствующем компоненте модуля RFID, содержащего интерфейс NFC, обеспечивает персоналу, эксплуатирующему технологическую установку, возможность доступа к данным компонента и ввода указанных данных в систему 112, 114 управления технологическим процессом даже, если конкретный компонент выведен из эксплуатации.
[0020] Компьютерная система 130 соединена с возможностью обмена данными с компьютерами или интерфейсами, связанными с различными функциональными средствами цифровой автоматической системы 100 управления технологической установкой, в том числе системами 112 и 114 управления технологическим процессом, компьютерами систем эксплуатации и технического обслуживания, такими как компьютеры 118, 114А, 122 и 126, а также системами реализации коммерческих функций. В частности, компьютерная система 130 соединена с возможностью обмена данными с известной системой 112 управления технологическим процессом и интерфейсом 118 технического обслуживания, связанным с соответствующей системой управления. Компьютерная система 130 при помощи шины 132 связана с интерфейсами 114А управления технологическим процессом и (или) технического обслуживания распределенной системы 114 управления технологическим процессом, а также связана с компьютером 122 обслуживания оборудования с вращающимися элементами и компьютером 126 системы производства и распределения электроэнергии. Для обеспечения обмена данными шина 132 может функционировать на основе требуемого или приемлемого протокола локальной вычислительной сети (ЛВС) или глобальной вычислительной сети (ГВС). Использование в компьютерной системе 130 модуля RFID, имеющего интерфейс NFC, обеспечивает персоналу технологической установки возможность доступа к данным компонента и ввода данных компонента в компьютерную систему 130 даже, если этот компонент выведен из эксплуатации.
[0021] Как указано на фиг. 1, компьютер 130 также подключен при помощи указанной или другой сетевой шины 132 к компьютерам 135 и 136 коммерческой системы и планирования технического обслуживания, которые могут выполнять, например, планирование ресурсов предприятия (ERP), планирование материальных ресурсов (MRP), управление техническим обслуживанием (CMMS), бухгалтерский учет, организацию производства и обработки заказов, планирование технического обслуживания или любые другие необходимые коммерческие функции, такие как исполнение приложений, осуществляющих обработку заказов на запасные части, материальные средства и сырье, приложений, выполняющих планирование производства и т.д. Компьютер 130 может быть также подключен при помощи, например, шины 132 к локальной вычислительной сети 137 предприятия, корпоративной глобальной вычислительной сети 138, а также к компьютерной системе 140, которая обеспечивает возможность удаленного контроля или обмена данными с технологической установкой 100 из удаленных пунктов. Использование модуля RFID, имеющего интерфейс NFC, обеспечивает возможность доступа персонала технологической установки к данным компонента и ввода данных компонента в компьютеры коммерческой системы и компьютеры 135 планирования технического обслуживания даже, если конкретный компонент выведен из эксплуатации.
[0022] Далее, системы эксплуатации и технического обслуживания, такие как компьютеры 118, выполняющие приложение, обеспечивающее управление компонентом (AMS), или любые другие модули контроля и обмена данными с устройствами, могут быть подключены к системам 112 и 114 управления технологическим процессом или их отдельным устройствам 115 с целью выполнения операций контроля и технического обслуживания. Например, компьютер 118 системы эксплуатации и технического обслуживания может быть подключен к контроллеру 112 В и (или) периферийному устройству 115 с использованием соответствующих линий или сетей обмена данными (в том числе беспроводных и мобильных сетей), которые используются для обмена данными и, в некоторых случаях, для изменения параметров или выполнения других функций обслуживания периферийных устройств 115. Аналогичным образом, приложения, обеспечивающие функции эксплуатации и технического обслуживания, такие как приложение AMS могут быть установлены и могут выполняться одним или большим числом компьютеров 114А интерфейса пользователя, связанных с распределенной системой 114 управления технологическим процессом, с целью осуществления функций контроля эксплуатации и технического обслуживания, в том числе сбора данных, касающихся рабочего состояния периферийных устройств 116. Использование модуля RFID, имеющего интерфейс NFC, обеспечивает персоналу технологической установки возможность доступа к данным компонента и ввода данных компонента в компьютеры 118 системы эксплуатации и технического обслуживания даже, если этот компонент выведен из эксплуатации.
[0023] Цифровая автоматическая система 100 управления технологической установкой содержит также различное оборудование 120, имеющее вращающиеся механизмы, такое как турбины, двигатели и т.д., которые подключены к компьютеру 122 технического обслуживания при помощи постоянной или временной линии обмена данными, такой как шина, беспроводная система связи или портативный считыватель NFC, которая подключается к оборудованию 120 для получения отсчетов данных, а затем отключается. Компьютер 122 технического обслуживания может осуществлять хранение и исполнение известных приложений 123 контроля и диагностики, например, системы RBMware, поставляемой компанией CSI Systems (г. Ноксвилл, шт. Теннесси), или любых других приложений, используемых для диагностики, контроля и оптимизации функционирования оборудования 120 с вращающимися механизмами. Персонал, выполняющий техническое обслуживание, обычно использует приложения 123 для контроля и поддержания требуемого технического состояния оборудования 120 с вращающимися механизмами технологической установки 100, для определения неисправностей оборудования 120 с вращающимися механизмами, а также сроков и необходимости ремонта или замены оборудования 120 с вращающимися механизмами. Использование модуля RFID с интерфейсом NFC обеспечивает персоналу технологической установки возможность доступа к данным компонента и передачи данных компонента на оборудование 120 с вращающимися механизмами даже, если указанный компонент выведен из эксплуатации.
[0024] Аналогичным образом, система 124 производства и распределения электроэнергии, содержащая оборудование 125 производства и распределения электроэнергии, которая связана с цифровой автоматической системой 100 управления технологической установкой, может быть соединена, например, при помощи шины с другим компьютером 126, обеспечивающим эксплуатацию и контроль функционирования оборудования 125 производства и распределения электроэнергии технологической установки. Компьютер 126 может выполнять известные приложения 127 управления и диагностики системы электроснабжения, такие как, например, приложения, поставляемые компаниями Liebert и ASCO или другими компаниями, которые предназначены для управления и обеспечения функционирования оборудования 125 производства и распределения электроэнергии. Часто дорогостоящие и крупногабаритные периферийные устройства, оборудование с вращающимися механизмами и блоки, осуществляющие производство и распределение электроэнергии, выводятся из эксплуатации, подвергаются капитальному ремонту и направляются на склад оборудования/материальных запасов для последующего использования либо возвращаются в эксплуатацию. Очевидно, что конкретный компонент может быть введен в эксплуатацию на другом участке технологической установки или вообще на другом предприятии. Считыватель 110 интерфейса связи ближнего действия (NFC) может использоваться для приема и (или) передачи исходных данных компонента, данных параметров, данных эксплуатации в реальном времени, данных диагностики, данных предшествующей эксплуатации, данных предшествующего технического обслуживания, частичного или полного набора указанных данных по любому заданному компоненту. Считыватель NFC может быть встроен в цифровой контроллер клапана (DVC).
[0025] Интерфейс связи ближнего действия (NFC) (позиция 300 на фиг. 3) может обеспечивать прием и (или) передачу данных от любого заданного компонента (к любому заданному компоненту), независимо от того, находится ли заданный компонент 117 в эксплуатации или выведен из эксплуатации на момент возникновения необходимости выполнения обмена данных. Следует понимать, что термин «вывод из эксплуатации», используемый в настоящем документе, имеет общепринятое значение, а в некоторых случаях может иметь специфичное значение, указывая, что к данному компоненту от внешнего стационарного источника не подается электроэнергия. В системе может использоваться пассивный интерфейс NFC и в таком случае в заданном компоненте отсутствует даже питание от аккумуляторной батареи. При применении пассивного интерфейса NFC или по меньшей мере полупассивного интерфейса NFC исходные данные компонента, данные параметров компонента, данные предшествующей эксплуатации, данные предшествующего технического обслуживания могут храниться в заданном компоненте и, таким образом, указанные данные перемещаются совместно с компонентом и являются доступными независимо от того, находится компонент в эксплуатации или выведен из эксплуатации.
[0026] Как указано на фиг. 1, а также на фиг. 2, модуль 200 данных компонента содержит встроенный интерфейс 240 связи ближнего действия (NFC). Очевидно, что модуль 200 данных компонента может входить в состав любого заданного компонента 115, 116, 117, 120, 124 технологической установки. Модуль 200 данных компонента включает в себя встроенный процессор 210, цифровой вход 215, аналоговый вход 220, цифровой выход 225, аналоговый выход 230, встроенную память 235, устройство 255 связи дальнего действия и антенну 260 связи дальнего действия. Модуль данных компонента может включать в себя встроенный процессор 210, встроенную память 235, интерфейс NFC и выполнять функции регистратора данных. Интерфейс 240 NFC содержит встроенную интегральную схему 245, память 247 интерфейса NFC и антенну 250 NFC. Любой компонент 115, 116, 117, 120, 124 системы 100 управления и сбора данных технологической установки, представленной на фиг. 1, может включать в себя модуль 200 данных компонента. В цифровую автоматическую систему 100 управления технологической установкой может быть включено множество компонентов 115, 116, 117, 120, 124 технологической установки, каждый их которых содержит модуль 200 данных компонента. Каждый модуль 200 данных компонента, содержащий встроенный процессор 210, включает в себя по меньшей мере один вход 215, 220 и по меньшей мере один выход 225, 230, связанные с выполнением различных функций технологической установки. Встроенный процессор 210 предназначен для исполнения программы управления технологическим процессом и (или) программы контроля технологического процесса. Модуль 200 данных компонента дополнительно содержит встроенную память 235, 247, предназначенную для хранения исходных данных компонента, данных параметров компонента и данных эксплуатации компонента, соответствующих периоду эксплуатации компонента в технологическом процессе. Модуль 200 данных компонента содержит интерфейс 240 связи ближнего действия, предназначенный для осуществления доступа к исходным данным компонента, данным параметров компонента и данным эксплуатации компонента, хранящимся во встроенной памяти 235, 247. Программа доступа к данным компонента, записанная во встроенной памяти 235, при исполнении встроенным процессором 210 обеспечивает доступ к исходным данным компонента, данным параметров компонента и данным эксплуатации компонента. Интерфейс 240 связи ближнего действия обеспечивает доступ к исходным данным компонента и данным эксплуатации компонента независимо от того, находится ли модуль данных компонента в эксплуатации или выведен из эксплуатации. Считыватель 110 системы связи ближнего действия обеспечивает доступ к исходным данным компонента, данным параметров компонента и данным эксплуатации компонента через интерфейс 240 связи ближнего действия, а также обмен исходными данными компонента и данными эксплуатации компонента с цифровой автоматической системой 100 управления технологической установкой.
[0027] Особое преимущество устройства по настоящему изобретению касается компонентов, установленных во взрывоопасных зонах предприятия. Заданный компонент может представлять собой, например, механический клапан. Независимо от использования поступательного или поворотного механизма регулирования расхода среды через клапан, привод клапана часто представляет собой пневматическое устройство. Например, привод клапана может иметь конструкцию, предусматривающую увеличение проходного отверстия клапана при повышении приложенного давления пневматической системы, в результате чего обеспечивается повышение расхода среды через клапан. Обычно контроллер клапана установлен рядом с корпусом клапана. Контроллер клапана часто включает в себя электромагниты, подключенные к исполнительному механизму клапана, которые регулируют давление пневматической системы, приложенное к исполнительному механизму. С целью уменьшения длины пневмолиний, проходящих от контроллера клапана к исполнительному механизму, контроллер часто устанавливают на корпусе соответствующего клапана. Если узел (то есть, клапан, привод клапана и контроллер клапана) устанавливается во взрывоопасной зоне предприятия, то требуется, чтобы соответствующие электрические соединения размещались во взрывобезопасных корпусах. Размещение на корпусе клапана пассивного транспондера RFID, в памяти которого содержатся данные параметров узла клапана, позволяет получить узел, пригодный для установки во взрывоопасной зоне предприятия. Размещение считывателя RFID в соответствующем контроллере клапана, который находится во взрывозащищенном корпусе, обеспечивает передачу данных параметров клапана на контроллер клапана без монтажа каких-либо внешних электрических соединений между контроллером клапана и клапаном. Дополнительным преимуществом данной конструкции является то, что параметры соответствующего узла могут быть определены автоматически. Данные параметров клапана передаются на считыватель RFID контроллера клапана от транспондера RFID, размещенного на корпусе клапана. Контроллер клапана автоматически выполняет определение параметров для обеспечения соответствия конфигурации контроллера клапана данным параметров клапана.
[0028] На фиг. 3 представлена система 300 NFC. Система NFC содержит транспондер 305 и считыватель 310. Транспондер предназначен для реагирования на наличие магнитного поля 315. Транспондер содержит диод 320, интегральную схему 325, антенну 330 транспондера, модулятор 335 нагрузки, первый конденсатор 336 и второй конденсатор 337. Источником генерируемого магнитного поля 340 является считыватель. Считыватель содержит антенну 345 считывателя, источник 350 питания, приемник 355 обратного сигнала, выпрямитель 360 и демодулятор 365. При размещении «резонирующего» транспондера (то есть, собственная частота транспондера соответствует частоте сигнала, передаваемого считывателем) в переменном магнитном поле антенны считывателя транспондер отбирает энергию магнитного поля. Потребление энергии определяется величиной падения напряжения на внутреннем сопротивлении антенны считывателя и током, подаваемым на антенну считывателя. Таким образом, подключение и отключение сопротивления нагрузки антенны транспондера воздействует на изменение напряжения на антенне считывателя и, фактически, обеспечивает модуляцию амплитуды напряжения антенны транспондером. Если подключение и отключение нагрузочного сопротивления осуществляется под управлением данных, то данные передаются от транспондера на считыватель. Такой метод обработки данных называется модуляцией нагрузки. Чтобы восстановить данные в считывателе, выполняется выпрямление напряжения, полученного на антенне считывателя. Данная операция представляет собой демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала.
[0029] Транспондер RFID содержит по меньшей мере два основных компонента. Одним компонентом является интегральная схема, осуществляющая сохранение и обработку информации, модуляцию и демодуляцию высокочастотного (ВЧ) сигнала, а также другие специализированные функции. Вторым основным компонентом является антенна, предназначенная для приема и передачи полученного сигнала.
[0030] В пассивных транспондерах RFID магнитное поле в ближней зоне, генерированное считывателями, может использоваться для питания микропроцессоров, которые обеспечивают считывание или запись в память, предусмотренную в транспондере. В полупассивных транспондерах аккумуляторная батарея используется для питания соответствующего микропроцессора с целью расширения диапазона чтения данных. В любом случае транспондеры RFID не выполняют передачу сигналов, а осуществляют изменение сигналов, полученных от считывателя RFID, с целью установления беспроводной связи. Данный метод обеспечивает значительную экономию энергии и может непосредственно применяться в периферийных устройствах, конструкция которых в значительной степени зависит от затрат на потребляемую электроэнергию. В результате интеграции транспондера RFID в модуль данных компонента в соответствии с одним или большим числом вариантов, описанных в настоящем документе, обеспечивается установление беспроводной связи с минимальным потреблением электроэнергии. Транспондер RFID может включать в себя шину последовательного периферийного интерфейса (SPI), например, поставляемую компаниями IDS Microchip, AG SL13A или Atmel AT88RF001, которая используется для обмена данными с памятью или соответствующим процессором.
[0031] Шина SPI функционирует на основе стандарта синхронного последовательного канала передачи данных, функционирующего в дуплексном режиме. Устройства работают по принципу «главный-подчиненный», причем передачу кадра данных осуществляет главное устройство. В случае использования нескольких подключенных к системе подчиненных устройств для выбора подчиненного устройства могут быть предусмотрены индивидуальные линии.
[0032] В соответствии с одним или большим числом примеров осуществления изобретения посредством использования модуля 240 RFID в модуле данных компонента обеспечивается доступ к данным компонента без необходимости удаления крышки клеммной коробки для установления связи. Это представляет собой особое преимущество, поскольку на многих технологических установках запрещается вмешательство в функционирование оборудования, когда, например, клапан находится в режиме эксплуатации (для исключения риска кроткого замыкания клемм и отказа клапана). Кроме того, вследствие осуществления непосредственного обмена данными с процессором или памятью обеспечивается независимость интерфейса NFC от используемого протокола (то есть, один интерфейс может использоваться для обмена данными с устройствами, функционирующими на основе протоколов HART, FF и PROFIBUS). Таким образом, один считыватель может использоваться для обмена данными с периферийными устройствами, функционирующими на основе различных протоколов.
[0033] Модуль RFID может выполнять функции местного архива данных. Данные, касающиеся соответствующего компонента, записываются в памяти, встроенной в транспондер, а далее передаются в соответствии с необходимостью при помощи считывателя NFC. Процессор модуля RFID исполняет программу записи данных компонента, которая осуществляет запись различных данных в памяти соответствующей интегральной схемы RFID. Обмен данными диагностики между транспондером NFC и считывателем NFC может быть осуществлен последовательно в течение одного цикла связи.
[0034] «Таблетка» контактной памяти (СМВ) может быть выполнена таким образом, чтобы все электронные компоненты размещались в корпусе. Контактный ключ (или контактная память) представляет собой электронное устройство идентификации, размещенное корпусе из нержавеющей стали в форме монеты. Такое устройство является особенно удобным, если осуществление контакта не является проблемой. «Таблетки» контактной памяти содержат проводную шину, обеспечивающую возможность использования взрывозащищенного корпуса соответствующего процессора и памяти. Доступ к контактной памяти осуществляется, когда контактный датчик соприкасается с «таблеткой» контактной памяти. Операции чтения и (или) записи между датчиком и микросхемой памяти выполняются при мгновенном контакте. С использованием одной микросхемы могут быть выполнены тысячи операций чтения и записи, причем часто обеспечивается целостность данных в течение сотни лет. Контактная память дополняет такие технологии как штриховой код, транспондеры RFID, магнитная полоса, бесконтактная карта и смарт-карта. В отличие от штрихового кода и карт с магнитной полосой многие решения контактной памяти обеспечивают возможность записи, а также чтения данных. Скорость передачи данных, а также номенклатура устройств контактной памяти значительно превышают соответствующие параметры простых устройств памяти, обычно используемых с технологией RFID. Устройства контактной памяти могут быть пассивными и обеспечивать хранение электронных данных, а также выполнение операций чтения и записи. Типовые устройства контактной памяти обеспечивают хранение до 4 Гбайт данных. Некоторые устройства контактной памяти предназначены для использования в условиях экстремальных температур, воздействия радиоактивного излучения, накопления статического заряда, воздействия электромагнитных помех, электромагнитных импульсов, ударного воздействия и вибрации. Такие характеристики особенно необходимы на предприятиях, осуществляющих обработку опасных материалов. Устройства контактной памяти обеспечивают безопасный обмен данными по однопроводной линии. Контактная память обычно размещается в металлическом корпусе. В случае подключения аккумуляторной батареи полупассивная или активная контактная память может выполнять функции регистратора данных.
[0035] Системы NFC и Bluetooth представляют собой технологии связи ближнего действия, которые могут быть использованы в конкретном компоненте в соответствии с настоящим изобретением. Как более подробно описано далее, технология NFC обеспечивают более низкую скорость передачи, чем технология Bluetooth, но также более низкий уровень потребления энергии и не требует использования одинаковых устройств на обоих концах линии передачи.
[0036] Установление соединения осуществляется устройствами NFC быстрее, чем стандартными устройствами Bluetooth, но ненамного быстрее, чем устройствами Bluetooth с низким потреблением электроэнергии. Соединение между двумя устройствами NFC автоматически устанавливается менее чем за одну десятую долю секунды. Максимальная скорость передачи данных устройства NFC (424 Кбит/с) ниже скорости передачи устройства, функционирующего на основе протокола Bluetooth V2.1 (2,1 Мбит/с). Поскольку максимальное рабочее расстояние менее 20 см, соответствующее устройство NFC имеет меньшую дальность действия, что снижает вероятность нежелательного перехвата сигнала. Это обеспечивает дополнительные преимущества применения устройства NFC на участках плотного размещения оборудования, например, на обрабатывающих предприятиях, имеющих несколько расположенных близко друг к другу компонентов, где определение конкретного устройства, передавшего сигнал (и, соответственно, его пользователя), является сложной задачей.
[0037] В отличие от устройств Bluetooth, технология NFC является совместимой с существующими пассивными системами RFID (13,56 МГц, ISO/IEC 18000-3). Устройства NFC потребляют сравнительно мало энергии, аналогично устройствам с низким потреблением энергии, функционирующим на основе протокола Bluetooth V4.0. Система связи RFID - NFC предназначена для чтения и (или) записи параметров устройства. Считыватель NFC может быть включен в схему ретранслятора Bluetooth. В таком случае модуль RFID соответствующего компонента может быть закрыт крышкой, а сигнал может быть передан устройством Bluetooth на удаленный считыватель.
[0038] В табл.1 представлен пример исходных данных компонента, которые могут быть получены от изготовителя оборудования или из другого источника. Непосредственными входными данными могут быть данные идентификации компонента, номер модели модуля и порядковый номер. В то же время, доступ к соответствующим техническим характеристикам, руководству по установке, руководству по обслуживанию и руководству по эксплуатации может осуществляться, например, по гиперссылке на файл формата PDF. Эти данные могут храниться в памяти, предусмотренной в соответствующем интерфейсе связи ближнего действия, на машиночитаемом носителе, в памяти соответствующего модуля данных компонента, в комбинации части указанных устройств памяти или всех указанных устройств памяти. По меньшей мере в одном примере осуществления изобретения предусмотрен транспондер связи ближнего действия, обеспечивающий обмен исходными данными компонента с соответствующим считывателем NFC. Очевидно, что конкретная таблица исходных данных компонента может содержать различное число элементов в зависимости от возможности запоминания информации, касающейся периферийного устройства.
[0039] В табл.2 представлен пример данных параметров, которые могут быть доступными. Указанные данные параметров компонента могут быть записаны в памяти, предусмотренной в соответствующем интерфейсе NFC, на машиночитаемом носителе, в памяти соответствующего модуля данных компонента или в комбинации части указанных устройств памяти или всех указанных устройств памяти. Транспондер связи ближнего действия предназначен для обмена данными параметров компонента с соответствующим считывателем NFC. Очевидно, что конкретная таблица данных параметров может содержать различное число элементов в зависимости от возможности запоминания информации, касающейся периферийного устройства.
[0040] В табл.2 представлен пример данных параметров, которые могут быть доступными. Указанные данные параметров компонента могут быть записаны в памяти, предусмотренной в соответствующем интерфейсе NFC, на машиночитаемом носителе, в памяти соответствующего модуля данных компонента или в комбинации части указанных устройств памяти или всех указанных устройств памяти. Транспондер NFC предназначен для обмена данными эксплуатации компонента с соответствующим считывателем NFC. Очевидно, что конкретная таблица данных эксплуатации компонента может содержать различное число элементов в зависимости от возможности запоминания информации, касающейся периферийного устройства.
[0041] В табл.4 представлена различная информация, касающаяся данных технического обслуживания компонента. Указанные данные технического обслуживания компонента могут храниться в памяти, предусмотренной в соответствующем интерфейсе NFC, на машиночитаемом носителе, в памяти соответствующего модуля данных компонента или в комбинации части указанных устройств памяти или всех указанных устройств памяти. Транспондер NFC предназначен для обмена данными технического обслуживания компонента с соответствующим считывателем NFC. Очевидно, что конкретная таблица данных технического обслуживания компонента может содержать различное число элементов в зависимости от возможности запоминания информации, касающейся периферийного устройства.
[0042] На фиг. 4, иллюстрирующем форму высокочастотного сигнала 400, указан источник 440 высокочастотного сигнала, полупериод 405 сигнала, полный период 410 сигнала, полтора периода 415 сигнала, два периода 420 сигнала и сигнал за пределами двух периодов и до бесконечности. Как указано на фигуре, интервал, соответствующий одной длине волны, определяет ближнюю зону, интервал от одной длины волны до двух длин волны определяет переходную зону, а интервал за пределами двух длин волны определяет дальнюю зону. Очевидно, что в беспроводной системе связи в соответствии с настоящим изобретением может использоваться система связи в ближней зоне, система связи в дальней зоне или комбинация указанных систем.
[0043] Система RFID может быть определена как удаленная база данных, входящая в состав заданного компонента. Соответствующий компонент может отслеживаться системой определения положения в реальном времени (RTLS), которая используется на предприятии для определения местоположения оборудования, инструментов и критичных устройств. Система связи ближнего действия может быть построена на принципе установления связи между одноранговыми устройствами.
[0044] Память соответствующей системы связи ближнего действия содержит следующую информацию: изготовитель, место размещения изготовителя, порядковый номер устройства, идентификатор устройства, дата проведения последнего цикла технического обслуживания. По меньшей мере в одном примере осуществления изобретения для передачи данных компонента в удаленную базу данных используется соединение по сети Интернет. Удаленный доступ к данным компонента может быть осуществлен, например, при помощи приложения iPhone.
[0045] В базе данных может быть осуществлена регистрация до 3600 отсчетов данных с частотой получения отсчетов от 1 минуты до 5 суток. Транспондер системы связи ближнего действия может использоваться для контроля температуры критичных продуктов с целью постоянного поддержания температуры продукта в требуемых пределах в процессе производства или транспортировки.
[0046] При использовании транспондеров NFC, встроенных в основные компоненты, эффективность конкурентного управления изделиями и управления изделиями с использованием Интернет повышается. Транспондер системы связи ближнего действия применяется для упрощения идентификации и процесса приобретения изделий. База данных (например, Oracle или аналогичная база данных) может использоваться в комбинации с интерфейсом NFC для оптимизации операций, связанных с сопутствующими изделиями. Система RFID может применяться в качестве средства шифрования данных изделий. Система NFC может обеспечивать надежные ключи доступа для операций, осуществляемых с использованием устройств 3G/Wi-Fi. Применение устройств NFC, функционирующих с использованием средств 3G, позволяет оптимизировать инвестиции в создание корпоративной базы данных.
[0047] В локальной базе данных для обновления записей с учетом текущего состояния используется интерфейс связи ближнего действия. Такая конфигурация обеспечивает надлежащее хранение данных оборудования пользователями. Система NFC может использоваться для сохранения предшествующих данных технического обслуживания, предшествующих данных контроля и предшествующих данных калибровки компонентов. Система NFC может также использоваться для проведения контроля и аудита оборудования, например, получения данных момента затяжки болтов, требований по смазке и т.д. Система NFC может применяться, например, на удаленных устройствах, где доступ к базам данных или записям является ограниченным (например, нефтепромысловый объект). Система NFC может содержать ссылку на документацию, касающуюся устройства, например, данные термообработки после сварки. Пассивная система NFC может обеспечивать беспроводную связь с соответствующим процессором или процессорами без потребления энергии. Система NFC может применяться для получения, например, данных переменных состояния приборов (стандартные значения, разрешение, давление), аварийных сигналов и (или) данных устройства (версия программного обеспечения, порядковый номер, дата проведения последней калибровки).
[0048] Полупассивная (то есть, соответствующий модуль данных компонента содержит источник питания) система NFC может выполнять функции архива данных. Интерфейс NFC может обеспечивать взаимодействие с автономными периферийными устройствами. При использовании систем NFC не требуется создавать централизованную сетевую инфраструктуру. Систему NFC можно использовать для идентификации поддельных или несанкционированных изделий. Система NFC используется для интеграции отдельной детали в узел клапана и может применяться для управления поставкой компонентов для крупных строительных проектов. Система NFC может служить в качестве замены аппаратных ключей, используемых для лицензирования, при отсутствии разъемов USB. Система NFC может предоставлять функции временной защищенной памяти данных компонента. Система NFC может применяться для быстрого определения местонахождения компонентов на площадке для сбора металлолома, площадке временного хранения или на складе. В случае нарушения порядка размещения записей компонентов система NFC может использоваться для сканирования контейнеров или паллет с целью поиска компонентов. Система RFID обеспечивает идентификацию через стенки картонной упаковки, используемой для транспортировки, и, соответственно, нет необходимости распаковывать компоненты для контроля. Система RFID может использоваться для отслеживания местоположения персонала на территории предприятия и определения нахождения людей в опасных зонах.
[0049] После ознакомления с настоящим описанием изобретения для специалистов в данной области техники станет очевидным возможность создания дополнительных структурных и функциональных вариантов системы и способа отслеживания данных, касающихся компонента. Таким образом, хотя были представлены и описаны конкретные примеры осуществления и области применения, очевидно, что примеры осуществления изобретения не ограничиваются конструкцией и компонентами, описанными в настоящем документе. Для специалистов в данной области техники очевидно, что в конструкцию, функционирование и компоненты способа и устройства, описанного в настоящем документе, могут быть внесены модификации, изменения и дополнения, не выходящие за пределы сущности и объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.