ПЕРЕНОСНОЙ ПОЛЕВОЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ С КАНАЛОМ СВЯЗИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
PORTABLE FIELD MAINTENANCE TOOL WITH PROCESS LINK

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Полевые устройства используются в различных технологических установках для обеспечения чрезвычайно важных функций мониторинга и управления процессами. Примеры технологических установок включают в себя технологические установки для переработки нефти, фармацевтических, химических, целлюлозных и других текучих сред. В таких установках система управления технологическим процессом и измерительная сеть могут включать в себя десятки или даже сотни различных полевых устройств, которые периодически требуют технического обслуживания для того, чтобы гарантировать, что такие устройства правильно функционируют и/или откалиброваны. Более того, после обнаружения одной или более ошибок при управлении технологическим процессом и в измерительной установке использование переносного полевого инструмента для технологического обслуживания позволяет технику быстро диагностировать такие ошибки на месте. Переносные полевые инструменты для технического обслуживания обычно используются для конфигурирования, калибровки и диагностирования проблем, связанных с интеллектуальными полевыми устройствами, использующими протоколы цифровой связи для поддержки технологического процесса.
Поскольку, по меньшей мере, некоторые технологические установки могут включать сильно летучие или даже взрывчатые среды, полевым устройствам и переносным полевым инструментам для технического обслуживания, используемым с такими полевыми устройствами, часто предпочтительно, или даже необходимо, подчиняться требованиям внутренней безопасности (искробезопасности). Эти требования помогают гарантировать, что электрические устройства не будут создавать источник воспламенения даже в условиях отказа. Один пример требований искробезопасности изложен в документе "APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I, II AND III, DIVISION NUMBER 1 HAZARDOUS (CLASSIFIED) LOCATIONS, CLASS NUMBER 3610", опубликованном Factory Mutual Research в октябре 1998 г. Пример переносного полевого инструмента для технического обслуживания, который соблюдает требования искробезопасности, включает инструмент, который продается под торговым обозначением "Model 475 Field Communicator", доступный в Emerson Process Management of Austin, Texas (штат Техас).
Хотя интеллектуальные полевые устройства и переносные полевые устройства для технического обслуживания обеспечили целый ряд новых функций и возможностей по отношению к техническому обслуживанию переносными полевыми устройствами, некоторые их функции по-прежнему остаются достаточно трудоемкими. Например, задача ввода в эксплуатацию полевых устройств (подключение их в первый раз) для системы управления технологическим процессом представляет собой операцию, которую выполняют обычно два человека. Один человек должен находиться на месте подключения полевого устройства, а другой человек должен находиться в диспетчерской, контролируя дисплей или дисплеи системы управления, чтобы видеть, являются ли подключения успешными. Выполнение системы и способа, которые смогли бы превратить задачи технического обслуживания в полевых условиях, выполняемые до сих пор с помощью двух человек, в задачи, выполняемые одним человеком, позволило бы облегчить техническое облуживание переносными полевыми устройствами. Более того, такая система может также, в общем, обеспечить улучшенное взаимодействие самой системы управления технологическим процессом.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Выполнен способ взаимодействия с системой управления технологическим процессом. Способ включает в себя этап, на котором физически приближают мобильное электронное устройство к полевому устройству. Мобильное электронное устройство подключают к цифровому каналу связи технологического процесса полевого устройства. Программное приложение на клиента запускается на мобильном электронном устройстве. Цифровой канал связи технологического процесса используется для коммуникативного соединения программного приложения клиента с хост-приложением, удаленным как от мобильного электронного устройства, так и от полевого устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - схематичный вид системы контроля и управления технологическим процессом, с которой варианты осуществления настоящего изобретения особенно полезны.
Фиг.2А и 2В - схематичные виды переносного полевого инструмента 22 для технического обслуживания, подсоединенного к полевому устройству, согласно уровню техники.
Фиг.3 - схематичный вид переносного полевого инструмента для технического обслуживания или мобильное устройство, непосредственно подсоединенное к полевому устройству.
Фиг.4 - схематичный вид переносного полевого инструмента для технического обслуживания, подсоединенного к рабочей станции.
Фиг.5 - последовательность операций способа взаимодействия с системой управления технологическим процессом, использующим мобильное устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Интеллектуальные полевые устройства обычно используют промышленный протокол связи, который часто называется промышленной сетью, предназначенной для поддержания связи с системой управления. Промышленная сеть обычно оптимизирована для функций управления технологическим процессом, выполняемых полевым устройством. Человек на месте (такой как техник) будет обычно использовать переносной полевой инструмент для технического обслуживания специального назначения, который называется полевым коммуникатором для установления связи с полевым устройством по промышленной сети, использующей промышленный стандартный протокол связи для того, чтобы произвести регулировки в полевом устройстве, которые необходимы для подготовки его к подключению к системе управления или для выполнения его специфической функции в системе управления. Как изложено выше, по меньшей мере некоторые задачи переносного полевого технического обслуживания в настоящее время требуют два человека. Однако в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, потребность в человеке в диспетчерской можно устранить, если подходящий удаленный терминал или соединение выполняется с техником на месте для задач, которые в настоящее время выполняются в диспетчерской. Хотя некоторые варианты осуществления настоящего изобретения можно осуществить на практике с функциональными возможностями портативного компьютера типа лэптоп или планшетного компьютера с использованием беспроводного соединения обратно с хост-системой управления, запускающей программное обеспечение, которое выполняет функции рабочей станции (рабочих станций), которая используется в диспетчерской, предпочтительно использовать переносной полевой инструмент для технического обслуживания. Причина состоит в том, что естественную потребность в портативном компьютере типа лэптоп или планшетном компьютере будет выполнять только другое устройство, которое техник должен носить с собой. Кроме того, поскольку, по меньшей мере, некоторые технологические установки имеют легко испаряемые среды, потребуется необходимость в искробезопасном устройстве. Хотя планшетные компьютеры и портативные компьютеры типа лэптоп широко распространены, искробезопасные компьютеры представляют собой устройства специального назначения, которые являются очень дорогими и сложными.
На фиг.1 изображен схематичный вид системы контроля управления технологическим процессом, с которой варианты осуществления настоящего изобретения являются особенно полезными. Диспетчерская 10 соединена с одним или более полевыми устройствами 18 через линию 16 проводной связи технологического процесса. Полевое устройство 18 иллюстративно изображено в виде датчика давления текучей среды технологического процесса, установленного на технологическом трубопроводе 14 для текучей среды. Однако известен ряд генераторов переменных параметров текучей среды технологического процесса, таких как датчики температуры технологического процесса, датчики расхода текучей среды технологического процесса и т.д. Диспетчерская 10 иллюстрирована просто в виде прямоугольника. В действительности диспетчерская 10 представляет собой местоположение, которое фактически расположено отдельно от легкоиспаряемой и потенциально взрывоопасной атмосферы технологической установки. Более того, диспетчерская 10 может включать в себя одну или более рабочих станций или персональных компьютеров, которые приводят в действие программное обеспечение для управления технологическим процессом и/или программное обеспечение для управления ресурсами. Одна или более рабочих станций и компьютеры, расположенные внутри диспетчерской 10, обычно коммуникативно соединены вместе через сеть передачи данных, такую как сеть Ethernet.

Контур 16 управления технологическим процессом имеет обычно особую форму сети связи. Причина состоит в том, что контур 16 за счет использования связи обычно выполняется способом, ограниченным по энергии, чтобы гарантировать, что уровни энергии сохраняются достаточно низкими, чтобы гарантировать, что источники воспламенения не могут находиться в потенциально взрывоопасной среде. Примеры протоколов связи для технологических процессов или контуров управления включают в себя "Highway Addressable Remote Transducer (HART) Protocol", FOUNDATION™ Fieldbus, PROFIBUS-PA и т.д.
Как изложено выше, для некоторых задач, относящихся к техническому обслуживанию систем управления технологическим процессом, технику обычно необходимо переместиться на место, расположенное вблизи местоположения полевого устройства, такого как датчик 18 давления текучей среды технологического процесса, чтобы провести техническое обслуживание этого полевого устройства. Обычно переносной полевой инструмент для технического обслуживания используется техником для взаимодействия с полевым устройством.
На фиг.2А и 2В изображены схематичные виды переносного полевого инструмента 22 для технического обслуживания, подсоединенного к полевому устройству в соответствии с уровнем техники. Как показано на фиг.2А, переносной полевой инструмент для технического обслуживания включает в себя пару выводов 25, 27, к которым подсоединены проводники 30, 32, предназначенные для задачи, соответственно, которые затем подсоединяются к выводам 24 полевого устройства 20. Выводы 24 могут быть выводами, специально предназначенными для этих целей, которые позволяют подсоединить такой переносной полевой инструмент для технического обслуживания к устройству 20 и взаимодействовать с устройством 20.
На фиг.2В показано альтернативное размещение, где переносной полевой инструмент 22 для технического обслуживания подсоединен непосредственно к контуру 34 управления технологическим процессом, к которому подсоединено полевое устройство 23. В любом случае, проводное соединение между переносным полевым инструментом для технического обслуживания и полевым устройством позволяет переносному полевому инструменту для технического обслуживания взаимодействовать с желательным полевым устройством 20, 23. В последнее время были выполнены протоколы беспроводной связи технологического процесса, такие как WirelessHART. Переносные полевые инструменты для технического обслуживания также начинают пользоваться преимуществами этих беспроводных технологий для взаимодействия с полевыми устройствами, поддерживающими беспроводную связь.

Техники по техническому обслуживанию и мобильные работники обычно исполняют свои обязанности в заводских средах, используя инструменты, такие как переносные полевые инструменты для технического обслуживания. Эти инструменты могут быть синхронизированы с хост-приложениями, связанными с управлением ресурсами, такими как менеджер устройств AMS, поставляемый Emerson Process Management of Austin, Техас для обмена информацией о конфигурации полевого устройства. Однако, когда переносное полевое устройство для технического обслуживания используется на месте и подключено к промышленной сети (HART, FOUNDATION™ fieldbus, PROFIBUS-PA или к другой сети, включающей в себя протоколы цифровой связи), переносной полевой инструмент для технического обслуживания не должен иметь доступа к исторической или другой информации, касающейся инспектируемых инструментов. Приложения, такие как AMS Device Manager (менеджер устройства AMS) содержат большое количество информации о ресурсах, которая обычно не хранится в переносном полевом инструменте для технического обслуживания, такой как текущие и исторические данные о конфигурации, изменения, внесенные в устройство, текущая и историческая информация, касающаяся предупреждения об опасности, технические данные о продукте, текущая и историческая информация о калибровке, а также информация, введенная пользователем, такая как чертежи и примечания.
В вариантах осуществления настоящего изобретения обычно применяется цифровой канал связи, обязательно присутствующий в каждом полевом устройстве для обеспечения канала связи с переносным полевым инструментом для технического обслуживания. Тот факт, что переносной полевой инструмент для технического обслуживания подсоединен к промышленной сети означает, что связь можно технически установить с хост-приложением, запускаемым на хост-компьютере или заводской сети более высокого уровня, и позволяет инструменту действовать как клиентское приложение, если соответствующее прикладное программное обеспечение предусмотрено как на переносном полевом инструменте для технического обслуживания, так и на хост-компьютере. Хотя вариант обеспечения настоящего изобретения можно осуществить на практике с помощью портативного компьютера типа лэптоп или планшетного компьютера, обеспечивающего прямое Wi-Fi соединение обратно в сеть хост-системы управления, которая запускает программное обеспечение, которое выполняет функции рабочих станций, используемых диспетчерской, предпочтительные варианты осуществления обычно включают в себя переносной полевой инструмент для технического обслуживания, который коммуникативно соединен с хост-компьютером. Поскольку переносной полевой инструмент для технического обслуживания уже требуется для выполнения задач, необходимых для ввода в эксплуатацию полевых устройств, предпочтительный вариант осуществления по сравнению с портативным компьютером типа лэптоп или планшетным компьютером дает возможность переносному полевому инструменту для технического обслуживания выполнять функции рабочей станции, которые используются в диспетчерской. Один способ, с помощью которого это можно выполнить, предназначен для переносного полевого инструмента для технического обслуживания, в котором используется простое программное приложение, запускаемое в процессоре переносного полевого инструмента для технического обслуживания, который соединяется как удаленный терминал или "тонкий" клиент, хотя переносной полевой инструмент для технического обслуживания расположен за пределами своего места, к приложению сервера в диспетчерской, где большая часть вычислительной работы выполняется с помощью рабочей станции (рабочих станций), расположенной в диспетчерской.

На фиг.3 изображен схематичный вид переносного полевого инструмента для технического обслуживания или мобильного устройства 122, непосредственно соединенного с полевым устройством 15 посредством пунктирного соединения 124. Проводное соединение 124 позволяет переносному полевому инструменту 122 для технического обслуживания поддерживать связь по контуру 16 связи технологического процесса. Более конкретно, для технологических установок, которые используют протоколы цифровой связи технологического процесса, такие как протокол магистральный адресуемый дистанционный датчик (HART) или промышленная шина (FOUNDATION™ Fieldbus). Переносной полевой инструмент 122 для технического обслуживания позволяет поддерживать цифровую связь с устройствами, подсоединенными к контуру 16 связи технологического процесса. Стандартные промышленные протоколы связи технологического процесса используют коммуникационные технологии, которые позволяют в некоторых случаях полностью обеспечивать электропитанием подсоединенные полевые устройства. Более того, такие протоколы можно использовать с полевыми устройствами, которые подчиняются требованиям по обеспечениям искробезопасности, таким как требования, изложенные выше. Хотя вариант осуществления, иллюстрированный на фиг.3, является предпочтительным, варианты осуществления настоящего изобретения также применимы к технологиям беспроводной связи технологического процесса. Например, полевое устройство 18 вместо наличия проводного соединения с контуром связи технологического процесса может включать в себя схему беспроводной связи технологического процесса, такую как связь WirelessHART, изложенную в международном стандарте (IEC 62591). Этот стандарт использует беспроводную связь на частоте 2,4 ГГц, но во всем остальном применяет ту же командную структуру, которая используется при установлении беспроводной связи HART. Хотя протокол WirelessHART представляет собой один пример протокола беспроводной связи технологического процесса, другие стандарты можно применять в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Более подробная информация, касающаяся спецификации WirelessHART, опубликована в основах связи HART Communications Foundation. Релевантные участки Wireless HART Specification включают: HCF_Spec 13, изменение 7.0; HART Specification 65 - Wireless Physical Layer Specification; HART Specification 75 - TDMA Data Link Layer Specification (TDMA относится к многостанционному доступу с временным разделением каналов); HART Specification 85 - Network Management Specification; HART Specification 155 - Wireless Command Specification; и HART Specification 290 - Wireless Devices Specification. Хотя протокол Wireless HART является одним примером протокола беспроводной связи технологического процесса, другие стандарты могут быть использованы в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения. Релевантные участки спецификации WirelessHART включают в себя: HCF_Spec 13, изменение 7.0; HART Specification 65 - спецификацию физического уровня беспроводной связи; HART Specification 75 - спецификацию уровня канала передачи данных TDMA (TDMA относится к многостанционному доступу с временным разделением каналов); HART Specification 85 - спецификацию управления сетью; HART Specification 155 - спецификацию команд беспроводной связи; и HART Specification 290 - спецификацию устройств беспроводной связи. Соответственно, подходящая схема радиочастотной связи внутри переносного устройства 122 может обеспечить связь в соответствии с протоколом беспроводной связи технологического процесса, таким как WirelessHART.
Посредством местоположения полевого устройства можно с уверенностью предположить, что коммуникативная линия связи возможна через проводную линию связи технологического процесса или беспроводную линию связи технологического процесса. Используя эти знания, переносной полевой инструмент 122 для технического обслуживания может подсоединяться или иным образом поддерживать связь по контуру связи технологического процесса, через который полевое устройство 18 поддерживает связь или будет поддерживать связь. В силу этого коммуникативного соединения, переносной полевой инструмент 122 для технического обслуживания или мобильное устройство может устанавливать связь через контур связи технологического процесса с хост-компьютером, схематично иллюстрированным поз.126). Хотя коммуникативное соединение мобильного устройства или переносного полевого инструмента 122 для технического обслуживания с рабочей станцией 126 можно выполнить с использованием проводной связи технологического процесса или беспроводной связи технологического процесса, канал связи или линия 128 связи независимо получается между устройством 122 и рабочей станцией 126. Линию 128 связи можно создать с использованием соответствующего протокола связи, специфического для типа промышленной сети для полевого устройства 18. Например, некоторую форму коридора или внедренного сообщения можно использовать в допустимых полезных нагрузках специфического протокола связи технологического процесса. Например, технологии, указанные в патенте США № 6370448 для поддержания связи HTTP, или другую подходящую информацию можно использовать поверх контура связи технологического процесса в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 изображен схематичный вид переносного полевого инструмента для технического обслуживания (фиг.3), подсоединенного к рабочей станции 126 через коммуникативное соединение 128. Фиг.4 иллюстрирует "тонкий" клиент 132, запускающийся в инструменте 122. Тонкий клиент 132 представляет собой компьютерную программу, исполняемую процессором переносного полевого инструмента 122 для технического обслуживания, который сильно зависит от модуля 130 сервера тонкого клиента, запускающегося внутри рабочей станции 126 для выполнения своей вычислительной роли. Например, в одном варианте осуществления переносной полевой инструмент 122 для технического обслуживания представляет собой инструмент, который продается под торговым обозначением полевой коммуникатор 475 Field Communicator, поставляемый Emerson Process Management of Eden Prairie, Minnesota (штат Миннесота). Это устройство работает под надежной операционной системой реального времени Windows CE. Соответственно, в одном варианте осуществления тонкий клиент 132 включает в себя соединение с удаленной рабочей панелью или клиентское программное обеспечение 132 для услуг терминала, подходящее для работы под операционные системы Windows CE. В таком варианте осуществления рабочая станция 126 запускает операционную систему на основе Windows компании Microsoft, такую как Windows 7, и обеспечивает присоединенную программу или процесс 130 сервера. Когда тонкий клиент 132 исполняется в переносном полевом инструменте 122 для технического обслуживания и подсоединен к присоединенной программе 130 сервера, тонкий клиент 132 может представлять на дисплее переносного полевого инструмента 122 для технического обслуживания отображение, которое соответствует отображению, которое показывается в текущий момент времени на дисплее рабочей станции 126. Дополнительно, вводы пользователя, такие как нажатия клавиш и позиционирование стилуса или курсора на переносном полевом инструменте 122 для технического обслуживания, передаются взамен этого и вводятся в рабочую станцию 126. Таким образом, переносной полевой инструмент для технического обслуживания становится продолжением пользовательского интерфейса для рабочей станции 126, тем самым позволяя технику взаимодействовать с системой управления и/или системой управления ресурсами, к которой подсоединена рабочая станция 126.
На фиг.5 изображена схема последовательности операции способа 150 взаимодействия с системой управления технологическим процессом, использующим мобильное устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ 150 начинается на этапе 152, где мобильное устройство, такое как переносной полевой инструмент для технического обслуживания устанавливается в непосредственной близости от полевого устройства. На этапе 154 мобильное устройство подсоединяется к цифровому каналу связи технологического процесса полевого устройства. Как изложено выше, это может быть проводное или беспроводное соединение. На этапе 156 программное приложение клиента инициируется на мобильном устройстве. Это приложение может представлять собой удаленный терминал или любой другой подходящий клиент. На этапе 158 программное приложение клиента коммуникативно соединяется с хост-приложением через канал связи полевого устройства.
Хотя переносные полевые инструменты для технического обслуживания, в общем, были синхронизированы с системами управления ресурсами, они обычно не имели доступа к исторической и другой информации, касающейся проверяемых инструментов, тогда как переносные полевые инструменты для технического обслуживания использовались на месте. Приложения, такие как менеджер устройства AMS, содержат большое количество информации о ресурсах, которая обычно не хранится в переносном полевом инструменте для технического обслуживания. Такая информация включает в себя текущие и исторические данные о конфигурации, изменениях устройства, текущую и историческую информацию, касающуюся предупреждения об опасности, технические данные о продукте, текущую историческую информацию о калибровке, а также информацию, введенную пользователем, такую как чертежи и примечания. Техник может теперь осуществить быстрый и легкий доступ ко всей такой информации, когда он находится на месте с переносным полевым инструментом для технического обслуживания. Это может помочь обеспечить работника, выполняющего техническое обслуживание и ремонт на месте, информацией, которая гарантирует, что можно принимать наилучшие возможные решения относительно рабочих режимов или режимов работы, которые выполняются на месте. В дополнение к этому, этот вид деятельности позволяет инициировать действия, которые выполняются на месте в пределах системы управления ресурсами, такие как регистрация в журнале событий и тревог, запись в ручную выполняемых этапов, а также инициирование работы, запрашиваемой в приложении более высокого уровня, таком как компьютерные системы управления техническим обслуживанием (CMMS). Более того, системы управления ресурсами могут использоваться для непрерывного контроля ресурсов в заводской среде по промышленным сетям и иметь возможности обнаружения полевых изменений и информации оповещения. Однако до сих пор не было механизма для пользователя и техника, который подсоединяется к одной из этих сетей на месте, чтобы стать фактически клиентом в системе управления доступом по промышленной сети. Хотя описание тонкого клиента было выполнено по отношению к операционным системам, основанным на Windows, специалистам в данной области техники будет ясно, что возможны и другие тонкие клиенты. Более того, тонкий клиент, исполняемый в переносном полевом инструменте 122 для технического обслуживания, можно сконфигурировать для доступа к множеству различных серверов в пределах диспетчерской или сети управления технологическим процессом. Таким образом, большой массив новых функций можно легко выполнить с помощью рабочего, выполняющего техническое обслуживание в полевых условиях, когда он находится на месте, что традиционно требует второго оператора, который находится в рабочей станции, такой как рабочая станция 126.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты воплощения, специалистам в данной области техники ясно, что могут быть сделаны изменения в форме и деталях без отклонения от сущности и объема изобретения.