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CN100373273C - 具有改进的设备描述通信和存储的现场维护工具 - Google Patents

具有改进的设备描述通信和存储的现场维护工具 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于将设备描述数据传送到手持式现场维护工具的改进方法。本发明的方面包括：诸如通过红外数据接入端口将设备描述信息无线地传输到手持式现场维护工具。本发明的实施例还包括：存储和维护在手持式现场维护工具内的两个或多个设备描述二进制文件。按照这种方式，可以用与所有设备描述二进制信息处于单个文件中所需要的时间相比少得多的时间，将更新传送到手持式现场维护设备，优选地，无线地传送。

Description

具有改进的设备描述通信和存储的现场维护工具
技术领域
本发明涉及一种具有改进的设备描述通信和存储的现场维护工具。
背景技术
本质安全的现场维护工具是已知的。这样的工具在过程控制和测量工业中特别有用，以使操作人员方便地与给定过程安装中的现场设备通信和/或询问给定过程安装中的现场设备。这样的过程安装的实例包括：石油、药品、化学品、纸浆和其他过程安装。在这样的安装中，过程控制和测量网络可以包括几十个或者甚至几百个各种现场设备，这些现场设备周期性地需要维护，以确保这样的设备适当地操作和/或对这些设备进行校准。而且，当检测到过程控制和测量安装中的一个或多个故障时，使用本质安全的手持式现场维护工具使得技术人员能够快速地诊断出现场中的这种故障。
根据从Eden Prairie，Minnesota的费希尔-罗斯蒙德系统公司可得到的商业指定模型275 HART通信装置，售出了一种这样的设备。模型275提供了许多重要的功能和能力，并且通常允许高效率的现场维护。但是，模型275当前并不支持与非HART(高速可寻址远程转换器)设备的通信。
HART协议具有由叠加在标准4-20mA模拟信号上的数字通信信号构成的混合物理层。数据传输速率大约是1.2Kbits/SEC。HART通信是过程工业中的主要通信协议之一。
另一种主要过程工业通信协议已知为FOUNDATIONTM现场总线通信协议。此协议是基于ISA标准(ISA-S50.01-1992，由美国仪表学会在1992年公布)的。由现场总线基金会(FF)规定了具体的实现。FOUNDATIONTM现场总线是传输速率约为31.25Kbits/SEC的全数字通信协议。
过去，为了向诸如模型275的手持式通信装置提供与可以和其相连的各种现场设备交互的必需信息，将这样的设备描述从一个或多个设备描述源编译为单个的相对较大的设备描述二进制文件。由于现有技术处理器所施加的寻址限制，该设备描述二进制文件的尺寸通常限制为稍微超过11兆字节的尺寸。将二进制文件自身从外部源上载到手持式通信装置，以使手持式通信装置能够与所需的过程设备进行交互。在需要对设备描述进行任意改变的情况下，需要重新编译和上载整个设备描述二进制文件。虽然在过去是令人满意的，但是该方法对于新型的本质安全现场维护工具而言产生了缺陷。如本发明的实施例所说明的那样，稍后将在说明书中示出这些缺陷。
发明内容
提供了用于将设备描述数据传送到手持式现场维护工具的改进方法。本发明的方面包括：诸如通过红外数据接入端口将设备描述信息无线地传输到手持式现场维护工具。本发明的实施例还包括：存储和维护在手持式现场维护工具内的两个或多个设备描述二进制文件。按照这种方式，可以用与所有设备描述二进制信息处于单个文件中所需要的时间相比少得多的时间，将更新传送到手持式现场维护设备，优选地，无线地传送。
附图说明
图1示出了多点接线结构。
图2A和2B示出了其中本质安全的现场维护工具可以与过程设备相连的方式。
图3是根据本发明实施例的现场维护工具的示意图。
图4是设备描述二进制文件产生的示意图。
图5A和5B示出了根据本发明实施例的设备二进制文件产生和维护。
具体实施方式
改进的现场维护工具用于使用一个或多个过程测量和控制协议来维护两线和四线(即外部电源)现场设备。优选地，通过DDL技术来支持配置和校准。DDL技术是公知的，并且在授予Sharp Jr.等人的美国专利5,960,214中可以找到与设备描述语言有关的另外的阅读材料。
图1示出了其中本发明的实施例非常有用的典型系统。系统10包括控制器12、I/O和控制子系统14、本质安全(IS)阻挡器16、过程通信环18和现场设备20。控制器12通过链接21与I/O和控制子系统14相连，所述链接21可以是诸如局域网(LAN)等根据以太网信号控制协议或其他任何适当的协议进行操作的任何适当的链接。I/O和控制子系统14与本质安全阻挡器16相连，并依次与过程通信环18相连，以便按照限制通过其中的能量的方式来实现环18与I/O和控制子系统14之间的数据通信。
在该图示中，过程通信或过程控制环18是FOUNDATIONTM现场总线过程通信环，并与现场设备20相连，所示现场设备20按照多点结构的方式布置。可选的过程通信环(未示出)是HART过程通信环。图1示出了与如星型拓扑等其他拓扑相比极大地简化了系统接线的多点接线结构。多点HART结构支持最多15个设备，而多点FOUNDATIONTM现场总线结构支持最多32个设备。
如图1所示，本质安全的现场维护工具22与通信环18相连。当如图所示与过程控制环相连时，工具22可以执行大量的通信和诊断功能。工具22可以按照与当前可得到的模型275 HART通信装置所能够的方式极其相同的方式与HART过程通信环相连，并与HART过程通信环进行交互。
图2A示出了通过端子24与HART兼容设备20相连的设备22。可选地，如图2B所示，设备22可以通过通信环自身与过程装置通信环上的HART兼容设备例如设备24相连。
图3是依照本发明实施例的现场维护工具22的示意图。如图所示，优选地，设备22包括三个通信端子26、28和30，有利于根据至少两个不同的过程工业标准协议，将设备22与过程通信环和/或设备相连。例如，当设备22要与第一过程工业标准协议的通信环相连时，利用端子26和公共端子28来实现这样的连接。因此，然后，通过介质接入单元32进行连接，所述的介质接入单元32配置用于根据第一工业标准协议在过程通信环上进行交互。此外，当设备22要与根据第二工业标准协议操作的过程和控制测量环相连时，通过公共端子28和端子30进行这样的连接。因此，通过第二介质接入单元34来实现这样的连接，所述第二介质接入单元34配置用于根据第二工业标准协议在过程通信环上进行交互。介质接入单元32和34都与处理器36相连，所述处理器36从介质接入单元之一中接收数据，并且对该数据进行相应的转换。
依照本发明的实施例，设备22包括有利于增加现有技术中通常可提供的功能性的额外的硬件增强。具体地，工具22包括红外数据接入端口42，其与处理器36相连，允许工具22使用红外无线通信向和从分立的设备传送信息。使用端口42的一个优点是用于传送和/或更新存储在设备22的一个或多个存储器中的设备描述。因此，如计算机12等分立的设备可以从软盘、CD ROM或因特网获得新的设备描述，并将新的设备描述无线地传送给设备22。
优选地，处理器36是诸如在新型手持式计算产品中可以找到的、可商用的微型处理器。这样的处理器的实例可从符合商业指定OMAP1510的德州仪器得到，目前可以用在来自Palm的新型Tungsten手持式计算设备中。处理器36在许多方面中不同于本质安全的现场维护工具中的现有处理器。一个不同在于：处理器36实际上支持更大的可寻址存储空间。优选地，本发明的实施例具体实现了实质上超过了现有技术的存储容量的存储容量。例如，根据本发明实施例的手持式本质安全现场维护工具的随机存取存储器模块可以为512兆字节或更多字节的。这为应用程序、程序和/或设备数据以及设备描述实现了相当大的存储容量。
本发明的实施例还包括有利于快速和有效地交换设备描述信息的方法和系统。此外，可以利用定制设计的手持式现场维护工具以及商用的手持式计算设备来实施本发明的实施例。这样的设备的一个特征是红外数据接入端口42。如以上所描述的那样，提供端口42有利于与手持式现场维护工具的无线红外通信。优选地，该通信包括设备描述信息。然而，通过端口42的通信可以用于传送任意的适当数据，诸如现场设备配置数据、简单的文本文件、手持式工具专用的应用程序和/或其他应用程序。利用端口42的红外通信允许手持式现场维护工具发送和接收来自具有另一适当红外收发机的任意设备的信息。这样的设备可以包括桌面计算机、移动计算设备、或其他本质安全的手持式现场维护工具。例如，可以按照使其各自的红外端口对齐的方式，实际地设置两个这样的本质安全的现场维护工具。然后，将每一个工具设置为特定的模式，其中，这些工具通过端口42彼此通信。在这种情况下，由技术人员选择一个这样的手持式工具作为主单元，然后，技术人员从该主单元发起工具到工具通信。
利用由在每一个工具上执行的编译代码构成的应用程序组，有利于在本质安全的现场维护工具之间的信息共享。利用该应用程序组和针对红外端口的本地操作系统支持的组合，工具通信应用程序相互通信以解决兼容性问题，并确定如果有的话，哪些信息可以在其间共享。然后，主单元(发起红外通信的单元)将允许技术人员选择哪些可用信息应该在工具之间共享。然后，现场维护工具将按照满足技术人员的请求的需要，通过红外端口42来回地传送信息。
如端口42等当前商用的红外数据接入端口的数据接入速度是相对有限的。例如，当前的红外数据接入端口42具有大约6千字节每秒的数据接入速度。当上载二进制设备描述信息时，该数据接入速度可能会产生不必要的延迟。例如，在现有技术中所使用的单个的11兆字节的设备描述二进制文件将需要超过30分钟来以6千字节每秒的数据接入速度通过数据接入端口42。当手持式现场维护工具的实质上更大的存储容量用于容纳更大的设备描述二进制文件时，该限制变得更加显著。假定技术人员的时间是极其宝贵的，重要的是，使技术人员必须等待通过无线数据接入端口从计算机或另外的手持式设备上载的设备描述信息的时间数量最少。
过去，采用基于ROM的存储器解决方案，以便将针对在手持式现场维护工具的发布数据之后所开发的现场设备的更新设备描述转移到工具。基于ROM的存储器解决方案的问题在于：其需要编程，而通常手持式工具无法对ROM自身进行编程(烧上程序和其他的作用)。这不能在不添加ROM编程功能和与其相关的成本的情况下，利用新开发的设备描述来更新工具。
根据本发明的实施例，通过使用由在每一个计算设备上执行的编译代码构成的应用程序组来实现解决方案，以进行传送。优选地，手持式现场维护工具的操作系统提供对数据接入端口42的本质支持，然后，通信应用程序相互通信以便对兼容问题进行判断，随后利用针对现场设备的新开发的设备描述来更新手持式现场维护工具。优选地，按照以相对最小的更新时间来实现这样的更新和/或添加的方式来增强该处理。因此，放弃了将所有设备描述编码为单个的较大的二进制文件的现有技术的实施。代替地，在手持式现场维护工具中保持了多个单独的设备描述二进制文件。因此，作为必须通过有限速率的数据接入端口42传送超过了11兆字节的文件的替代，单独的设备描述二进制文件也单独地针对更新，并且能够以实质上较少的时间来传送。例如，根据本发明实施例的典型的单独的设备描述二进制文件为大约200-300千字节的数量级。能够以少于1分钟的时间通过数据接入端口42来传送这些文件。而且，随着更新的总次数或与设备描述相关的数据的增加，驻留在手持式设备内的各个设备描述二进制文件的数量也会增加，而进行这样的更新所需的时间不会增加。因此，例如，如果所有设备描述二进制文件的总尺寸增加到20兆字节，更新时间将仍然为大约少于1分钟的时间，由于单独的设备描述二进制更新文件是所有需要更新的文件。相反，更新设备描述信息的现有技术方法将需要大约60分钟的时间，因而，使这样的更新由于时间的过去而越来越不必要。
图4是创建设备描述二进制图像文件的过程的图示。将各个设备描述源文件50、52、54与公共信息56一起提供给作为连接器60的本领域已知的软件模块，所述连接器60实质上充当编译器。连接器60产生单个的设备描述二进制图像文件62作为输出，然后将其上载到手持式设备22。因此，在现有技术中，每一个手持式设备包括单个的设备描述二进制图像文件。
图5A示出了创建单独的设备描述二进制文件的过程。按照与针对图4所描述的方式极其相同的方式，将典型的DD源文件70和公共信息72提供给连接器模块60。连接器60产生单独的设备描述二进制文件74。术语“单独的”表示设备描述二进制文件在其自身中是完整的，在文件内提供了使用设备描述所需的所有公共信息。注意，可以将多于一个设备描述源文件提供给连接器，从而使给定的单独的二进制文件可以包括针对多于一个的设备描述的二进制设备描述数据。在这样的情况下，针对图5A所示的二进制设备描述数据的产生与针对图4所示的情况确实相同。然而，针对图5B，示出了本发明的实施例和现有技术之间的显著不同。
图5B示出了包括存储器76的手持式工具22，例如，所述存储器76可以包括可拆卸存储器模块44和/或扩展存储器模块48(以下将更详细地描述)。优选地，通过红外数据接入端口42，将多个设备描述二进制文件从如桌面计算机、移动计算设备或另外的现场维护工具等传送到存储器76。存储器76还包括一个或多个数据结构或开销79，用于维护指向每一个单独的设备描述二进制文件的指针或其他指示80和82。优选地，每一个单独的二进制设备描述文件包括其所涉及到的现场设备的惟一标识符、以及设备描述的版本号。因此，如果由特定现场设备的给定设备制造商发布了更新，可以由连接器编译该单个的设备描述，并将其上载到手持式现场维护设备。优选地，手持式现场维护设备22包括用于识别或辨别针对已经存在的设备描述的较晚的版本号的适当软件，并且用新的设备描述来重写已存在的设备描述。在不能够重写较早的单独设备描述的情况下(例如，如果过时的设备描述包括一个或多个未过时的其他设备描述)，产生记录以确保当遇到了作为更新的目标的现场设备时，使用更新的设备描述。实现这一点的一个方式是通过使用将现场设备与单独的二进制设备描述相关联的表。
根据本发明的实施例，以下描述提供了设备22的存储器模块48和44的细节。可拆卸存储器模块44通过端口/接口46与处理器36可拆卸地相连。可拆卸存储器模块44适用于存储能够代替主应用程序在处理器36上执行的软件应用程序。例如，模块44可以包含使用HART或FOUNDATIONTM现场总线通信端口的应用程序，以便提供对给定过程阀的综合诊断。此外，模块44可以存储有助于特定设备的校准或配置的软件应用程序。模块44还可以存储新的或已更新主设备程序的软件图像，可以随后将其传送到设备36的非易失性存储器中，以实现已更新应用程序的执行。此外，模块44提供针对设备的配置的可拆卸存储器，使现场维护操作员能够获得相对充实的设备数据量，并通过简单地拆除模块44，来方便地存储或转移这些数据。
优选地，模块44适合于在加工厂中的危险区域中是可代替的。因此，优选的是，模块44符合1988年10月，由Factory Mutual Research公布的APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS ANDASSOCIATED APPARATUS FOR USEIN CLASS I，II AND III，DIVISION1 HAZARDOUS(CLASSIFIED) LOCATIONS，CLASS NUMBER 3610中所描述的本质安全要求。对于存储器模块44和/或接口46的有利于兼容性的特定结构适应的示例包括指定存储器模块44的操作电压电平以使其足够低，模块44中所存储的能量不能形成引燃源。此外，模块44可以包括电流限制电路，以确保在模块44上的特定接线端短路的情况下，放电能量足够低而禁止引燃。最后，接口44可以包括特别设计用于防止存储器模块44上的电触点暴露于外部环境同时允许适当的接口触点与模块44进行电接触的物理特征。例如，模块44可以包括通过将模块44连接到接口46，能够刺穿或移位的整体造型(over-modeling)。
设备22最好还包括通过最好设置在设备22的主板上的连接器50与处理器36相连的扩展存储器模块48。扩展存储器模块48可以包括第一和第二工业标准协议的设备描述。模块44还可以包括将确定设备22相对于多个协议的功能性的许可代码。例如，驻留在模块48中的数据可以表示只授权设备22在如HART协议等单一的过程工业标准模式内进行操作。最后，模块48中的数据的不同的设置可以表示授权工具22依照两种或更多的工业标准协议进行操作。最好将模块44插入位于主板上的连接器50中，并且可能需要对工具22的部分拆卸，例如，拆卸电池组，以便接入端口50。
尽管已经参照优选实施例，对本发明进行了描述，本领域的技术人员将意识到，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以进行形式和细节上的改变。

Claims (9)

1.一种将多个设备描述加载到手持式现场维护工具上的方法，所述方法包括：
产生多个单独的设备描述二进制文件；以及
将所述多个单独的设备描述二进制文件传送到手持式现场维护设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：传送多个单独的设备描述二进制文件包括：使用红外无线通信，将所述单独的设备描述二进制文件通信到手持式现场维护工具中。
3.一种将设备描述二进制文件加载到手持式现场维护工具上的方法，所述方法包括：
通过手持式现场维护工具的红外端口来传送设备描述二进制文件；以及
将设备描述二进制文件存储在手持式现场维护工具中。
4.一种在手持式现场维护工具内的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括多个单独的设备描述二进制文件。
5.一种在手持式现场维护工具内具体实现的数据结构，所述数据结构包括：
过程设备字段，表示惟一的过程设备；
设备描述的单独二进制文件字段，表示存储在手持式现场维护工具内的单独的设备描述二进制文件；以及
指示，用于提供过程设备字段和设备描述的单独二进制文件字段之间的关系。
6.根据权利要求5所述的数据结构，其特征在于还包括：版本字段，表示设备描述的单独二进制文件的版本。
7.根据权利要求5所述的数据结构，其特征在于过程设备字段表示多个惟一的过程设备。
8.根据权利要求5所述的数据结构，其特征在于设备描述的二进制文件字段表示多个单独的设备描述二进制文件，针对每一个惟一的现场设备存在一个单独的设备描述二进制文件。
9.根据权利要求5所述的数据结构，其特征在于还包括指示，用于提供每一个惟一的过程设备及其单独的设备描述二进制文件之间的关系。
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