CN1240029C - 具有无线连接的现场设备 - Google Patents

Abstract

在现场设备(F)中操作装置(B)被设计成独立的可携带单元，它通过无线电在短距离上建立与现场设备(S1)的连接。从而为了控制不必再直接访问不可接近的现场设备(S1)。此外用一个操作装置(B)可通过无线电控制多个现场设备(S1，S2，S3，A1，A2)。可以省去通常在现场设备(S1，S2，S3，A1，A2)中固定集成的现场操作装置。

Description

具有无线连接的现场设备

技术领域

本发明涉及一种用于过程自动化的现场设备，具有用于数据输入和显示的操作装置。

背景技术

在自动化技术中经常使用现场设备，它们用于采集和/或调节过程变量。这种现场设备例如为液位计、流量计、压力计、温度计等，它们采集相应的过程变量液位、流量、压力或温度。

所谓的“作用物”(Aktoren)用于调节过程变量，例如作为阀来调节管道横截面内的液体流量。

通常现场设备连接于一个中央控制单元，它控制整个过程进行。在中央控制单元中不同过程变量的测量值被评估或监控，并且控制用于调节过程的相应作用物。

现场设备与控制单元之间的数据传输根据现场总线的已知国际标准进行，例如4-20mA电流环路，Hart，基础现场总线，专用总线(Profibus)等。

因为现场设备大多数在现场工作和调整，因此在现场设备中设置一个集成的操作装置(现场操作装置)，它允许人工输入数据，这些数据对于现场设备的良好工作是必要的。这些数据例如可以是校准数据、参数化数据，或其它各种调整量。一般操作装置除了可以人工输入外还包括一个指示装置，它例如通过相应的菜单引导(多段显示，矩阵显示)来简化数据输入。此外大多数指示装置还允许以图形或数字形式显示过程变量的实际测量值。

这种操作装置具有许多缺点。

因为操作装置的键盘和指示装置必须受到保护以避免过程环境(灰尘，潮湿等)以及机械影响的作用，必须在现场设备的外壳上附加保护罩和相应的密封措施。

操作装置必须部分地相对于现场设备外壳的内部空间被密封。这种密封特别在有爆炸危险的应用(Ex区域)中是非常浪费的。此外操作装置必须相应地由一个微处理器控制。这一方面需要计算能力，而且还需要附加的能量。

操作装置必须部分地集成在已有现场设备外壳中。因为在大多数外壳中缺少可用的地方，上述要求只有提高开销才能做到。

操作装置的各个部分，键盘和显示器等增加了产品的费用开销，并提高了价格和出现故障的可能。

在操作装置发生故障或误动作时，现场设备必须由维修技术人员在现场检测并修复。

从现场设备的工作时间上看，操作装置只是偶尔地被使用，虽然它设置在许多现场设备中。

利用操作装置只能分别操作集成有此操作装置的相关现场设备。

发明内容

本发明的目的在于给出一种现场设备，它没有如上所述的缺点。

上述任务通过具有用于数据输入和显示的操作装置的过程自动化现场设备来完成，其中，操作装置被设计成独立的可携带单元，并且操作装置与现场设备间的连接通过无线电进行，其中无线连接被限制在现场设备附近区域内，并且所述无线连接按照蓝牙标准来实现。

按照本发明的另一种优选实施例，现场设备具有一个微处理器，它与一个蓝牙芯片组连接。操作装置同样具有连接于微处理器的蓝牙芯片组。

按照本发明的另一种优选实施例，在现场设备的外壳上设置有天线终端。

按照本发明的另一种优选实施例，现场设备用于采集过程变量。

按照本发明的另一种优选实施例，现场设备通过数据总线与中央控制单元相连接。

按照本发明的另一种优选实施例，现场设备与操作装置间的数据传输速率约为1Mbits/sec。

按照本发明的另一种优选应用，操作装置为可携带的计算机(笔记本电脑或小型计算机)。

按照本发明的一种优选应用，软件变更(更新/升级)通过操作装置传送给现场设备。

按照本发明的一种优选应用，通过操作装置启动现场设备的“重复循环检测过程”。

按照本发明的一种优选应用，通过操作装置进行状态查询，以进行现场设备的预先维护。

本发明的基本思想在于，操作装置被设计成独立的可携带单元，并且在操作装置和现场设备之间建立无线连接。此连接是相当小的区域内的。从而可以简单和廉价地操作现场设备。现场设备的制造费用明显降低了，因为可以不再将操作装置集成在现场设备内。此外一个操作装置可被用于多个现场设备。借助于唯一的用于操作装置的软件可以统一控制整个一组现场设备。由于无线连接的较短作用距离，在现场设备一侧仅需消耗少量的能量。

附图说明

下面借助附图所示实施例详细说明本发明。附图中；

图1以图解表示了连接本发明所述的现场设备与操作装置的现场总线，

图2以图解表示了本发明所述的现场设备，

图3以图解表示了本发明所述的操作装置。

具体实施方式

图1中表示了一个液位计S1作为现场设备的例子，它安装在一个罐T上，液位计S1测量罐T中液体F的液位H。借助于雷达传播延时方法测量罐T中的液位H。其中液位计S1向液体F的表面方向上发射一个雷达脉冲，并且接收从液体表面反射的脉冲。由雷达脉冲的传播延时求出液体高度H。

液位计S1通过现场总线FB连接于用作中央控制单元的过程导向系统PLS。液位计S1和过程导向系统PLS可通过现场总线FB相互通信。通常液位计S1的实际测量值被传送给过程导向系统PLS，并在那里进行评估。在现场总线FB上例如还连接有其它的传感器S2，S3和作用物A1，A2。其它的过程变量借助于传感器S2，S3被采集，并且借助于作用物A1，A2进行调节。

可携带的操作装置B用于操作液位计S1。在所示情况下它是一个具有键盘TA和作为指示装置A的显示器的便携式计算机(笔记本电脑)。手持设备(手持机)也可以用作操作装置B，即专用的、大都由现场设备的生产厂家开发的控制设备。此外市场上可购得的无线电话(手机)或可携带的小型计算机(掌上电脑)也可作为操作装置B。

图2表示了本发明所述的现场设备F。现场设备F主要由微处理器P和存贮器E构成。微处理器P通过模数变换器A/D与测量值接收装置MW连接。测量值接收装置MW用于采集过程变量—液位。微处理器P通过现场总线接口FBS与现场总线FB连接。微处理器P连接于发送/接收单元SE，用于与操作装置B通信。

图3更详细地表示了操作装置B。它主要由微处理器P1构成，该微处理器连接于输入键盘TA1、指示装置A和存贮器E1。此外微处理器P1连接于发送/接收单元SE1，它根据发送/接收单元SE来设计。操作装置B被设计为独立的可携带单元。

下面详细说明本发明工作方式。

在现场设备F的启动、参数化或操作过程中，有关数据通过无线方式在操作装置B和现场设备F之间传输。相应的数据可以例如通过操作装置B的键盘TA手工输入。因为操作装置B有一个作为显示器的指示装置A，可以由现场设备F给出对输入的应答。为此可使用并未详细表示出的矩阵显示或多段显示。

因为为了启动或进行参数化，在相应的过程部件(罐，管道)上设置的现场设备F必须由业务人员检测，因此无线连接被限制在操作装置B附近区域(约10米)内是足够的。这样在操作装置B的作用范围内总是只有有限数量的现场设备。所以借助于无线传输可以通过简单的方法实现不能或难以接近的现场设备的启动和参数化。为此唯一的条件是：无线连接的作用距离对于从一个容易接近的位置抵达现场设备F是足够的。

在一种具有优点的方法中，在现场设备F和操作装置B之间的数据传输按照蓝牙标准进行。诸如爱立信、诺基亚、IBM、东芝和英特尔等著名制造商已一致采用此标准来进行分离的电子设备间的无线数据传输。这些厂商和其它的制造商缔结成一个利益共同体SIG，它已制定并进一步开发蓝牙标准。1999年7月底确定蓝牙规范1.0A。因为此技术已构成国际标准，相应的蓝牙芯片可以大批量廉价生产。

在一种具有优点的方法中，两个发送/接收单元SE和SE1被设计为集成电路(ICs)，它们被设计成单芯片或芯片组(例如蓝牙芯片或蓝牙芯片组)。它们可以简单的方式实现整个无线数据传输，即包括数据加密在内的所有发送和接收功能。此外它们只需要很少的能量(约50mA)。如果发送/接收单元SE较长时间没有接收到数据，发送/接收单元SE的能量消耗可以通过自动切换到一个等待状态(Parkphase)而进一步减小。在此等待状态中，发送/接收单元SE处于部分工作准备下。它必须由此状态被“唤醒”，以保证完全工作准备。这个转换只持续一秒或几秒。而这种短的时延对于操作装置的使用者并无影响。通过省去了集成的操作装置，在现场设备F中，特别是在显示时，不再需要附加的能量。在等待状态下，即如果较长时间没有接收到数据，蓝牙芯片组只需几微安的电流。

同时，用于发送/接收单元SE的程序控制比用于操作装置的更简单。在蓝牙软件不够丰富的情况下，这甚至可以节省微处理器P中的存贮器容量。

因为发送/接收单元SE1具有天线，对于具有金属外壳的现场设备，它必须向外引出。为此在现场设备外壳上设置有天线终端。这种天线终端是相当小的，并且可简单地密封。

由于省去了在现场设备中固定集成的操作装置，现场设备明显简化了结构。保护罩被省去，密封费用降低，至现场设备内部空间的唯一连接装置是一个天线终端，它也可以很容易地按照过程的规定(防爆区域)被密封。

如果操作装置B具有自己的数据存贮器，则用于现场设备F的控制程序的变更(软件更新，软件升级)可简单地由操作装置B传输给现场设备。

如果操作装置还另外具有一个至互联网(www，world wide web)的通道，则软件变更可以在现场通过互联网下载到操作装置B中，接着再传送给现场设备F。这种互联网连接例如到用作为操作装置的无线电话很容易地实现。

本发明所述的操作装置B的另一优点是，符合德国水资源管理法规定的重复循环检测。该检测要求对现场设备的功能合格性进行范合规定的测试。为进行这种检测，通常人工操纵一个设置在现场设备上的开关，此开关启动现场设备的检测。检测结果例如通过发光二极管显示在现场设备上。

显然也可利用本发明所述的操作装置B来实现这种检测的启动。

同样可以利用本发明所述的操作装置实现现场设备关于预先维护(predictive maintenance)的状态查询。

这种状态查询及实现重复循环检测的优点在于，与现场设备必需的通信不会影响至过程导向系统PLS的测量数据传输。用于检测或状态查询的数据(业务数据)与测量数据无关地在一个完全不同的信道上传输。从面消除了数据冲突。对于业务数据查询或传输不需要现场总线，因而不需要附加的总线存取。另一个优点在于，为了查询及检测不必再直接访问现场设备。这样，对使用者来说这种应用明显被简化了，尤其是缩短了时间。

当然，所有管理信息也可通过操作装置被调用。

因为现场设备F的全部操作可通过操作装置B进行，不再需要集成在现场设备F中的操作装置。

为了操作多个现场设备，用一个可携带的操作装置B就足够了。

在本发明的进一步开发中，在一个过程设备中的每个现场设备(S1，S2，S3，A1，A2)具有一个发送/接收装置，并且现场设备(S1，S2，S3，A1，A2)仅通过无线电与一个节点连接，该节点通过一根数据总线与过程导向系统PLS连接。节点同样具有一个发送/接收装置。节点通过无线电与相应的现场设备(S1，S2，S3，A1，A2)通信，并通过现场总线或其它的数据总线(例如以太网)与过程导向系统通信。这样就不再需要用于现场设备和节点之间的数据传输的现场总线。通常一个节点被配置给一个或多个现场设备(S1，S2，S3，A1，A2)。节点被安装在一个容易接近的位置，并且与在其直接邻近区域内的现场设备通信。这样明显降低了电缆敷设费用，因为现场总线FB不必再引到每一个传感器S1，S2，S3或作用物A1，A2。原则上一个现场设备也可作为节点。在其附近的其它现场设备通过无线电与它连接。

节点也可与互联网连接。如果每个现场设备被分配一个互联网地址(IP地址)，则每个现场设备可以在任意地点被启动。这里现场设备可以在任意距离上被远距离监控。过程导向系统和现场设备甚至可能位于不同的大洲。

在本发明所述的现场设备F中，操作装置B被设计为独立的可携带单元，它通过无线电在短距离上与现场设备F连接。这样，为了进行操作不再需要直接访问一个不可接近的现场设备F。此外使用一个操作装置可以操作多个现场设备。

Claims (13)

1.用于过程自动化的现场设备，具有用于数据输入和显示的操作装置，其特征在于，操作装置B被设计成独立的可携带单元，并且通过无线电实现操作装置B和现场设备S1间的连接，其中无线连接被限制在现场设备S1的邻近区域内，并且所述无线连接按照蓝牙标准实现。

2.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，现场设备S1具有一个微处理器P，它与蓝牙芯片组SE连接，并且操作装置B也具有一个微处理器P1，它与相应的蓝牙芯片组SE1连接。

3.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，在现场设备S1的外壳上设置了天线终端。

4.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，现场设备S1用于采集过程变量。

5.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，现场设备S1通过现场总线FB与中央控制单元PLS相连接。

6.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，现场设备S1与操作装置B之间的数据传输速率约为1Mbit/sec

7.如权利要求6所述的现场设备，其特征在于，操作装置B为可携带的计算机。

8.如权利要求6所述的现场设备，其特征在于，操作装置B为可携带的小型计算机。

9.如权利要求6所述的现场设备，其特征在于，操作装置B为可携带的手持设备。

10.如权利要求6所述的现场设备，其特征在于，操作装置B为可携带的无线电话机。

11.用于控制如权利要求1至10中任一项所述的现场设备的方法，其特征在于，软件变更通过操作装置传送到现场设备S1。

12.用于操作如权利要求1至10中任一项所述的现场设备的方法，其特征在于，现场设备S1的重复循环检测通过操作装置B来启动。

13.用于操作如权利要求1至10中任一项所述的现场设备的方法，其特征在于，用于预先维护现场设备S1的状态查询通过操作装置B实现。

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