用于从局部传感器收集数据的基站的制作方法

本公开内容总体上涉及过程控制系统，并且更具体而言，涉及用于从局部传感器收集数据的基站。

背景技术：

过程控制系统典型地包括经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线而通信地耦合至一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器。来自现场设备和/或控制器的信息通常通过数据高速公路或通信网络(例如，HART协议)传输至诸如操作者工作站之类的设备。这些设备使得操作员能够执行各种功能，包括查看过程控制系统的过程的当前状态。

传统地，从其采集数据的每个仪器单独地接线至分布式控制系统(DCS)。布线成本可以是每个仪器几千美元。除了所涉及的布线的成本(其会是巨大的)，将仪器接线至DCS的成本还包括安装布线的劳动力成本和得到必要认证的成本。当从那些仪器所得到的数据对于过程控制系统的操作不够关键以合理化布线的成本时，对某些仪器进行布线可能是不切实际的。不能从过程控制系统中的某些位置得到数据可能导致不具有可能潜在地对操作员有用的信息。例如，数据(诸如输出压力)是在定位器处采集的，但是该数据不必与耦合至该定位器的阀的反应相对应，并且不存在对其它附近仪器的状态的指示。阀和其它仪器可能提供的任何额外数据可以有助于操作员确定过程控制系统的状态。

对来自在过程控制系统中具有非关键位置的仪器的数据的无线传输已经基于例如无线HART。然而，使用这种通信的更新速率是缓慢的(例如，每分钟一次)并且与依赖于时间的数据一起使用是不切实际的。另外，基于无线HART的通信需要远程仪器或传感器包括电池。然而，由于发送数据所需要的功率量，电池必须定期替换，从而经常涉及功率与范围之间的权衡。使用这种公知的通信，仪器典型地向另一个发射机短距离地发送数 据，该另一个发射机随后将数据中继至随后的发射机直到数据最终到达DCS。然而，使用多个仪器来以此方式中继数据在其中不需要仪表化的区域中是不切实际的。

技术实现要素：

示例性装置包括传感器，所述传感器操作地耦合至现场设备，所述传感器具有射频发射机，所述射频发射机用于向基站发送信号，所述基站具有：射频接口，所述射频接口用于从所述传感器接收所述信号；以及第一控制器，所述第一控制器用于从所述信号采集数据并且将所述数据储存在存储器中。所述装置还包括：第二控制器，所述第二控制器操作地耦合至所述第一控制器以将所述数据中继至资产管理系统；以及本地控制面板，所述本地控制面板操作地耦合至所述基站以向所述基站发送另外的数据，其中，所述第一控制器将所述另外的数据储存在所述存储器中。

一种示例性方法，包括：经由传感器采集与第一现场设备有关的数据；向基站发送所述数据，以便储存在所述基站的存储器中；经由控制器访问所述基站的所述存储器中的所述数据；以及将所述数据中继至资产管理系统。

另一种示例性装置，包括：射频识别接口，所述射频识别接口用于从过程控制系统的传感器接收数据；控制器，所述控制器用于采集由所述射频识别接口接收到的所述数据；以及存储器，所述存储器用于储存所述数据，其中，所述数据可以经由所述射频识别接口和所述过程控制系统的资产管理系统来获取。

附图说明

图1是可以被实施用于使用基站和传感器的本地资产区域网络的示例性装置的图示。

图2是图1中的基站的示例性实施方式的图示。

图3是图1中的传感器的示例性实施方式的图示。

图4描绘了图1中的示例性基站的具体实施方式。

图5描绘了可以被执行以实施本文中所描述的示例的示例性方法。

图6是可以用于实施本文所公开的示例的处理器平台的图示。

具体实施方式

本文中所描述的装置和方法可以用在过程控制系统中来采集与诸如阀之类的仪器有关的数据，否则使用公知的方法来得到其数据是不切实际的。更具体而言，本文中所描述的装置和方法通过集成能够与仪器和现场设备进行无线通信的传感器来实现来自过程控制仪器和现场设备的数据采集。在本文中所描述的某些示例中，一个或多个传感器可以采集数据并向基站发送数据(例如，压力数据、温度数据、指示阀的状态的数据等)，该基站能够储存数据并向DCS发送数据。基站可以操作地耦合至现场设备(例如，控制器、定位器等)，现场设备可以已经硬接线至DCS，由此使得基站能够将多个传感器所采集的数据中继至DCS。随后可以由操作员经由操作员工作站来访问数据，操作员可以使用传感器所采集的数据来更好地估计过程控制系统的状态。

在本文中所描述的示例性装置和方法中，无线通信经由一个或多个射频识别(RFID)接口而发生。RFID发射机与每个传感器相关联，并且RFID天线被集成到基站中以接收从一个或多个传感器发送的写信号。基站可以包括高频(HF)RFID接口和超高频(UHF)RFID接口。传感器可以经由UHF接口与基站进行通信，以发送写信号，该写信号包括数据和指示应该将数据写入基站上的非易失性存储器的哪里的位置。基站可以从多于一个的传感器接收信号以将数据写入存储器中的多于一个的位置。例如，第一传感器可以发送包含数据和与非易失性存储器中的第一位置相关联的第一写位置的写信号，并且第二传感器可以发送包括第二数据和与非易失性存储器中的第二位置相关联的第二写位置的第二写信号，等等。

HF接口可以用于将传感器与基站进行配对。使用轻触配对(tap-to-process)过程，可以通过将传感器保持为接近于基站来经由HF接口将传感器与基站进行配对。轻触配对过程涉及将传感器保持为足够接近基站以使得基站和传感器能够经由HF接口进行通信并使用近场通信(NFC)来交换诸如设备标识信息之类的数据。基站可以经由NFC从传感器读取标识信息并开始通过UHF接口与传感器进行通信。以上所提及的配 对过程减少了对传感器与基站之间的通信进行初始化所需要的配置的量。

HF接口还可以用于其它类型的数据传送。用户或操作员可以使用能够经由HF接口(例如，NFC)进行通信的手持式设备来经由HF接口从基站收集数据。可以通过使手持式设备极为靠近(例如，1英寸至3英尺)基站来将数据从基站传送至手持式设备。在某些示例中，HF接口还能够从手持式设备获得功率。从手持式设备获得的功率可以足以对基站进行供电以在基站与手持式设备之间传送数据。

在某些示例中，基站可以包括另外的无线通信接口(例如，蓝牙接口)。例如，另外的接口可以是低能量蓝牙接口并且可以操作地向DCS发送警告和警报。

在本文中所描述的示例中，基站操作地耦合到硬接线至DCS的现场设备(例如，控制器、定位器等)。储存在基站的非易失性存储器中的数据经耦合至基站的现场设备的一条或多条硬接线通信线路传输至DCS。该一条或多条硬接线通信线路可以是连接至DCS的I/O端口并且专用于现场设备使用的通信信道。基站可以使用一个或多个通信协议或方法(例如，HART、UART)与现场设备进行通信。在某些实施例中，基站经由现场设备的辅助终端操作地耦合至现场设备。一旦数据被传输至DCS，操作员就可以使用操作员工作站查看和分析数据。

在某些实施例中，基站可以经由总线(例如，由基站使用的I2C总线)、利用有线连接或无线连接操作地耦合至本地控制面板(LCP)。将LCP连接至基站使得在测试(例如，阀冲程测试)期间由LCP所采集的数据能够储存在基站的非易失性存储器中。由LCP所采集的数据可以以与由传感器所采集的数据一样的方式被传输至DCS。另外，由于LCP通信地耦合至非易失性存储器，因此LCP可以被用作为数据访问点(如果装备有HF和/或UHF接口的话)。例如，可以由操作员将手持式设备保持为接近于集成在LCP内的HF接口来通过HF接口采集数据。在LCP内集成HF和/或UHF接口增加了对基站所采集的数据的可访问性，这是因为LCP可以用于手动控制测试并且因此通常可由操作员访问。

图1是可以被实施用于从附近或局部传感器收集数据的示例性装置100的图示。示例性装置100包括基站102，该基站102从位于基站102的 邻近处的(例如，基站102的30英尺内)一个或多个传感器104接收无线通信。基站102可以操作地经由RFID接口(例如，超高频RFID接口)从一个或多个传感器104接收数据。

传感器104操作地耦合至相应的现场设备106，现场设备106可以包括阀或其它过程控制设备。传感器104能够采集与传感器104耦合的现场设备106相关联的数据。例如，传感器104可以采集温度数据、压力数据、与阀的状态有关的数据(例如，阀是打开的还是关闭的)、或对于过程控制系统的操作员潜在有用的任何其它测量结果。一旦传感器104已经采集数据，数据就经由RFID接口被传输至基站102。在某些示例中，传感器104中的一个可以与一个或多个其它传感器104进行通信。

使用轻触配对过程将传感器104配对至基站102。轻触配对过程涉及基站102的高频(HF)接口，其读取由传感器104上的HF发射机所发送的信号。信号包含与传感器104有关的识别信息，然后基站102使用该识别信息来发起经由基站102的UFH接口与传感器104的通信。使用轻触配对过程来发起基站102与传感器104之间的通信减小了所需要的手动配置的量，由此使得基站102和传感器104易于在现有的过程控制系统中实施。

在基站102的RFID接口接收到数据之后，数据被储存在基站102上的非易失性存储器中。与基站102相关联的微控制器随后从存储器收集数据以发送至控制器108(例如，定位器、数字阀控制器、气动控制器等)。在某些情形下，控制器108和基站102可以使用举例来说诸如HART、UART等之类的通信协议来进行通信。在某些示例中，基站102经由控制器108的辅助端口连接至控制器108。控制器108经由与控制器108相关联的专用通信信道将来自基站102的数据中继至分布式控制系统(DCS)110(例如，资产管理系统)。控制器108可以经由DCS 110上的I/O端口连接至DCS110。一旦DCS 110已经接收到数据，操作员就可以经由操作员工作站112查看并操纵数据。操作员能够通过分析由基站102和传感器104收集的数据来更好地估计过程控制系统的状态。

除了与控制器108进行通信以外，基站102还可以使用控制器108作为电源。从控制器108得到的功率足以使得基站102在不显著影响控制器108的操作的情况下运行。基站102可以从控制器108接收控制信号(例如， 4-20mA)，其中控制信号还在正常操作期间向基站供应电力。在其它时间(例如，当过程控制系统100关闭时)，基站102可以从附近的能够进行近场通信的便携式设备124(例如，具有HF RFID接口的设备，诸如智能电话或平板设备)获得能量。当过程控制系统100关闭并且未对控制器108供电时，便携式设备124可以被用作为电源。从便携式设备124获得电力使得基站102能够向便携式设备124发送信息(例如，诸如序列号、零件号等之类的设备信息)。在关闭情况下或者在正常操作期间，由基站102从传感器104收集的数据也可以从基站102传送至便携式设备124。

图2描绘了图1中的基站102的示例性实施方式。如在图2中示出的，基站102包括总线202(例如，串行外设接口(SPI)总线、内部集成电路(I2C)总线等等)。总线202与过程控制系统的现场总线分离。在某些示例中，总线202是SPI总线，其是能够控制多个设备的四线串行总线。在其它示例中，总线202是I2C总线，其是两线串行总线，其中一条线是时钟并且另一条线用于数据传输。I2C总线可以与多达八个设备通信地耦合。

基站102还包括耦合至总线202的HF接口204。HF接口204可以包括用于从其它HF设备(诸如传感器104和便携式设备124)接收信号的天线205。HF接口204可以用于配对(例如，NFC轻触配对)和/或用于数据传送。例如，传感器104中的一个或多个传感器可以使用轻触配对过程与基站102进行配对。一旦对传感器104进行了配对，传感器就可以将数据传输至基站102。当例如操作员使用便携式设备124来访问与基站102或附近的现场设备106相关联的信息(例如，诸如序列号、零件号之类的识别信息、维护信息和调度等)时，数据传送可以经由HF接口204发生。操作员还可以利用便携式设备124经由HF接口204访问和采集由传感器104所收集的数据。

UHF接口206也包括在基站102中。UHF接口206耦合至总线202并且包括UHF天线207。UHF接口206是用于数据采集的主要接口并且与传感器104中的一个或多个传感器进行通信。UHF接口206从与基站102配对的传感器104中的一个或多个传感器接收信号。来自每个传感器104的信号都包括数据和写位置。每个传感器都使用耦合至总线202的非易失性存储器(NVM)208中的不同位置，传感器104将数据写入该不同位置。 例如，传感器104中的第一个传感器将待写入的第一数据发送至NVM 208中的第一位置，并且传感器104中的第二个传感器将待写入的第二数据发送至NVM 208中的第二位置。UHF接口206是数据传输的优选方法，这是因为UHF通信比许多其它形式的无线通信(诸如蓝牙)使用显著更少的功率，并且显著快于通常用在过程控制系统(举例来说，诸如无线HART)中的通信协议。

UHF接口204和HF接口206两者都可以包括相对小量的存储器并且可以在数据传送期间临时储存数据。包括相对小量的存储器有助于UHF接口204和HF接口206与NVM 208之间的平滑的数据传送。

微控制器210连接至总线202以管理基站102的操作并且将数据分布至指定位置。例如，微控制器210可以将UHF接口206所接收到的数据写入至NVH 208中的指定位置。微控制器210还可以在请求数据时从NVM208收集数据并且经由控制器108将该数据发送至DCS 110。微控制器210可以通信地耦合至控制器108的微控制器(未示出)以传输指令(例如，何时发送数据)。例如，一旦已经从NVM 208收集到数据，微控制器210就可以经由控制器108将数据传输至DCS 110，如结合图1所描述的。在某些示例中，微控制器210还可以从控制器108收集信息(例如，过程控制系统的当前操作状态、警告等)。在某些示例中，微控制器210还可以经由控制器108将经由蓝牙接口212所接收到的警告中继至DCS。

在某些示例中，基站102可以包括蓝牙低能量(LE)接口212，该蓝牙低能量(LE)接口212包括蓝牙LE天线213。蓝牙LE接口212可以传输工厂警报和警告，但不是数据传输的主要方法(由于经由蓝牙LE接口212的数据传送所需要的大量能量)。蓝牙LE接口212可以与当前在过程控制系统中适当位置的警报系统集成在一起。

电源管理器214包括在基站102中。电源管理器214可以管理在正常操作期间来自外部电源的电力(例如，来自控制器108的4-20mA线路、来自另一个过程控制设备的电力等)。在某些示例中，功率管理器214还可以操作地经由UHF或HF接口204和206从附近的UHF或HF设备获得能量。从HF设备(例如，便携式设备124)所获得的能量在3.3V下可以高达6mA，其足以在缺少外部电源时对基站102进行供电。在某些示例中， 当过程控制系统关闭和/或外部电源已经中断时，功率管理器214可以获得能量以收集数据(例如，设备信息、由传感器所采集的数据等)。例如，当过程控制系统关闭时，携带便携式设备124的操作员可以从基站102收集信息，这是因为从便携式设备124获得的能量可以足够对基站102进行供电以经由HF接口204将数据传送至便携式设备124。在某些示例中，电源管理器214还可以经由UHF接口206从能够UHF的设备获得能量。

在某些示例中，基站102可以包括经由至总线202的有线或无线连接耦合至基站102的本地控制面板(LCP)216。LCP典型地用于手动操作冲程测试，并且因此典型地被配置为可容易地由操作员访问。当前，LCP经由DI/DO信道硬接线至定位器。基站102可以经由总线202从LCP 216采集数据并且将来自LCP 216的数据写入NVM 208。将数据储存在NVM 208中使得来自LCP 216的数据能够以与从传感器104采集到的数据相同的方式被传输至DCS 110。在某些示例中，LCP 216可以包括HF和/或UHF接口(未示出)以使得操作员能够使用便携式设备124从LCP 216采集数据。在这些示例中，操作员可以访问储存在NVM 208中的任何数据，这是因为LCP 216耦合至总线202。

图3描绘了图1中的传感器104的示例性实施方式。示例性传感器104可以是典型地用在过程控制环境中的任何类型的传感器(例如，温度传感器、压力传感器、位置传感器等)。传感器104可以附接至操作员想要从其采集数据的任何现场设备106。图3中描绘的示例性传感器包括可以用于使用轻触配对过程来发起与基站102的通信的HF接口302。HF接口302还可以使得带有便携式设备124的操作员能够通过使便携式设备124接近于传感器104来从传感器104采集信息(例如，诸如零件号、序列号等之类的识别信息)。

传感器104还包括用于将传感器104所采集的数据传输至基站102的UHF接口304。传感器104的UHF接口304与基站102的UHF接口206进行通信。例如，传感器104的UHF接口304发送信号，该信号被UHF接口206的UHF天线207接收。在某些示例中，UHF接口304能够发送并接收数据。在其中UHF接口304能够发送并接收数据的示例中，UHF接口304能够与基站102进行双向通信。因此，除了向基站102发送数据，传感 器104还可以从基站102接收数据或其它信息。在某些示例中，传感器104中的第一个传感器可以与传感器104中的第二个传感器进行通信。

传感器104还包括电源306。在某些示例中，电源306是电池。因为UHF 304使用相对小量的功率来传送数据，因此与如果使用不同形式的无线通信(诸如，蓝牙)相比，电池持续时间更长。在其它示例中，传感器104耦合至被供电的现场设备106，并且用于传感器104的电源306耦合至现场设备106的电源。

尽管图3中的传感器104被描绘为仅仅包括HF接口302，但是UHF接口304和电源306、诸如微控制器或存储器之类的其它部件也可以包括在某些示例性传感器104中。

图4描绘了图1中的基站102的示例性实施方式400。在示例性实施方式400中，基站102经由引线404耦合至控制器108的辅助端口402。然而，基站102可以替代地经由通信协议(诸如，HART或UART)耦合至控制器108。在示例性实施方式400中，控制器108是用于控制双动式气动致动器的数字阀控制器(例如，FIELDVUE^TM DVC6200)，但是在其它示例性实施方式中可以使用任何其它类型的控制器或定位器。

图1-图4中的示例可以通过硬件、软件和/或固件的任何组合来实施。因此，示例可以通过一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、和/或现场可编程逻辑器件(FPLD)来实施。当阅读涵盖纯粹的软件和/或固件实施方式的本专利的装置或方法权利要求中的任何权利要求时，示例在此被明确地定义为包括储存软件和/或固件的有形计算机可读储存设备或储存盘(诸如，存储器、数字多功能盘(DVD)、压缩盘(CD)、蓝光盘等)。更进一步，图1-图4中的示例可以包括一个或多个元件、过程和/或设备，和/或可以包括这些元件、过程和设备中的任何或全部元件、过程和设备中的多于一个的元件、过程和设备。

图5是可以与本文中所描述的示例性装置一起使用的示例性方法500。当经由HF接口204和302(框502)将一个或多个传感器104与基站102进行配对时发起该示例性方法。在将一个或多个传感器104进行配对之后，该一个或多个传感器104采集与连接至一个或多个传感器104的过程设备 106有关的数据(框506)。一个或多个传感器104随后经由UHF接口206和304向基站102发送数据(框506)。一旦基站102已经接收到数据，微控制器210就在NVM 208中写入数据(框508)。数据随后经由控制器108中继至DCS 110(框510)。一旦DCS 110接收到数据，就可以对数据进行处理以确定过程控制系统的一个或多个部件(例如，现场设备)的操作状态、或过程控制系统作为整体的状态(框512)。

图6是能够执行指令以实施图5中的方法500的至少一部分的示例性处理器平台600的框图。处理器平台600可以是例如服务器、个人计算机、移动设备(例如，蜂窝电话、智能电话、诸如iPad^TM之类的平板设备)、个人数字助理(PDA)、互联网设备或任何其它类型的计算设备。

所示出的示例中的处理器平台600包括处理器612。所示出的示例中的处理器612是硬件。例如，处理器612可以由来自任何期望家族或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器来实现。

所示出的示例中的处理器612包括本地存储器613(例如，缓存)。所示出的示例中的处理器612经由总线618与包括易失性存储器614和非易失性存储器616的主存储器进行通信。易失性存储器614可以由同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其它类型的随机存取存储设备来实现。非易失性存储器616可以由闪存和/或任何其它期望类型的存储设备来实现。对主存储器614、616的访问权受存储器控制器的控制。

所示出的示例的处理器平台600还包括接口电路620。接口电路620可以由任何类型的接口标准(诸如，以太网接口、通用串行总线(USB)、和/或PCI express接口)来实现。

在示出的示例中，一个或多个输入设备622连接至接口电路620。一个或多个输入设备622允许用户将数据和命令输入至处理器612中。一个或多个输入设备622可以由例如音频传感器、麦克风、相机(静物或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、轨迹板、轨迹球、iso点和/或语音识别系统来实现。

一个或多个输出设备624还连接至所示出的示例的接口电路620。输出设备624可以例如由显示设备(例如，发光二极管(LED)、有机发光二极 管(OLED)、液晶显示器、阴极射线管显示器(CRT)、触摸屏、触觉输出设备、打印机和/或扬声器)来实现。所示出的示例中的接口电路620因此典型地包括图形驱动卡、图形驱动芯片或图形驱动处理器。

所示出的示例中的接口电路620还包括通信设备(诸如发射机、接收机、收发器、调制解调器和/或网络接口卡)，以经由网络626(例如，以太网连接、数字订户线(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统等)实现数据与外部机器(例如，任何类型的计算设备)的数据交换。

所示出的示例中的处理器平台600还包括用于储存软件和/或数据的一个或多个大容量储存设备628。这些大容量储存设备688的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、压缩盘驱动器、蓝光盘驱动器、RAID系统、和数字通用盘(DVD)驱动器。

用于实施图5中的方法500的至少一部分的编码指令632可以储存在大容量储存设备628中、易失性存储器614中、非易失性存储器616中、和/或诸如CD或DVD之类的可移动有形计算机可读储存介质上。

尽管本文中已经公开了某些示例性方法、装置和制品，但是本专利的涵盖范围不限于此。相反，本专利涵盖很大程度上落入本专利的权利要求的范围内的所有方法、装置和制品。