现场装置的单向数据传输的制作方法

背景技术：

现场装置(诸如，过程变量变送器)被用于过程控制工业以远程地感测过程变量。现场装置(诸如，致动器)被过程控制工业使用以远程地控制过程的物理参数，诸如流量、温度等等。可以将过程变量从现场装置传输至控制室，所述现场装置诸如为用于向(例如，在控制室中的)控制器提供关于过程的信息的过程变量变送器。然后，控制器可以将控制信息传输至现场装置(诸如，致动器)以修改过程的参数。例如，与过程流体的压力有关的信息可以被传输至控制室并被用于控制过程(诸如，炼油)。

通常，现场装置具有现场加固的外壳，使得所述外壳可以在户外被安装在相对恶劣环境中，并且能够承受温度、湿度的极端气候、振动、机械冲击等。这些装置还可以典型地在相对低功率下操作。例如，从已知的4ma至20ma的回路接收其所有的运转功率的现场装置是当前可用的。

现场装置(例如，过程变量变送器)用于监测与化学品、纸浆、石油、天然气、药物、食品和其它流体加工厂中的流体(诸如，泥浆、液体、蒸汽和气体)相关联的过程变量。过程变量包括但不限于振动、粘度、速度、体积、质量、能量、压力、温度、流量、液位、ph、电导率、浊度、密度、浓度、化学成分和其它流体性质。现场装置(诸如，过程致动器)包括控制阀、泵、加热器、搅拌器、冷却器、螺线管、通风口和其它流体控制装置。

一些现场装置根据电线过程通信协议进行通信。例如，一些现场装置采用数字电路，所述数字电路使用叠加在流过过程控制电流回路的模拟电流信号上的数字信号与控制器进行通信。这样的技术的一个示例是高速公路可寻址远程传感器通信协议。协议和其它这样的协议通常包括一组命令或指令，可以将所述命令或指令发送到现场装置以引起期望的响应，诸如装置控制或询问。

另一种过程通信协议被称为foundation^tm现场总线协议。这种协议旨在限定用于在过程控制回路上传输信息的通信层或通信协议。现场总线协议规范是由美国仪器学会在1992年发布的isa-s50.01-1992。另一种已知的有线过程通信协议称为profibus。又一种已知的有线过程通信协议称为modbus。其它有线过程通信协议也是已知的。

最近，无线技术正被用于与现场装置进行通信。无线操作简化了现场装置接线和设置。无线过程通信的一种特定形式在iec62591(无线hart)中阐述。然而，也期望为现场装置提供额外的无线通信能力，诸如根据已知的wifi、蓝牙和/或红外(irda)协议进行的通信。

现场装置在其中操作的环境可以包括易挥发甚至爆炸性气体。因此，需要对这样的现场装置提出很高的要求，以确保它们不会在这样的环境下无意中产生点火源。确保安全的一种方式是将现场装置的电路放置在防爆壳体中。防爆规格的一个示例在“由美国工厂保险联盟(factorymutualresearch)于1989年3月颁布的、分类号为3615的、防爆电气装备通用要求批准标准(approvalstandardforexplosion-proofelectricalequipmentgeneralrequirements)”中阐述。符合防爆规范(诸如上文阐述的防爆规范)有助于确保即使现场装置内的电路变得过热或产生火花，现场装置的壳体内发生的点火也不会泄漏到较大的挥发性过程环境中。确保过程环境的安全的另一方式是使电子电路本身符合本质安全要求。本质安全规范的一个示例在“由美国工厂保险联盟于1988年十月颁布的、分类号为3610的、用于i、ii和iii类1级危险(分类)场所的许用标准本质安全设备和相关设备(“approvalstandardintrinsicallysafeapparatusandassociatedapparatusforuseinclassi，iiandiii，division1hazardous(classified)locations)”中阐述。提供根据防爆规范和/或本质安全规范操作的现场装置有助于确保过程环境的安全以及与这样的现场装置进行交互的人员的安全。

在技术人员需要与现场装置内的部件进行交互(诸如，附接试验导线以配置现场装置或对现场装置进行诊断)的情况下，安全是过程环境中的关注点，打开外壳(即，移除盖)的动作可能需要获得特定授权(诸如，高温作业许可证)，然后才能进行这样的作业。在一些情况下，在现场装置上执行作业之前，可能需要关闭过程控制环境中的过程控制操作，以防止潜在的电火花在危险气体气氛中引起爆炸。

技术实现要素：

现场装置包括过程通信模块、图形显示器和控制器。所述过程通信模块被配置成根据过程工业标准通信协议进行通信。所述控制器被可操作地耦接至过程通信模块和所述图形显示器，并且被配置成以作出响应的方式使所述图形显示器生成机器可读显示输出。

附图说明

图1是本发明的实施例特别适用的现场装置的示意性透视图。

图2是可以实践本发明的实施例的现场装置的框图。

图3是从根据本发明的实施例的现场装置进行的单向数据传输的示意图。

图4a和图4b图示出处理从根据本发明的实施例的现场装置获得的机器可读图像的用户的移动装置。

图5是传输来自根据本发明的实施例的现场装置的数据的方法的流程图。

图6是与根据本发明的实施例的无线现场装置建立双向无线通信的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例通常简化并加快了用户或技术人员与在现场进行操作的现场装置的交互。当技术人员需要打开现场装置的壳体时，所述过程本身相对麻烦且缓慢。在一些情况下，技术人员可能需要获得高温作业许可证。然后，技术人员必须打开现场装置的壳体，附接导线，通过数字协议下载信息，然后重新盖上盖。即使不考虑获得高温作业许可证所需的时间，这整个过程也可能需要好几分钟。最近，与具有无线通信能力的现场装置进行交互已经变得有用，从而避免了移除所述盖和可能的获得高温作业许可证的必要。例如，美国专利申请公布号2019/0103914考虑到利用与现场装置(被示出为阀控制器)的低功耗蓝牙(ble)通信。虽然与现场装置的无线通信通常避免了移除所述盖的必要，但无线通信本身可能带来其它挑战。例如，一些用户可能对使用这样的无线通信的安全问题是敏感的。

使用当前现场装置交互的另一困难是现场装置通常是相对低功率的装置且采用相对小的数字显示器。例如，一些当前现场装置采用具有相对低的分辨率的液晶显示器，并且该液晶显示器具有这样的尺寸：使得这些液晶显示器在任一时刻只能在屏幕上显示十几个人类可读的单词和数字。这使得难以向用户或技术人员提供使他们可以以简明方式寻找的所有信息。因此，当前装置在稍微受限于向现场的现场装置处的用户或技术人员提供大量数字数据的能力的同时，仍确保过程的安全和保密性。

本文描述的实施例通常利用与技术人员或用户的(诸如移动装置上的)照相机相结合的现场装置上的机器可读显示输出，以便快速且安全地将大量数字数据从操作现场装置传输至技术人员的移动装置。因而，代替提供十几个人类可读的单词或数字，所述装置可以显示由用户或技术人员的装置获取的机器可读图像(例如，qr码、条形码或其它合适的图像)。

智能装置在过程装置中的普及率正在上升。这些智能装置典型地装备有能够捕获机器可读编码图像的高分辨率照相机。这些编码图像的处理允许与使用有线连接时相比更快的数据传输。认为由于可以发生传输而不需要移除任何现场装置的盖的事实，可以实现节约时间。这种数据传输还是单向的、点对点的。这减轻了与当前的无线选项相关联的一些安全性问题。在一个实施例中，通过按压本地按钮或其它合适的技术来启动编码图像在现场装置上的显示。

图1是本发明的实施例特别适用的现场装置的示意性透视图。现场装置100被图示为过程流体压力变送器，所述过程流体压力变送器具有被配置成耦接至过程104的过程流体入口102。过程流体压力变送器被设置在传感器主体105内并提供与过程流体压力有关的电信号。这种电信号由控制器(诸如，微处理器)操作，并且被转换成过程流体压力，所述过程流体压力可以被显示器106显示和/或被通信至远程装置(诸如，控制室)。显示器106典型地是图形显示器，其中所述显示器106具有可以被接合以产生显示输出(通常呈字母、数字或图标的形式)的许多元素(点或像素)。过程流体压力变送器具有带有至少一个盖110的坚固的外壳108，所述至少一个盖110是可移除的以访问现场装置100的内部。另外，现场装置100可以包括允许用户与现场装置交互的一个或更多个本地用户接口元件(诸如按钮112、114)。注意，现场装置100仅是可以实践本文中描述的实施例的众多不同的现场装置中的一个示例。

图2是可以实践本发明的实施例的现场装置的框图。电路120被设置在外壳108内，并且包括回路通信模块122、电源模块124、控制器126、本地操作者界面128、传感器接口电路130和传感器132。

过程通信电路122被配置成根据过程工业通信协议进行通信，所述过程工业通信协议诸如为协议、基金会现场总线(foundationtmfieldbus)或无线hart(iec62591)协议。过程通信允许现场装置100报告过程变量，或通过过程通信回路接收过程命令。过程通信电路122被耦接至控制器126以允许控制器126通过过程通信回路或过程通信段与过程控制器和/或其它现场装置进行交互。

控制器126是能够执行编程步骤以提供其现场装置功能的任何适当的装置。在一个示例中，控制器126包括微处理器、以及相关联的存储器和定时电路，所述定时电路执行编程步骤以提供现场装置输出、或接收现场装置命令并产生过程致动器输出。控制器126被耦接至本地操作者界面电路128。

本地操作者界面电路128的示例包括显示器106和输入装置112、114。显示器106可以包括任何合适的显示技术，任何合适的显示技术包括但不限于发光二极管显示器(诸如，oled显示器或amoled显示器)、电致发光显示器(eld)、液晶显示器(lcd)、等离子体显示器、量子点(qled)显示器、真空荧光显示器、电子墨水显示器或能够渲染机器可读图像的任何合适的技术。虽然输入装置112、114被示出为按钮，但是可以使用根据本文中描述的实施例的任何合适的输入元件。例如，这样的元件可以包括磁力开关、霍尔开关、簧片开关、电容式触摸屏、电阻式触摸屏、旋转编码器、光敏传感器(诸如，光敏二极管)、声学传感器、或能够感测用户交互并向控制器126提供指示这种相互的信号的任何其它适合的元件。

传感器接口电路130允许控制器126与传感器132进行交互。在现场装置是过程变量变送器的实施例中，传感器接口电路130包括模数转换器，所述模数转换器被耦接至呈过程变量传感器(诸如，温度或压力传感器)形式的传感器132。在现场装置是过程致动器的实施例中，传感器接口电路130可以包括合适的电流驱动电路以与传感器(诸如，换能器)接合，所述过程致动器诸如为用于产生阀移动的马达或阀定位器。

图3是从根据本发明的实施例的现场装置进行的单向数据传输的示意图。在图示的示例中，现场装置200是具有显示器206和按钮212、214的过程变量变送器。在一个实施例中，显示器206被设置在壳体/外壳208内，所述壳体/外壳208可以是防爆的。显示器206能够通过壳体208中的窗口观看，使得无需打开壳体208即可观看显示器206。

如图3可以看出的，用户或技术人员的智能手机230被带到现场装置200附近，使得智能手机230的照相机232可以获取呈现在显示器206上的机器可读显示输出234的图像。在图示的示例中，机器可读显示输出234是二维条形码，诸如qr码。然而，还可以使用任何合适的机器可读图像。在一个实施例中，通过技术人员与按钮212、214中的一个或两个按钮相互作用，使过程变量变送器200产生机器可读图像234。然而，在另一示例中，在通过过程通信接收到合适的命令时可以使过程变量变送器产生机器可读显示输出234。

在另一实施例中，在现场装置200包括光敏二极管的情况下，现场装置可以检测到从用户的智能手机发射的光的闪烁，从而将闪光信号基本上检测为显示机器可读图像234的触发条件。具有照相机的许多智能装置还装备有能够提供用于照相的闪光的光源。这种闪光可以被用于使现场装置显示机器可读图像234。另外，闪光信号还可以被用于以信号通知现场装置用户的智能装置完成读取机器可读图像234，并且现场装置200可以显示一系列机器可读图像中的下一个机器可读图像。以这种方式，许多图像可以由用户的智能装置处理，而无需用户采取用于使图像显示前进或以其它方式控制图像显示的动作。

在又一示例中，在事件发生时，过程变量变送器200可能被导致产生机器可读图像234，所述事件诸如为违反上限值或超出范围的测量极限值，或者过程变量变送器200内的部件的故障。例如，在过程变量变送器200发生故障时使用电子墨水显示器(电子墨水显示器通常不需要电力来维持其显示状态)的实施例中，可以在显示器206上产生诊断或调试图像，并且即使在过程变量变送器内电力耗尽的情况下所述显示内容也可以保持在显示器206上。

当用户或技术人员的装置获取机器可读显示输出234的一个或更多个图像时，智能装置可以自动地、或在用户的控制下处理一个或更多个机器可读图像，以从所述机器可读图像提取数据。如图4a所示，在技术人员的装置230上执行的应用可以提供这样的处理的指示。当完成所述处理时，然后所提取的数据可以向技术人员示出，诸如以在图4b中呈现给用户的各种图形示出。注意，单个机器可读图像可以被处理以提供关于用户的装置的信息，或者多个机器可读图像可以按顺序从现场装置获得并能被处理以提供关于用户的装置的所述信息。

认为本发明的实施例将通常在许多不同的情境中改善与现场装置的交互。

在第一情境中，机器可读显示可以被用于提供关于单独的现场装置的详细信息。例如，这种信息可以包括但不限制现场装置的订购码或选项、从而允许用户容易地再订购完全相同的现场装置或备用部件。这种信息还可以包括现场装置中的所有配置参数的状态。使用像这样的机器可读代码可以代替现有的rfid标签技术。

在另一情境中，机器可读信息可用于提供关于装置的类型的指示。这可能有助于指向针对特定型号的现场装置的产品文档的url或链接，从而节省了用户或技术人员自行查找信息的时间。

在又一示例中，机器可读图像可以相对快速地提供过程数据历史、诊断日志或其它大部分数据。本地显示器不是显示非常长的字符串或图形的理想方式，非常长的字符串或图形例如可以示出在大型显示器中。而是，可以显示编码图像，该编码图像以特定格式包含现场装置的过程值和/或诊断/校准日志的历史记录，所述现场装置的过程值和/或诊断/校准日志的历史记录可以由用户或技术人员的智能装置捕获和处理。最后，可以以用户友好的方式提供这样的数据，例如图4b中所示的图形或表格。

以上示例仅说明通过现场装置上相对有限的显示基板面在现场装置与用户或技术人员的智能装置之间进行的改善的信息传输。本文中描述的编码图像可以采取许多形式。通用的示例包括二维条形码或标准条形码。这些图像可以被示出为屏幕上的唯一项，也可以与某种人类可读文本一起被示出。

另外，本文中描述的实施例可以被用于促进针对用户的装置与现场装置之间的双向无线通信的改善的安全性。例如，作为无线通信握手协议或认证的部件的现场装置可能需要从机器可读图像提取的数据。在一个示例中，图像中编码的数据可以是密码或密钥，用户需要用其智能装置捕获密码或密钥以认证其通过另一无线协议(诸如wifi或蓝牙)进行连接的智能装置。因此，如果存在用户关注安全性并且在现场装置附近提供了确认认证的足够的安全性的情形，则使用编码图像作为双因素认证的形式将缓解安全性问题。

图5是传输来自根据本发明的实施例的现场装置的数据的方法的流程图。方法300在方框302处开始，在方框302处，用户或技术人员将具有照相机的智能装置放置在现场装置的显示器附近。这样的智能装置的示例包括手持式现场维护工具304。然而，技术人员的装置可以是(诸如在方框306处指示的)个人数字助理、智能手机308或具有能够获取显示器的图像的照相机的(诸如在方框310处指示的)任何其它适合的智能装置。一旦照相机靠近现场装置的显示器，就使现场装置在其显示器上产生机器可读图像，并且用户的智能装置获取现场装置的显示器的图像，如方框312所示的。

一旦已经获取了图像，就根据合适的已知的图像处理技术在方框314处处理所述图像，以从机器可读图像提取编码数据。然后，在可选的方框316处，可以使用所提取的信息本身来补充所提取的信息。例如，这样的补充可以包括用户或技术人员的装置使用所提取的url来获得来自因特网318的信息。在另一示例中，关于现场装置的所提取的信息可以被用于参考现场装置的装置说明(dd)，如在方框320处所指示的。

另外，任何其它适合的信息源可以被用于基于所提取的信息来补充所述信息，如在方框322处所指示的。最后，在方框324处，所提取的数据以及任何合适的补充数据在用户的智能装置上被显示给用户。上文关于图4b示出了这样的显示的示例。

图6是与根据本发明的实施例的无线现场装置建立双向无线通信的方法的流程图。方法400在方框402处开始，在方框402处，现场装置在其显示器上提供机器可读图像并且用户或技术人员的智能装置获取其图像。机器可读图像可以是根据上文阐述的任一示例的机器可读图像。然后，在方框404处，用户或技术人员的智能装置根据针对使用的特定机器可读图像技术的合适的数据提取技术来从机器可读图像提取数据。然后，在方框406处，所提取的数据被用于启动与现场装置的双向无线通信。可以使用任何合适的双向无线通信协议。示例包括无线保真(wifi)408、蓝牙(诸如低功耗蓝牙410)、无线hart412或现在已知或以后开发的任何其它合适的无线通信技术，如方框414所指示的。

使用所提取的信息来建立双向无线通信的示例包括提取密码，诸如由现场装置生成并编码在机器可读图像中的一次性密码。然后，当从机器可读图像成功提取密码之后，用户能够通过无线通信启动过程(例如蓝牙配对)将所提取的密码输入回到现场装置中。除单因素认证(诸如，用户名和密码)外，还可以使用这种认证因素，以确保用户或技术人员在物理上接近现场装置。这可以提供增加的无线信息安全性，增加的无线信息安全性还可以促进在许多实例中使用双向无线通信的能力。

虽然已经参考优选实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出改变。