用于装置调试的现场维护工具的制作方法

背景技术：

在工业环境中，控制系统用于监视和控制工业和化学过程。通常地，过程控制系统使用现场装置执行这些功能，现场装置在工业过程中分布在关键位置处并且通过过程控制环路连接到控制室中的控制电路。单个工业过程可以包括数十、数百或甚至数千个现场装置，所述现场装置通过有线或无线网络彼此通信并且与中央或远程控制系统通信。现场装置通常在分布式控制或过程监视系统中执行诸如感测过程中的参数或控制阀之类的功能。

技术实现要素：

提供了一种测试现场装置的配置的方法。所述方法包括将手持式现场维护工具移动接近现场装置并且生成被配置成使得现场装置改变状态的模拟过程控制信号。所述方法还包括用远程系统执行数字检查以确认现场装置可通信地连接到过程控制环路并且从手持式现场维护工具的操作员获得结果。所述结果通过用户界面被手持式现场维护工具接收并且包括现场装置对模拟过程控制信号的响应的指示。

附图说明

图1是本发明的实施例特别应用于的无线过程控制环境的图解视图。

图2是根据本发明的实施例的示例性过程控制系统的方框图。

图3是根据本发明的实施例的手持式现场维护工具的方框图。

图4是根据本发明的实施例的确认现场装置的调试的方法的流程图。

图5是根据本发明的实施例的进行过程环路互锁检查的方法的流程图。

具体实施方式

一些过程设备可能涉及较高挥发性或甚至爆炸性的环境。相应地，通常有利的或甚至需要的是：现场装置和与该现场装置一起使用的手持式现场维护工具满足本质安全要求。这些要求有助于确保甚至在故障条件下兼容电气设备将不生成火源。本质安全要求的一个示例在以下文献中有所描述：1998年10月由工厂相互研究协会颁布的在第i类、第ii类和第iii类的1级危险(分类)地点类别是3610的被批准的标准内在安全装置及相关装置。满足本质安全要求的手持式现场维护工具的示例包括在商业指定型号“475现场通信器”下售卖的手持式现场维护工具，这可以从德克萨斯州的奥斯汀的爱默生过程管理公司购得。

通常地，每个现场装置都包括用于通过过程控制环路与过程控制室通信的通信电路或其它电路。通常地，被模拟的现场装置使用双线过程控制环路连接到控制室，其中每个装置通过单个双线控制环路连接到控制室。另外地，也使用数字技术。例如，数字过程控制环路可以被配置成使用4-20ma的电流信号和叠加在4-20ma模拟电流上的数字信号进行通信。高速通道可定址远程转换器协议是该技术的示例。

在一些设备中，无线技术用于与现场装置通信。无线操作可以简化现场装置布线和设置。一种无线过程通信技术标准被称为无线hart标准，由hart通信基金会于2007年9月发布。另外一种无线网络通信技术在isa100.11a中提出，由国际自动化学会(isa)维护，该协会提出了使用符合ieee802.15.4-2006的无线电路进行2.4ghz频率的无线通信。另一无线网络通信协议包括foundation^tm现场总线协议。

过程通信和控制系统负责测量和控制用于控制诸如炼油、制药、食品制备等关键过程的过程参数。对这些过程的精确控制对于确保产品按照严格的规格进行处理至关重要，并且不会有对处理器造成损害或损坏的危险。在诸如协议或foundation^tm现场总线协议的有线传导过程控制设备中，装置都基于与过程通信环路的物理连接而被配置。

虽然对现场装置的无线通信的利用已经极大简化了布线和维护，但重要的是只允许有授权的装置在这样的无线过程控制环路上进行通信。此外，由于多个这样的过程控制环路可能彼此靠近地存在，所以重要的是无线现场装置被特别地配置用于其所期望的无线过程通信环路。一旦现场装置已经连结过程控制环路，则涉及装置的各种特征可通过有线或无线过程控制环路而被用户和/或技术人员所用。

过程控制环路可以要求来自多个现场装置的通信以触发响应。作为一个简单的例子，为了触发释放阀打开，可能需要从多个传感器接收溢出状态的指示。但是，更复杂的相互作用可能需要在过程控制环路上的多个现场装置之间进行通信。因此，除了安装现场装置，并且确保其可以通过网络正常通信之外，还可能需要确保现场装置在过程通信环路内正常工作。

可以通过与现场装置的数字通信以及装置如预期操作的物理确认(例如在接收到溢出状态信号之后的阀打开)来改进现场装置在过程控制环路内操作的验证。因此，操作员或技术员需要接近现场装置使得其可以以视觉检查现场装置在正确地操作。但是，引发足够的操作状态，例如溢出，可能是不实用的。因此，操作员在手持式现场维护工具上具有使得指示诸如溢出状态的过程状态的模拟信号的功能可能是有帮助的，使得操作者可以视觉上检查并且确认该现场装置按预期操作，同时还以数字方式确认装置已正确安装在网络上。本文中描述的至少一些实施例实现该功能。

图1是本发明的实施例特别用于的无线过程控制环境的图解视图。如图1所示，多个无线现场装置10经由无线通信模块(未示出)直接或间接地通信地连接到无线网关20。无线网关通常地包括网关构件、安全管理构件和网络管理构件。尽管所有构件通常地存在于单个网关装置中，但是这些构件可以是单独的装置。无线现场装置10通常被描述为无线过程变量变送器，诸如在商业指定型号“3051s无线过程变送器”下售卖的来自明尼苏达州的哈森的爱默生过程管理公司的那些无线过程变量变送器。但是，本领域的技术人员将认识到，无线现场装置10可以包括其它类型的无线过程变量变送器，以及无线致动器、阀定位器等。此外，本领域的技术人员将认识到本文中的至少一些方法和系统也可以适用于有线现场装置。无线网关20被配置成使用已知的无线过程通信协议，诸如上述无线hart协议，与无线现场装置10通信。无线网关20包括一个或多个有线端口，一个或多个有线端口被配置成连接到诸如如附图标记22所示的以太网局域网之类的局域网。凭借其有线连接，无线网关20可以向连接到局域网22的任何装置，诸如工作站24和26，提供信息并且从所述装置接收信息，所述装置可以对应于远程资源管理系统、分布式控制系统、远程控制工作站等中的任何一个。

为了使无线现场装置在无线过程控制环路上通信，无线现场装置需要被配置成访问无线过程通信网络。当有必要调试新的现场装置时，过程可能是稍微难处理的。另外地，鉴于现场装置，单个操作员进行装置调试过程是有益的，使得其可以在视觉上确认装置被调试并且正常工作。因此，有利的可以是：在物理地定位在或接近现场装置的同时，执行装置调试。这能使技术员不仅读取装置的输出，还看到和听到成功操作的其它证据。例如，技术员可以能够看到阀打开或闭合，听到泵启动，以及观察到本地仪表或显示器上的输出。

调试过程也可以要求技术员验证在环路的另一个端部处(例如，通过从现场装置远程地定位的分布式控制站)接收的信号是所预期的。通常地，这需要第二操作员定位在控制室中，与现场的技术员无线通信，这使得完成单个现场装置的调试过程所用的人力资源加倍。将手持式现场维护工具无线连接到资源管理系统(ams)和/或分布式控制系统(dcs)的能力允许在装置附近以视觉和数字方式验证装置以及控制环路或控制环路的部段的性能。因此，单个操作员可以实现物理和数字验证，减少在传统调试过程中需要的人力资源。

图2是根据本发明的一个实施例的示例性过程控制架构的方框图。过程环境100说明性地包括与手持式现场维护工具120通信的远程系统110和分布式控制系统160。远程系统110可以例如是分布式控制系统、资源管理系统或与手持式现场维护工具120无线通信的另一远程系统。

手持式现场维护工具120说明性地被操作员130操作。操作员130可以在一个或多个现场装置140的视觉范围150中使用手持式现场维护工具120。尽管过程环境100可以包括数百个或数千个现场装置140，仅一个现场装置被示出以用于说明性而不是限制性目的。图2示出，现场装置140包括阀，但是本领域的技术人员可以理解本文中描述的方法和系统适用于任意数量的现场装置，当被致动时，现场装置生成视觉上或听觉上可确定的信号或作用。

现场装置140可以定位在过程设备102中。过程设备102还可以包括一个或多个变送器142、144、146。在一个实施例中，在没有来自一个或多个变送器142、144、146的传感器信号的情况下，现场装置140将不致动。如图2所示，操作员130可以能够在现场装置140的视觉范围150中模拟操作状态以在视觉上证实现场装置140被正确地调试并且当前在操作。但是，可能危险的是：使得过程102中足以打开或闭合阀140的状态。因此，操作员130可以使用手持式现场维护工具120上的界面使得一个或多个变送器142、144、146以模拟信号和促使现场装置140致动，生成可由附近的操作员确定的视觉或听觉响应。在一个实施例中，手持式现场维护工具120被配置成通信地连接到远程系统110，远程系统110可以通过分布式控制系统160模拟来自一个或多个变送器142、144、146的期望信号。在模拟时，操作员130然后可以证实现场装置140是否合适地响应。在图2图示的示例中，在模拟来自变送器142的适当的信号时，操作员可以期待看到阀140打开或闭合。如果操作员130未看到预期的响应，则问题可能存在于过程控制环路的配置中。例如，现场装置140可能未被合适地调试。可选地，现场装置140可以被合适地调试，但是另一误差可能出现在过程控制环路中，或正在调试在过程设备中的另一现场装置。

图3是根据本发明的一个实施例的手持式现场维护工具的方框图。在一个实施例中，工具200可以使用可充电电池而自充电。在一个实施例中，工具200被制造成使得其符合至少一个本质安全规范，诸如上文列出的那些规范，使得其可以安全地用于潜在地危险性或爆炸性环境。

手持式现场维护工具200包括至少一个无线过程通信模块220。无线过程通信模块220的适当的示例包括根据已知的过程通信协议，诸如无线hart协议或在上述isa100.11a中阐述的协议或另一适当的通信协议，生成和/或接收适当的信号的任何模块。尽管图3示出单个的无线过程通信模块220，但是明确预期的是任何适当数量的无线过程通信模块可以用于根据现有的或之后研发的各种无线过程通信协议进行通信。

手持式现场维护工具200还可以包括至少一个第二无线通信协议模块222。无线通信协议模块22可以根据在图3中以虚线图示出的一个或多个选项通信。具体地，无线通信协议模块222可以根据如下各项通信，即蓝牙规范224、wifi规范226、射频识别(rfid)规范228、蜂窝通信技术230、卫星通信232或任何其它适当的无线数据通信技术，诸如lte。尽管图3示出一个无线通信协议模块222，但是可以使用任何适当数量的无线通信协议模块。

每个无线过程通信协议模块220和无线通信协议模块222都连接到控制器230，控制器230还连接到有线过程通信模块238。控制器230优选地是微处理器，微处理器执行一系列指令以执行多个手持式现场维护任务。有线过程通信模块238允许手持式现场维护工具200例如经由有线连接在端子242、244处物理地连接到现场装置。适当的有线过程通信的示例包括hart协议、foundationtm现场总线协议等。手持式现场维护工具200还可以包括被配置成存储一个或多个应用程序252的存储器构件250以及数据存储器254。

存储器250可以包括指令，当被致动时，指令使得工具200运行一个或多个应用程序252。例如，操作员可以希望测试在过程设备中调试的现场装置。操作员可以例如通过可以是手持式现场维护工具200的用户界面260的部件的输入/输出机构264指示他或她希望运行一个应用程序252。响应于接收的指示，手持式现场维护工具200可以运行存储的指令，使得过程控制环路模拟来自一个或多个变送器的信号，响应于接收到的模拟信号，所述过程控制环路应该使得装置响应。在一个实施例中，手持式现场维护工具200可以被配置成例如在数据存储器254中存储调试测试的结果。但是，在另一实施例中，手持式现场维护工具200可以被配置成向远程系统发送调试测试的结果的报告，远程系统例如为远程资源管理系统、远程控制系统或其它的远程源。

用户可以指示使用适当的按键264或经由呈现在工具200的显示器262上的手持式现场维护装置菜单的导航模拟哪个装置和/或哪个过程变量。在装置模拟功能已经被选择时，控制器230可以使得显示器262提供有助于用户选择特定现场装置的一个或多个用户界面元件264。例如，用户界面260可以包括列出所有已知现场装置制造商的下拉框。然后，在用户选择装置制造商时，第二用户界面元件可以提供装置类型的选择。在装置类型已经被选择时，第三用户界面元件可以提供选择类型的选择制造商所制造的所有已知现场装置的全部列表。在另一实施例中，控制器230可以检索和呈现过程中的所有安装现场装置或所有安装现场装置的子组的指示，使得操作员可以选择模拟哪个装置。在另一实施例中，控制器230呈现过程中的一组现场装置，并且操作员选择其希望证实哪个装置(例如阀140和控制器230)的功能，或控制器230通信地连接到的远程控制系统，选择模拟哪个现场装置。

手持式现场维护工具可以使用无线通信协议模块222被配置成与例如远程资源管理系统或分布式控制系统的远程系统通信，以使得一个或多个选择的现场装置的模拟信号通过过程控制环路传送。在图2的上述示例中，这可以包括如下手持式现场维护工具120，所述手持式现场维护工具120通过远程资源管理系统110或直接地与分布式控制系统160通信指令以模拟来自一个或多个变送器142、144、146的响应以生成应该足以使得阀140致动的信号。

图4是根据本发明的实施例的确认现场装置的调试的方法的流程图。方法400可以用于测试在过程控制环路中现场装置是否已经正确地被调试。在一个实施例中，方法400可以要求操作员在现场装置的视觉范围中。在另一实施例中，方法400可以要求操作员在现场装置的听觉范围中。

在方框410中，手持式现场维护工具接近现场装置，例如新调试的或最近修复的现场装置。在一个实施例中，接近是指现场装置的视觉范围，使得手持式现场维护工具的操作员可以视觉上证实现场装置是否适当地响应于模拟控制信号–例如，看到阀打开或闭合。在另一实施例中，接近包括听觉范围，使得操作员可以听到现场装置是否适当地响应的指示，例如，听到泵开启或关闭。

在方框420中，现场装置被选择用于过程控制环路验证。在一个实施例中，操作员例如使用下拉菜单或在手持式现场维护工具的用户界面上图示的其它选择机构选择其希望测试的现场装置。例如，用户界面可以包括列出所有已知现场装置制造商的下拉框。然后，在用户选择装置制造商时，第二用户界面元件可以提供装置类型的选择，如方框424中所示。在装置类型已经被选择时，第三用户界面元件可以提供选择类型的选择制造商所制造的所有已知现场装置的全面列表。

在用户选择特定的现场装置时，可以访问针对选择的现场装置的装置描述(dd)，如在方框422处所示。另外地，如果用户指示现场装置未设置在呈现给用户的来自选择类型的选择制造商的现场装置列表中，则手持式现场维护工具可以例如使用无线通信协议模块222访问可从选择类型的选择制造商获得的现场装置的在线数据库。可以经由本地存储在手持式现场维护工具中的装置描述的数据库的内部查找实现访问必要的装置描述。如果需要的装置描述未被存储在本地装置描述数据库中，或如果没有提供数据库，则手持式现场维护工具可以通过因特网或任何适当的网络经由无线通信协议模块222访问需要的装置描述。在装置描述已经被采集时，手持式现场维护工具将具有全面描述能力和选择的需要模拟的现场装置的行为。

在一个实施例中，选择现场装置包括手持式现场维护工具提供选择的现场装置的确认，并且操作员在所选择的现场装置的符合需要的附近。例如，手持式现场维护工具可以在显示构件上提供选择的现场装置的图像。手持式现场维护工具还可以为能够被本地确认的选择装置提供识别信息，例如装置识别码或序号。

在方框430中，手持式现场维护工具使得生成模拟。在一个实施例中，操作员还可能需要指示其想如何测试现场装置，例如操作员可以指示例如哪个变送器应该模拟控制信号以测试新调试的阀。但是，在另一实施例中，在方框420中选择装置时，手持式现场维护工具或远程系统或分布式控制系统将确定哪个控制信号将被传送以测试选择的现场装置的调试。

在一个实施例中，手持式现场维护工具向操作员呈现允许配置被模拟的现场装置的特定参数的用户界面。示例可以是允许技术员指出由被模拟的现场装置提供的过程变量，例如过程流体压力或温度。在一个实施例中，手持式现场维护工具经由过程通信模块与过程控制器相互作用。该相互作用的示例包括使用有线过程通信模块通过有线过程控制环路或部段通信。

如上文关于图2所述，在一个实施例中，现场装置可以被配置成在接收控制信号时致动或改变状态。例如，在溢出状态中，阀可以被配置成打开以允许从过程移除过多的流体。打开命令可以包括例如来自过程设备或过程控制器中的变送器的过程控制信号。因此，在方框430中，生成模拟可以包括从一个或多个变送器生成在正常工作情况下应该使得阀移动的模拟过程控制信号。

在方框440中，完成数字检查。数字检查可以包括通过诸如分布式控制系统或资源管理系统的远程系统确认：现场装置根据需要响应并且响应被远程系统记录。数字确认可以是调试过程的一部分。在一个实施例中，数字检查的结果，例如通过/失效指示，可以被存储。结果可以被手持式现场维护工具、现场系统或另一适当的存储器构件存储。

在方框450中，进行操作员确认。操作员确认可以包括视觉检测(观察阀物理地打开或闭合)或听觉确认(听到泵开启或关闭)，分别地如方框452和454所示。在一个实施例中，与关于方框440描述的数字检查同时进行操作员确认。在一个实施例中，进行操作员确认检查包括在手持式现场维护工具的用户界面上提供对话框，允许操作员证实现场装置按预期操作。操作员还可以能够访问预期视觉或听觉确认应该是什么的信息，例如图像/视频或声音文件。在一个实施例中，在生成模拟过程控制信号之前，可获得用于访问存储的视频、图像或声音文件的选择，使得操作员可以使自身熟悉应看到或听到什么指示。在一个实施例中，如方框450中所示进行操作员确认包括，手持式现场维护工具通过显示器或扬声器自动地提供预期的视觉或听觉确认的指示。

在方框460中，生成报告。如果选择的现场装置按预期响应，则在方框460中生成的报告可以指示“通过”状态。如果数字和操作员中仅一个而不是另一个检查到选择的现场装置通过，则报告可以如此指示。每当生成模拟过程控制信号时，可以自动地生成报告。在一个实施例中，生成的报告可以例如被存储在远程资源管理系统中。在另一实施例中，生成的报告被存储在手持式现场维护工具的存储器构件中。

在一个实施例中，在方框460中生成报告包括生成完整的审计跟踪。审计跟踪可以用于满足一些安全和/或调试标准。每次现场装置被测试时，可以完成该自动记录特征，不管测试是否指示现场装置调试的成功或失效都是如此。在一个实施例中，当现场装置配置测试被启动时，在方框430、440、450中指示的步骤自动地继续进行。例如，在一个实施例中，在方框420中选择现场装置时，自动地生成模拟并且自动地完成数字检查。手持式现场维护工具的操作员可以被提示输入是否其看到预期的可见指示或听到现场装置通过的预期听觉指示的指示。操作员指示可以自动地并入生成的报告中并且存储为生成的报告的一部分。

尽管已经在变送器使得阀打开或闭合的情况下讨论了方法400，但是明确预期的是所述方法适用于在致动时经历视觉上或听觉上可检测到的状态改变的任何现场装置。

图5是根据本发明的一个实施例的进行过程控制环路互锁检查的方法的流程图。方法500可以用于验证整个过程控制环路或过程控制环路的一部分正在正常地工作。例如在过程控制环路中的新的装置被调试之后或在维修完成并且修复的装置重新联机之后，这可以有用的。

在方框510中，一个或多个过程控制环路被选择用于互锁检查。在一个实施例中，操作员在手持式现场维护工具的用户界面上选择环路。在现场可以进行选择，例如操作员可以选择用于测试的装置，并且然后可以希望验证过程控制环路的其它部件。例如，如果选择的现场装置在方法400的测试中失效，则可以期望同时仍然在现场测试过程控制环路的另一部分以确定现场装置是否正在合适地调试或，可选地，确定别的什么情况可能导致误差。

在方框520中，手持式现场维护工具在过程控制中接近现场装置。在一个实施例中，由于在规定的过程环路中的现场装置可以分布在整个过程设备中，所以这可以在手持式现场维护工具中的定位系统(例如gps或rfid模块)的辅助下完成。使手持式现场维护工具接近现场装置可以包括，基于被测试的现场装置所特有的致动，使手持式现场维护工具在视觉范围522或听觉范围524中。

在一个实施例中，使手持式现场维护工具接近现场装置包括，手持式现场维护工具在显示构件上展示指示操作员可能在听觉/视觉范围中的提示并且请求确认。由于许多现场装置可能未定位在视平线处，所以提示可以包括哪些现场装置可能出现或装置位于哪里的指示。

在方框526处，手持式现场维护工具用于在过程控制环路上生成一个或多个被模拟的现场装置信号。通常，该模拟值用于使得控制元件采取一些特定行动或生成使得现场装置或过程控制元件改变状态、移动或以其它方式致动的命令信号。

在方框530中验证装置配置。检查装置配置，可以包括确认适当的互锁系统配置，如在方框531处所示；确认装置标签，如在方框532中所示；并且检查装置被物理地合适地配置，如方框534中所示。检查装置配置，如在方框530中所示，还可以包括进行装置调试测试，例如在方法400中描述的测试或任何其它适当的确认测试。

在方框550中，生成装置配置测试的报告。在一个实施例中，在手持式现场维护工具的用户界面上报告作为视觉输出552的诊断。在另一实施例中，诊断报告被存储在手持式现场维护工具的存储器构件中，如方框554中所示。在另一实施例中，存储诊断报告包括在远程位置处例如在资源管理系统中存储诊断报告。

如果环路互锁检查是成功的，则控制进至方框560，其中系统/环路/互锁报告被提供到系统控制器、技术员或其它适当的实体。但是，如果互锁检查不是成功的或如果具有需测试的额外装置，则控制沿着线路556返回方框540，其中选择过程控制环路中的下一个装置。手持式现场维护工具然后可以提示操作员返回，如箭头所示返回方框520，以使手持式现场维护工具接近环路中的下一个现场装置。在具有冗余检查的过程控制环路中，即使成功的诊断检查被报告，所述方法仍然可以继续进行通过方框540以返回到方框520，使得过程环路中的下一个现场装置被测试。

虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行改变。