[发明专利]具有用于为现场设备供电并与其通信的总线的便携式现场维护工具

说明书

技术领域

本公开内容总体涉及便携式现场维护工具，具体而言，涉及能够在各种各样的环境和情况中使用的便携式现场维护工具。

背景技术

过程控制系统，如在化学和石油过程中使用的那些过程控制系统，通常包括一个或多个过程控制器，该一个或多个过程控制器经由模拟、数字或组合的模拟/数字通信链路通信地耦合到至少一个主机或操作者工作站以及一个或多个现场设备。

通常位于工厂环境内的过程控制器(有时称为“控制器”)接收指示过程测量值的信号(有时称为“控制输入”)并且使用由这些信号承载的信息来实现控制例程，该控制例程使得控制器基于控制输入和控制例程的内部逻辑来生成控制信号(有时称为“控制输出”)。控制器通过总线或其它通信链路发送所生成的控制信号以控制现场设备的操作。在一些实例中，控制器可以与由智能现场设备(诸如高速可寻址远程变送器Wireless和 Fieldbus(有时称为“Fieldbus(现场总线))”)现场设备)实现的控制例程进行协调。

现场设备(其可以是例如阀门、阀门定位器、开关和变送器(例如，包括温度、压力、液位和流速传感器))位于工厂环境内，并且通常执行物理或过程控制功能。例如，阀门可以响应于从控制器接收的控制输出而打开或关闭，或者可以将过程参数的测量值发送到控制器使得控制器可以利用该测量值作为控制输入。智能现场设备(诸如符合Fieldbus协议的现场设备)还可以执行控制计算、报警功能以及通常在控制器内实现的其它控制功能。现场设备可以被配置为根据各种通信协议与控制器和/或其它现场设备进行通信。例如，工厂可以包括传统的模拟4-20mA现场设备、现场设备或Fieldbus现场设备。

传统的模拟4-20mA现场设备经由被配置为承载指示测量值或控制命令的模拟4-20mA DC信号的双线通信链路(有时称为“回路”或“电流回路”)与控制器进行通信。例如，液位变送器可以感测罐液位并且经由回路发送对应于该测量值的电流信号(例如，针对0％满的4mA信号、针对50％满的12mA信号以及针对100％满的20mA信号)。控制器接收电流信号，基于电流信号确定罐液位测量值，并且基于罐液位测量值采取一些措施(例如，打开或关闭入口阀门)。模拟4-20mA现场设备通常有两种：四线现场设备和双线现场设备。四线现场设备通常依赖于第一组导线(即，回路)用于通信和第二组导线用于供电。双线现场设备依赖于回路既用于通信又用于供电。这些双线现场设备可以被称为“回路供电的”现场设备。

由于设计的简单性和有效性，过程工厂经常实现传统的4-20mA系统。不幸的是，传统的4-20mA电流回路一次只发送一个过程信号。因此，在运输材料的管道上包括控制阀门和流量变送器的设置可能需要三个单独的电流回路：一个用于承载指示针对阀门的控制命令的4-20mA信号(例如，以使阀门移动至60％打开)；第二个用于承载到控制器的、指示阀门的实际位置的4-20mA信号(例如，因此控制器知道阀门已对控制命令响应的程度)；以及第三个用于承载到控制器的、指示测量到的流量的4-20mA信号(例如，因此控制器知道阀门位置的变化如何影响了流量)。因此，在具有大量现场设备的工厂中的传统4-20mA设置可能需要广泛布线，这可能是昂贵的并且在设置和维护通信系统时会导致复杂性。

最近，过程控制行业已经转向在过程控制环境中实现数字通信。例如，协议使用回路DC幅度发送和接收模拟信号，还将AC数字载波信号叠加在DC信号上，以实现与智能现场仪器的双向现场通信。举另一个示例，Fieldbus协议在双线总线(有时称为“干线”、“段”或“Fieldbus段”)上提供全数字通信。该双线Fieldbus段可以耦合到多个现场设备，以(经由该段上可用的DC电压)向多个现场设备提供功率，并且(经由叠加在DC电源电压上的AC数字通信信号)实现现场设备的通信。

这些数字通信协议通常使得更多的现场设备能够连接到特定通信链路，支持现场设备与控制器之间的更多和更快的通信，和/或允许现场设备将更多和不同类型的信息(例如与现场设备本身的状态和配置有关的信息)发送到过程控制器。此外，这些标准数字协议使得由不同制造商制造的现场设备能够在同一过程控制网络内一起使用。