專利名稱：提供虛擬無線的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接入和監(jiān)控在分布式控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備。特別地，本發(fā)明涉及使用無線收發(fā)器尋找原始傳感器數(shù)據(jù)，存儲傳感器數(shù)據(jù)，并使用軟件整理和評估傳感器數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)裝置中，使用控制系統(tǒng)監(jiān)控和控制存貨清單、過程等。此控制系統(tǒng)常常有中央控制室，有用戶輸入和輸出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和技術(shù)上已知的外圍系統(tǒng)，如打印機(jī)、掃描儀等。通常，控制器和處理子系統(tǒng)連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
典型地，控制系統(tǒng)是分布式的，因此現(xiàn)場設(shè)備與控制室分離，或地理上從控制室移開。處理子系統(tǒng)連接到現(xiàn)場設(shè)備。如這里使用的，術(shù)語“現(xiàn)場設(shè)備”包括在分布式控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能，并在控制技術(shù)中已知的任何設(shè)備。
通常，各現(xiàn)場設(shè)備包括變換器。變換器理解為基于物理輸入產(chǎn)生輸出信號，或基于輸入信號產(chǎn)生物理輸出的各設(shè)備。典型地，變換器將輸入變換為具有不同形式的輸出。一個系統(tǒng)常常提供功率啟動變換器，同時(shí)變換器通常以另一種形式向第二系統(tǒng)供給功率。例如擴(kuò)音器是變換電信號為聲音能量的變換器。變換器的類型包括各種分析設(shè)備、壓力傳感器、電熱調(diào)節(jié)器、熱電偶、應(yīng)力計(jì)、流量傳送儀、定位器、激勵器、螺線管、指示燈等。
傳統(tǒng)上模擬現(xiàn)場設(shè)備由雙線雙絞線電流回路連接到處理子系統(tǒng)和控制室，各設(shè)備由單個雙線雙絞線回路連接到控制室。典型地，維持雙線之間的電壓差近似為20到25伏，通過回路的電流在4和20毫安(mA)之間。由調(diào)制通過電流回路運(yùn)行的電流為與檢測的過程變量成比例的電流，模擬現(xiàn)場設(shè)備傳輸信號到控制室。在控制室的控制下實(shí)現(xiàn)動作的模擬現(xiàn)場設(shè)備，由通過電流回路的電流大小控制，在控制器的控制下由處理子系統(tǒng)的端口調(diào)制電流回路。
傳統(tǒng)的離散設(shè)備傳輸或響應(yīng)二進(jìn)制信號。典型地，離散設(shè)備運(yùn)行在24伏信號(AC或DC)，110或240伏AC信號，或5伏DC信號。當(dāng)然，可以設(shè)計(jì)離散設(shè)備，根據(jù)控制環(huán)境要求的任何電的技術(shù)要求運(yùn)行。
歷史上的現(xiàn)場設(shè)備只能實(shí)現(xiàn)一個功能，最近在電流回路上添加數(shù)字信號的混合的系統(tǒng)已經(jīng)在分布式控制系統(tǒng)中使用。Highway AddressableRemote Transducer(HART)和Instrument Society of America(ISA)FieldbusSP50標(biāo)準(zhǔn)在電流回路信號上添加數(shù)字載波信號。能使用數(shù)字載波信號發(fā)送二級和診斷信息。在載波信號上提供的信息的例子包括二級處理變量、診斷信息(如傳感器診斷、設(shè)備診斷、配線診斷、處理診斷等)、運(yùn)行溫度、傳感器溫度、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、設(shè)備ID號、配置信息等。因此，單個現(xiàn)場設(shè)備可以有各種輸入和輸出變量，可以實(shí)現(xiàn)各種功能。
此外，許多現(xiàn)場設(shè)備包含整理檢測的處理變量的電路?，F(xiàn)場設(shè)備常常包括傳感器、模擬-數(shù)字(A/D)變換器和處理器，使用處理器整理信號為4到20mA或1到5伏的輸出。術(shù)語“整理(grooming)”涉及線性化，溫度補(bǔ)償，微調(diào)，換算或其它評估原始A/D信號。根據(jù)各特定的現(xiàn)場設(shè)備的特定類型和環(huán)境“整理(grooming)”處理可模擬為代數(shù)公式。因此，一個現(xiàn)場設(shè)備與另一個的“整理(grooming)”處理可以不同，只要說明特定環(huán)境條件。
對高度分布式的監(jiān)控應(yīng)用，無線發(fā)射機(jī)是可能的。然而，由于有限的作用范圍、高功耗和費(fèi)用考慮，無線系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是有限的。特別是對當(dāng)前技術(shù)的傳感器/整理(grooming)電路加上無線發(fā)射機(jī)引入了附加的無線通信電路板，為了在無線通信系統(tǒng)上(如PCS等)發(fā)送它，無線通信電路板轉(zhuǎn)換模擬信號為數(shù)字信號。通常，來自傳感器的數(shù)據(jù)已經(jīng)是數(shù)字的，在發(fā)送到無線通信電路板前必須轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后無線通信電路板轉(zhuǎn)換模擬信號回到數(shù)字信號。無線通信電路板的引入不僅在現(xiàn)場設(shè)備中增加了電路的數(shù)量和費(fèi)用，附加的電路也增加了現(xiàn)場設(shè)備的功耗。
無線解決方案是理想的，但功耗仍是太高，對各監(jiān)控點(diǎn)附加的無線收發(fā)器的附加費(fèi)用仍然太高。對低費(fèi)用，低功耗，無線，分布式現(xiàn)場設(shè)備是有需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供在分布式控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備和控制器之間的無線通信的系統(tǒng)和方法?，F(xiàn)場設(shè)備無線的發(fā)送原始數(shù)據(jù)和二級信息到與控制器網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)庫。原始處理變量數(shù)據(jù)與二級信息一起存儲到數(shù)據(jù)庫中。虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序評估現(xiàn)場設(shè)備特定的原始處理變量數(shù)據(jù)，并根據(jù)處理參量產(chǎn)生測量值。虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序產(chǎn)生顯示信號，并無線的發(fā)送顯示信號到根據(jù)要求所選擇的現(xiàn)場設(shè)備。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無線監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；圖2是本發(fā)明的無線監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；圖3是本發(fā)明的無線監(jiān)控系統(tǒng)的可選擇實(shí)施例的框圖；圖4是說明多無線現(xiàn)場設(shè)備的本發(fā)明的無線監(jiān)控系統(tǒng)的的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的無線監(jiān)控系統(tǒng)10。系統(tǒng)10有現(xiàn)場設(shè)備12，現(xiàn)場設(shè)備12包括變換器14，整理電路16和無線通信電路板18。除了現(xiàn)場設(shè)備12，系統(tǒng)10包括無線接收機(jī)20，短期或長期數(shù)據(jù)存儲器或數(shù)據(jù)庫22和遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)24。
為公開的目的，術(shù)語“現(xiàn)場設(shè)備”涉及在分布式控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能、并在控制技術(shù)中已知的任何設(shè)備。各現(xiàn)場設(shè)備包括變換器。如前面提到的，變換器理解為基于物理輸入產(chǎn)生輸出信號，或基于輸入信號產(chǎn)生物理輸出的各設(shè)備。變換器的類型包括各種分析設(shè)備、壓力傳感器、電熱調(diào)節(jié)器、熱電偶、應(yīng)力計(jì)、流量傳送儀、定位器、激勵器、螺線管、指示燈等。如前面提到的，術(shù)語“現(xiàn)場設(shè)備”包括這些設(shè)備，和在分布式控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能，并在控制技術(shù)中已知的任何設(shè)備。在本例子中，變換器14是傳感器，稱為傳感器14。
通常，現(xiàn)場設(shè)備12檢測參數(shù)。傳感器14產(chǎn)生表示檢測的參數(shù)的數(shù)字信號26。整理電路16線性化，溫度補(bǔ)償，微調(diào)，和/或評估信號。此外，整理電路16典型地變換數(shù)字信號26為模擬信號28，并傳遞模擬信號28到無線通信電路板18。無線通信電路板18變換模擬信號28為數(shù)字信號，數(shù)字信號通過無線信號30發(fā)送到無線收發(fā)器20，無線收發(fā)器20在數(shù)據(jù)庫22或其它的短期存儲系統(tǒng)如隨機(jī)存取存儲器、閃存等中存儲數(shù)字信息。遠(yuǎn)程用戶使用如控制應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)24通過查詢數(shù)據(jù)庫22能夠直接訪問數(shù)字信息。
在此現(xiàn)有技術(shù)處理中，從數(shù)字到模擬和回到數(shù)字的變換有時(shí)產(chǎn)生信息損失。此外，各種變換是重復(fù)的，要求實(shí)現(xiàn)變換的附加電路增加了功耗。
在現(xiàn)有技術(shù)中使用的特定現(xiàn)場設(shè)備可以是模擬的或數(shù)字的。模擬設(shè)備典型地經(jīng)歷隨時(shí)間的漂移，影響模擬設(shè)備的精度。在現(xiàn)有技術(shù)中，此漂移也常常必須由整理電路16彌補(bǔ)?？蛇x擇的，可使用昂貴的抗漂移傳感器或數(shù)字檢測設(shè)備，這增加了成本。
在本發(fā)明中，從現(xiàn)場設(shè)備12中消除整理電路16，因此降低了功耗，降低了現(xiàn)場設(shè)備的整個生產(chǎn)和維護(hù)成本，并消除了不必要的模擬到數(shù)字的變換。一個或多個軟件應(yīng)用程序(典型地存儲在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中)運(yùn)行為“虛擬發(fā)射機(jī)”代替整理電路16，整理從現(xiàn)場設(shè)備接收的原始數(shù)據(jù)(包括說明的模擬漂移)。在本發(fā)明的上下文中，“原始數(shù)據(jù)”或“數(shù)據(jù)”涉及原始A/D計(jì)算。換言之，數(shù)據(jù)涉及單精度型數(shù)，如1和4096之間。不用整理，單精度型數(shù)或原始數(shù)據(jù)沒有可認(rèn)知的意義。特別是，傳送的原始數(shù)據(jù)不表示參數(shù)的類型、數(shù)據(jù)的范圍等。這些信息存儲在數(shù)據(jù)庫中。
原始數(shù)據(jù)無線的傳送到中心接收機(jī)，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序整理原始數(shù)據(jù)。由在軟件中實(shí)現(xiàn)整理功能，因?yàn)榭梢栽谲浖凶鲂薷?，而不是在硬件中，部分的，簡化了維護(hù)和修改處理。此外，雖然現(xiàn)場設(shè)備是分布式的，在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)中對軟件所作的調(diào)整可立即影響各個分布式的現(xiàn)場設(shè)備。最后，由傳送原始數(shù)據(jù)而不是浮點(diǎn)數(shù)，傳輸要求較少的比特，因此傳送時(shí)間用的較少。
例如，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序使用一個或多個值表，校準(zhǔn)和線性化現(xiàn)場設(shè)備傳感器，補(bǔ)償漂移，評估和/或整理數(shù)據(jù)等。如果當(dāng)從現(xiàn)場設(shè)備部件的制造商可得到新的信息時(shí)，可微調(diào)或修改值表，計(jì)算的值立即可以做得更精確。此外，由在軟件中評估傳送的數(shù)據(jù)(使用虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序)并直接的存儲傳送的數(shù)據(jù)(不加工)，為后面的檢索和分析保持信息，例如，如果傳感器表值起初是不精確的，這可能是重要的。
如在圖2中所示的，本發(fā)明的無線監(jiān)控系統(tǒng)32包括由變換器36和無線通信電路板38組成的一個或多個現(xiàn)場設(shè)備34、無線收發(fā)器40、數(shù)據(jù)庫42、虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44和遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46。
現(xiàn)場設(shè)備34包括變換器36和無線通信電路板38。如前面指出的，變換器36應(yīng)理解為涉及解釋輸入為有與輸入不同形式的輸出(即產(chǎn)生基于電輸入信號的物理輸出或基于物理輸入信號的電輸出的設(shè)備)的任何設(shè)備。那么，包含變換器36的現(xiàn)場設(shè)備34可以是輸入設(shè)備或輸出設(shè)備。現(xiàn)場設(shè)備34可以都包含與無線通信電路板38通信的輸入和輸出部件。例如，現(xiàn)場設(shè)備34可以包含傳感器36和指示燈或LCD顯示器兩者，檢測信息并向無線收發(fā)器40傳送原始數(shù)據(jù)或原始A/D計(jì)算，并從無線收發(fā)器40接收顯示信號或顯示代碼，在顯示器上顯示數(shù)值。
收發(fā)器40能雙向的與大量現(xiàn)場設(shè)備34無線通信?？梢允褂萌缦碌募夹g(shù)雙向無線通信，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如，IEEE 802.11b無線接入點(diǎn)和由LinksysofIrvine，California建立的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)、蜂窩電話或數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(如Microburstby Aeris Communications，Inc.of San Jose，California)、用于全球數(shù)字移動電話系統(tǒng)(GSM)的超寬帶，自由空間光學(xué)器件，通用分組無線電服務(wù)(GPRS)、碼分多址(CDMA)擴(kuò)頻技術(shù)、紅外通信技術(shù)、SMS(短消息服務(wù)/文本消息)或任何其它無線技術(shù)。具體地說，雙向的無線通信可以在任何電路交換網(wǎng)絡(luò)或任何分組的路由網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，使用Microburst網(wǎng)絡(luò)或類似技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備34和無線收發(fā)器40的通信，該技術(shù)使用現(xiàn)存的蜂窩電話或數(shù)字控制信道傳送數(shù)據(jù)。使用Microburst信號允許從控制中心的幾乎任何地方和任何距離部署現(xiàn)場設(shè)備34。此外，Microburst信號比“總是開啟”的無線網(wǎng)絡(luò)信號消耗更少的功率。
特別是，無線收發(fā)器40使用控制信道之一向現(xiàn)場設(shè)備34發(fā)送特征請求?，F(xiàn)場設(shè)備34的無線通信電路板38產(chǎn)生“停用(dead)”載波或忙信號回答，這在控制信道之一上通過原始數(shù)據(jù)和二級信息。二級信息可以包括現(xiàn)場設(shè)備的當(dāng)前電池電平、指示設(shè)備類型的設(shè)備代碼、設(shè)備ID號、溫度等。分配各現(xiàn)場設(shè)備34唯一的識別符或ID號。一旦原始數(shù)據(jù)傳送，連接停止。典型地，平均數(shù)據(jù)傳送包含少于41個比特，傳送時(shí)間小于1秒。
討論大部分集中在Microburst技術(shù)的同時(shí)，如前面指出的，也可使用其它的無線技術(shù)。通常，本發(fā)明可以使用能支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)娜魏螣o線協(xié)議。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，發(fā)送檢測的參量并存儲為1和4096之間的值，這是原始A/D計(jì)數(shù)。其它的二級信息同樣的傳送為單精度值，因此最小化在控制信道上傳送的比特?cái)?shù)，使得能在單精度數(shù)據(jù)脈沖中傳送所有必須的信息。然后由虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44評估原始數(shù)據(jù)值。
無線收發(fā)器40從“停用(dead)”載波或忙信號的控制信道中檢索原始數(shù)據(jù)和二級信息。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備唯一的ID號原始數(shù)據(jù)和二級信息存儲在數(shù)據(jù)庫42中。最后，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44檢索各傳感器的原始數(shù)據(jù)，并使用二級信息評估傳感器數(shù)據(jù)。例如，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44可以自動的從查閱表查閱溫度補(bǔ)償值或倍數(shù)，根據(jù)存儲的溫度值處理檢測的數(shù)據(jù)。在此方法中，可以由虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44處理檢測的數(shù)據(jù)產(chǎn)生精確值，在現(xiàn)場設(shè)備34中沒有額外的功耗。
虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44包括與數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)通信的一個或多個軟件應(yīng)用程序。虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44可以實(shí)現(xiàn)為單個的，獨(dú)立的應(yīng)用程序，作為模塊的應(yīng)用程序，或獨(dú)立的應(yīng)用程序。理想的，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44可以容易的更新和修改，因此能適應(yīng)于新的和/或變化的監(jiān)控環(huán)境。
遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46一般包括控制軟件。通常，遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46要求在網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)庫42通信。遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46提供軟件菜單和其它軟件控制元件(如按鈕)作選擇和顯示。也能使用遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46驅(qū)動激勵器并控制對現(xiàn)場設(shè)備12的反饋。遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46從虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44請求信息。虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44根據(jù)來自遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46的請求產(chǎn)生測量值，測量值能為用戶由遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)46顯示。
原始數(shù)據(jù)由虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44轉(zhuǎn)換為整理的數(shù)據(jù)。整理的數(shù)據(jù)對檢測的參數(shù)有可識別的關(guān)系，因此原始數(shù)據(jù)代表A/D計(jì)數(shù)，這在整理前沒有可識別的意義。
通常，配置的現(xiàn)場設(shè)備34可由任何電壓和電流源、公共總線或單個的電池供電。各現(xiàn)場設(shè)備34可使用能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(如太陽能板等)，能量存儲設(shè)備(如電池，電容等)，混合的(如燃料電池，太陽能助理可充電電池的組合等)，或可選擇的能量源供電。在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，各配置的現(xiàn)場設(shè)備34有它自己的電池功率源(沒有顯示)，這允許現(xiàn)場設(shè)備34在任何地方并在短時(shí)間中配置。添加附加的現(xiàn)場設(shè)備34要求添加附加的現(xiàn)場設(shè)備34到無線收發(fā)器40的呼叫目錄上。
在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，現(xiàn)場設(shè)備34配置在不需要忙于二級數(shù)據(jù)檢索的儲油罐或其它環(huán)境中。例如，配置現(xiàn)場設(shè)備34在儲油罐等中，每天的測量足以確定何時(shí)必須做出填充命令。當(dāng)罐是空的時(shí)，可以分析檢測的數(shù)據(jù)確定消費(fèi)量的趨勢，預(yù)測何時(shí)罐會是空的。特別是，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44能使用在罐中的變化率估計(jì)何時(shí)罐會是空的，并對消費(fèi)者產(chǎn)生指明填充命令日期的假定。作為選擇，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44可以是學(xué)習(xí)算法，或?qū)崿F(xiàn)一些模式識別類型的算法，因此根據(jù)消費(fèi)者的特殊要求評估信息。
通過存儲原始的傳感器數(shù)據(jù)而不是“整理的”數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)幾個優(yōu)點(diǎn)。首先，現(xiàn)場設(shè)備34要求較少的電路元件。特別是，由在控制中心的虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44而不是由在各現(xiàn)場設(shè)備34的電路線性化來自現(xiàn)場設(shè)備34的數(shù)據(jù)，因此降低了配置各個電路的成本。其次，去除整理電路消除了可能的轉(zhuǎn)換層和數(shù)據(jù)損失。以數(shù)字形式維護(hù)數(shù)據(jù)，在從數(shù)字到模擬和再返回的變換中數(shù)據(jù)不損失。第三，由維持原始的傳感器數(shù)據(jù)而不是線性化或整理的數(shù)據(jù)，能使用虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44分析數(shù)據(jù)的傾向檢測傳感器故障，當(dāng)處理變量變得不穩(wěn)定時(shí)警告控制人員，并產(chǎn)生需要的測量數(shù)據(jù)。第四，可以調(diào)整和微調(diào)溫度補(bǔ)償，可以使用參量數(shù)據(jù)在時(shí)間上評估不同的方式原始數(shù)據(jù)，使整個系統(tǒng)更精確。最后，當(dāng)虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44變得比較復(fù)雜時(shí)，可以從存儲的處理數(shù)據(jù)中收集附加的信息，否則這可能由只存儲整理的數(shù)據(jù)而損失。
在圖2的實(shí)施例中，在存儲原始的傳感器數(shù)據(jù)后，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44評估傳感器數(shù)據(jù)測試警報(bào)的條件。例如，如果儲油罐容量分解為100個增量(從1到100單位)，可以希望維持儲油罐容量避免降到10個單位以下。系統(tǒng)32可由操作者配置，對特殊的現(xiàn)場設(shè)備在10單位設(shè)置警報(bào)參量。虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44評估傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測的值是在或低于配置的警報(bào)水平時(shí)，根據(jù)二級信息和溫度補(bǔ)償值，對操作者、對客戶或預(yù)先確定的個人產(chǎn)生虛擬發(fā)射機(jī)的輸出信號(如警報(bào)信號或測量值)。此外，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44能計(jì)算罐中容量的變化率，確定何時(shí)觸發(fā)警報(bào)。
如在圖3中所示，也可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)32，因此無線通信電路板38包括可寫存儲器，它包含檢測警報(bào)條件的軟件代碼48，因此，如果檢測的數(shù)據(jù)低于編程的水平，通信電路板38能檢測警報(bào)條件并由呼叫收發(fā)器40初始化警報(bào)信號。本質(zhì)上，可編程無線通信電路板38自動的產(chǎn)生警報(bào)。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一些軟件研發(fā)程序?yàn)榉涓C電話編寫博弈和其它的程序，如SunMicrosystem的J2ME，同樣的程序用于編程通信電路板38。
此外，提供各現(xiàn)場設(shè)備34的顯示器50，顯示檢測值和從虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44接收的數(shù)據(jù)。在用戶請求時(shí)，如在現(xiàn)場設(shè)備34上按壓按鈕時(shí)，現(xiàn)場設(shè)備34初始化對收發(fā)器40的呼叫，并隨顯示請求一起傳輸檢測的信息。在由收發(fā)器40接收時(shí)，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44評估數(shù)據(jù)，并計(jì)算虛擬發(fā)射機(jī)輸出信號(即測量值)，包括顯示數(shù)值(如在罐中容量的百分比)，這代表了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。那么，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44導(dǎo)致收發(fā)器40對現(xiàn)場設(shè)備34返回顯示值或代碼，這在請求的用戶的顯示器上顯示數(shù)值。反饋值可以是單個顯示代碼，不是完全的浮點(diǎn)數(shù)，因此最小化傳輸?shù)耐俊?br> 如在圖4中所示，系統(tǒng)32優(yōu)選的包括大量現(xiàn)場設(shè)備34?？膳渲锰摂M發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44使得收發(fā)器40順序的呼叫各現(xiàn)場設(shè)備34，檢索原始數(shù)據(jù)并在數(shù)據(jù)庫42中存儲原始數(shù)據(jù)。可由虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44或由在網(wǎng)絡(luò)上的其它應(yīng)用程序(沒有顯示)檢索存儲的數(shù)據(jù)。
通常，數(shù)據(jù)庫42駐留在有其它計(jì)算機(jī)工作站的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。工作站可以是或不是單用途的機(jī)器。在優(yōu)選的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有其它的個人計(jì)算機(jī)和眾所周知的各種外圍設(shè)備。使用各種已知的安全方法，包括但不限于口令保護(hù)，可以控制來自各計(jì)算機(jī)工作站對數(shù)據(jù)庫的訪問?？梢耘渲孟到y(tǒng)32，允許或禁止由特殊應(yīng)用程序要求的訪問，也可以配置系統(tǒng)32需要時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上直接警報(bào)消息。
如前面指出的，自動警報(bào)軟件可駐留在駐存數(shù)據(jù)庫42的服務(wù)器或與數(shù)據(jù)庫42網(wǎng)絡(luò)通信的任何計(jì)算機(jī)上。由操作者使用虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44查看傳感器數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生控制信號。作為選擇，控制信號可以是自動產(chǎn)生的，如在工業(yè)過程中控制位置等。
虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44根據(jù)請求“整理(grooming)”原始數(shù)據(jù)。此整理可包括線性化、溫度補(bǔ)償、修整或其它評估原始數(shù)據(jù)。特別是，考慮校準(zhǔn)和存儲在數(shù)據(jù)庫中的其它變換器信息，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44能評估原始數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生代表檢測的變量的測量值。可由在控制室的用戶使用控制應(yīng)用程序請求測量值，或者如果現(xiàn)場設(shè)備34有顯示板，在現(xiàn)場的工作人員可以按在現(xiàn)場設(shè)備上的按鈕請求測量值，虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44可以計(jì)算此測量值，并無線的傳送此測量值在顯示器50上顯示。
使用虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44計(jì)算測量數(shù)據(jù)，在分布式發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中最小化檢測和處理數(shù)據(jù)要求的電路數(shù)量。由直接傳輸原始數(shù)據(jù)，現(xiàn)場設(shè)備34要求較少的功率損耗，處理步驟移到服務(wù)器，服務(wù)器典型性有更強(qiáng)的處理功能。由于只傳輸計(jì)算的顯示測量值，因?yàn)橹粚?shí)際傳輸需要字節(jié)或代碼，原始變換器數(shù)據(jù)、控制/命令信息、帶寬利用是最小化的。這限制了必須傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，因此最小化發(fā)射時(shí)間。同時(shí)顯示的值是近似實(shí)時(shí)的，虛擬發(fā)射機(jī)能發(fā)送相應(yīng)于變換器的附加信息，因此顯示器能提供校準(zhǔn)和其它信息，否則這在變換器是不可能得到的。
由于在軟件中實(shí)現(xiàn)整理電路，對分布的現(xiàn)場設(shè)備的升級最小化。使用本應(yīng)用程序，由在網(wǎng)絡(luò)上安裝新的或升級應(yīng)用程序，幾乎能立即實(shí)現(xiàn)軟件升級和整理計(jì)算。如果多用戶接入程序，或如果各種程序?qū)?yīng)用程序作功能呼叫，對網(wǎng)絡(luò)范圍的所有現(xiàn)場設(shè)備立即實(shí)現(xiàn)升級和修改。
控制室(沒有顯示)典型地包括計(jì)算機(jī)，用戶輸入/輸出設(shè)備，各種形式的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，和其它技術(shù)上已知的計(jì)算設(shè)備?？刂剖业湫偷赝ㄟ^總線(沒有顯示)與數(shù)據(jù)庫42連接，這可以是專有的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，使用專有協(xié)議的開放數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，或使用安全通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44接收來自控制室的各種命令并向控制室提供數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供許多相對于當(dāng)前技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。首先，在本實(shí)施例中，因?yàn)椴粓?zhí)行數(shù)據(jù)的模擬變換，增加了數(shù)據(jù)的整體的精度。其次，因?yàn)樘摂M發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序44是在服務(wù)器上的軟件應(yīng)用程序，能在系統(tǒng)范圍上并即刻的由軟件安裝實(shí)現(xiàn)軟件升級，而不是可能是代價(jià)高的，費(fèi)時(shí)的，非常困難的在各分布的設(shè)備上添加或升級軟件。此外，能在任何時(shí)間添加新的功能，如模式識別和新的診斷軟件，不用改變現(xiàn)場設(shè)備，簡單的對服務(wù)器加上新的應(yīng)用程序。因?yàn)閿?shù)據(jù)以原始的形式存儲，對虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序的任何升級是與在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)反向兼容的。產(chǎn)生的監(jiān)視系統(tǒng)要求較少的電路，消耗較少的功率，并且比在輸出和存儲前整理數(shù)據(jù)的當(dāng)前技術(shù)的系統(tǒng)是更靈活的和更能適應(yīng)的。
本發(fā)明的系統(tǒng)也能配置在可選擇的實(shí)施例中，其中許多現(xiàn)場設(shè)備34分享單個通信電路板38，因此各激勵器/變換器36傳輸它的檢測的參數(shù)到分享的通信電路板38，無線的傳送到數(shù)據(jù)庫42。
雖然參考優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到不偏離本發(fā)明的精神和范圍，可以作形式和細(xì)節(jié)的修改。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控有大量配置的現(xiàn)場設(shè)備的分布式系統(tǒng)的方法，各現(xiàn)場設(shè)備包含變換器和無線收發(fā)器，方法包括檢測配置的現(xiàn)場設(shè)備的信息；從各現(xiàn)場設(shè)備到基站無線傳輸沒有評估的檢測的信息；在基站接收來自各現(xiàn)場設(shè)備傳輸?shù)男畔ⅲ辉谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫中存儲接收的信息；程序的整理存儲的信息推導(dǎo)出測量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于程序的整理存儲的信息的步驟包括檢索存儲的傳感器信息；基于存儲的信息程序的計(jì)算測量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括評估對預(yù)先確定的參數(shù)值的測量值；產(chǎn)生輸出信號；傳輸輸出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于輸出信號是顯示代碼，其中傳輸輸出信號的步驟包括傳輸顯示代碼到選擇的現(xiàn)場設(shè)備，在現(xiàn)場設(shè)備的顯示器上顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于輸出信號是調(diào)整信號，其中傳輸輸出信號的步驟包括傳輸調(diào)整信號到選擇的現(xiàn)場設(shè)備，用于改變與選擇的現(xiàn)場設(shè)備關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于輸出信號是警報(bào)信號。
7.一種分布式監(jiān)控系統(tǒng)，包括大量現(xiàn)場設(shè)備，各現(xiàn)場設(shè)備包括變換器；無線收發(fā)器，用于無線傳輸由變換器形成的表示物理測量的原始數(shù)據(jù)；基站收發(fā)器，用于接收從各現(xiàn)場設(shè)備傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)；文檔，用于存儲各現(xiàn)場設(shè)備的原始數(shù)據(jù)，存儲各現(xiàn)場設(shè)備的二級信息；虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序，用于檢索存儲的原始數(shù)據(jù)和二級信息并產(chǎn)生各現(xiàn)場設(shè)備的測量值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序使用原始數(shù)據(jù)和二級信息產(chǎn)生測量值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于將原始數(shù)據(jù)和二級信息代入公式計(jì)算測量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于原始數(shù)據(jù)是從各設(shè)備導(dǎo)出的原始A/D計(jì)數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于無線收發(fā)器在無線通信連接的控制信道上傳輸原始數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于無線通信連接是在分組路由網(wǎng)絡(luò)上的連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于無線通信連接是在電路開關(guān)網(wǎng)絡(luò)上的連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序根據(jù)二級信息整理數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于從由蜂窩通信電路、數(shù)字通信電路、紅外通信電路、和IEEE 802.11b兼容的無線通信電路組成的組合中選擇無線收發(fā)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序包括與數(shù)據(jù)庫通信的大量軟件應(yīng)用程序。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于至少大量軟件應(yīng)用程序之一對存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)執(zhí)行模式識別算法。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于現(xiàn)場設(shè)備是電池供電的。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序還包括報(bào)警功能，當(dāng)數(shù)據(jù)和二級信息偏離預(yù)先確定的參數(shù)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。
20.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于基站收發(fā)器傳輸顯示信息到無線收發(fā)器，在根據(jù)用戶請求的現(xiàn)場設(shè)備的顯示器上顯示。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序使用二級信息計(jì)算顯示信息，對一個或多個值表評估存儲的數(shù)據(jù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)，與虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序互相作用檢索代表檢測的參數(shù)的測量值。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于遠(yuǎn)程接入系統(tǒng)包括控制應(yīng)用程序，遠(yuǎn)程的與虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序互相作用；一個或多個計(jì)算機(jī)，運(yùn)行控制應(yīng)用程序和顯示測量值。
24.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序包括診斷應(yīng)用程序，程序的選擇和檢索數(shù)據(jù)，并比較數(shù)據(jù)與預(yù)先確定的值。
25.一種監(jiān)控有大量配置的現(xiàn)場設(shè)備的分布式系統(tǒng)的方法，各現(xiàn)場設(shè)備包含變換器和無線收發(fā)器，方法包括檢測配置的現(xiàn)場設(shè)備的測量信息；從各現(xiàn)場設(shè)備到基站無線傳輸測量信息，測量信息表示由變換器得到的物理測量；在基站接收來自各現(xiàn)場設(shè)備的測量信息；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的存儲器中存儲測量信息；程序的整理存儲的測量信息推導(dǎo)出測量值。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于程序的整理存儲的測量信息的步驟包括從存儲器中檢索存儲的傳感器的測量信息；根據(jù)整理公式從存儲的測量信息中程序的計(jì)算測量值。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于還包括對預(yù)先確定的參數(shù)值評估導(dǎo)出的測量值；產(chǎn)生輸出信號；傳輸輸出信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于輸出信號是顯示代碼，其中傳輸輸出信號的步驟包括傳輸顯示代碼到選擇的現(xiàn)場設(shè)備，在現(xiàn)場設(shè)備的顯示器上顯示。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于輸出信號是調(diào)整信號，其中傳輸輸出信號的步驟包括傳輸調(diào)整信號到選擇的現(xiàn)場設(shè)備，改變與選擇的現(xiàn)場設(shè)備關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于輸出信號是警報(bào)信號。
31.一種分布式系統(tǒng)，包括現(xiàn)場設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)，有變換器和關(guān)聯(lián)的第一無線收發(fā)器的各現(xiàn)場設(shè)備，用于傳輸包括表示由變換器形成的物理測量的數(shù)據(jù)的無線信號；第二無線收發(fā)器，用于接收無線信號；數(shù)據(jù)庫，基于由第二無線收發(fā)器接收的無線信號存儲數(shù)據(jù)，并存儲與各現(xiàn)場設(shè)備關(guān)聯(lián)的二級信息；發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序，從數(shù)據(jù)庫檢索存儲的數(shù)據(jù)和與各現(xiàn)場設(shè)備關(guān)聯(lián)的二級信息，基于數(shù)據(jù)和二級信息產(chǎn)生測量值。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)包括從變換器導(dǎo)出的原始A/D計(jì)數(shù)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序根據(jù)二級信息整理數(shù)據(jù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于從由蜂窩通信電路、數(shù)字通信電路、超寬帶通信電路和自由空間光學(xué)通信電路組成的組合中選擇第一無線收發(fā)器。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于使用無線通信連接的控制信道傳輸無線信號。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于使用能量變換設(shè)備對一個或多個現(xiàn)場設(shè)備供電。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序還包括報(bào)警功能，當(dāng)測量值偏離預(yù)先確定的參數(shù)時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于使用電路交換網(wǎng)絡(luò)傳輸無線信號。
39.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于使用分組的路由網(wǎng)絡(luò)傳輸無線信號。
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于第二無線收發(fā)器向第一無線收發(fā)器傳送顯示信息，根據(jù)用戶的請求在現(xiàn)場設(shè)備的顯示器上顯示。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序使用二級信息計(jì)算顯示信息。
42.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序包括診斷應(yīng)用程序，程序的選擇和檢索數(shù)據(jù)，并比較數(shù)據(jù)與預(yù)先確定的值。
43.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序檢索選擇的現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)和二級信息，并基于評估的數(shù)據(jù)產(chǎn)生測量值。
44.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序包括與數(shù)據(jù)庫通信的大量軟件應(yīng)用程序。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其特征在于至少大量軟件應(yīng)用程序之一對存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)模式識別算法。
全文摘要
一種分布式控制系統(tǒng)(32)有大量的分布式現(xiàn)場設(shè)備(34)，各現(xiàn)場設(shè)備包含變換器(36)和無線收發(fā)器(38)。分布式控制系統(tǒng)(32)包括基站收發(fā)器(40)、數(shù)據(jù)庫(42)和與數(shù)據(jù)庫通信的虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序(44)。各現(xiàn)場設(shè)備(34)通過通信電路板(38)和基站之間的無線信號傳輸和接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫(42)中用于以后的檢索，并由虛擬發(fā)射機(jī)應(yīng)用程序(44)評估。配置的現(xiàn)場設(shè)備(34)檢測信息并向基站無線的傳輸檢測的信息。檢測的信息存儲在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲器中，并在用戶請求時(shí)，程序的整理提供測量值。
文檔編號G05B19/042GK1706130SQ200380101730
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者羅伯特·J·卡施尼亞, 馬科斯·佩盧索 申請人:羅斯蒙德公司