从手持式维护工具检测和定位过程控制通信线路故障制造技术

手持式维护工具操作为检测通信线路或总线中的故障的存在(包括检测短路或其它低阻抗故障、开路或其它高阻抗故障等)。另外，手持式维护工具可以操作为检测通信线路内的故障相对于手持式设备的大致位置，由此使得操作员或维护人员能够较容易地找到并修复检测到的故障。

Control communication line fault from hand hold maintenance tool inspection and positioning process

Hand held maintenance tools operate to detect the presence of faults in communications lines or buses (including detection of short circuits or other low impedance faults, open circuits or other high impedance faults). In addition, hand-held maintenance tools can operate for fault detection in communication line relative to the approximate position of handheld devices, which makes the fault operator or maintenance personnel can easily find and fix the detected.

【技术实现步骤摘要】
从手持式维护工具检测和定位过程控制通信线路故障
本申请涉及一种诊断手持式维护工具，其选择性地向通信线路上的一个或多个现场设备提供功率和通信信号，并且更具体而言，涉及能够检测和定位通信线路中的故障的手持式维护工具。
技术介绍
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，其通信地耦合到至少一个主机或操作员工作站，并且经由模拟、数字、或组合模拟/数字总线通信地耦合到一个或多个现场设备。现场设备(其可以是例如，阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力和流速传感器)在过程工厂内执行功能(诸如打开或关闭阀和测量过程参数)。过程控制器接收指示由现场设备进行的过程测量结果的信号和/或与现场设备有关的其它信息，使用该信息来执行控制例程，并且随后生成在总线或其它通信线路上发送的控制信号，以控制现场设备的操作。利用从现场设备和过程控制器收集的信息，操作员或技术人员可以在操作员工作站处执行一个或多个应用，这些应用执行关于过程的任何期望的功能，诸如，举例来说，配置过程、查看过程的当前状态、和/或修改过程的操作。在许多情况下，现场设备可能需要现场设置、配置、测试、和维护。例如，在现场设备可以安装在过程控制工厂的特定位置之前，现场设备可能需要被编程，然后可能需要在安装现场设备之前和之后进行测试。已经安装的现场设备还可能需要针对维护原因定期检查，或者例如当检测到故障时，需要诊断现场设备以进行维修或修理。一般而言，使用手持式、便携式维护工具来在位置上执行现场设备的配置和测试。由于许多现场设备安装在远程的难以到达的位置，因此对于用户来说更方便的是使用手持式、便携式工具而不是使用完全配置和测试设备来测试在这种远程位置中的安装的设备，完全配置和测试设备可能是重的、体积大的和非便携式的，通常需要将安装的现场设备运输到诊断设备的位置。在现场设备至少部分地可操作并且经由本地总线被供电的情况下，手持式维护工具或便携式测试设备(“PTD”)可以连接到现场设备的通信终端以运行诊断例程。通常，现场设备和PTD在两线制或四线制通信连接或线路(通常称为总线)上通信。例如，当安装在工厂环境中时，现场总线设备和设备通常连接到两线制(或在一些情况下是四线制)连接线路或总线。已知使用手持式设备连接到例如Foundation现场总线或HART通信线路或其它通信总线以与连接到该通信线路或总线的设备进行通信。在一些情况下，本质安全(“IS”)标准限制其中功率和其它通信信号可以被提供给现场设备的方式，特别是当现场设备安装在现场中的关键或危险的过程控制系统中时。通常，较高电压用于向现场设备提供功率，而不是用于与现场设备进行通信的电压。此外，在现场中为现场设备供电之前必须实施某些安全措施。具体地，根据IS指南，技术人员不能接通现场设备本身内的现场设备的功率，并且不能使用在某些预定水平上生成电压的设备。IS指南禁止内部功率切换和生成较大的电压，这是因为现场设备通常安装在挥发性物质或挥发性过程的邻近处，因此当高电压或功率连接施加到现场设备时，通过电弧或生成火花而导致爆炸的可能性较高。作为参考，内部开关可以被认为是整体地连接在现场设备内或物理地容纳在现场设备内和/或固定到现场设备的任何开关。相关的IS指南还建议不要在连接到现场设备并且位于现场设备附近的PTD内接通功率。IS标准通常在向安装在现场中的非操作或未供电现场设备施加功率时需要手动干预。尽管可能期望将现有的PTD配置为具有自动供电功能以便为现场设备供电，但是该配置通常在IS标准下被禁止，特别是当向现场设备提供较高的功率信号以便为现场设备供电或用于测试目的时。为了符合IS标准，一些现有的PTD包括具有用于在PTD与经受测试的现场设备之间耦合四条线路或导线的四个连接端口的接口。通常，第一对线路用于在第一电压范围下传输通信信号，并且第二对线路用于在第二和较高电压或电压范围下为现场设备供电。每当现场设备正在经受测试时，主要使用第一对线路，并且仅当需要将功率提供给现场设备以使得现场设备能够执行功能(例如，测试功能或配置功能)时使用第二对线路/导线。以这种方式，对经受测试的现场设备的额外功率总是需要手动干预，包括在现场设备与PTD之间连接额外的导线。简而言之，IS标准通常已经限制了便携式现场设备测试装置的发展，需要两组单独的线路或导线组以及用于将现场设备连接到便携式测试装置的三个或四个端口。在任何情况下，如果通信线路或总线具有故障(例如短路(低阻抗)故障或开路(高阻抗)故障)，则使用手持式设备来经由安装的通信线路或总线与现场设备进行通信是困难的(如果不是不可能的话)。此外，当在通信总线中存在这样的故障时，在第一种情况下可能难以检测在总线或通信线路中的故障的存在。例如，当总线经历高阻抗故障时，手持式设备能够连接到总线并在总线上操作，并且甚至能够与总线上的一些设备通信。在这些情况下，操作员难以知道无法与总线上的现场设备通信是由总线中的故障还是由总线上的设备内的故障引起的。此外，即使操作员知道通信线路或总线中存在故障，操作员也难以知道故障存在于何处从而能够容易地找到并修复故障。在一些情况下，过程控制通信总线的通信和输电线路可以在工厂内横跨很远的距离，并且如在工厂中安装的那样，这些线路可能被隐藏、覆盖或以其它方式难以看到。因此，即使操作员知道线路中存在故障，也可能需要长时间来在视觉上检查线路以发现故障。
技术实现思路
手持式维护工具操作以检测过程控制网络的通信线路或总线中的故障的存在，并且另外可以操作以检测线路或总线内的故障的位置或大致位置。手持式维护工具可以检测各种类型的线路或通信总线网络故障(诸如短路或其它低阻抗故障、开路或其它高阻抗故障等)。另外，手持式维护工具可以在第二模式下操作以检测故障相对于手持式设备的大致位置，由此使得操作员或维护人员能够更容易地找到并修复检测到的故障。在一些情况下，手持式维护工具可以用于使用一个或多个已知的过程控制通信协议(诸如HART和Foundation现场总线协议)在控制回路上供应功率以及控制和通信信号，控制回路具有连接到一组通信线路的一个或多个现场设备。另外，作为该过程的一部分，手持式维护工具可以实现诊断硬件和软件，其可以用于验证手持式设备是否成功地向控制回路内的一个或多个现场设备供应功率或通信信号。在一个示例中，手持式设备可以在回路上提供功率(例如，以电压信号的形式)，并且在电源稳定几秒钟之后，诊断硬件和软件可以测量跨回路的电压和回路上的电流。如果测量到的电压与所供应的电压相同，但是没有或仅有有限的测量到的电流，意味着功率没有被消耗，则设备可以检测控制回路或总线中的开路故障。可以通过向回路提供虚设负载(例如，在与手持式设备的连接附近)来辅助该技术。在另一种情况下，手持式工具可以向具有特定的低电流和高电流输入的控制回路供应功率。高电流阈值可以是例如40mA。在其中回路上的设备的数量已知不超过特定极限的一些情况下，手持式设备可以检测所汲取的电流是否超过上限。如果是，则可以检测到短路或其它低阻抗故障。在其中回路上的有源现场设备的数量是未知的其它情况下，手持式设备可以将电流汲取限制为特定极限，并且如果电流汲取达到或超过该极限，则手持式设备可以在一个或多个步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测过程控制通信网络中的故障的方法，所述过程控制通信网络具有通信线路和连接到所述通信线路的一个或多个设备，所述方法包括：从手持式设备提供所述通信线路上的第一电信号；响应于所述通信线路上的所述第一电信号，在所述手持式设备处测量所述通信线路上的第二电信号；在所述手持式设备内的计算机处理器处对所测量的第二电信号进行分析，以确定所述通信线路中的高阻抗故障；以及经由所述手持式设备上的用户显示器向用户指示所检测到的高阻抗故障的存在。

【技术特征摘要】
2016.03.02 IN 201621007393;2016.04.22 US 15/136,051.一种检测过程控制通信网络中的故障的方法，所述过程控制通信网络具有通信线路和连接到所述通信线路的一个或多个设备，所述方法包括：从手持式设备提供所述通信线路上的第一电信号；响应于所述通信线路上的所述第一电信号，在所述手持式设备处测量所述通信线路上的第二电信号；在所述手持式设备内的计算机处理器处对所测量的第二电信号进行分析，以确定所述通信线路中的高阻抗故障；以及经由所述手持式设备上的用户显示器向用户指示所检测到的高阻抗故障的存在。2.根据权利要求1所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，测量所述通信线路上的所述第二电信号包括：测量所述通信线路上的电流，并且其中，对所测量的第二电信号进行分析包括：判断所述通信线路上的所测量的电流是否低于阈值。3.根据权利要求2所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，对所测量的第二电信号进行分析包括：判断所述通信线路上的所测量的电流是否接近零。4.根据权利要求2所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，对所测量的第二电信号进行分析包括：判断所述通信线路上的所测量的电流是否小于针对所述通信线路上的特定数量的设备所预期的电流汲取。5.根据权利要求4所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，还包括：将对已知附接到所述通信线路的多个设备的指示储存在所述手持式设备的存储器中，以及使用所储存的对已知附接到所述通信线路的所述多个设备的指示作为所述特定数量的设备。6.根据权利要求2所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，还包括：跨所述通信线路连接已知负载，并且其中，对所测量的第二电信号进行分析包括：判断所述通信线路上的所测量的电流是否等于通过所述已知负载所汲取的电流。7.根据权利要求2所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，还包括：将对已知附接到所述通信线路的多个设备的预期电流汲取的指示储存在所述手持式设备的存储器中，并且使用所储存的对已知附接到所述通信线路的多个设备的所述预期电流汲取的指示来确定所述阈值。8.根据权利要求2所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，还包括：检测所述通信线路上的所述故障的位置，其包括：在第一时间在所述手持式设备处、在所述通信线路上生成脉冲信号，以及在第二时间在所述手持式设备处检测所述通信线路上的回波脉冲信号，所述回波脉冲信号是所述脉冲信号在所述故障处的反射，以及使用所述回波脉冲信号来确定所述通信线路上的所述故障的所述位置。9.根据权利要求8所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，使用所述回波脉冲信号来确定所述通信线路上的所述故障的所述位置包括：确定所述第一时间与所述第二时间之间的时间差，以及使用所述时间差来确定到所述故障的距离。10.根据权利要求8所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，使用所述回波脉冲信号来确定所述通信线路上的所述故障的所述位置包括：确定所述回波脉冲信号的幅度，以及使用所确定的所述回波脉冲信号的幅度来确定到所述故障的距离。11.根据权利要求10所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，使用所确定的所述回波脉冲信号的幅度来确定到所述故障的距离包括：将所述回波脉冲信号的所述幅度与所述脉冲信号的所述幅度进行比较以确定幅度的下降，以及使用所述幅度的下降来确定到所述故障的距离。12.根据权利要求11所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，使用所确定的所述回波脉冲信号的幅度来确定到所述故障的距离包括：将一个或多个信号传播因子储存在所述手持式设备的存储器中，以及除了所述幅度的下降以外还使用所储存的一个或多个信号传播因子来确定到所述故障的距离。13.根据权利要求8所述的检测过程控制通信网络中的故障的方法，其中，在所述通信线路上生成脉冲信号包括：在所述通信线路上生成具有第一幅度的第一脉冲信号，检测是否响应于所述第一脉冲信号在特定时间段中接收到回波脉冲信号，并且如果在所述特定时间段中未接收到回波脉冲信号，则在所述通信线路上生成具有大于所述第一幅度的第二幅度的第二脉冲信号，以及检测是否响应于所述第二脉冲信号在第二时间段中接收到回波脉冲信号。14.根据权利要求8所述的检测所述过程控制通信网络中的故障的方法，还包括：追踪由生成所述脉冲信号引起的所述手持式设备的电池使用，以及向所述手持式设备的用户警告关于与用于检测故障位置的所述脉冲信号的使用有关的功率状态。15.一种用于检测过程控制系统的通信线路中的故障的手持式维护工具，包括：输入/输出接口，所述输入/输出接口被配置为电连接到所述通信线路；电源，所述电源用于将功率和通信信号设置在所述通信线路上；一个或多个电信号传感器；用户接口；处理器；以及计算机可读存储器，所述计算机可读存储器储存程序，所述程序将在所述处理器上执行，以响应于设置在所述通信线路上的功率信号来测量所述通信线路上的电信号，对所测量的电信号进行分析以确定所述通信线路中的高阻抗故障，以及经由所述用户接口向用户指示检测到的高阻抗故障的存在。16.根据权利要求15所述的手持式维护工具，其中，所述一个或多个电信号传感器包括电流传感器，所述电流传感器测量所述通信线路上的电流，并且其中，所述程序通过判断所述通信线路上的所测量的电流是否低于阈值来对所测量的电信号进行分析。17.根据权利要求16所述的手持式维护工具，其中，所述程序通过判断所述通信线路上的所测量的电流是否接近于零来对所测量的电信号进行分析。18.根据权利要求16所述的手持式维护工具，其中，所述程序通过判断所述通信线路上的所测量的电流是否小于针对连接到所述通信线路的特定数量的设备所预期的电流汲取，来对所测量的电信号进行分析。19.根据权利要求18所述的手持式维护工具，其中，所述计算机可读存储器储存对已知附接到所述通信线路的多个设备的指示，并且其中，所述程序使用所储存的对已知附接到所述通信线路的所述多个设备的指示作为所述特定数量的设备。20.根据权利要求16所述的手持式维护工具，其中，所述程序判断所述通信线路上的所测量的电流是否等于通过跨所述通信线路的导线连接的已知虚设负载所汲取的电流。21.根据权利要求16所述的手持式维护工具，其中，所述计算机可读存储器储存对已知附接到所述通信线路的多个设备的预期电流汲取的指示，并且其中，所述程序使用所储存的对已知附接到所述通信线路的多个设备的所述预期电流汲取的指示，来确定所述阈值。22.根据权利要求15所述的手持式维护工具，其中，还包括脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器适于在所述通信线路上生成脉冲信号，并且其中，所述程序还使所述脉冲信号发生器在第一时间将脉冲信号设置在所述通信线路上，使用所述一个或多个电信号传感器来在第二时间在所述手持式设备处检测所述通信线路上的回波脉冲信号，所述回波脉冲信号是所述脉冲信号在所述故障处的反射，以及使用所述回波脉冲信号来确定所述通信线路上的所述故障的所述位置。23.根据权利要求22所述的手持式维护工具，其中，所述程序通过确定所述第一时间与所述第二时间之间的时间差以及使用所述时间差确定到所述故障的距离，来使用所述回波脉冲信号确定所述通信线路上的所述故障的所述位置。24.根据权利要求22所述的手持式维护工具，其中，所述程序确定所述回波脉冲信号的幅度并使用所确定的所述回波脉冲信号的幅度来确定到所述故障的距离。25.根据权利要求24所述的手持式维护工具，其中，所述程序将所述回波脉冲信号的所述幅度...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·R·达拉尔，
申请(专利权)人：费希尔罗斯蒙特系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US