CN101243364B - 使用超声通信链路的自动化网络现场设备 - Google Patents

Abstract

在过程自动化中，参数化、操作检查或数据扫描是重要的操作步骤。根据本发明的示例性实施例，阐述了用于过程自动化的现场设备，该现场设备包括用于检测声信号的检测器。这样，参数化、操作检查或数据扫描以声学方式提供，数据传送不再必需现场设备的外壳中的任何凹陷、钻孔或窗口。

Description

使用超声通信链路的自动化网络现场设备

相关申请的引用

本发明要求在2005年8月16日提交的美国临时申请60/709,090以及在2005年8月16日提交的德国专利申请10 2005 038607.5的提交日的权益，其两者的公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及过程自动化。具体地，本发明涉及用于过程自动化的现场设备，涉及这种现场设备的用于填充水平(fill level)测量的用途，以及涉及用于操作这种现场设备的方法。

背景技术

在过程自动化技术中，使用现场设备来获取和/或控制过程变量。

这种现场设备例如是填充水平仪表、压力计、温度计、流量计等等，其借助于传感器来获取相应的过程变量，比如填充水平、压力、温度或流量。

通常所说的激励器比如阀、加热元件、致冷元件或泵是这种现场设备的另外的示例，借助于这些激励器，可以继而影响过程变量。

而且，现场设备可以设计成控制或选择传感器或激励器的输入单元或输出单元的形式。

为了参数化或扫描(smay)这种现场设备，可以使用过程控制系统，该系统使用线缆经由对应接口连接到现场设备。此外，输入模块可稳固地连接到现场设备。为了参数化或扫描，随后打开现场设备，并手动操作输入单元。

专利说明书DE 10326627A1涉及用于显示与过程自动化技术有关的现场设备的功能的方法。在该配置中，从发射单元发射无线信号到现场设备，该无线信号触发对现场设备中的现场设备状态的扫描。对应于对该设备扫描的结果，产生可感知的信号。

发明内容

本发明的目的是阐述现场设备的改进的操作。

根据本发明的示例性实施例，阐述了用于过程自动化的现场设备，其包括：检测器，用于检测第一声信号；以及控制单元，用于执行操作步骤，以作为对所检测到的第一声信号的反应，其中，所述操作步骤包括参数化、操作检查或数据扫描。

通过提供用于声信号检测的检测器，可以以不接触的方式来对现场设备进行寻址。在这种配置中，通过由检测器拾取的声波以声学方式进行数据发送。这种声波易于产生并且甚至穿过现场设备的外壳壁传播到现场设备的内部。

此外，现场设备还可以被操作而不用任何直接视觉接触到现场设备，比如绕过拐角或穿过障碍物(例如墙壁等)，因为声波同样可以穿过砖石建筑和绕过拐角传播。

根据本发明的另一示例性实施例，第一声信号包括用于执行参数化的参数化数据。

照此方式，现场设备的参数化所需要的数据作为声信号以不接触的方式从外部可被发送到现场设备。

根据本发明的另一示例性实施例，现场设备还包括用于存储所测量的数据的存储器。为此目的，现场设备可包括测量单元，或者可连接到提供数据的测量单元。例如，测量单元可以是填充水平传感器。

根据本发明的另一示例性实施例，第一声信号是超声信号。通过使用超声信号，由于涉及高频，可以发射相对高的数据密度。此外，超声信号不在可听频谱内，因此不会给周围环境带来噪音。根据本发明的另一示例性实施例，第一声信号可由手持发射器或固定计算机产生。

通过借助于电设备比如移动电话、手持设备或PC来产生声信号，有可能发送精确定义的信号序列。例如，手持发射器的特定键可触发特定信号序列的发射。这样，可确保简单且不受干扰的操作。

根据本发明的另一示例性实施例，第一声信号可由人产生。

例如，此人可以说出特定的一连串的指令，以便触发操作检查或数据扫描。此用户(人)还可以口头地执行现场设备的参数化。这样就不需要额外的手持发射器或外部计算机来触发该现场设备。

根据本发明的另一示例性实施例，检测器包括用于将第一声信号转换成电信号的声换能器。

例如，所检测到的声信号可因此被数字化以便进一步处理。

根据本发明的另一示例性实施例，声换能器包括压电元件。压电元件的使用可提供简单而有效的声信号到电信号的转换。

例如，检测器可设置在现场设备的外壳内部，使得该检测器很大程度上免受外部影响。

具体地，可以设计所述外壳使得其耐压，从而使得即使在极端的外部条件下，设置在外壳内的电子器件以及检测器也能得到保护。

具体地，将检测器设置在外壳内部可使得不需要提供用于线缆套筒等的孔。传感器可完全地设置在所述外壳内部，外部手持发射器或外部计算机或用户和检测器之间的数据发射可以以不接触的方式穿过外壳的壁而进行。可以不需要提供任何窗口、引入等。这样，可显著地改进现场设备的稳定性、坚固性以及耐用性。

根据本发明的另一示例性实施例，检测器直接地固定于外壳的内壁。例如，检测器可以是压电元件的形式，其粘合到内壁上，从而接收该内壁的震动或振动，并将所述震动或振动转换成对应的电信号，所述震动或振动由来自外部的声音冲击所产生。

所述外壳可由屏蔽材料比如金属或铁磁材料制成，其可以阻止无线电波或磁信号的传送。

根据本发明的另一示例性实施例，检测器设置在电子单元内。例如，检测器和评估电子器件或控制电子器件以及调节电子器件可以设置在现场设备内的外壳中。此外，检测器的至少一些部分可以形成集成电路的一部分，该集成电路是现场设备的电子器件的一部分。

根据本发明的另一示例性实施例，检测器包括用于检测机械振动的激光器，其中机械振动由第一声信号产生。

借助于这种激光器，可以检测最小的振幅。对(例如外壳壁的)机械振动的光学检测使得可以进行灵敏检测。例如，激光可以被导向到外壳内表面，随后从该表面反射。然后，光电二极管可以例如借助于干涉测量法来测量并随后分析该反射的信号。

根据本发明的另一示例性实施例，现场设备还包括用于发射第二声信号的发射器，其中第二声信号包括从所执行的扫描产生的扫描数据，或者从所执行的操作检查产生的操作检查数据。

这样，一方面的现场设备和另一方面的用户或对应设备之间的双向数据交换是可能的，该数据交换基于声信号。

根据本发明的另一示例性实施例，检测器和发射器形成操作单元。检测器和发射器可以是同一设备(例如，压电晶体)，其交替地用于检测和发射。

根据本发明的另一示例性实施例，阐述了根据以上示例性实施例的现场设备用于填充水平测量的用途。因此可以以不接触的方式利用声信号来参数化、检查或扫描该填充水平测量设备。

根据本发明的另一示例性实施例，阐述了用于操作现场设备的方法，其包括检测第一声信号、以及作为对所检测的第一声信号的反应的执行参数化、操作检查或数据扫描。

根据本发明的另一示例性实施例，例如，第一声信号在外部被发射，并继而在现场设备的内部接收，之后，例如执行该现场设备的参数化。

为此目的，根据本发明的另一示例性实施例，所述声信号包括参数化数据，其中参数化基于参数化数据而进行。

因此，参数化所需要的数据以声学方式发送给现场设备。同样，操作检查或数据扫描可由声信号来触发。

在简单的情况下，声信号例如可以是口头指令。

根据本发明的另一示例性实施例，发射第二声信号，其包括由已执行的数据扫描而产生的扫描数据。

此外，第二声信号可包括由已执行的操作检查而产生的操作检查数据。

因此，一方面的外部用户、手持设备或计算机和另一方面的现场设备之间的通信可以以声学方式执行。在该配置中，通信可以是单向的或双向的。现场设备以声学方式来参数化或扫描。作为对参数化的反应，例如，可发射反馈信号，其确证参数化是否成功完成。

附图说明

本发明的另外的示例性实施例在从属权利要求中阐述。

下面，参考附图对本发明的优选示例性实施例进行描述。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的外部操作单元和现场设备。

图2示出了根据本发明的另一示例性实施例的外部操作单元和现场设备。

图3示出了根据本发明的又一示例性实施例的两个外部操作单元和现场设备。

图4示出了根据本发明的示例性实施例的外部操作单元和具有光学检测功能的现场设备。

图5示出了根据本发明的另一示例性实施例的外部操作单元和具有无线接口的现场设备。

具体实施方式

在下面对附图的描述中，相同参考标记用于同样或类似的元件。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的外部操作单元104和现场设备100。现场设备100包括外壳102，该外壳中有用于检测声信号105的检测器101。此外，现场设备100包括元件103，其例如是传感器比如天线，用于确定填充水平。当然传感器还可以是质量流量计、压力传感器或某种其它传感器。元件103还可以是主动影响过程变量的激励器，比如用于在管道部分中调节液体流量的阀或泵，以便改变填充水平。

外部操作单元104被设计成发射声波105，该声波用于外部操作单元104和现场设备100之间的信号发射。

声波105，其例如是超声波或可听范围内的声波，穿透外壳102并进入外壳102的内部，在那里它们到达检测器101，该检测器101检测所接收的波。

在该过程中，检测器101将所检测到的声音转换成例如电子信号，该电子信号继而被转发到控制单元。该控制单元例如形成检测器101的一部分，或者是利用数据线112连接到检测器101的附加部件107(见图3)。

在该配置中，控制单元执行操作步骤，以作为对所检测到的第一声信号105的反应。

该操作步骤可例如涉及现场设备100的参数化。在该过程中，声信号105包括用于执行参数化的参数化数据。

此外，该操作步骤可涉及对现场设备100或其操作部件或操作序列的操作检查。在这种情况下，操作检查可由声信号105触发，随后自动地进行。

这种操作检查的结果可随后以第二声信号106的形式被检测器101发送，这在图2中示出。在图2所示出的示例中，检测器101不仅用于检测第一声信号105，而且用于发射或辐射第二声信号106。因此其不仅是检测器，同时也是发射器。

例如，检测器101可以以压电元件的形式来设计，该压电元件将声波转换成电信号。相反，利用该压电元件，电信号可被转换成对应的声信号。

当然，发射器和检测器101也可以是两个分离的单元。例如，检测器可以是麦克风或压电晶体。发射器可以是扩音器等。如果检测器101和发射器被设计成分离的，则检测可与对应的第二声信号的发射同时进行(双向性)。

所发射的声信号106穿透外壳壁102，并被外部的操作单元104接收。在操作检查的情况下，第二声信号106包括关于该现场设备是否是在无故障地操作的信息，或者关于已被检测到的任何故障的性质的信息。在可由外部操作单元104触发的数据扫描的情况下，第二声信号106包括相应的先前被传感器103检测到并例如存储在该现场设备的存储器(图2未示出)中的数据。

如图2所示，检测器101设置在外壳102的内部。外壳可因此是完全封闭的。可以不需要提供用于检测参数化数据的任何引入或窗口。这样，可以显著改进外壳的稳定性、坚固性以及抗性，使得例如以耐压形式的防爆保护成为可能。

具体地，外壳可设计成提供屏蔽，使得外壳内部的敏感设备免受外部影响(比如电磁场或磁场)。

图3示出了本发明的另一示例性实施例，其中检测器101设置在外壳102的内侧，使得可直接检测外壳内部的振动。检测器101利用数据线112连接到控制单元107，该控制单元107接收来自检测器101的信号(该信号基于检测到的声信号)。控制单元107用于执行作为对检测到的声信号的反应的操作步骤。例如，控制单元107利用数据线110、111可控制并调节传感器108、109。此外，控制单元107可查询或监视传感器108、109。传感器108、109所测量的数据可经由数据线110、111、112传送到检测器/发射器，该检测器/发射器随后产生对应的声信号106。声信号106在外部操作单元的方向114上被发射，并由所述外部操作单元检测。

外部操作单元104例如是手持发射器或手持接收器(比如移动电话或手持设备)或固定计算机或对应的计算机接口。

如图3所示，从用户113向现场设备100的方向115直接发射第一声信号105。这些信号例如是口头指令，该口头指令随后被检测器101检测。为了评估该口头指令，检测器例如连接到其上运行对应的字识别程序的算术逻辑单元。该算术逻辑单元例如被集成到控制单元107中，不过其也可以设置成与控制单元107分离。

图4示出了根据本发明的现场设备的另一示例性实施例。在该配置中，检测器包括激光器1011，其朝外壳102的方向发射激光束1013。由于外部操作单元104发射声信号105到外壳102上，该外壳102被激励，从而导致机械振动。这些机械振动可由检测器装置1012通过反射到外壳的内部的激光束1014来检测。当然，也可以使用检测外壳振动的其它光学方法。

图5示出了根据本发明的示例性实施例的又一实施例。如图5所示，检测器101设置在控制单元107内。此外，控制单元107包括发射单元116，其设计用于利用无线通信将扫描数据或其它信号无线发射到过程控制系统。发射器116还可被设计为发射器/接收器单元。

所描述的现场设备100尤其适合用于填充水平测量。

本发明特别适于填充水平测量，但是并不限于该应用领域。本发明可应用在必须对现场设备进行参数化、监视或扫描的场合。

另外，应指出“包括”并不排除其它元件或步骤，“一(a)”或“一个(one)”不排除多个。此外，应指出参考上述示例性实施例中之一所描述的特性或步骤可以与上述其它示例性实施例的其它特性或步骤结合使用。权利要求中的参考标记不应解释成限制。

Claims (19)

1.一种用于过程自动化的现场设备，所述现场设备包括：

检测器，用于检测第一声信号；

控制单元，用于执行操作步骤，以作为对所检测到的第一声信号的反应；

外壳；

其中，所述检测器设置在所述外壳的内部，

其中，所述操作步骤包括参数化、操作检查或数据扫描；以及

其中所述第一声信号包括用于执行参数化的参数化数据。

2.根据权利要求1所述的现场设备，还包括：

存储器；

其中，所扫描的数据被存储在所述现场设备的所述存储器中。

3.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述第一声信号为超声信号。

4.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述现场设备适于接收由手持发射器或固定计算机产生的所述第一声信号。

5.根据权利要求1至2中的一项所述的现场设备，

其中，所述第一声信号可以由人产生。

6.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述检测器包括用于将所述第一声信号转换成电信号的声换能器。

7.根据权利要求6所述的现场设备，

其中，所述声换能器包括压电元件。

8.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述检测器直接固定于所述外壳的内壁。

9.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述检测器设置在所述控制单元内。

10.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述外壳为耐压型的。

11.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述第一声信号的检测穿过所述外壳的壁进行。

12.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，

其中，所述检测器包括用于检测机械振动的激光器；

其中，所述机械振动由所述第一声信号产生。

13.根据权利要求1-2中的一项所述的现场设备，还包括：

发射器，用于发射第二声信号；

其中，所述第二声信号包括由所执行的数据扫描产生的扫描数据，或由所执行的操作检查产生的操作检查数据。

14.根据权利要求13所述的现场设备，

其中，所述检测器和所述发射器形成操作单元。

15.根据权利要求1-14中的一项所述的现场设备的用于填充水平测量的用途。

16.一种用于操作具有设置在外壳内部的检测器的现场设备的方法，所述方法包括以下步骤：

检测第一声信号；

执行参数化、操作检查以及数据扫描中的至少一个，以作为对所检测到的第一声信号的反应；

其中，所述第一声信号包括参数化数据；以及

其中，参数化基于所述参数化数据来进行。

17.根据权利要求16所述的方法，

其中，所扫描的数据存储在所述现场设备的存储器中。

18.根据权利要求16-17中的一项所述的方法，还包括以下步骤：

发射第二声信号；

其中，所述第二声信号包括由所执行的数据扫描产生的扫描数据。

19.根据权利要求16-17中的一项所述的方法，还包括以下步骤：

发射第二声信号；

其中，所述第二声信号包括由所执行的操作检查产生的操作检查数据。