CN101999100B - 用于传递安置在危险位置中的系统元件的传感器信息的系统、装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将安置在危险位置的系统部件的传感器信息传递到系统控制器的系统、装置和方法，包括使用高级危险位置监视器/控制器装置(数据汇集器)以及电力线路通信，将从位于危险区域中的传感器获得的诊断信息传递到位于非危险区域中的中央监视器/控制器，从而可以执行站内诊断。

Description

用于传递安置在危险位置中的系统元件的传感器信息的系统、装置和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求在2007年8月17日提交的申请号为60/956,622的题为“In-Station Diagnostics Communication System”的临时申请的优先权，其内容被引用合并于此。

联邦政府赞助的研发项目

不适用

技术领域

本发明总体涉及经由传感器监视和传递来自位于包括危险气氛、和/或危险装备和/或微粒的危险区域中的传感器的传感器信息并且在维持危险区域中的安全性的同时将信息从传感器传递到站内诊断系统的装置、系统和方法。

背景技术

危险位置包括存在燃烧和爆炸的可能性的危险区域。存在该可能性的原因可以是大气中的可燃燃料、蒸汽或细粉尘，或者易燃纤维或其他飞扬微粒的存在。危险区域还可以因某些挥发性化学物质、燃料、颗粒等的正常加工而导致，或者它们可以因偶然失效的贮存系统而导致。当挥发性溶剂或流体在正常维持期间蒸发形成爆炸性气氛时，也可能创建危险区域。

危险区域的示例包括加燃料站的区域，诸如传统的零售汽油站。加燃料站将危险燃料物质从贮存罐输送到燃料加注机。人们能够使用加注机的燃料喷嘴将燃料从燃料加注机填充到他们的交通工具中。加燃料系统典型地具有埋入地下的燃料贮存罐。加燃料系统典型地进一步包括多个燃料加注机，每个加注机典型地具有相对安置的两个加注点(即两个组件，每个组件包括软管和加注喷嘴，诸如HEALY^TM车载加燃料蒸汽回收(ORVR)喷嘴)。

在将燃料从地下燃料贮存罐输送到加注机时，加燃料系统使用燃料递送系统。燃料递送系统典型地包括燃料供给管线，以提供用于将燃料从燃料贮存罐递送到与各个加注机中相应一个关联的分支燃料管线的公共管道。每条分支燃料管线随后分为两条燃料递送管线，以向特定的一个加注机的每个加注点提供燃料。每条燃料递送管线包括燃料流量传感器。每个燃料流量传感器生成指示流过仪表并因此被加注到交通工具中的燃料量的电信号。来自燃料流量传感器的信号被传递到典型地位于加燃料站房屋中的主控制器。

现代的加燃料系统常常还包括辅助蒸汽回收系统。该系统被称为“辅助”的原因在于，其使用典型地位于每个加注机处的真空泵来辅助除去蒸汽。与燃料递送系统相似，蒸汽回收系统典型地包括公共蒸汽返回管线，以提供用于使燃料蒸汽或环境空气从每个加注点返回到地下燃料贮存罐的公共蒸汽返回管道。每个加注点具有关联的加注点蒸汽返回管线。用于与相应一个加注机关联的每个加注点的两个加注点蒸汽返回管线连接到加注机蒸汽返回管线。每个加注机蒸汽返回管线与公共蒸汽返回管线连接。真空泵和返回流量传感器被安置成配合每个加注机蒸汽返回管线(即单个真空泵和单个返回流量计与每个加注机关联)。蒸汽压力传感器被安置成配合仅一个加注机蒸汽返回管线，以提供指示燃料贮存罐中的压力的信号。来自返回流量传感器和蒸汽压力传感器的信号也被电传送到主控制器。

真空泵创建真空以通过喷嘴抽取蒸汽(燃料蒸汽或环境空气)并且最终将其抽取到燃料贮存罐中。返回流量计产生指示通过其关联的加注机蒸汽管线朝向燃料贮存罐的蒸汽返回流量的电信号。

该系统典型地还包括燃料水平传感器，其产生指示燃料贮存罐中的燃料水平的燃料水平信号。该信号也被传递到主控制器。已知燃料贮存罐中的燃料水平以及燃料贮存罐的容积，主控制器能够确定燃料贮存罐中的空余空间(燃料罐的未填充的量)。

在燃料从燃料贮存罐被加注到交通工具燃料罐时，燃料沿着一条路线移动而燃料蒸汽沿着相反的路线转移。燃料和燃料蒸汽是需要维持在安全水平的危险物质。燃料和燃料蒸汽与上文描述的加燃料系统的电气设备的组合是潜在危险的组合。下面描述用于降低该组合的危险的典型方法。

可以保护或者防止位于危险区域中的诸如传感器的电气装备释放足以点燃危险区域中的可燃燃料、蒸汽或微粒的能量。存在当保护驻留在危险区域中的装备时使用的数种保护方法。保护潜在危险装备的两个方法是使用防爆技术和本质安全技术。

通常在防爆装备中使高功率设备保持安全。该防爆装备通过利用防爆外壳降低爆炸的危险，该防爆外壳被设计为：如果危险蒸汽会进入高功率设备的外壳并且点燃，则该防爆外壳是足够坚固的，足以容忍爆炸。防爆装备的外壳被设计为以不会点燃周围气氛的方式冷却并排出燃烧产物。防爆装备典型地用于容纳诸如马达、泵等的高功率设备。用于防爆的设备的配线必须也维持在防爆管道中。需要该防爆装备的设备常常被称为防爆的设备或防爆设备。

本质安全技术利用本质安全(IS)装备来维持IS设备的安全性，该IS设备是如ANSI/ISA RP12.06.01-1995(R2002 Wiring Practices forHazardous(Classified)Locations Instrumentations Part I：IntrinsicSafety(formerly ANSI/ISA RP12.6-1995))限定的“在正常或异常条件下不能释放足以使特定危险气氛混合物在其最易点燃的浓度下点燃的电能或热能的装备和配线”。

诸如传感器的IS设备借助于诸如IS栅的IS装备保持安全，该IS栅是将递送到IS设备的功率量限制到低于点燃燃料、蒸汽或微粒的水平的电路。递送到IS设备的功率以及去往和/或来自IS设备的控制或测量信号必须通过IS栅。

本质安全性常常用于低功率设备，包括作为站内诊断系统的一部分的不同类型的探针和传感器。用于该些IS设备的配线必须与用于非IS设备的配线分离。因此该配线通常位于分立的管道中。

除了现代的燃料站必须维持关于其危险区域的某个安全水平的要求之外，还需要许多现代的零售燃料站维持站内诊断(ISD)以监控其燃料回收系统。诸如由联邦和地方政府颁布的II级蒸汽回收系统要求的提高的环境保护标准需要燃料站连续确定燃料回收系统是否适当工作。

当在燃料回收系统中内建蒸汽压力时，系统经由释放阀门将过度的蒸汽压力泄放到环境中。例如，需要燃料站包括如通过蒸汽回收系统及其传感器实现的诸如地下贮存罐中的燃料量、蒸汽压力和蒸汽流量的信息的监控，以减少散发到环境中。需要升级到II级蒸汽回收要求的燃料站必须实现包括传感器的各个部件，同时还实现所需用于维持这些部件的安全性的安全设备(防爆装备和IS装备)。如上文讨论的，这些传感器位于危险区域中，从而使这些传感器及其配线需要使用本质安全装备。如果燃料站是新建立的，则分立的地下IS管道可以容易地延伸以容纳所需的IS配线，以便保护传感器及其各自的配线。

相反地，在将II级站内诊断添加到不具有已安装的用于维持针对传感器的连接的安全性的IS管道的现有的燃料站时，必须切开路面和/或混凝土。换言之，在用于站内诊断的传感器被安装为改进型设备的情况中，不存在可用于容纳所需用于传感器的新的本质安全配线的分立管道。

为了在现有燃料站处实现站内诊断，安装者需要切开路面和/或混凝土，以将传感器及其位于例如地下蓄贮槽中的配线连接到能够运行用于站内诊断的过程的中央控制器所处的建筑物。关于该场所的安装成本将是高的并且可能超过系统自身的成本。

本发明的公开内容允许降低用于监控危险区域的站内诊断在需要改进安装的情况下的安装成本。

本发明的公开内容提出了一种用于将传感器信息从危险区域传递到位于危险区域外部的中央控制器的可替选的数据通信方法和设备。

附图说明

图1是用于维持诸如包括蒸汽回收系统和站内诊断系统的加燃料站的危险位置场所的安全性的背景技术的示例性示图。

图2是如应用到加燃料站的根据本发明的实施例的危险位置监视和/或控制系统的示例性示图。

图3是根据本发明的实施例的数据汇集器的示例性示图。

图4是根据本发明的两种类型的IS栅实施例的示例性示图。

具体实施方式

尽管本发明容许许多不同形式的实施例，但是此处将详细描述本发明的特定实施例，同时应理解本公开内容应被视为本发明的原理的例示而不是意欲将本发明限于所说明的特定实施例。

根据本发明，提供了一种允许位于危险区域中的设备和中央监视器/控制器设备之间的通信的系统、方法和装置。

本公开内容的实施例降低了需要本质安全技术的改进安装的用于监控危险位置的站内诊断系统的安装成本。

而且，在经由站内诊断监控危险位置时，本公开内容提供了增加的针对本地和远程以及集中式监视器/控制器的传感器信息通信能力。

本公开内容的优点的另一示例在于，可以在不必如传统系统所需的那样停止对加注机供电的情况下，通过所公开的数据汇集器局部地完成加注机的停用。换言之，数据汇集器可以仅使加注机的故障侧停用，同时允许从另一侧泵浦燃料。

图1说明了用于通过使用具有集成的IS栅14的中央监视器/控制器12经由站内诊断监控危险位置的传统系统10。该系统需要用于IS栅和任何待监视的IS设备18a～d之间的配线的IS管道16。

而且，图1说明了具有危险区域的燃料站的示例，该危险区域通常包括位于传感器18a～e周围的多个危险区域，其由这些相同的传感器18a～d监视。示出了燃料站的通用部件。易见燃料站建筑物20和两个燃料加注机22a、22b。燃料罐24及其潜水泵26位于地下。潜水泵26是可能爆炸的潜在危险的高功率设备的类型的示例。因此，泵26需要防爆装备。

如图1中说明的，防爆管道28包含在位于燃料站建筑物内部的电气仪表板29到加注机22a、22b所处的危险区域之间延伸的配线。潜在危险的设备典型地位于地下，其包括地下燃料罐24、泵26和IS设备18a～e。

图1说明了传统上实现中央监视器/控制器12之后的燃料站。中央监视器/控制器12执行站内诊断，以测量经由释放阀门39逸出加燃料系统的蒸汽回收系统而由此进入环境的汽油蒸汽量。当用户将汽油产品从汽油加注工具加注到他的交通工具中时，该蒸汽回收系统从交通工具的燃料罐收集汽油蒸汽。联邦、州、县、市和地方政府的许多监管机构，诸如环境署、空气资源委员会和卫生部已要求使用特定标准的装备将逸出到环境中的燃料蒸汽量保持在最低的水平。

如上文讨论的，该要求是II级蒸汽回收规范系统，其由每个汽油泵处的特殊喷嘴和共轴软管组成，用于在燃料添加过程期间从交通工具的燃料罐捕获蒸汽并且将蒸汽运送到燃料站的地下或地上贮存罐。如所示出的，并且如上文讨论的，本质安全类别的潜在危险的设备(诸如传感器18a～e)是蒸汽回收系统的一部分并且典型地位于燃料加注机22a、22b下面。为了在维持规定的安全水平的同时通过使用这些传感器18a～e执行站内诊断，该背景技术使得有必要安装额外的IS管道16。该额外的IS管道16容纳用于将中央监视器12耦合至传感器18a～d的IS配线。IS管道16还使电力线路52(图2)与IS管道16中的电气装备隔离。在改进情况中，需要进行大量的路面和/或混凝土30切开作业以安装额外必要的IS管道16。

图2说明了本发明的实施例40。系统40包括数据中央控制器56、数据汇集器50a～c和电力线路52。该电力线路向系统提供电力并且还提供数据汇集器50和中央控制器56之间的通信链路。

系统40可以具有位于每个加注机22a、22b处的数据汇集器50(50a、50b)以及数据汇集器50c，数据汇集器50c位于地下靠近泵26或者在任何其他位置，例如地下、燃料站建筑物60处、加注机22外部等，只要保持数据汇集器的功能即可。

燃料站建筑物60可以容纳中央监视器/控制器56，该中央监视器/控制器56被配置为经由耦合至数据汇集器50的电力线路52接收传感器信息。数据汇集器和电源100之间的电力线路52位于防爆管道54中。电源100典型地位于燃料站建筑物60处。

例如，系统40的操作包括传感器18a传递信息通过IS栅70(图3)。来自IS栅70的传感器信息可以通过数据汇集器50进行处理。数据汇集器50经由电力线路连接52向中央控制器56发送该传感器信息用于站内诊断。这样，需要较少的路面和混凝土破开作业用于将传感器信息从传感器18a耦合至数据汇集器50a。由于要实现IS管道，背景技术需要更多的路面和混凝土破开作业用于将传感器信息从传感器耦合至如图1中所示位于燃料站建筑物60处的IS栅。

诸如蒸汽压力传感器信息和燃料水平传感器信息的其他信息也可以经由数据汇集器50和电力线路52的实施例被发送到燃料站建筑物60处的中央控制器56。需要IS栅的潜在危险的设备包括蒸汽流量计传感器、蒸汽压力传感器和燃料罐水平传感器(IS设备)。这些设备典型地位于与燃料加注机或燃料罐关联的蓄贮槽中。该些蓄贮槽典型地位于危险区域中。

在图2中说明的实施例中，由燃料加注机(22a、22b)壳体容纳危险位置数据汇集器50。在保持数据汇集器的功能的前提下，危险位置数据汇集器50可以位于诸如地下、燃料站建筑物60处、加注机22外部等的系统中的其他位置，从而使传感器信息经由电力线路52从传感器传送到中央监视器/控制器56。中央监视器/控制器示出在燃料站60中。中央监视器/控制器56可以安置在其他位置，只要其包括用于经由电力线路52从例如传感器18a接收传感器信息的诸如电力线路通信(PLC)调制解调器(图3)的PLC调制器80。

如图3中说明的，数据汇集器50的一个实施例包括诸如PLC调制解调器80的PLC调制器、至少一个本质安全栅设备70、本地控制器90、通信线路接口300和电力线路接口200。PLC调制解调器800调制通过例如传感器18a接收的传感器信息，从而使该传感器信息可以在电力线路52上被发送到中央监视器/控制器56。PLC调制器包括模拟和/或数字调制器。诸如PLC调制解调器80的PLC调制器被配置为传递电力线路协议，诸如家用电源线命令和控制标准(Homeplug Command and Controlstandard，HPCC)。

Yitran Communications Ltd.公司生产HPCC技术，该HPCC技术也由Renesas Technology公司许可并且也可以通过本发明的实施例实现。PLC调制器可以在通过本地控制器90对传感器信息进行处理或控制之前或之后对信号执行调制。

可替选地，本地控制器90不需要成为数据汇集器50的一部分。换言之，传感器信息可以通过IS栅70调整并且在未进行任何进一步的处理的情况下通过诸如PLC调制解调器80的PLC调制器调制，并且随后经由电力线路接口200通过调制解调器80传送。随后可以在中央监视器/控制器56处处理经调制的传感器信息。

数据汇集器50的其他实施例可以具有存在于分立壳体中的内部描述的功能。其他实施例可以包括危险位置数据汇集器中的额外设备，诸如如下任何一个或多个设备：存储设备、其他栅设备、指示器、诊断接口、其他接口、空气或蒸汽(A)和液体(L)比(A/L比)计算过程、燃料罐空余量压力数据采样过程等。

可替选地，多个数据汇集器50中的一个或多个可以在执行站内诊断时具有中央监视器/控制器56的处理功能，从而不需要用于系统40的远程中央监视器/控制器。而且，在传感器信息经由电力线路52传递的前提下，站内诊断处理可以分布在数据汇集器50和中央监视器/控制器56的任何组合之中。

另外的实施例可以具有如下危险位置数据汇集器50，该危险位置数据汇集器50是独立设备或者是诸如模块的可以插入到另一设备中和/或可以根据惯例(包括经由集中式或分布式网络方案)以通信方式耦合至中央监视器/控制器56的设备。

图2说明了中央监视器/控制器56的一个实施例。中央监视器/控制器56的其他实施例可以具有与诸如所说明的PLC调制解调器的PLC调制器容纳在一起的中央监视器/控制器56。而且，中央监视器/控制器56和PLC调制解调器之间示出的通信链路可被移除并且设备之间的所有通信可以在电力线路59上发生。

图4说明了根据本发明的IS栅70的两个实施例70a、70b。这些电路可用于限制去往传感器18a～e的电压和电流，从而如果达到任何危险电流水平，则传感器电路将经由例如熔丝维持安全水平。

如本领域的普通技术人员可以认识到的，其他实施例可以具有安置在危险位置数据汇集器50外部的IS栅70。

Claims (24)

1.一种危险位置数据汇集器，其被配置为将传感器信息从加燃料系统的传感器设备传递到所述加燃料系统的远程控制器设备，所述传感器设备位于危险区域中，远程控制器位于非危险区域中，所述危险位置数据汇集器包括：

本地控制器，其耦合至本质安全栅；

通信线路接口，其被配置为使所述加燃料系统的所述传感器设备经由所述本质安全栅与所述本地控制器耦合；

电力线路通信调制器，其被配置为调制经由电力线路接口的通过所述本地控制器获得的传感器信息，所述电力线路接口被配置为使电源与所述电力线路通信调制器耦合；

其中所述电力线路接口被配置为将通过所述本地控制器获得的传感器信息传递到所述加燃料系统的所述远程控制器设备。

2.如权利要求1所述的危险位置数据汇集器，其中所述远程控制器被配置为从多个传感器设备接收传感器信息。

3.如权利要求1所述的危险位置数据汇集器，其中所述本地控制器或所述远程控制器中的任何一个进一步包括站内诊断模块。

4.如权利要求1所述的危险位置数据汇集器，进一步包括停用单元，其被配置为在不必停止对所述加燃料系统的加注机供电的情况下，使所述加注机的故障单元停用。

5.如权利要求1所述的危险位置数据汇集器，其中所述传感器信息包括来自流量计传感器、蒸汽压力传感器和燃料罐水平传感器之一的信息。

6.如权利要求1所述的危险位置数据汇集器，其中所述汇集器被配置为以通信方式耦合至远程控制器设备。

7.如权利要求1所述的危险位置数据汇集器，其中所述汇集器被装入防爆栅并且耦合至所述电力线路接口的电力线路被装入防爆管道。

8.如权利要求1所述的危险位置数据汇集器，其中所述电力线路接口支持电力线路通信协议。

9.一种危险位置数据接收器，其被配置为从加燃料系统接收传感器信息，所述加燃料系统的至少一部分位于危险区域中，所述危险位置数据接收器包括：

处理器，其被配置为从位于所述危险区域中的传感器设备接收传感器信息，所述传感器设备耦合至本质安全栅，所述本质安全栅被配置为将所述传感器设备的电能维持在安全水平内，所述处理器进一步被配置为处理传感器信息以便于产生站内诊断；

电力线路通信调制解调器，其耦合至所述处理器，并且被配置为对所述传感器信息调制；

电力线路接口，其被配置为使电源与所述电力线路通信调制解调器耦合，其中所述电力线路接口耦合至电力线路，所述电力线路被部分封装在用于位于所述危险区域中的所述加燃料系统的部分的防爆管道中。

10.如权利要求9所述的危险位置数据接收器，其中所述接收器被配置为从多个传感器设备接收传感器信息。

11.如权利要求9所述的危险位置数据接收器，进一步包括站内诊断模块。

12.如权利要求9所述的危险位置数据接收器，进一步包括停用单元，其被配置为在不必停止对所述加燃料系统的加注机供电的情况下，使所述加注机的故障单元停用。

13.如权利要求9所述的危险位置数据接收器，其中所述传感器信息包括来自流量计传感器、蒸汽压力传感器和燃料罐水平传感器之一的信息。

14.如权利要求9所述的危险位置数据接收器，其中所述接收器被配置为以通信方式耦合至所述加燃料系统的预先存在的中央监控器。

15.一种将传感器信息从加燃料系统的位于危险区域中的传感器传递到所述加燃料系统的远程控制器设备的方法，远程控制器位于非危险区域中，所述方法包括：

维持用于将源自所述危险区域中的所述传感器的传感器信息耦合至所述非危险区域中的本地控制器的电路的本质安全性；

使位于危险区域中的一部分电力线路是防爆的，所述电力线路被配置为对所述加燃料系统的至少一个部件供电；

经由所述电路将传感器信息从所述传感器传递到所述本地控制器；

经由耦合至所述电路的本质安全栅在所述本地控制器处接收传感器信息；

经由所述电力线路将传感器信息从所述本地控制器发送到远程控制器。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括利用所述本地控制器改进所述加燃料系统。

17.如权利要求15所述的方法，进一步包括向集中式监控器发送传感器数据。

18.如权利要求15所述的方法，进一步包括执行所述加燃料系统的站内诊断。

19.如权利要求15所述的方法，进一步包括在不必停止对所述加燃料系统的加注机供电的情况下，使所述加注机的故障单元停用。

20.一种危险位置数据汇集器，其被配置为将传感器信息从加燃料系统的位于危险区域中的传感器设备传递到所述加燃料系统的远程控制器设备，远程控制器位于非危险区域中，所述汇集器包括：

用于维持将源自所述危险区域中的所述传感器的传感器信息耦合至所述非危险区域中的本地控制器的电路的本质安全性的装置；

用于使位于危险区域中的一部分电力线路是防爆的装置，所述电力线路被配置为对所述加燃料系统的至少一个部件供电；

用于经由所述电路将传感器信息从所述传感器传递到所述本地控制器的装置；

用于经由耦合至所述电路的、用于维持所述电路的本质安全性的装置在所述本地控制器处接收传感器信息的装置；和

用于经由所述电力线路将传感器信息从所述本地控制器发送到远程控制器的装置。

21.一种用在对于用于向交通工具递送燃料的加燃料系统中的监控系统，所述加燃料系统包括燃料加注机壳体和II级蒸汽回收系统，所述蒸汽回收系统包括本质安全蒸汽流量传感器和本质安全蒸汽压力传感器，所述监控系统适用于监控所述蒸汽流量传感器和所述蒸汽压力传感器，所述监控系统包括：

控制器；

电力线路，其向所述控制器供电；和

数据汇集器，其安置在所述加注机壳体中并且耦合至所述电力线路，所述数据汇集器被配置为从所述传感器接收信息并且将接收的信息传递到所述控制器，所述数据汇集器包括用于将所述数据汇集器以通信方式耦合至所述传感器的本质安全栅和以通信方式耦合在所述本质安全栅和所述电力线路之间的电路，该电路用于从所述传感器接收电信号并且在所述电力线路上将接收的信号传送到所述控制器。

22.一种用在对于用于为交通工具加燃料的加燃料系统中的数据汇集器，所述加燃料系统包括控制器、位于危险区域中的本质安全传感器和向所述控制器供电的电力线路，所述数据汇集器耦合至所述电力线路并且被配置为将信息从所述传感器传递到所述控制器，所述汇集器包括：

本质安全栅，其用于将所述数据汇集器以通信方式耦合至所述传感器；和

以通信方式耦合在所述本质安全栅和所述电力线路之间的电路，所述电路用于从所述传感器接收电信号并且在所述电力线路上将接收的信号传送到所述控制器。

23.如权利要求22所述的汇集器，其中所述加燃料系统包括燃料加注机壳体并且所述数据汇集器位于所述加注机中。

24.如权利要求22所述的汇集器，其中所述电路包括耦合至所述本质安全栅的本地控制器，所述本地控制器耦合至电力线路通信调制器，所述电力线路通信调制器被配置为将信息从所述传感器传递到所述控制器。

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