CN103718121A - 用于压力安全设备的无线监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了用于压力安全设备的无线监控系统。示例性无线监控系统包括现场设备和无线收发器，所述无线收发器耦接到现场设备以接收由现场设备产生的信号。无线收发器具有独立的电源模块。无线接口通信地耦接到无线收发器，无需插入式本质安全型屏障面板。无线接口无线地接收来自无线收发器的信号。
Description
技术领域
本发明涉及压力安全设备，并更具体地，涉及用于压力安全设备的无线监控系统。
背景技术
过程控制系统使用多种现场设备以控制和／或监控过程参数。例如，密闭容器中的流体压力是在过程控制系统中通常监控的参数。泄压阀和爆破片通常作为安全设备以防止密闭容器中的流体(例如液体，气体，流体动力)过压或欠压。例如，当密闭容器中流体的操作压力超过泄压阀的压力额定值时，泄压阀能够释放密闭容器中的压力。爆破片是传感器，其提供压力正在从密闭容器释放的信号或指示(例如，通过泄压阀，通过爆破片直接排向大气等)。
监控设备通常硬接线到控制系统。但是，将监控设备硬接线到控制系统的成本显著增加。此外，在危险条件或区域中使用监控设备需要本质安全型(IS)电源模块或面板，所述电源模块或面板向监控设备的传感器提供电源。然后所述面板硬接线到位于不危险区域中的控制系统。这样的结构使得成本显著增加。
发明内容
一个示例性无线监控系统包括现场设备和无线收发器，所述无线收发器耦接到现场设备以接收由现场设备产生的信号。所述无线收发器具有独立的电源模块。无线接口通信地耦接到无线收发器，而无需插入式本质安全型屏障面板。所述无线接口无线地接收来自无线收发器的信号。
监控系统的示例性方法包括通过现场设备监控过程流体的流体特性，并且通信地将现场设备耦接到无线收发器，所述无线收发器提供在危险位置中使用的本质安全型认证。所述方法还包括通过无线收发器发送由现场设备产生的信号到无线接口，而无需使用本质安全型屏障。
示例性无线现场设备组件包括现场设备，所述现场设备包括用于监控过程流体的流体参数的传感器。当所述流体参数大于或小于预设值时，所述传感器产生电信号。无线收发器耦接到现场设备，并且具有独立的电源模块以提供在危险条件下使用的本质安全型认证。所述无线收发器具有第一离散输入端以接收由现场设备的传感器产生的电信号，并且所述无线收发器传送接收到的电信号到无线接口，而无需插入式本质安全型面板。在另一方面，波形弹簧可使所述密封环朝所述球元件偏置，且所述波形弹簧可设置在形成于所述密封环中的凹槽中。
附图说明
图1描述已知的监控系统。
图2描述了根据本公开教导的示例性无线监控系统的方框图。
图3描述了本文描述的示例性无线监控系统。
图4描述了在此公开的示例性无线监控系统的示例性实施方法的流程图。
具体实施方式
在此描述的例子涉及用于无线地监控过程系统的压力安全设备的方法和装置。更具体地，在此描述的示例性无线监控系统采用本质安全型，供电的无线接口或发射器(例如收发器)，该发射器可以耦接到在危险条件或环境中使用的监控设备的传感器。因此，在此描述的示例性无线监控系统不需要将传感器接线到本质安全型面板，例如所述本质安全型面板插入控制室和压力安全设备的传感器之间。本质安全型(IS)是在危险区域中，例如石油化工行业中的易爆或易挥发环境，用于具有电子器件的设备的安全操作的保护性认证。称为“本质安全型”的设备被设计和认证以消除或封装产生火花或可以产生足够的热量使得具有易燃气体、粉尘或燃料等的区域着火的任何器件。
在此描述的示例性监控系统包括耦接到无线接口或发射器或收发器的传感器，所述传感器监控流体的流体特性或参数(例如流体的压力)。所述无线发射器或收发器可以直接耦接传感器和／或可以相对远程地耦接传感器。例如，当由所述传感器感测的流体参数大于或小于(例如在期望范围外)预设或预定的参数值时，所述传感器产生电信号。所述无线发射器广播和／或传播由传感器产生的信号到网关，所述网关配置从无线发射器接收的信号，并且通过，例如，一个或多个数据总线(以太网、Modbus等)发送配置的信号到控制系统或监控设备。特别地，无线发射器具有本质安全型电源模块，所述本质安全型电源模块传送无线信号到控制系统的无线接口，而无需本质安全型面板。在此公开的示例性无线发射器具有在危险位置或区域中使用的本质安全型认证。因此，在此描述的示例性监控系统不需要将传感器硬接线到本质安全型屏障或面板。此外，在此描述的示例性监控系统包括无线现场设备接口，所述无线现场设备接口不需要本质安全型屏障或面板以及与其相关的成本。此外，无线接口或网关允许无线发射器通过OPC、Modbus、以太网或485串口通信，而无需离散输入卡。
图1示出了在危险环境104中使用的过程系统102的已知的监控系统100。更具体地，利用硬接线通信网络106来实现监控系统100。一般来说，通信信道、链路和路径通常统称为通信网络，其使得监控系统100能够在过程系统102中运转。如图1所示，监控系统100包括传感器108(例如爆裂传感器)，该传感器耦接到容器或压力容器110以感测容器110内的流体压力(例如液体、气体等)。在危险用途中(例如石油化工行业、炼油行业、电力行业、纸浆与造纸行业等)，该传感器108通过本质安全型终端屏障面板112来供电。所述屏障面板112提供在危险(例如易爆炸)环境或条件下用于安全操作电子器件的保护性认证。如图1所示，传感器108通过导线114连接到屏障面板112。相应地，屏障面板112通过导线116和118通信地耦接到警报器120和／或控制器122，所述警报器和／或控制器位于远离传感器108的位置。例如，所述警报器120和／或控制器122位于非危险位置124(例如，过程工厂的控制室)。因此，当所述监控系统100在危险用途中使用时，所述监控系统100需要从传感器108到屏障面板112以及从屏障面板112到控制器122(例如，控制室)安装导线和管道。
然而，安装硬接线通信网络通常是昂贵的，特别是与大型工业厂房或设施相关的通信网络106的情况下，所述厂房或设施分布在相对较大的区域和／或容器具有相对较大的高度。在许多情况下，与通信网络106相关的接线可能跨越相当长的距离和／或穿过很多结构(例如墙壁、建筑物、设备等)、在很多结构下面或在很多结构周围。安装这种长线路通常涉及大量的劳动力，并因此需要大量的费用。此外，由于引起不可靠通信的线路阻抗和耦合的电子干扰，使得安装这种长线路特别容易受到信号衰减的影响。
在一些例子中，已知的无线通信网络包括相关联的硬件和软件，提供点对点或直接通信路径，所述路径在安装期间被选择并在随后系统的操作过程中被固定。在这些已知的无线通信网络中建立固定的通信路径通常包括一个或多个专家执行昂贵的现场勘查，现场勘查使得专家能够确定收发器以及其他通信设备的类型和／或位置。此外，通过点对点通信路径提供的信号可能被阻塞或衰减，并因此不能有效地传送到接收器或控制器，因此降低了监控系统的准确性和可靠性。此外，这些已知的无线通信网络通常缺乏本质安全型无线设备，并因此通常需要使用本质安全型终端屏障面板112，以提供电源和／或与在危险条件或环境中使用的现场设备或传感器通信。
图2示出了部分过程控制系统200的方框图，过程控制系统200包括在此描述的示例性无线通信网络202。如图2所示，部分过程控制系统200包括多个无线现场设备204和206。每个无线现场设备204和206包括各自的现场设备或传感器208和210，以及无线现场设备接口212和214(例如无线收发器)。所述无线现场设备接口212和214广播或传送由各自的现场设备208和210(例如传感器)产生的信号。一般来说，无线现场设备接口212和214通过至少一个无线接口218(例如网关)通信地耦接到控制系统216。无线接口218可以作为通信集线器。无线接口218可以通过例如以太网连接220，Modbus以太网连接222，R485串口连接224和／或任何其他适合的连接通信地耦接到控制系统216。无线接口218还可以支持或利用通信标准和协议等，例如本地接口226、modbus串口228、远程接口230、ModbusTCP／IP232、Delta V或AMS234、OPC236和／或任何其他适合的通信标准或协议。
无线现场设备204可以是非智能型现场设备(例如传感器)，所述非智能型现场设备用于执行与其他类似激活的无线现场设备的无线通信，所述无线现场设备是例如无线现场设备210和／或诸如无线接口218的一个或多个无线接口)。具体地说，每个无线现场设备204和206可以配置为通过一个或多个无线通信信道，路径或链路238，240和242通信。因此，每个无线现场设备204和206可以通过多个或冗余通信路径238，240，和242与无线接口218通信。一般来说，现场设备208和210各自的无线现场设备接口212和214可以用于形成网状网络的一个或多个无线现场节点244。这些无线现场节点244可以位于远离控制系统216的位置。例如，第一无线现场设备接口212可以是网状网络的第一现场节点以及第二无线现场设备接口214可以是网状网络的第二现场节点。每个无线现场设备接口212和214可以包括无线通信接口电路以发送由各自的现场设备208和210产生的信号，和／或通过无线接口218接收来自控制系统216的信号。通过天线246，无线现场设备接口212和／或214可以通过无线电信号和／或任何所需无线通信标准或协议进行通信。
图3描述了图2中示例性无线通信网络202的一部分，图2的示例性无线通信网络202通过无线现场设备或具有危险过程流体的过程控制系统302的监控系统300实现。图3的无线监控系统300包括现场设备304，所述现场设备通过第一离散输入端308(例如简单的开关或干接点输入端)耦接到无线现场设备接口或无线收发器306。无线收发器306还可以包括多个离散输入端以接收多个现场设备。在所示出的例子中，无线收发器306包括第二输入端310以接收第二现场设备(未示出)。
如图3所示，无线监控系统300布置在危险位置或区域312。此外，无线收发器306提供在危险条件下使用的本质安全型认证。无线收发器306是自供电的发射器，其具有独立的电源模块(例如，电池组)。例如，无线收发器306可以是由Rosemount公司制造的Rosemount702无线发射器。不同于图1中的已知的硬接线监控系统100或已知的无线网络，所述无线监控系统300不需要使用本质安全型屏障面板(例如，图1中的屏障面板112)。
无线收发器306通信地耦接到无线接口或网关314。网关314通过连接部分318耦接到控制系统316(例如，主机系统，控制器，警报器或其他系统)。例如，控制系统316可以在控制室中，所述控制室位于非危险位置320。此外，与图2中的无线现场设备204和206类似，无线监控系统300可以是网状网络(例如，完整或部分网状拓扑结构)的节点，并且能够同时与过程系统302中的其他无线激活的现场设备和／或无线接口通信。
示例性例子的现场设备304是爆裂传感器322。爆裂传感器322耦接在各自的管道328和330的法兰324和326之间。爆裂传感器322感测或监控容器或流体密闭容器332中的流体的压力(例如流体参数或特性)。所述爆裂传感器322包括细丝334，当容器322中的压力大于所需设定点压力(例如，预设参数或值)时，所述细丝从连接或啮合位置336移动到脱离或破裂位置338(以虚线示出)。因此，爆裂传感器322具有开关传感器(未示出)，所述开关传感器通过导线340电耦接到无线发射器306的离散输入端308。物理连接可以提供螺丝接线端，插拔式接头(例如，排母或排公)，绝缘位移接头和／或任何其他所需类型的电连接器。例如，Rosemount702无线发射器可以通过相应的第一和第二离散输入端接收来自一个或两个单刀单掷开关的输入。在其他例子中，爆裂传感器322和无线发射器306可以是整体结构。一旦耦接到现场设备304，代表无线发射器306的标签或网络ID通过网关314在操作界面或控制系统316中分配，从而通过控制系统316可以监控特定的现场设备304或爆裂传感器322。
在操作中，当爆裂传感器322在连接位置336时，电路是完整的或闭合的。闭合的电路或开关生成逻辑为真的输出信号。无线发射器306通过无线通信路径342和／或过程系统302中的其他激活的无线现场设备广播逻辑为真的输出信号到网关314。相反地，该网关314传送相同的内容给控制系统316。当爆裂传感器322在破裂位置338(例如，当容器332中的压力大于爆裂传感器322的破裂额定值时)时，所述电路不完整或断开。断开电路或开关驱动逻辑错误输出信号。无线收发器306通过无线通信路径342广播和／或传送错误输出信号(例如，断开和闭合信号)到网关314。相反，网关314传送信号到控制系统316，所述控制系统可以提供警报或指示给操作员，与爆裂传感器322相关的爆破片已经破裂。例如，可以通过例如HARTTM或Modbus标签来取代离散输入端以监控由无线收发器306提供的无线信号。虽然没有示出，在其他例子中，现场设备304或传感器可以耦接到安全泄压阀以检测流体压力的释放。
图4描述了示例性过程400的流程图，所述过程可以用于实施在此公开的示例性无线监控系统。示例性过程400首先通过使用现场设备监控流体特性或参数(例如，流体压力)(步骤402)。例如，现场设备可以监控流体密闭容器中的流体压力，并且配置为当流体特性或参数偏离预设值时产生信号(步骤404)。例如，现场设备可以包括传感器，例如爆裂传感器(例如，图3中的爆裂传感器322)，其具有细丝，当流体密闭容器中的压力大于预定压力值时所述细丝移动到破裂位置。通过检测细丝移动到破裂位置，现场设备产生电信号。
耦接到现场设备的无线发射器或收发器接收或检测所产生的信号(步骤406)。例如，现场设备可以通过导线耦接到无线收发器。在这个例子中，无线发射器通过独立的电源模块供电，以提供在危险位置中使用的本质安全型认证，而不需要本质安全型屏障。
相反，无线收发器广播所产生的信号(步骤408)。例如，无线收发器通信地耦接到无线接口，并且无线地发送所产生的信号到无线接口。例如，无线接口可以是网关。
在一些例子中，控制系统从无线接口接收所产生的信号(步骤410)。例如，无线接口可以通信地耦接到控制系统以提醒在控制室中操作者所产生的信号。在一些例子中，控制系统可以位于非危险位置(例如，控制室)，并且现场设备和无线收发器可以位于危险位置。
虽然在此已经描述了某些示例性方法，设备和制造产品，但是本发明覆盖的范围并不限于此。相反，本发明覆盖在字面上或者等同原则下完全落入所附权利要求范围内的所有方法，设备和制造产品。
Claims (19)
1.一种无线监控系统，包括：
现场设备；
无线收发器，其耦接到所述现场设备以接收由所述现场设备产生的信号，所述无线收发器具有独立的电源模块；以及
无线接口，其通信地耦接到所述无线收发器，无需插入式本质安全型屏障面板，所述无线接口无线地接收来自所述无线收发器的所述信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述现场设备用于监控流体密闭容器中的流体压力。
3.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述无线收发器具有第一离散输入端以接收所述信号。
4.根据前述任一权利要求所述的系统，还包括通信地耦接到所述无线接口的控制系统。
5.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述控制系统位于非危险位置，所述现场设备和所述无线收发器位于危险位置。
6.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述现场设备是耦接在相应管道的法兰之间的爆裂传感器。
7.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述爆裂传感器具有细丝，当所述流体密闭容器中的压力大于期望的设定点压力时，所述细丝从啮合位置移动到脱离位置，其中，所述细丝移动到所述脱离位置使得所述传感器产生所述信号。
8.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，所述爆裂传感器包括开关传感器，当所述细丝移动到所述脱离位置时将所述信号电子地发送到所述无线收发器的所述离散输入端。
9.根据前述任一权利要求所述的系统，其中，无线现场设备接口还包括多个离散输入端以通信地耦接到多个现场设备。
10.根据前述任一权利要求所述的系统，还包括耦接到多个现场设备的多个无线收发器，所述多个无线收发器中的一个无线收发器通过一个或多个无线通信信道与所述多个无线收发器中的另一个无线收发器无线地通信以形成网状网络。
11.一种监控系统的方法，包括：
通过现场设备监控过程流体的流体特性；
将所述现场设备通信地耦接到无线收发器，所述无线收发器提供在危险位置中使用的本质安全型认证；以及
通过所述无线收发器将由所述现场设备产生的信号发送到无线接口，而无需使用本质安全型屏障。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述无线接口通信地耦接到控制系统。
13.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，监控所述流体特性包括通过将爆裂传感器耦接到流体密闭容器来监控所述流体密闭容器内的过程流体的压力，所述爆裂传感器具有细丝，当所述流体密闭容器中的所述压力大于预定压力值时，所述细丝移动到破裂位置。
14.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括当所述细丝移动到所述破裂位置时将所述信号电子地发送到所述无线收发器。
15.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括通过独立的电源模块为所述无线收发器供电。
16.根据前述任一权利要求所述的系统，还包括将所述控制系统布置在控制室中，所述控制室位于非危险位置，并且将所述现场设备和所述无线收发器布置在危险位置。
17.一种无线现场设备组件，包括：
现场设备，其包括用于监控过程流体的流体参数的传感器，当所述流体参数大于或小于预设值时，所述传感器产生电信号；以及
无线收发器，其耦接到所述现场设备，所述无线收发器具有独立的电源模块，以提供在危险条件下使用的本质安全型认证，所述无线收发器具有第一离散输入端以接收由所述现场设备的所述传感器产生的所述电信号，所述无线收发器将所接收的电信号通信到无线接口，而无需插入式本质安全型面板。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述现场设备包括爆裂传感器。
19.根据前述任一权利要求所述的设备，其中，所述爆裂传感器用于监控流体密闭容器内的过程流体的压力，并且其中，由所述现场设备产生的所述电信号用于指示所述流体密闭容器内的所述压力大于期望的设定点压力。
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