CN113389791A - 现场设备用的紧固装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于过程自动化的自主现场设备，其具有传感器、无线模块和将现场设备固定在壁上的紧固装置，且其特征在于，紧固装置具有至少两部分设计，并且被形成为使得紧固装置的第一传感器侧部分可以从壁的第一侧安装，并且紧固装置的第二部分可以从壁的第二侧安装，其中，紧固装置的各部分形成穿过壁的机械第一接口以由此将现场设备固定在壁上。

Description

现场设备用的紧固装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于过程自动化的现场设备用的紧固装置。
背景技术
现有技术中已知用于现场设备的各种紧固装置。在很多情况下，使用标准化过程连接将现场设备紧固在计量环境中。
过程连接被定义为在过程环境中用于布置现场设备或传感器的机械接口。已知的过程连接包括各种螺纹连接和法兰，通过这些螺纹连接和法兰能够将现场设备布置在过程环境中。为此，现场设备例如被拧入诸如罐、筒仓或管道组件等容器的壁中，或者接合至与这些容器相连的法兰。
在该情况下，术语“现场设备”包含与生产过程直接相关的各种技术设备。在该情况下，“现场”是指控制中心外部的区域。那么现场设备可以特别是致动器、传感器和换能器。
在过程自动化技术中，经常使用用于检测和/或影响过程变量的现场设备。这种现场设备的示例是用于检测相应的过程变量料位、限位或压力的料位测量仪、限位测量仪和带传感器的压力测量装置。
自主现场设备的特点为组装特别简单，无需连接通信线路或供电线路，且因此为自主现场设备的布置(例如，特别是他们在过程环境中的布置)提供了特别灵活的选择。根据本申请的自主现场设备的特征在于传感器电子器件、无线模块、电源和用于记录过程变量的至少一个传感器。
由这些现场设备记录的计量读数通常被传输至云，例如被传输至使用窄带无线技术(LoRa、Sigfox、NB-IOT)的万维网上的服务器。这种现场设备的典型应用场景包括诸如洪水预测、库存管理以及其他分散式、分布式计量任务等领域。
现有技术还已知具有金属壳体和带天线的无线模块的用于过程自动化的现场设备。
通常，这些现场设备连接至上级单元，例如导向系统(guidance system)或控制单元。这些上级单元用于过程控制、过程可视化和/或过程监视。
现场设备经常与金属壳体一起使用，这是因为金属壳体的机械强度和对环境影响的抗性。当在可爆炸环境中使用现场设备时，这种现场设备必须满足特殊要求，而这些特殊要求也要求使用金属壳体。例如，对于防爆型“隔爆封装”(Exd)而言，不允许现场设备的壳体因壳体内的爆炸压力而破裂，这通常是由具有金属设计的壳体来实现的。对于防爆型“隔爆封装”而言，能够触发例如易燃气体点火的部件被安装在可承受爆炸压力的壳体中。壳体的开口被设计为防止爆炸被传播到外部。由于壳体的所有封闭件和馈通孔(feed-throughopening)必须根据这种防爆型进行设计，因此一部分需要复杂设计。
例如，从现有技术已知使用无线模块会使现场设备的操作和参数编程更容易。使用无线模块进行操作和参数编程会简化操作人员的现场工作，这是因为不需要例如因参数编程而打开现场设备，并且为此，在可爆炸环境中可以不需要完全停用。
然而，无线模块的使用与由金属制成的壳体相矛盾。如果无线发送器/接收器与现场设备的其余传感器电子设备(例如料位传感器)一起位于传感器壳体内，则金属壳体壁会阻止电磁波的传播，从而阻止所需的无线连接。
因此，从现有技术中已知为金属壳体配备玻璃窗，该玻璃窗用于所安装显示器的可读性，并且同时还允许无线连接通过玻璃窗进行。但是，人们认为不利的是这种无线连接受到强烈的定向作用，并且因此只能受限地使用。
还已知的是，使用在电缆套管(cable gland)内被引导的同轴电缆来引导通信信号穿过壳体并且将该信号馈送给壳体所附接的外部天线。人们认为不利的是，现场设备壳体需要额外的电缆套管并且必须具有适当的防爆设计。
越来越多的计量任务需要将自主现场设备布置在直接过程环境中，而无需复杂的过程连接。特别是对于由金属制成的过程容器(process vessel)而言，这会导致无线通信问题，因为过程容器的金属阻止了用于无线连接的电磁波的传播。当前，当将具有无线模块的现场设备(特别是传感器)安装在金属罐内部时，必须安装通向外部天线的馈通(feed-through)以传输传感器数据。在这种情况下，不能使用自主现场设备，或者需要从过程容器内部通过电缆套管提供天线电缆。这需要用于传感器、该电缆套管和天线本身的固定器。此外，天线必须使用电缆连接至传感器。然而，在自主现场设备上通常未指明相应的天线连接。
发明内容
本发明的目的在于以仍然能够灵活布置现场设备的方式来改善用于自主现场设备的紧固装置。
在表现出权利要求1的特征的现场设备中得以实现此目的。
根据本发明的用于过程自动化的现场设备，其具有传感器、无线模块和用于将现场设备固定在壁上的紧固装置，且其特征在于，紧固装置具有至少两部分设计，并且被形成为使得紧固装置的第一传感器侧部分可以从壁的第一侧安装，并且紧固装置的第二部分可以从壁的第二侧安装，其中，紧固装置的各部分形成穿过壁的机械第一接口以由此将现场设备固定在壁上。
因此，根据本发明的自主现场设备可以通过(例如，要在其上布置现场设备的容器的)壁中的开口而将该自主现场设备的紧固装置紧固。为了进行紧固，紧固装置的第一部分布置在壁的一侧，例如容器内部，并且紧固布置的第二部分布置在壁的相对侧，例如容器外部。利用由紧固装置的各部件形成的机械接口，以使现场装置被紧固在壁上的方式将紧固装置的两部分彼此接合。
无线信号可以通过开口从壁的一侧传播到壁的另一侧，从而实现现场设备的无线通信。
在现场设备的实施例中，紧固装置的至少一部分被设计成至少部分地穿过壁。这意味着，在横截面图中，在现场设备的安装状态下，紧固装置的该部分至少部分地形成为与壁重叠。优选地，穿过壁的部分一直延伸到壁的相对侧，换言之，紧固装置的布置在传感器侧的第一部分延伸至布置有紧固装置的第二部分的壁的那侧。
例如，当现场设备的传感器布置在金属容器(例如，金属罐)的内部时，本实施例提供了一种将现场设备的无线模块的天线布置在紧固装置的穿过壁的部分中的选择。以这种方式，使现场设备的无线通信的天线位于金属容器的外部，从而实现无线通信。
当紧固装置的传感器侧部分的一部分至少部分地上形成为现场设备的壳体时，可以实现特别巧妙的设计。以这种方式，紧固装置可以形成为与壳体一体化，紧固装置优选地形成为单个部件。
以这种方式，除了无需额外密封来确保现场设备的密封性这一事实外，还能够实现直接制造。
紧固装置的部件还可以形成用于信号和/或电力传输的第二接口。以这种方式，除信号和/或电力传输外，紧固装置的两部分的机械连接也是可能的。
以这种方式，例如，现场设备的显示模块和/或操作模块可以布置在壁的背离传感器的一侧上，即，特别是布置在容器的外部。以相同的方式，可以布置用于向容器外部的现场设备供电的为电池或蓄电池、能量收集模块或其他合适方式的形式的能量供应装置。
用于信号传输的接口还能够使得在壁的背离传感器的一侧(即，特别是在容器的外部)布置现场设备的天线或现场设备的天线和无线模块。这也使得紧固装置的第二部分具有可更换设计，从而能够用各种无线模块和对应的天线进行更换。
为此，紧固装置的第二部分优选地可以具有一个或多个天线。使用一个或多个天线，可以使根据一种或多种无线标准的无线通信的前提条件可用。
附加地或可选择地，紧固装置的第二部分可以具有显示单元和/或操作单元。
紧固装置的穿过壁的部分优选地具有圆柱形设计。该部分的圆柱形设计会简化开口的形成和密封。开口例如可以容易地实现为孔。圆柱形开口可以特别容易地使用市售垫圈或O形圈来密封。
为了能够简单地安装和拆卸现场设备，机械第一接口可以形成为螺纹连接、插塞连接、卡口连接或插头连接。优选地，可以不用工具对机械接口进行操作，这可以利用上述连接类型特别容易地实现。
如果需要防止未经授权的干预的更高安全性，那么可替换地，可以将机械第一接口设计为专用于专用工具。这可以通过带有专用工具接口的特殊螺纹紧固件来实现。也可以通过只能用专用工具启动的固定措施来固定上述连接类型，并由此实现专用于专用工具的机械第一接口。
优选地，紧固装置的传感器侧的第一部分具有垫圈，通过紧固现场设备而使垫圈抵着壁被压缩，从而使垫圈形成对壁的密封。
以这种方式，可以实现在安装现场设备时将安装本现场设备所需的开口密封。
在各种应用中，有意义的是使紧固装置的第二部分能够被驶过。
紧固装置的第二部分的能够被驶过的设计使得现场设备能够例如在地下储罐中使用，在这种情况下，紧固装置的第二部分可布置在地下储罐的外部。能够被驶过的设计使得紧固装置的第二部分也可以布置在例如位于车辆行驶路径上的井盖或人孔盖上。
现场设备可以具有激活装置，激活装置被设计成使现场设备在被安装在壁上的状态下才可以被激活。激活装置优选地被设计成使现场设备在安装状态下可以被自动激活。
以这种方式，可以防止现场设备在未安装状态下被激活并耗电。以这种方式，可以降低能耗，并且可以防止现场设备因错误安装而传输无效计量读数。
根据本发明，容器的材料特性的依赖性不再相关，这是因为天线和无线模块可以布置在容器外部。不再需要如现有技术所要求的复杂紧固机构和电缆套管。
根据本发明，现在例如能够快速且容易地将料位传感器附接至计量点，并且优选地将料位传感器附接在金属容器中，并且实现无干扰的无线连接。这会消除在计量点上对诸如法兰或螺纹等特殊紧固装置的依赖。一个简单的孔就足以安装。
紧固装置，特别地，紧固装置的第二部分，可以具有非常平坦的形状因数，并因此使得容器仍然能够被堆叠。
在下文中，将参照附图，基于示例性实施例更详细地说明本发明。
附图说明
图1是用于金属罐中的料位测量的计量装置的示意图。
图2是根据本申请的计量装置的第一实施例的放大图。
图3是根据本申请的计量装置的第二实施例的放大图。
图4是根据本申请的计量装置的第三实施例的放大图。
图5是根据本申请的计量装置的第四实施例的放大图。
除非另有说明，否则附图中相同的附图标记表示具有相同功能的相同部件或相应部件。
具体实施方式
图1示出了根据本申请的用于在具有自主现场设备3的金属罐中进行料位测量的计量装置1，该自主现场设备形成为料位计量装置。
在本实施例中，自主料位计量设备3形成为雷达料位计量设备并且测量容器20中的介质22的料位。在容器20的壁21中形成有孔，使用紧固装置5将自主料位计量设备3保持在孔中。为此，紧固装置5具有第一传感器侧部分51，该第一传感器侧部分与至少用于料位测量的雷达传感器一起布置在容器20中。
料位传感器布置在圆柱形壳体7中，该圆柱形壳体7与紧固装置5的第一部分51一体形成。为了形成机械接口，紧固装置的第一部分51具有布置在壁21的孔中并且以这种方式延伸穿过壁21的圆柱形螺栓状延伸部。紧固装置5的第二部分52布置在壁21的与紧固装置5的第一部分51相对的一侧并且机械地连接至第一部分51的螺栓状延伸部。第一部分51至第二部分52的机械连接可以通过各种连接机构实现，在本实施例中，使用螺纹53机械地连接两个部分51和52。为此，第一部分51的螺栓状延伸部具有外螺纹，并且第二部分52具有形成为与外螺纹对应的内螺纹。
图2示出了图1的计量装置1的放大图。
图2所示的示例性实施例示出了布置在现场设备的传感器侧的部分中的自主现场设备3的无线模块4。用于自主现场设备3的无线通信的天线9位于紧固装置5的第一部分51的螺栓状延伸部中，因此该天线至少部分地布置在容器20的外部，并且因此布置在金属壁21的外部。以这种方式，确保自主现场设备3的无线通信，否则无法在金属容器20内进行无线通信。
图2还清楚地示出了在紧固装置5的第一部分51和第二部分52之间形成为螺纹53的第一接口。在这一点上需注意的是，该机械接口不仅可以形成为螺纹53，并且还可以用各种其他机械接口形成，例如插头连接、卡口连接、各种螺纹连接或其他快拆(quick-release)接头等。
为了清楚起见，虽然在此示出的示例性实施例未单独示出自主现场设备3的诸如传感器、传感器电子器件、电源和其他可能部件等的其他部件，但是在本发明的意义上这些其他部件被视为自主现场设备3的部件。
图3示出了根据本申请的测量装置的第二示例性实施例。
图3所示的示例性实施例与图2的示例性实施例的不同之处在于，除第一部分51和第二部分52之间的机械第一接口(这里也使用螺纹53实现)外，在自主现场设备3的无线模块4和天线9之间形成用于信号传输的第二电子接口，在本示例性实施例中，天线9布置在紧固装置5的第二部分52中。用于信号传输的第二接口与机械接口相结合，使得可以实现第一部分51和第二部分52的简单且优选无需工具的连接。与此同时，确保了无线模块4和天线9之间的信号传输，使得通过布置在容器20外部的天线9确保了自主现场设备3的无线通信。
在图4所示的第三示例性实施例中，无线模块4和天线9均布置在紧固装置5的第二部分52中。同样在该示例性实施例中，在第一部分51和第二部分52之间也形成机械接口和用于信号传输的电子接口。然而，由于在本示例性实施例中无线模块4和天线9均布置在紧固装置5的第二部分52中，因此通过简单地将第二部分52更换为具有带对应适配天线的无线模块的另一部分，就可以实现针对另一无线标准的基础无线技术。
以这种方式，能够根据当地情况使现有的现场设备适应不同的无线标准，或者如果基础无线标准得到进一步发展，还可以为所安装的现场设备3配备新的无线模块。
图5示出了根据本申请的计量装置1的第四示例性实施例。
在图5所示的实施例中，在紧固装置5的第二部分52中布置有无线模块4、12和两个相关联的天线9、10。通过这种方式，现场设备3也可以配备有不同的无线标准。这些标准中的一者例如可以用于与移动操作设备(mobile operator device)进行通信，并且其他标准可以用于将计量读数传输至云。例如，现场设备3可以基于蓝牙低功耗标准与移动操作设备进行通信，并且可以使用窄带无线技术(例如，LoRa，Sigfox或NB-IoT)来传输计量读数。
在这一点上需注意的是，自主现场设备3的各种其他部件也可以布置在现场设备3的第二部分52中。在这一点上，特别地提及电源、显示元件和/或操作元件。对于电源而言，有利的是，通常可以从外部进入紧固装置5的第二部分52而无需打开容器20，从而例如可以在不拆卸现场设备3的情况下进行电池替换。此外，还可以在容器外部使用各种其他电源为现场设备3供电。在这种情况下，能量收集模块作为示例被提及。
附图标记列表
1 计量装置
3 自主现场设备
4 无线模块
5 紧固装置
7 壳体
9 天线
10 第二天线
12 第二无线模块
20 容器
21 壁
22 介质
51 第一部分
52 第二部分
53 螺纹

Claims (15)

1.用于过程自动化的自主现场设备(3)，所述自主现场设备(3)具有传感器、无线模块(4)和用于将所述现场设备固定在壁(21)上的紧固装置(5)，其特征在于，
所述紧固装置(5)具有至少两部分设计，并且形成为使得所述紧固装置(5)的第一传感器侧部分(51)能够从所述壁(21)的第一侧安装，并且所述紧固装置(5)的第二部分(52)能够从所述壁(21)的第二侧安装，其中，所述紧固装置(5)的所述部分(51，52)形成穿过所述壁(21)的机械第一接口以由此将所述现场设备(3)固定在所述壁(21)上。
2.根据权利要求1所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的至少一部分形成为穿过所述壁(21)。
3.根据权利要求2所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的所述第一部分(51)的一部分至少部分地形成为所述现场设备(3)的壳体。
4.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的所述部分(51，52)形成用于信号传输和/或电力传输的第二接口。
5.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的所述第二部分(52)具有天线(9)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的所述第二部分(52)具有显示单元和/或操作单元。
7.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的穿过所述壁(21)的部分具有圆柱形设计。
8.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述第一接口(51)形成为螺纹连接、插塞连接、卡口连接或插头连接。
9.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述第一接口(51)能够不通过工具而被操作。
10.根据上述权利要求1至8中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述第一接口(51)能够通过专用工具而被专有地操作。
11.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的所述第一部分(51)包括垫圈，通过固定所述现场设备(3)而使所述垫圈抵着所述壁(21)被压缩，从而使所述垫圈与所述壁(21)接触以形成密封。
12.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述紧固装置(5)的所述第二部分(52)形成为能够被驶过。
13.根据上述权利要求中任一项所述的自主现场设备(3)，其特征在于，还包括：
激活装置，所述激活装置被设计成使所述现场设备(3)在被安装到所述壁(21)上的状态下才能够被激活。
14.根据权利要求13所述的自主现场设备(3)，其特征在于，
所述激活装置被设计成使所述现场设备(3)在安装状态下被自动激活。
15.一种模块组，其包括第一部分(51)和多个第二部分(52)，所述多个第二部分(52)分别具有用于实现不同无线标准的不同无线模块(4)。
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