CN209446133U - 用于确定储罐中的产品的填充料位的雷达料位计和系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及雷达料位计和系统。一种用于确定储罐(14)中的产品(12)的填充料位(L)的雷达料位计(10)，所述雷达料位计包括蓝牙通信单元(24)，其中，蓝牙协议是雷达料位计的唯一通信协议，并且其中，雷达料位计没有适于经由至少一个通信接线将雷达料位计连接至外部通信设备的任何通信终端和关联的部件。

Description

用于确定储罐中的产品的填充料位的雷达料位计和系统
技术领域
本实用新型涉及用于确定储罐中的产品的填充料位的雷达料位计。本实用新型还涉及包括多个这样的雷达料位计的系统。
背景技术
现在，雷达料位计可以使用WirelessHART通信协议无线地传送测量数据。WirelessHART是针对过程现场设备网络的需求而定义的，并且于 2007年引入市场。
使用WirelessHART的雷达料位计的示例是罗斯蒙特3308无线料位发送器。罗斯蒙特3308无线料位发送器可以直接地或者通过网络中的任何无线设备进行路由来将数据无线地发送至网关。罗斯蒙特3308无线料位发送器由包括两个电池的电源模块供电。此外，罗斯蒙特3308无线料位发送器具有在发送器加入无线网络时使用的通信终端。即，操作员将现场通信器或HART调制解调器连接至发送器的通信终端，并且然后执行多个步骤以获得网络ID和加入密钥、输入网络ID和加入密钥，并且核实发送器加入网络。此后，可以断开与现场通信器或HART调制解调器的连接。
此外，DE102006062476(A1)公开了一种无线电现场设备，该无线电现场设备具有用于检测化学测量变量或物理测量变量的传感器单元和与传感器单元连接的无线电单元。无线电单元具有两个无线电模块。第一无线电模块可以是HART无线电模块，并且第二无线电模块是蓝牙模块。第二无线电模块被用于发送比如配置数据。
使用蓝牙的其他设备是来自Endress+Hauser的雷达测量飞行时间 MicropilotFRM10和FMR20。虽然Micropilot FRM10和FMR20是有线设备，并且经由接线(4mA-20mA和HART)传送测量值，但是也允许经由蓝牙进行无线远程访问，包括使用应用进行调试。
尽管上述设备可能是有用的，但是当涉及制造成本以及结构和使用的简化时仍然存在改进的空间。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种改进的雷达料位计，特别是在涉及制造成本以及/或者结构和使用的简化时的改进的雷达料位计。
根据本实用新型的第一方面，该目的和其他目的通过用于确定储罐中的产品的填充料位的雷达料位计来实现，所述雷达料位计包括：收发器电路，其被配置成生成并发送电磁发射信号，并且接收电磁返回信号；处理电路，其连接至收发器电路，并且被配置成基于发射信号与返回信号之间的关系来确定填充料位；蓝牙通信单元，其中，蓝牙通信单元连接至处理电路，并且被配置成使用蓝牙协议将所确定的填充料位无线地发送至外部单元；以及用于向收发器电路、处理电路和蓝牙通信单元供应电力的装置，其中，蓝牙协议是雷达料位计的唯一通信协议，并且其中，雷达料位计没有适于经由至少一个通信接线将雷达料位计连接至外部通信设备的任何通信终端和关联的部件。
根据第一方面，例如，“外部单元”可以是另一雷达料位计或网关。“外部通信设备”可以例如是储罐集线器或现场通信单元。通信终端的“关联的部件”可以包括物理层电子装置，例如，预调节器、模拟输出装置、用于反馈控制环路的电路等，以及专用HART/FF调制解调器。
本实用新型基于以下理解：利用新蓝牙5标准引入的新功能使得使用蓝牙作为雷达料位计的唯一通信协议是可能且可行的，特别是使用蓝牙来发送所确定的填充料位而且接收其他数据例如控制数据和/或配置数据是可能且可行的。这可以降低雷达料位计的成本，因为蓝牙芯片可以以相对低的价格容易地获得。另外，发明人已经认识到：与雷达料位计量中的惯例相反，不需要用于将雷达料位计连接至外部通信设备的其他无线电终端或通信终端，由此可以简化结构，并且甚至可以进一步降低雷达料位计的成本。另外，由于不需要通信接线，因此可以简化雷达料位计的安装。另外，由于没有通信终端和关联的部件，因此可以减少维护，因为雷达料位计具有可能发生故障的较少的物件。此外，当前的雷达料位计避免了测量信号的可靠性受到影响并且避免了数字通信由于通信终端通常所处的终端室中的腐蚀而失败。
利用新蓝牙5标准引入的新功能包括更长距离、更快速的通信以及对网状(mesh)网络的支持。
应当注意，上述DE102006062476(A1)、Micropilot FRM10和 Micropilot FMR20都具有双通信协议：DE102006062476(A1)中是(无线)HART和蓝牙，Micropilot FRM10中是4mA-20mA和蓝牙，并且 Micropilot FRM20中是(有线)HART和蓝牙。另外，蓝牙在DE102006062476(A1)、Micropilot FRM10和Micropilot FMR20中被用作辅助通信信道，而不是像本实用新型中那样被用作唯一通信信道。
蓝牙通信单元优选地具有网状能力。这可以扩展范围，因为所确定的填充料位可以经由一个或更多个其他雷达料位计发送至网关。在没有网状能力的情况下，可以使用点对点功能。
收发器电路和处理电路可以集成在单个集成电路中，作为单片IC或者作为混合多芯片IC。这可以被称为芯片上雷达(ROAC)。芯片上雷达的成本可能相对较低，因为它可以基于用于汽车行业的大规模生产的雷达，从而可以进一步降低雷达料位计的成本，由此提供了目前雷达料位计的难以想象的总体成本效益设计。
蓝牙通信单元可以设置在单独的芯片上，即与收发器电路和处理电路所在的芯片不同的芯片上。这可以提供成本优势，因为(单独的)雷达芯片具有很大的市场并且(单独的)蓝牙芯片具有的很大市场，使得单独的芯片便宜且可容易获得。
蓝牙通信单元可以包括允许雷达料位计无线地加入蓝牙网状网络的启动配置(privision)能力。以这种方式，不需要利用接线将当前雷达料位计连接至现场通信器或HART调制解调器，如罗斯蒙特3308无线料位发送器，并且如上所述，可以省去通信终端和关联的部件。可以根据蓝牙网状网络连接规范来执行启动配置。
蓝牙通信单元优选地是具有相对低的功耗的蓝牙低功耗(BLE)通信单元。
所述用于向收发器电路、处理电路和蓝牙通信单元供应电力的装置可以包括电池。这提供了完全无线的雷达料位计。电池可以放置在雷达料位计的壳体内，或者它可以放置在可移除地连接至雷达料位计的电源模块中。
可替选地，用于向收发器电路、处理电路和蓝牙通信单元供应电力的装置可以包括至少一个电源终端，至少一个电源终端适于经由至少一个电源接线(即“电力线”)将雷达料位计连接至外部电源。如上所述，由于没有经由当前雷达料位计的这样的终端进行通信，因此可以省略与经由终端的有线通信相关联并且通常布置在雷达料位计内部的常规部件。另外，与HART 4mA-20mA相比，可以简化对功耗的需求，并且雷达料位计可以获得更多的能量，这又可以提高性能。此外，可以基本上促进雷达料位计的Ex屏障配置，因为可能仅需要(具有关联的屏障的)两个或三个输入电压水平。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种系统，系统包括：网关；以及根据第一方面的多个雷达料位计，其中，多个雷达料位计中的每个雷达料位计的蓝牙通信单元具有网状能力，并且其中，网关和多个雷达料位计形成蓝牙网状网络。结合第一方面提到的“外部单元”在此处是网关，并且蓝牙通信单元被配置成使用蓝牙协议直接地和/或经由多个雷达料位计中的至少一个其他雷达料位计将所确定的填充料位无线地发送至网关。该方面可以表现出与第一方面的特征和技术效果相同或相似的特征和技术效果，反之亦然。
蓝牙网状网络还可以包括至少一个现场设备，该现场设备不是雷达料位计，而是具有与当前的雷达料位计的配置相同或相似的配置，特别是当涉及通信功能时。鉴于此，构想了一种(单独的)现场设备，包括：用于确定或测量至少一个过程变量的装置；具有网状能力的蓝牙通信单元，其中，蓝牙通信单元连接至所述用于确定或测量至少一个过程变量的装置，并且被配置成使用蓝牙协议将至少一个所确定或所测量的过程变量无线地发送至外部单元；以及用于向所述用于确定或测量至少一个过程变量的装置和蓝牙通信单元供应电力的装置，其中，蓝牙协议是现场设备的唯一通信协议，并且其中，现场设备没有适于经由至少一个通信接线将该设备连接至外部通信设备的任何通信终端和关联的部件。所述至少一个过程变量可以是以下变量中的至少一者：温度、压力、流动速度和pH，并且所述用于确定或测量至少一个过程变量的装置可以包括以下装置中的至少一者：温度计、压力计、流量计和pH计。
网关可以被配置成经由蓝牙从多个雷达料位计接收所确定的填充料位，并且将所接收的确定的填充料位转换成从包括以下协议的组中选择的至少一个其他通信协议：FF(基金会现场总线)、HART(可寻址远程传感器高速通道)、Modbus、Modbus TCP、Profibus、以太网、蜂窝网络(例如，4G或5G)和OPC(开放平台通信)。这些是过程工业中已经使用的通信协议。因此，网关可以容易地连接至现有基础设施，而不必修改该基础设施。网关可以例如包含或可以访问这样的表，在该表中，雷达料位计的蓝牙ID被映射到从前述组中选择的另一通信协议的地址。表和映射可以由用户编程。例如，对于Modbus，网关可以列出蓝牙网状网络上的可用雷达料位计和任何其他现场设备，其中，用户针对每个计量器/设备输入要使用的Modbus地址。然后可以在预定义或自定义Modbus寄存器中获得所确定的填充料位和其他过程变量，并且Modbus客户端可以通过针对不同地址读取Modbus寄存器来访问来自网关的信息。
为此，构想了一种(单独的)网关，该网关包括具有网状能力的蓝牙通信单元，蓝牙通信单元用于将网关连接至包括(根据第一方面的)多个雷达料位计的蓝牙网状网络，其中，网关被配置成借助于其蓝牙通信单元经由蓝牙网状网络从多个雷达料位计接收所确定的填充料位，并且将所接收的确定的填充料位转换成至少一个其他通信协议，至少一个其他通信协议优选地从包括以下协议的组中被选择：FF、HART、Modbus、Modbus TCP、Profibus、以太网、蜂窝网络和OPC。网关还可以被配置成使用至少一个其他通信协议来将经转换的所接收的确定的填充料位发送至另一单元(例如，分布式控制系统(DCS))或云解决方案。网关还可以经由例如HTTP或MQTT(应用层)和TCP/UDP(传输层)向云解决方案进行发送。
该系统还可以包括移动设备，该移动设备被配置成经由蓝牙与多个雷达料位计中的雷达料位计的蓝牙通信单元建立辅助临时通信信道。以这种方式，可以使用例如移动设备中的应用在现场访问雷达料位计，但是不需要连接任何接线或者使用一些其他通信协议。辅助临时通信信道可以直接利用雷达料位计建立，或者经由蓝牙网状网络中的一个或更多个相邻雷达料位计建立。后者意味着移动设备不必如此物理地靠近想要与之通信的雷达料位计，这在难以接近的现场环境中可以是有利的。
该系统还可以包括另一网关，另一网关与多个雷达料位计中的至少一些雷达料位计形成另一蓝牙网状网络。另一网关可以用作例如冗余网关或者用作显示单元。
该系统还可以包括被动设备，该被动设备经由蓝牙连接至蓝牙网状网络并且适于(仅)收听蓝牙网状网络中的通信。被动设备可以例如是适于显示来自蓝牙网状网络的雷达料位计中的一个或更多个雷达料位计的所确定的填充料位的显示单元。
根据本公开的第三方面，提供了一种从根据第一方面的雷达料位计向另一单元无线地发送储罐中的产品的确定的填充料位的方法，其中，该方法包括：借助于蓝牙通信单元使用蓝牙协议将所确定的填充料位无线地发送至另一单元。结合第一方面提及的“外部单元”在此处是“另一单元”，其可以例如是根据第一方面的另一雷达料位计或网关。该方面可以表现出与第一方面和/或第二方面的特征和技术效果相同或相似的特征和技术效果，反之亦然。
附图说明
将参照示出了本实用新型的当前优选实施方式的附图来更详细地描述本实用新型。
图1示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的雷达料位计。
图2示意性地示出了图1的雷达料位计以及储罐。
图3示意性地示出了根据本实用新型的实施方式的系统。
图4示意性地示出了可以包括在图3的系统中的现场设备。
图5a至图5c示出了图3的系统的变体。
具体实施方式
根据本实用新型的实施方式的用于确定储罐14中的产品12的填充料位L的雷达料位计10在图1至图2中被示出。如图2所示，雷达料位计 10适于安装在储罐14的顶部上，并且通常在使用中安装在储罐14的顶部上。
雷达料位计10包括收发器电路16，收发器电路16被配置成生成并发送电磁发射信号ST，并且接收电磁返回信号SR，优选地经由雷达料位计10的信号传播装置18来发送电磁发射信号ST和接收电磁返回信号SR。信号传播装置18可以例如是(用于非接触式雷达例如脉冲雷达或FMCW 的)天线或(用于导波雷达的)或探头。
雷达料位计10还包括处理电路20，处理电路20连接至收发器电路 16并且被配置成基于发射信号与返回信号之间的关系来确定填充料位L。
收发器电路16和处理电路20优选地集成在单个集成电路22中，作为单片IC或者作为混合多芯片IC。这可以被称为芯片上雷达(ROAC)。
雷达料位计10还包括具有网状能力的蓝牙通信单元24。网状能力实现了多对多设备通信，这将关于图3进一步讨论。蓝牙通信单元24可以例如是蓝牙5通信单元。此外，蓝牙通信单元24优选地是蓝牙低功耗 (BLE)通信单元，并且它可以被提供为单独的芯片。蓝牙通信单元24 可以例如是或者基于由德州仪器提供的简单链接蓝牙5.0低功耗无线 MCU。
蓝牙通信单元24连接至处理电路20，并且其被配置成使用蓝牙协议将由处理电路20确定的填充料位无线地发送至雷达料位计10的外部的非人单元26。非人单元26可以例如是网关102或另一雷达料位计10(参见图3)。蓝牙协议是雷达料位计10的唯一通信协议，其中，“通信协议”可以被定义为管理电子通信系统中的处理并且尤其是数据的格式化的一组约定。然而，不排除雷达料位计10还可以具有适于显示例如所确定的填充料位L的显示器(未示出)。
蓝牙通信单元24还可以被配置成接收用于雷达料位计10的控制数据和/或配置数据。
雷达料位计10还包括用于向收发器电路16、处理电路20和蓝牙通信单元24供应电力的装置。所述装置可以包括至少一个电池28，至少一个电池28可以放置在可移除地连接至雷达料位计10的壳体32的电源模块30中。
雷达料位计10还没有用于经由至少一个通信接线将雷达料位计10连接至外部通信设备的任何通信终端。换言之，雷达料位计10例如在壳体 32的外部不具有任何物理通信终端。另外，雷达料位计10不具有通常与这样的通信终端相关联的(电子)部件，该部件包括物理层电子装置和专用调制解调器。
在操作中，雷达料位计10的蓝牙通信单元24使用蓝牙协议将至少一个确定的填充料位无线地发送至单元26。虽然至少一个确定的填充料位可以由雷达料位计10的处理电路20确定，但是如将关于图3进一步论述的，蓝牙通信单元24还可以中继来自其他雷达料位计10的所确定的填充料位。
图3示出了包括网关102和根据本实用新型的第一方面的多个雷达料位计10的系统100。网关102和多个雷达料位计10a-10g形成蓝牙网状网络104。网关102包括具有网状能力的用于将网关连接至蓝牙网状网络104 的蓝牙通信单元105，并且网关102通常被配置成经由蓝牙从多个雷达料位计10a-10g接收所确定的填充料位。
在系统100中，雷达料位计10a可以将由其处理电路20确定的填充料位直接发送至网关102，而另一雷达料位计10b可以经由相邻的雷达料位计10c将由其处理电路20确定的填充料位发送至网关102。雷达料位计 10c因此中继来自雷达料位计10b的所确定的填充料位。又一雷达料位计可以经由一个以上的雷达料位计将由其处理电路20确定的填充料位发送至网关102。例如，由雷达料位计10c确定的填充料位可以由雷达料位计 10e和10c中继至网关102等。
每个雷达料位计10的蓝牙通信单元24可以包括允许雷达料位计10 例如新的雷达料位计10h无线地加入蓝牙网状网络100的启动配置能力。启动配置过程可以包括五个阶段：1发信标；2邀请；3交换公共密钥；4 认证；5启动配置数据的分配。如果使用“带外输出”认证，则可以在前述的雷达料位计10的显示器上显示随机数，或者雷达料位计10上的LED可以闪烁给定次数。对于“静态带外”认证，可以使用雷达料位计10的序列号。
网关102还可以被配置成将所接收的确定的填充料位转换成另一通信协议，例如FF、HART、Modbus、Modbus TCP、Profibus、以太网、蜂窝网络或OPC。网关102还可以被配置成使用另一通信协议将经转换的接收到的确定的填充料位发送至另一单元或云解决方案106。
蓝牙网状网络104还可以包括至少一个不是雷达料位计的现场设备 200。图4公开了现场设备200的示例，其包括：用于确定或测量至少一个过程变量的装置202；蓝牙通信单元204，优选地具有网状能力，其中，蓝牙通信单元204连接至所述装置202并且被配置成使用蓝牙协议将至少一个确定的或测量的过程变量无线地发送至外部单元(例如，网关102)；以及用于向所述装置202和蓝牙通信单元204供应电力的装置204，其中，蓝牙协议是现场设备200的唯一通信协议，并且其中，现场设备200没有适于经由至少一个通信接线将该设备连接至外部通信设备的任何通信终端和关联的部件。至少一个过程变量可以是以下变量中的至少一者：温度、压力、流动速度和pH，并且所述装置202可以包括以下装置中的至少一者：温度计、压力计、流量计和pH计。
图5a示出了系统100的变体，其中，系统100还包括移动设备108，移动设备108被配置成经由蓝牙与蓝牙网状网络104中的雷达料位计10e 建立辅助临时通信信道110。移动设备可以例如是智能电话或平板计算机或膝上型计算机。虽然此处辅助临时通信信道110是经由蓝牙网状网络 104中的两个其他雷达料位计10a和10b建立的，但是还可以可替选地例如直接利用雷达料位计10e建立。
图5b示出了系统100的另一变体，其中，该系统包括第二网关102'。第二网关102'的类型可以与前述(第一)网关102的类型相同。第二网关 102'与第一蓝牙网状网络104的一些(第一)雷达料位计10b-10e形成用虚线表示的第二蓝牙网状网络104'。第二网关102'可以例如用作冗余网关或者用作显示单元。因此，连接至两个蓝牙网状网络104、104'的雷达料位计可以向两个网关102、102'发送所确定的填充料位。
图5c示出了系统100的又一变体，其中，系统100还包括经由蓝牙连接至蓝牙网状网络104的被动设备112。设备112是被动的，因为与也可以将控制数据和/或配置数据发送至雷达料位计10a-10g的网关102相比，设备112只收听蓝牙网状网络104中的通信。该变体可以被比作“反向”蓝牙广告，其中，一个或更多个雷达料位计例如雷达料位计10b-10e 广播被动设备112拾取的数据。被动设备112可以例如是适于显示由多个雷达料位计——例如图5C中的雷达料位计10b-10e——确定的填充料位的显示单元。
本领域技术人员认识到，本实用新型决不限于上述优选实施方式。相反，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变化。
还构想了一种用于确定储罐中的产品的填充料位的雷达料位计，该雷达料位计仅具有用于通信的5G(第五代宽带蜂窝网络技术)连接，即，没有有线通信或其他无线通信。具有5G的这样的雷达料位计可以在启动时向云服务报告其自身。可以将雷达料位计分配给购买雷达料位计的客户帐户。客户可以登录其帐户以访问雷达料位计。客户可以使用云服务来管理雷达料位计的配置。客户可以通过访问云服务来检索来自雷达料位计的测量值(所确定的填充料位)。

Claims (12)

1.一种用于确定储罐中的产品的填充料位的雷达料位计，所述雷达料位计包括：
收发器电路，其被配置成生成并发送电磁发射信号，并且接收电磁返回信号；
处理电路，其连接至所述收发器电路，并且被配置成基于所述电磁发射信号与所述电磁返回信号之间的关系来确定填充料位；
蓝牙通信单元，其中，所述蓝牙通信单元连接至所述处理电路，并且被配置成使用蓝牙协议将所确定的填充料位无线地发送至外部单元；以及
用于向所述收发器电路、所述处理电路和所述蓝牙通信单元供应电力的装置，
其中，所述蓝牙协议是所述雷达料位计的唯一通信协议，并且
其中，所述雷达料位计没有适于经由至少一个通信接线将所述雷达料位计连接至外部通信设备的任何通信终端和关联的部件。
2.根据权利要求1所述的雷达料位计，其中，所述蓝牙通信单元具有网状能力。
3.根据权利要求1或2所述的雷达料位计，其中，所述收发器电路和所述处理电路被集成在单个集成电路中。
4.根据权利要求1或2所述的雷达料位计，其中，所述蓝牙通信单元被设置在单独的芯片上。
5.根据权利要求2所述的雷达料位计，其中，所述蓝牙通信单元包括允许所述雷达料位计无线地加入蓝牙网状网络的启动配置能力。
6.根据权利要求1或2所述的雷达料位计，其中，所述蓝牙通信单元是蓝牙低功耗BLE通信单元。
7.根据权利要求1或2所述的雷达料位计，其中，所述用于向所述收发器电路、所述处理电路和所述蓝牙通信单元供应电力的装置包括电池。
8.一种系统，包括：
网关；以及
多个雷达料位计，
其中，所述网关和所述多个雷达料位计形成蓝牙网状网络，并且
其中，所述多个雷达料位计中的每个雷达料位计适于确定储罐中的产品的填充料位，并且包括：
收发器电路，其被配置成生成并发送电磁发射信号，并且接收电磁返回信号；
处理电路，其连接至所述收发器电路，并且被配置成基于所述电磁发射信号与所述电磁返回信号之间的关系来确定填充料位；
具有网状能力的蓝牙通信单元，其中，所述蓝牙通信单元连接至所述处理电路，并且被配置成使用蓝牙协议来直接地和/或经由所述多个雷达料位计中的至少一个其他雷达料位计将所确定的填充料位无线地发送至所述网关；以及
用于向所述收发器电路、所述处理电路和所述蓝牙通信单元供应电力的装置，
其中，所述蓝牙协议是所述雷达料位计的唯一通信协议，并且
其中，所述雷达料位计没有适于经由至少一个通信接线将所述雷达料位计连接至外部通信设备的任何通信终端和关联的部件。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述网关被配置成经由蓝牙从所述多个雷达料位计接收所确定的填充料位，并且将所接收的所确定的填充料位转换成从包括以下协议的组中选择的至少一个其他通信协议：基金会现场总线、可寻址远程传感器高速通道、Modbus、Modbus TCP、Profibus、以太网、蜂窝网络和开放平台通信。
10.根据权利要求8或9所述的系统，还包括移动设备，所述移动设备被配置成经由蓝牙与所述多个雷达料位计中的雷达料位计建立辅助临时通信信道。
11.根据权利要求8或9所述的系统，还包括另一网关，所述另一网关与所述多个雷达料位计中的至少一些雷达料位计形成另一蓝牙网状网络。
12.根据权利要求8或9所述的系统，包括被动设备，所述被动设备经由蓝牙连接至所述蓝牙网状网络并且适于收听所述蓝牙网状网络中的通信。
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