CN210375231U - 现场设备和流量计 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及现场设备和流量计。现场设备(200)包括被配置为根据过程通信协议进行通信的过程通信电路(208)。控制器(206)耦接到过程通信电路(208)。控制器(206)包括计时电路(212)，并且被配置为在现场设备(200)的操作时段期间生成周期性时间信号，并且将基于周期性时间信号的操作时间的指示存储在非易失性存储器(222)中。控制器(206)被配置为使用过程通信电路(208)来向远程设备提供操作时间的指示。

Description

现场设备和流量计
技术领域
本实用新型涉及一种现场设备和流量计。
背景技术
在一些工业中，流量计被用于测量或监测流体(例如蒸汽、天然气、过程气体、燃料等)的流量，以便提供监护输送(custody transfer) 功能。在油气工业中的监护输送通常是指将物理物质(例如天然气)从一个位置运输到另一个位置。这种输送可以是从油轮/油罐车到轮船、在罐之间等。
在操作中，一些流量计可能无法使用永久电力源。例如，对于公共设施场所来说，安装永久电力源可能太昂贵或在其它方面不可行。在该示例中，可以使用各种其他装置来产生电力。一种这样的装置是能量收集器。能量收集器通过从环境中收集热电能来提供电力，并且，因此能够在任何可从环境中获得能量的位置提供电力。
然而，可能存在这样的环境条件，在其中，能量收集器不能产生足够的电力来连续地为流量计提供电力。例如，如果能量收集器使用环境温度差来发电，并且所述环境温度差减少或减小，则能量收集器可能不能提供足够的能量来为流量计供电。在这种情况下，流量计将关闭并保持该状态，直到能量收集器能够收集足够的能量来重新为流量计提供电力。
一旦关闭，流量计则可能在监护输送操作期间不能精确地测量流量。这转而可能导致总的流量或能量测量的计费不足。另外，当前的流量计、能量收集器和其它工业测量装置不包含内部电力源以在未提供电力时保持计时。结果，操作者可能不能确定特定的流量计或工业装置已经关闭了多长时间，并且因此，损失了计费时间。
发明内容
现场设备包括被配置为根据过程通信协议进行通信的过程通信电路。控制器耦接到过程通信电路。控制器包括计时电路，并且被配置为在现场设备的操作时段期间生成周期性时间信号，并且将基于周期性时间信号的操作时间的指示存储在非易失性存储器中。控制器被配置为使用过程通信电路来向远程设备提供操作时间的指示。
附图说明
图1是一个涡旋流量计的分解图，本实用新型的实施例可以在其中使用。
图2是根据本实用新型的实施例的流量计组件的框图。
图3是根据本实用新型实施例的在电力中断期间接收的时间和累加器值的流程图。
图4是根据本实用新型的实施例的使用流量计和能量收集器监测流量的方法的流程图。
具体实施方式
在监护输送(custody transfer)操作期间，流量计或其它工业装置可用于监测流速或其它监护输送功能。为了给流量计或其它这样的装置提供电力，可以使用各种能源。一个这样的示例是从环境中收集热电能的能量收集器。然而，可能存在阻止能量收集器充分地生成用于流量计或其它装置的足够的电力的环境条件。例如，环境中的温度差可能变小，导致热电能的收集不足。流量计或其它装置转而可能被关闭，导致在监护输送操作中不准确的能量测量或不准确的总计的流量测量。
根据本实用新型的实施例，提供了一种诸如流量计的现场设备和/ 或能量收集器，其包括电路、逻辑、软件或其任意组合，以提供在现场设备和/或能量收集器的操作期间的累积时间的指示。反过来，如果现场设备由于电力供应不足而被关闭，则可以基于所述累积时间的指示和总的流逝的时间来确定现场设备被关闭的总时间量。这允许操作者准确地确定有多少时间没有计算在内，并采取纠正措施来纠正停机期间发生的流量总数。另外，这可以允许操作者准确地对特定的监护输送操作计费。
虽然现在将参照涡旋流量计形式的流量计进行本说明，但是根据本实用新型的实施方式，也可以使用的另外的或不同的现场设备。这可以包括超声波流量计、磁流量计、差压流量计、科里奥利流量计、涡轮流量计或任何其它工业过程仪表。另外，应当理解，本实用新型可以用于其中要确定操作/关闭时间的各种其它工业装置中。
图1是一个涡旋流量计的简图，本实用新型的实施例可以在其中使用。如示意性示出的，涡旋流量计100包括具有可选的显示器104 的电子壳体102。旋涡流量计100被示意性地示出为包括一对法兰110 和108，以连接到过程流体管道。涡旋流量计100包括插入过程流体流或以其它方式设置在过程流体流内的泄流杆(shedder bar)或钝头体。泄流杆或钝头体在泄流杆或钝头体的交替侧上产生卡门涡 (Karman vortices)。涡产生的频率与流速成比例。市场上可买到的涡旋流量计的一个示例被以商品名8800系列涡旋流量计出售，其可从密苏里州圣路易斯街的Emerson Automation Solutions公司获得。
如下面将更详细讨论的，在确定质量流速和/或体积流量时，可以生成显示，和/或通过通信电路向其它远程系统提供指示。这转而可以允许在监护输送操作期间精确地确定流体的总流量。
图2是根据本实用新型的实施例的流量计组件的框图。流量计组件200示例性地包括布置在涡旋流量计100的壳体102内、耦接到能量收集器202的电子装置214，该能量收集器202向流量计100的一个或多个部件提供电力。电子装置214示例性地包括电力电路204、控制器206、通信电路208、测量电路216、本地输出210、数据存储器222和计时器212。在流量计100的操作期间，计时器212被配置成产生指示流量计组件200和/或能量收集器202的操作时间或累积操作时间的信号。在进一步详细描述计时器212的操作之前，将首先提供电子装置214内的其它组件的简要描述。
通信电路208被配置为通过导体220连接到过程通信回路。由于连接到过程通信回路220，通信电路208允许流量计100以工业标准过程通信协议(process communicationprotocol)通信。示例包括高速可寻址远程传感器(HART，Highway Addressable RemoteTransducer) 协议、FOUNDATION现场总线协议等。在一些示例中，通信电路208 还允许流量计100的电子装置214例如根据IEC62591(无线HART)与其它设备无线通信。
在一个示例中，电力模块204从能量收集器202接收电力，并向电子装置214的任何或所有部件提供适当的工作电力，如由标记为″供给全部″的附图标记215所指示的。
本地输出210可以包括各种各样的不同的部件。然而，在一个示例中，本地输出210可包括本地显示设备104(图1中所示)、NFC可读信息以及各种其它部件。在一个示例操作中，本地输出210可以从控制器206接收信号，并且可以基于所接收的信号生成用户界面显示。所产生的显示可包括测量的流动参数信息、关于流量计组件200运行多长时间的确定，或各种各样的其它信息。
能量收集器202从周围环境产生电力，并将所产生的电力提供给电子装置214的电力模块204。能量收集器202可包括各种各样的热电能收集器，但在一个示例中，可包括来自Corvallis，OR的Peretua Power Source Technologies Inc.公司的Peretua Power Puck。然而，这仅仅是热电收集器的一个示例，并且也可以使用各种各样的其他能量收集器。
在该示例中，测量电路216耦接到传感器218，并且被配置为检测过程流体(process fluid)内的卡门涡。测量电路216可以包括一个或多个模数转换器、线性化和/或放大电路，并且以数字信号的形式向控制器206提供一个或多个感测的模拟值的指示。
数据存储器222可以存储与流量计100和/或能量收集器202有关的任何或所有数据。在一个示例中，数据存储器222可以包括程序数据、过程数据以及如稍后将讨论的，从计时器212生成的计时器数据。另外，数据存储器222可包括易失性和/或非易失性存储器。
计时器212可包括电路、逻辑、软件或其任意组合，其监测活动的流量求和的持续时间，如由流量计组件200测量的，并产生指示流量的被监测的持续时间的信号。在一个示例中，从计时器212生成的信号可以自动地存储在数据存储器222内的非易失性存储器中。然而，计时器信号也可以存储在和/或提供给各种其他位置。
在操作中，当流量计组件200在监护输送操作或其它流体输送操作期间监测流量并产生信号时，计时器212记录并生成指示流量计组件200正常操作和/或活动地监测一个监护输送操作或其它流体输送操作的持续时间的信号。
通过活动地监测和产生指示流量计组件200在其中正在操作的持续时间的信号，操作者可以，如果情况存在的话，确定流量计组件200 关闭或不操作的时间段。例如，如果存在阻碍能量收集器202收集足够电力的环境条件，则没有电力会被提供给流量计组件200，并且流量计组件200将被关闭。在该示例中，流量计组件200将不能精确地监测和产生与监护输送操作或其它流体输送操作有关的信号。这转而可能导致不准确的计费、不准确的流量测量等。
然而，根据不同的实施例，一旦所述环境条件消除或者足够的电力能够返回到流量计组件200，则控制器206可以继续将操作时间的指示存储在数据存储器222内的非易失性存储器中。然后，外部装置或控制器可以与流量计组件200通信，以确定自前一次通信以来已经流逝了多少时间，然后将来自数据存储器222的存储的操作时间与两次通信之间实际流逝的时间进行比较，以确定是否有时间未被计算进去。例如，如果主机每10分钟与流量计组件通信以检查操作时间值，并且在通信时确定操作时间值在实际上已过去了10分钟时仅增加了7 分钟，则主机或其它合适的装置可以评估出现了3分钟的非运行时间。基于自从流量计组件200运行以来没有被计算进去的时间或流逝了多少时间，主机或其它合适的装置可产生一个或多个过程通信信号和/ 或使流量计组件200设置指示损失时间的本地输出210。在一个示例中，本地输出210可以包括报警功能，该报警功能用于在确定自流量计运行以来已经流逝了不可接受的时间量时自动地警告操作者。
在一些示例中，如果所识别的流量计组件200被关闭的时间超过阈值，则主机或其它合适的装置可自动或半自动地产生用于本地输出 210和/或远程系统的动作信号。本地输出210在接收到动作信号时产生指示所识别的已经经过的量的显示和/或关于流量计组件200被断电多长时间的指示。
这样，计时器212可以用作流量计组件200内部的非易失性计时表，其允许操作者将整个操作持续时间与已知的流量计组件200活动地监测一个操作的时间段进行比较。基于该比较，如果流量计组件200 一直未正确地操作，则操作者可以确定持续时间。此外，如果确定流量计组件200没有正确地操作，则可以为操作者自动地生成指示，使得可以采取纠正措施以在各种其它参数中补救累积流量测量。
可选地，在其它示例中，所产生的计时器信号可存储在数据存储器222内，并且用来提供流量计组件200在延伸的时间段内连续操作的证据。例如，操作者或系统可查询控制器206以从数据存储器222 收集计时器信号，以便产生显示流量计组件200的总操作时间的指示。可选地，所产生的计时器信号也可提供给更高级的系统，诸如DCS 或历史记录装置，以指示流量计组件200根据特定的流体输送操作在正确地操作。
此外，虽然计时器212示例性地是电子装置214的构件，但是已明确地设想了计时器212可在能量收集器202内。此外，应当理解，计时器212和控制器206可以被用在任何累积时间的指示可能是有用的现场设备中。另外，虽然计时器212生成指示流量计组件200的操作时间的计时器信号，但是计时器212也可以被配置为生成指示现场设备在特定条件下操作的持续时间的信号。例如，用于在报警条件期间的智能流体诊断或流量测量中的气流。在这个示例中，存在报警条件的持续时间可以从现场设备的总操作时间中排除。然而，计时器212 和控制器206也可以各种其它方式配置。
控制器/处理器206被耦接到通信电路208、计时器212、测量电路216，以及可选地，耦接到本地输出210，本地输出210可以采取显示设备104、NFC可读信息、报警功能的形式以及各种各样的其他部件和形式。在一些示例中，控制器/处理器206可以包括具有其自己的存储器的微处理器，其允许控制器/处理器206程序化地执行上面提到的或与流量计组件200的其它部件有关的一个或多个功能。
在操作中，控制器/处理器206从测量电路216接收信号，并且能够确定一个流体输送操作的质量流速、体积或其它特性。另外，在从能量收集器202接收到足够的电力时，控制器206可以被配置为半自动或自动地从数据存储器222取回计时器信号。基于计时器信号，远程主机或DCS系统可以将流量计组件200的操作时间与一个流体传送操作的整个持续时间进行比较。从比较中，DCS可以识别在所述流体输送操作期间流量计组件200未被供电或以其它方式不运行的持续时间。
在一个示例中，如果所述比较指示，流量计组件200在所述流体输送操作的相当大的部分中是未被供电的，则主机或DCS可自动地生成用于本地输出210或其它远程系统的动作信号，以通知操作者所识别的持续时间。然后，操作者可以校正流量测量、计费等。
图3是根据本实用新型的实施例的在电力中断期间所接收的时间和累加器值的流程图。在一个示例中，线304对应于由能量收集器202 生成的供电电压。在点302处，由于能量收集器202不能产生足够的电力，所以供电电压降低。这一直持续到点310，此时能量收集器202 能够为流量计组件200和其它部件重新产生足够的电力。在点302处的这种初始降低可归因于天气条件减弱或各种其它原因。
另外，线306示意性地对应于在一个流体输送操作期间由流量计组件200产生的测量值。在一个示例中，线306对应于流体输送操作期间的流量总和测量。如示例性地示出的，在没有从能量收集器202 向流量计组件200提供电力的时间段内(在点302和310之间)，流量总和值保持相同。然而，在流量计组件200没有被供电的这个时间段内，流体可以继续被输送。因此，在点310处重新为流量计组件200 供电时，在点310处的流量总和值可能不会准确地反映对于给定流体输送操作的累积的流量总和值。
此外，线308对应于从计时器212生成的计时器值。如示意性示出的，在流量计组件200正在监测和产生与流体输送操作有关的信号的如由线306示意性示出的操作期间，计时器212同时产生计时器值，如沿线308可以看到的那样，该计时器值表示流量计组件200的操作持续时间。然而，在点302处，当向流量计组件200供给的电力显著降低时，计时器212不能产生计时器值，直到能量收集器202能够重新产生用于流量计200的足够能量，如线310所示。
然而，根据不同的实施例，一旦将电力恢复供给流量计组件200 (通常沿着线310)，则远程主机或DCS可与流量计组件200通信以读取总操作时间的指示并将该值与实际流逝的时间进行比较。基于该比较，主机或DCS可确定流量计组件200不运行的持续时间(即在点 302和310之间)。如果点302和310之间的持续时间超过阈值，则主机或DCS可为操作者生成信号和/或显示。然后，操作者能够基于电力中断之前和之后的流速的平均值以及流量计200不工作的持续时间来修改或估算302和310之间的时间段的流量总和值。
图4是根据本实用新型的实施例的使用流量计和能量收集器监测流量的方法的流程图。方法400在框402处开始，其中知道当前实时 t1(借助于实时时钟、网络时间服务或无线电时间服务)的主机或其它远程设备使用过程通信查询流量计，以提供流量计的存储的操作时间 (Opt1)的指示。接下来，在框404处，主机或其它远程设备在实时t2查询流量计以提供其存储的操作时间(Opt2)。在框406处，从实时差(t2-t1) 中减去操作时间差(Opt2-Opt1)。在框408处，主机或远程设备确定结果是否大于零。如果结果不大于零，这则指示流量计已经在该间隔期间连续地操作。然后，可以执行可选框410，以提供在该间隔期间的连续操作的证明，这对于一些应用，诸如监护输送，是有用的。然而，如果框408的结果大于零，则控制转到框412，在那里，非操作时间的量被与阈值进行比较。如果非操作时间的量不大于阈值，则控制转到框414，在那里提供非操作时间的指示。另外，在框414处，可以基于在间隔开始时和间隔结束时的流速的平均值乘以非操作时间的量来计算总流量的估算。如果在框412确定非操作时间的量大于阈值，则控制转到框416，在那里提供非操作时间的指示。
尽管已经参考优选实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (15)

1.一种现场设备，包括：
过程通信电路，所述过程通信电路被配置为根据过程通信协议进行通信；
控制器，所述控制器耦接到所述过程通信电路，其特征在于，所述控制器包括计时电路，并且被配置为在所述现场设备的操作时段期间生成周期性时间信号，并且将基于所述周期性时间信号的操作时间的指示存储在非易失性存储器中；以及
其中，所述控制器被配置为使用所述过程通信电路来向远程设备提供操作时间的指示。
2.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述操作时间的所述指示使所述远程设备能够计算所述现场设备的非操作时间的量。
3.根据权利要求2所述的现场设备，其中，所述控制器还被配置为接收所述非操作时间的指示，并提供指示所述非操作时间的本地输出。
4.根据权利要求3所述的现场设备，其中，所述控制器还被配置为将所述非操作时间的持续时间与阈值进行比较，并且基于所述比较，生成用于本地输出的动作信号。
5.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述现场设备包括被配置为监测过程流体的流量的流量计。
6.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述现场设备耦接到不可靠的电源。
7.根据权利要求6所述的现场设备，其中，所述不可靠的电源是能量收集器。
8.根据权利要求7所述的现场设备，其中，所述能量收集器是热电能收集器。
9.根据权利要求1所述的现场设备，还包括过程变量传感器，所述过程变量传感器可操作地耦接到所述控制器，并被配置为提供过程变量的指示。
10.一种流量计，包括：
电力模块，所述电力模块被配置成从不可靠的电力源接收能量并向所述流量计的部件提供电力；
传感器，所述传感器被配置为提供指示过程流体的流量的信号；
计时器，所述计时器被配置为监测所述流量计的操作持续时间并且生成指示所述流量计的操作持续时间的计时器信号，在该操作持续时间内，所述传感器生成指示所述过程流体的流量的传感器信号；以及
控制器，其特征在于，所述控制器被配置成接收所述传感器信号和所述计时器信号，所述控制器被配置成基于所述传感器信号提供流量输出，所述控制器还被配置成基于所述计时器信号存储操作时间的指示，并将操作时间的指示传送到远程设备。
11.根据权利要求10所述的流量计，还包括可操作地耦接到所述控制器的过程通信电路，其中，所述过程通信电路被所述控制器使用，以使用过程通信协议将所述操作时间的指示传送到所述远程设备。
12.根据权利要求10所述的流量计，还包括：
数据存储器，所述数据存储器包括非易失性存储器，所述非易失性存储器被配置为接收来自所述计时器的所述计时器信号并将其存储在所述非易失性存储器内。
13.根据权利要求10所述的流量计，其中，所述流量计是涡旋流量计，并且其中，所述传感器包括压电单元。
14.根据权利要求10所述的流量计，其中，所述电力模块耦接到能量收集器。
15.根据权利要求14所述的流量计，其中，所述能量收集器是热电能收集器。
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