CN218211526U

CN218211526U - 液位感测系统

Info

Publication number: CN218211526U
Application number: CN202220644036.3U
Authority: CN
Inventors: K·K·詹森; A·M·普鲁沙; J·F·德蒙特
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2023-01-03
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: US11809157B2; CN115112204A; US20220299972A1; US20240045397A1

Abstract

本公开内容提出了一种液位感测系统。该液位感测系统能够连续地检测容器或罐内液体的液位并且能够被集成在更大型的控制系统中。有利的是，公开的液位传感器的传感器头可被安装在带有现有浮筒或浮子和现有构件或杆的现有装置上。因此，本公开内容的技术使得过程工厂能采用更加环境友好型的选择来容易地并且经济地更换气动液位传感器。

Description

液位感测系统

技术领域

本公开内容总体上涉及液位传感器技术，更具体地，用于实施在过程控制环境中检测液位的连续液位检测电磁信号发送的技术。

背景技术

分布式过程控制系统，诸如像那些用在发电、化工、石油、或其它过程中的分布式或者可扩展的过程控制系统，通常包括一个或多个过程控制器，其相互通信耦合、经由过程控制网络通信耦合到至少一个主机或操作员工作站、并且经由模拟、数字、或组合的模拟/数字总线通信耦合到一个或多个仪器或现场设备。

现场设备在过程或工厂中执行功能，诸如打开或关闭阀、开关设备、以及测量过程参数。示例现场设备包括阀、阀定位器、开关、以及变送器 (例如，设备包括用于测量温度、压力或流速的传感器；以及用于发送感测到的温度、压力、以及流速的变送器)。

通常位于过程环境中的过程控制器接收指示由现场设备获得的过程测量结果(或者与现场设备有关的其它信息)的信号，并且执行运行例如做出过程控制决策的不同控制模块的控制器应用、基于接收到的信息生成控制信号、并与在智能现场设备(例如，

无线

以及

现场总线现场设备)中执行的控制模块或块进行协调。

控制模块的执行使得过程控制器通过通信链路或信号路径向现场设备发送控制信号，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作(例如，以控制在工厂或系统中运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分)。例如，控制器和现场设备可控制由过程工厂或系统所控制的过程的第一部分，第二组(一个或多个)控制器和现场设备可控制过程的第二部分。

输入/输出(I/O)卡(有时称为“I/O设备”或“I/O模块”)，其通常也位于工厂环境中，通常被通信地设置在控制器与一个或多个现场设备之间，实现它们之间的通信(例如，通过将电信号转换为数字值以及反之亦然)。通常，I/O卡作为在过程控制器与一个或多个现场设备的输入或输出之间的中间节点发挥作用，一个或多个现场设备的输入或输出被配置用于与I/O卡所使用那些的相同的一个或多个通信协议。具体地，现场设备的输入和输出通常被配置用于模拟或离散通信。为了与现场设备通信，控制器通常需要被配置用于与现场设备所使用的输入或输出的相同类型的I/O卡。即，对于被配置为接收模拟控制输出信号(例如，4-20mA信号)的现场设备，控制器需要模拟输出(AO)I/O卡以发送合适的模拟控制输出信号；而对于被配置为经由模拟信号发送测量结果或其它信息的现场设备，控制器通常需要模拟输入(AI)卡以接收所发送的信号。类似地，对于被配置为接收离散控制输出信号的现场设备，控制器需要离散输出(DO)I/O卡以发送合适的离散控制输出信号；而对于被配置为经由离散控制输入信号发送信息的现场设备，控制器需要离散输入(DI)I/O卡。

如在本文中所使用的，现场设备、控制器、以及I/O设备被统称为“过程控制设备”，并且总体上位于、设置于、或安装在过程控制系统或工厂的现场环境中。由一个或多个控制器、通信地连接到一个或多个控制器的现场设备、以及促使控制器与现场设备之间通信的中间节点所形成的网络可称为“I/O网络”或“I/O子系统”。

可使得来自一个或多个I/O网络的信息通过数据高速公路或通信网络 (“过程控制网络”)对于一个或多个其它硬件设备可用，诸如通常放置在控制室或其它远离工厂更恶劣的现场环境的位置(例如，过程工厂的后端环境中)中的操作员工作站、个人计算机或计算设备、手持设备、数据历史库、报告生成器、中央数据库、或其它中央管理计算设备。

通过过程控制网络所传输的信息使得操作员或维护人员能够经由连接到网络的一个或多个硬件设备执行有关过程的期望的功能。这些硬件设备可运行应用，该应用使操作员能够例如改变一个或多个过程控制例程的设置、调整过程控制器或智能现场设备中的控制模块的操作、查看过程工厂中的过程的当前状态或特定设备的状态、查看由现场设备和过程控制器生成的警报、出于培训人员或测试过程控制软件的目的仿真过程的操作、诊断过程工厂中的问题或硬件故障等。由硬件设备、控制器、以及现场设备所使用的过程控制网络或数据高速公路可包括有线通信路径、无线通信路径、或有线和无线通信路径的组合。

作为示例，由艾默生(Emerson)公司所销售的DeltaV^TM控制系统和 Ovation^TM分布式控制系统(DCS)均包括存储在位于过程工厂内不同地方的不同设备中的多个应用，并且这些多个应用由该不同设备执行。驻留于过程控制系统或工厂的后端环境中的一个或多个工作站或计算设备中配置应用使用户能够创建或改变过程控制模块，并且经由数据高速公路将这些过程控制模块下载到专用的分布式控制器。通常，这些控制模块由通信互连的功能块组成，该功能块是面向对象的编程协议中的对象，其(i)基于对其的输入执行控制方案中的功能以及(ii)将输出提供给控制方案中的其它功能块。配置应用还可允许配置设计者创建或改变由查看应用所使用的操作员界面，以向操作员显示数据，并使得操作员能够改变过程控制例程中的设置，诸如设置点。

每个专用控制器(以及，在一些情况下，一个或多个现场设备)存储和执行相应的控制器应用，该控制器应用运行被分配和下载到其上的控制模块以实施实际的过程控制功能。查看应用，其可在一个或多个操作员工作站上(或者在与操作员工作站和高速公路通信连接的一个或多个远程计算设备上)执行，经由数据高速公路从控制器应用接收数据，向使用用户界面的过程控制系统设计者、操作员、或用户显示该数据，并且可提供多种不同视图的任何一种，诸如操作员视图、工程师视图、技术人员视图等。数据历史库应用通常存储在数据历史库设备中并由数据历史库设备执行，该数据历史库设备收集并存储跨数据高速工路所提供的一些或全部数据，而配置数据库应用可在附接到数据高速公路上的另一台计算机中运行，以存储当前的过程控制例程配置和与其相关联的数据。可选地，配置数据库可位于与配置应用相同的工作站中。

除了过程控制器、I/O卡、以及现场设备，典型的过程控制系统包括对于过程操作也是必要的或者相关的多个其它支持设备。这些附加的设备包括，例如位于典型工厂中的许多地方的供电装备、发电和配电装备、诸如涡轮机的旋转装备等。

注意，本背景描述提供了促进理解和领会下文详细描述的背景。就本背景部分对其描述的程度而言，当前署名的发明人的工作(以及在申请之时可以不另外作为现有技术的该背景描述的各方面)既不明确地也不隐含地被认作针对本公开内容的现有技术。

实用新型内容

所描述的方法和系统使得过程控制工厂的人员能够将现有的液位传感器或液位控制器装置从气动信号传输系统转换为能够对流体液位连续测量的电磁信号传输系统。

在实施例中，液位感测系统被配置用于在过程控制环境中执行。液位感测系统可包括液位检测部件(例如，浮筒或浮子)，其被配置为响应于液位检测部件被放置于其中的液体或流体的液位的变化而上升或下降。该系统可包括构件(例如，杆或杠杆)，其被械地连接到液位检测部件，以使得构件响应于液位检测部件的上升或下降而改变位置或朝向(例如，其中构件为杠杆，其围绕枢轴旋转，以使得杠杆的一端响应于液位检测部件的位移而上下移动)。在实施例中，构件可包括磁性阵列(例如，设置在构件的响应于液位检测部件的移动而上下移动的一端上)。

液位感测系统可包括一个或多个传感器，其被配置用于液体或流体的液位的连续检测。例如，传感器可被配置为连续地测量构件的位置或朝向。传感器可被配置为生成与构件的连续测量的位置或朝向相对应的检测到的液位值。传感器可以是磁性传感器(例如，霍尔效应传感器)，其检测源自机械连接到液位检测部件的构件上的磁体的磁场。即，在实施例中，关于其与响应于液位检测部件的上升或下降而移动的构件和其它机械部件的关系，传感器可被描述为是“不接触的”。液位感测系统可包括通信耦合到一个或多个传感器的电路，其被配置为：(i)根据过程控制通信标准或协议，生成电磁信号(例如，4-20mA、HART、无线Hart等)，以携带检测到的液位值；以及(ii)将电磁信号发送到过程控制器，以使得过程控制器能够按照检测到的液位值来执行控制。在实施例中，传感器和电路被设置在传感器头的壳体或本体内部。

注意，已经提供了本实用新型内容以介绍下面在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。如在具体实施方式中所解释的，某些实施例可包括未在本实用新型内容中描述的特征和优点，以及某些实施例可能省略本实用新型内容中所描述的一个或多个特征或优点。

附图说明

图1A描绘了根据实施例的示例液位传感器。

图1B描绘了示例分离罐系统，诸如在图1A中所示的液位传感器可在其中实施。

图2是示例工厂环境的框图，在图1中所示的液位传感器可在其中实施。

图3是描绘诸如图1中所示的液位传感器的示例部件的框图。

图4是诸如图1中所示的示例液位传感器的剖面图。

图5描绘了根据实施例的示例液位传感器。

具体实施方式

所描述的方法和系统使过程控制工厂的人员能够将现有的液位传感器或液位控制器装置从气动信号传输系统转换为电磁信号传输系统。图1A示出了根据本文所描述的技术被配置用于电磁信号传输的液位传感器100。在典型示例中，传感器100包括浮筒或浮子103，其随着其所在的流体的液位上升和下降而上升和下降。浮筒103机械地连接到构件或杆102，其响应于浮筒103的位移，围绕枢轴沿大致垂直的轴移动。枢轴可大致位于构件102的中间。杆102的另一端连接到传感器100的传感器头101的壳体内的一个或多个部件。

在较高层面处，词语“传感器头”通常指的是液位传感器或液位控制器的一个或多个部件，该液位传感器或液位控制器包括(例如，经由响应于浮筒的杆)检测浮筒的位移并且响应性地生成表示液位的信号的部件。

此外，在较高层面，词语“连续的”液位传感指的是其中液位被连续地或连续不断地(或接近连续不断地)测量的操作。连续的液位传感器系统可被认为与“点式”液位传感器系统形成对比。点式液位传感器是检测液体介质是否存在的设备。在示例系统中，点式液位系统可具有“低刻度”传感器和“高刻度”传感器。该系统能够检测到这些传感器是否激活(并且因此能够检测到是否已经超过这些刻度)。但是这样的系统不能检测到例如在高刻度和低刻度之间的精确液位。此外，如果流体的液位低于低液位传感器，则这样的系统不能检测到该液体低于“低刻度”多少。类似地，如果流体的液位高于“高刻度”，则该系统不能检测到液位高于“高刻度”多少。在典型示例中，当触发了“高刻度”传感器，就会使得泵激活或者阀打开(从而把罐里的液体排出，以使得不再超过“高刻度”)。类似地，在典型示例中，当不再触发“低刻度”传感器时，系统关闭阀或关掉泵，从而液位能够再次上升。使用浮筒或浮子的系统通常是点式液位传感器系统。注意的是，到所偏好的或所期望的精确或准确液位测量结果的程度，点式液位传感器不能提供这样的测量结果。相比之下，连续的液位传感器提供了液体相对连续不断的测量结果，并且在任何时间传递罐内或容器内液体的精确的和准确无误的液位。

总体而言，短语“电磁信号传输”和关于其的变型指的是经由电磁现象的操控发送信息的技术。例如，电磁信号可以是经由有线介质发送的电气或电信号，其中电流、电压、或频率以某种方式被操控来携带信息。对于可由本文所描述的系统所发送或者接收的电气或电信号的示例标准或协议包括用于过程环境中的标准4-20mA信号、HART、HART-IP、现场总线、 Profibus等。作为另一示例，电磁信号可以是无线传输的射频(RF)信号，其中操控幅度、频率、或相位来携带信息。由本文所描述的系统所发送或者接收的RF信号可符合一个或多个标准或协议，例如Wi-Fi或其它IEEE 802.11兼容的一个或多个无线局域网协议、

无线

等。

回到图1A，传感器头101包括机械或电子部件，该部件被配置为：(i) 连续地检测杆102的朝向或位置，(ii)连续地分析所检测到的杆102的朝向或位置，以确定在给定时间与所检测到的杆的朝向或位置对应的液位，以及(iii)(例如，向过程控制器)生成或发送表示连续地检测到的或确定的或测量的液位的电磁信号。

总体而言，浮筒103和杆102可以是来自气动传感器装置(installation) 的部件，该气动传感器装置在安装传感器头101之前已存在。即，在典型示例中，气动传感器部件的传感器头(未示出)可能被移除，并且可代替旧的气动传感器头安装传感器头101。

关于气动液位传感器和控制器，在过程控制行业内，存在许多气动液位控制回路。这些气动控制回路通常使用气动位移传感器和气动控制阀。在典型示例中，气动液位传感器和(例如，包含阀致动器和阀定位器的) 气动控制阀经由输送天然气的管线连接。气动液位传感器经由天然气管线发送3-15压力信号，其表示检测到的液位。用于气动控制阀的气动定位器被配置为测量存在于管线中的压力，并且基于所测量的压力致动阀。在典型示例中，气动定位器被配置为响应于所测量的压力致动阀，从而获得期望的液位范围(例如，当达到高流体刻度时，打开排放阀以降低液位，并且当达到低流体刻度时，关闭排放阀从而液位会上升)。通常，气动定位器通过类似于向阀致动器发送3-15psi压力信号来控制阀，该信号对阀致动器施加或释放压力(例如，从而操控由致动器所驱动的阀塞阻塞或不阻塞流动的角度)。

在任何情况下，如所指出的，可将传感器头101安装在气动装置的现有的浮筒或浮子上，从而创建了能够进行电磁信号传输的改进的液位传感器100。传感器头101实现了电磁信号传输替代气动信号传输、以及与更广泛的控制系统和控制方案集成(例如，实现远程监控和控制)。

图1B描绘了示例系统150，在该系统中，可实施示例液位传感器100A 和100B，其中的每一个表示在图1A中示出的液位传感器100的实施例。系统150包括分离罐151以及流体流穿过其进入罐151的进口152。总体而言，流体流从油井或气井进入罐151。系统150被配置为分离来自经由进口152进入的流体流的水、油、气和沉淀物。通常，诸如系统150的分离罐系统包括被设计为分离油和水成分的液位控制系统或回路、以及被设计为管理分离罐内的压力的压力调节器回路或系统。总体而言，可以存在具有分离器的两个分立的控制回路。第一回路作用于从分离器罐内移除水。例如，如所示，液位传感器100A和控制阀163与该第一回路相关联。第二回路作用于从罐内移除油。如所示，第二回路包括液位传感器100B以及与油成分相关联的控制阀165。在典型的操作中，流体流进入罐152内，并且分离为水部分153以及油和乳浊液部分155。传感器100A被设置为使得其停留在水部分153和油部分155的分界线以下的水部分153中。油部分155穿过分界线流入第二油部分157。在该油部分155内设置液位传感器100B，以测量在油部分155中油的液位。控制阀161控制保持在罐内的压力。这种针对分离器罐的双回路设计带有相对简单并且易于实施的优点。

令人遗憾的是，典型的分离器罐系统的缺点是它们使用了气动控制回路。通常，这些系统被安装在最初不具有电力源的位置，通常是由于位于无法电力不可用的远程位置。这些现有的分离器系统已经越来越被视为对环境不友好，因为其对天然气的使用以进行气动信号传输。附加地，典型的气动信号传输系统没有向位于距井口较远处的操作员提供足够的反馈，因为这些系统通常被配置仅用于本地控制。即，这些系统中的典型的气动控制回路通常独立于任何大型控制系统操作。当问题出现在这样的系统中时，它们通常需要本地维护和监督。无法远程地检测、控制、或操控这样的系统带来越来越难以使其具有经济效益的大量成本，特别是当安装电力和连网能力的基础设施已经变得越来越容易和更加易于支付的时候。

与典型的气动装置相比较，液位传感器100通过使过程工厂用电磁信号传输的液位传感器100来更新或翻新气动液位回路，提供了环境友好的解决方案。有利的是，传感器101可以安装在带有现有的浮筒或浮子以及现有的构件或杆的现有装置上，使得加压的分离器容器(例如，诸如在图 1B中示出的罐151)在安装期间保持封闭。在多个优点之中，这一点允许生产停工期最低限度地缩短并且确保员工的安全，因为不需要对容器减压来安装新的传感器头101。附加地，传感器头101可提供关于容器内正在发生的情况的更高水平的诊断(由于在传感器头101中所包括的“智能”电子部件，以及由于传感器头101可被集成在更大型控制系统中的事实，这些更大型控制系统具有能够分析经由传感器头101所收集的数据的控制器和计算机)。如所指出的，相比之下，传统的气动设计不向位于距离井口较远处的操作员提供足够的反馈。

I.示例工厂环境

图2是示例过程工厂或环境5的框图，其中可实施液位传感器100(也在图1A中示出)以获得连续的液位测量结果。过程工厂5控制过程，其可以说是具有以过程的状态(例如，罐液位、流速、材料温度等)为特征的一个或多个“过程输出”以及一个或多个“过程输入”(例如，各种环境状况和致动器的状态、对可能会造成过程输出改变的状态的操控)。图2的过程工厂或控制系统5包括现场环境122(例如，“过程工厂层122”)和后端环境125，其中的每个通过过程控制主干或数据高速公路10通信地连接。主干10(有时称作“链路10”或“网络10”)可包括一个或多个有线的或无线的通信链路，并且可使用任何期望的或合适的通信协议(诸如以太网协议)得以实施。

总体而言，在本文中所使用的并且除非另有说明，术语“网络”指的是节点(例如，能够发送、接收或转发信息的设备或系统)和连接为实现节点间的通信的链路的集合。取决于实施例(并且除非另有说明)，所描述的网络中的每个网络可包括负责在节点间转发引导业务量的专用路由器、交换机、或集线器，并且，可选地包括负责配置和管理网络的专用设备。在所描述的网络中的一些或全部节点也可适于用作为路由器，以便引导在其它网络设备之间发送的业务量。所描述的网络的节点可以以有线的或无线的方式互联，并且可具有不同的路由和传输能力。

在较高层面(并且如在图2中示出)，现场环境122包括物理部件(例如，过程控制设备、网络、网络元件等)，其被设置、安装、互连以操作为在运行时期间控制过程。例如，现场环境122包括I/O网络6。总的来说， I/O网络6的部件位于、设置于、或者以其它方式包括在过程工厂5的现场环境122中。总体而言，在过程工厂5的现场环境122中，使用在此处设置的物理部件接收并处理原材料以生成一个或多个产品。

相比之下，过程工厂5的后端环境125包括各种部件，诸如计算设备、操作员工作站、数据库或数据银行(databank)等，其被防护或保护以免遭受现场环境122的恶劣环境和材料影响。在一些配置中，在过程工厂5的后端环境125中所包括的各种计算设备、数据库和其它部件和装备可以物理上位于不同的物理位置，其中的一些可在过程工厂5本地，其中的一些可以是远程的。如果期望的话，在后端环境125中的任何部件可接收由液位传感器100所生成的或发送的数据。

如所指出的，现场环境122包括诸如I/O网络6的一个或多个I/O网络，其中的每个包括：(i)一个或多个控制器，(ii)通信地连接到一个或多个控制器的一个或多个现场设备，以及(iii)促使控制器和现场设备之间通信的一个或多个中间节点(例如，I/O卡或模块)。如所示，I/O网络6可包括液位传感器100，其可经由I/O卡26或28通信地连接到过程控制器11。

总体上，至少一个现场设备执行物理功能(例如，打开或关闭阀，升高或降低温度，进行测量，感应状况等)以控制在过程工厂5中所实施的过程的操作。现场设备可以被认为是操控过程输入(例如，阀的位置或泵的状态)或测量过程输出(例如，罐的液位、流速、压力、温度、温度等) 的一种方式。例如，液位传感器100被配置为获得连续的液位测量结果，随后其可被提供给在I/O网络6或在工厂网络5中的任何一个或多个节点。

一些类型的现场设备经由I/O设备(有时称为“I/O卡”)与控制器通信。过程控制器、现场设备、以及I/O卡可被配置为有线或无线通信。任何数量和组合的有线和无线过程控制器、现场设备、以及I/O设备可以被包括在过程工厂环境或系统5中。例如，现场环境122包括I/O网络6，其包括过程控制器11经由I/O卡26和I/O卡28通信地连接到有线的现场设备集合15-22。如果期望的话，液位传感器100可经由诸如I/O卡26或28的I/O 卡通信连接到过程控制器11。

现场环境122还包括无线网络70，该无线网络70包括(例如，经由无线网关35和网络10)耦合到控制器11的无线现场设备集合40-46。无线网络70可以是I/O网络6的一部分，或者也可以是未在图2中示出的(并且可包括未在图2中示出的控制器或I/O卡的)I/O网络的一部分。在一些实施例中，液位传感器100的传感器头101可包括能够无线地接收或发送本文所描述的由液位传感器100所发送的或接收的任何数据的电路。该数据可经由任何合适的无线协议(例如，无线Hart、蓝牙、WiFi等)发送或接收。如果期望的话，传感器头101可被配置为经由有线的链路通信，但可连接到给予液位传感器无线能力的外部无线收发器或适配器。

在一些配置中，控制器11可使用除了主干10以外的一个或多个通信网络通信地连接到无线网关35，例如通过使用任何数量的其它有线或无线通信链路，该链路支持一个或多个通信协议，例如WiFi或其它IEEE 802.11 兼容的无线局域网协议、移动通信协议(例如，WiMAX、LTE、或其它ITU-R 兼容的协议)、

无线

Profibus、

现场总线等。

控制器11，其可以是由Emerson过程管理公司出售的DeltaVTM控制器，可操作为使用现场设备15-22和40-46的至少部分实施批次过程或连续过程。除了通信地连接到过程控制数据高速公路10，控制器11也使用任何期望的硬件和相关联的软件，例如标准4-20mA设备、I/O卡26、28或任何智能通信协议诸如

现场总线协议、

协议、无线

协议等，通信地连接到现场设备15-22和40-46的至少部分。在图2 中，控制器11、现场设备15-22和I/O卡26、28是有线设备，而现场设备 40-46是无线现场设备。当然，有线现场设备15-22和无线现场设备40-46 可符合诸如任何有线的或无线协议的任何其它期望的一个或多个标准或协议，包括未来发展的任何标准或协议。

过程控制器11包括处理器30，其实施或监视一个或多个(例如，存储在存储器32中的)过程控制例程38。处理器30被配置为与现场设备15-22 和40-46、以及通信地连接到控制器11的其它节点通信。注意，如果期望的话，本文所描述的任何控制例程或模块可具有由不同控制器或其它设备所实施的或执行的部分。类似地，本文所描述的将在过程控制系统5中被执行的控制例程或模块38可采用任何形式，包括软件、固件、硬件等。可以以任何期望的软件格式实施控制例程，例如使用面向对象的编程、梯形逻辑、顺序功能图、功能框图，或者使用任何其它软件编程语言或设计范式。可将控制例程38存储在存储器32的任何期望形式中，例如随机存取存储器(RAM)、或者只读存储器(ROM)。类似地，控制例程38可被硬编码到例如一个或多个EPROM、EEPROM、应用专用集成电路(ASIC)、或者任何其它硬件或固件原件。简言之，控制器11可被配置为以任何期望的方式实施控制策略或控制例程。

控制器11使用通常称作功能块的模块来实施控制策略，其中每个功能块是整个控制例程的对象或其它部分(例如，子例程)。控制器11可结合由其它设备(例如，其它控制器或现场设备)所实施的功能块来实施过程控制系统5中的过程控制回路。基于控制的功能块通常执行以下功能的其中之一：(i)诸如与变送器、传感器或者其它过程参数测量设备相关联的输入功能(有时称为“输入块”)；(ii)诸如与执行PID、模糊逻辑等的控制例程相关联的控制功能(有时称为“控制块”)；或(iii)控制诸如阀的某个设备的操作，以执行过程控制系统5中的某个物理功能的输出功能(有时称为“输出块”)。当然，存在混合或其它类型的功能块。

功能块可以存储在控制器11中并且由控制器11执行，这通常是当这些功能块用于标准4-20mA设备或者诸如

的其它类型的智能现场设备、或者与这些设备相关联的情形，或者功能块可以存储在现场设备其本身中并且由现场设备其本身执行，这可以是关于

现场总线设备的情形。控制例程38中的一个或者多个例程可执行通过执行功能块中的一个或多个功能块被执行的一个或多个控制回路。

如果期望的话，控制器11可被配置为基于从液位传感器100接收到的数据，控制一个或多个阀以及/或者一个或多个泵。例如，当液位正在接近被视为过高的不期望的液位时，可激活一个或多个排放泵以及/或者可打开一个或多个排放阀。类似地，在这种情况下，当液位到达阈值或者接近阈值时，可关闭或者去激活一个或多个进口阀或泵，以停止进入罐的流入。相反，当液位到达不期望的低液位时，可相应地去激活或关闭一个或多个排放泵，以减少流出。类似地，可相应地激活或打开一个或多个进口泵或阀，以增加流入。

在任何情况下，当I/O卡26和28可以是符合任何期望的通信或控制器协议的任何类型的过程控制I/O设备时，有线现场设备15-22可以是任何类型的设备，诸如传感器、阀、变送器、定位器等。在图2中，现场设备15-18 是通过模拟线路或者组合的模拟和数字线路通信到I/O卡26的标准4-20mA 设备或

设备，而现场设备19-22是智能设备，例如使用

现场总线通信协议、通过数字总线通信到I/O卡28的

现场总线现场设备。附加地或者可替代地，在一些实施例中，有线现场设备15-22中的至少一些有线现场设备或I/O卡26、28中的至少一些I/O卡使用过程控制数据高速公路10或者通过使用其它合适的控制系统协议(例如，Profibus、设备网(DeviceNet)、Foundation现场总线、控制网(ControlNet)、Modbus、HART等)，来与控制器11通信。

在图2中，无线现场设备40-46使用诸如无线

协议的无线协议，经由无线过程控制通信网络70通信。这样的无线现场设备40-46可以与同样被配置为(例如使用该无线协议或另一无线协议)无线通信的无线网络 70的一个或多个其它设备或节点直接通信。为了与未配置为无线通信的一个或多个其它节点通信，无线现场设备40-46可使用连接到过程控制数据高速公路10或者另一过程控制通信网路的无线网关35。该无线网关35提供了到无线通信网络70的各种无线设备40-58的接入。具体地，无线网关35 提供了在无线设备40-58、有线设备11-28、或过程控制工程5的其它节点或设备之间的通信耦合。例如，无线网关35可通过使用过程控制数据高速公路10或通过使用过程工程5的一个或多个其它通信网络，来提供通信耦合。

与有线现场设备15-22类似，无线网络70的无线现场设备40-46执行过程工厂5中的物理控制功能，例如打开或关闭阀、或者测量过程参数。然而，无线现场设备40-46被配置为使用网络70的无线协议通信。因此，无线现场设备40-46、无线网关35、以及无线网络70的其它无线节点52＝58 是无线通信数据包的生产者和消费者。

在过程工厂5的一些配置中，无线网络70包括非无线设备。例如，在图2中，现场设备48是旧式(legacy)4-20mA设备，并且现场设备50是有线

设备。为了在网络70中通信，将现场设备48和50经由无线适配器52a、52b连接到无线通信网络70。无线适配器52a、52b支持诸如无线HART的无线协议，并且还可支持诸如

现场总线、PROFIBUS、设备网(DeviceNet)等的一个或多个其它通信协议。如果期望的话，可将液位传感器100经由诸如适配器52a/b的适配器耦合到无线网络70(以及例如，控制器)。

附加地，在一些配置中，无线网络70包括一个或多个网络接入点55a、 55b，其可以是与无线网关35有线通信的分立物理设备，或者可与无线网关35一起作为完整的设备被提供。无线网络70还可包括一个或多个路由器58，以在无线通信网络70中将数据包从一个无线设备转发到另一个无线设备。在图2中，无线设备40-46和52-58通过无线通信网络70的无线链路60或者经由过程控制数据高速公路10来相互通信并且与无线网关35通信。

如所指出的，后端环境125可包括诸如计算设备、操作员工作站、数据库或数据银行(databank)等各种部件，其通常被防护或保护以免遭受现场环境122的恶劣环境和材料的影响。后端环境125可包括以下的任何一个或多个部件，其中每个部件通信连接到数据高速公路10：(i)一个或多个操作员工作站(例如，被配置为向操作员显示来自液位传感器100的数据；或被配置为使操作员能够将命令发送给液位传感器100)；(ii)配置应用和配置数据库(例如，以实现液位传感器100的配置)；(iii)数据历史应用和数据历史数据库(例如，以存储来自液位传感器100的历史信息，诸如由液位传感器100生成的所测量的液位或诊断信息)；(iv)使用其它无线协议与其它设备通信的一个或多个其它无线接入点；以及(v)到当前的过程控制系统5外部的系统的一个或多个网关。

如所示，工厂5可包括诊断系统130，其可在主机(有时称为“服务器”、“计算机”等)150上执行，并且可通信耦合到数据高速公路10。主机150 可以是任何合适的计算设备，并且可包括将系统130存储为一个或多个模块、应用、或指令集的存储器(未示出)；以及用于执行系统130的处理器 (未示出)。存储器可以是包括用于放置、保存、和/或接收信息的非暂时计算机可读介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存、光盘存储器、磁存储器等)的任何系统或设备。在一些配置中，主机150可以是便携式手持工具，包括例如触摸界面。此外，在一些例子中，系统130是专用集成电路(ASIC)。尽管图2将主机150示出为包括显示器，但在一些例子中，主机150不包括显示器。在任何情况下，诊断系统130可对从液位传感器100 接收到的数据执行诊断分析。

II.示例液位传感器的示例方面

图3是根据实施例的传感器头101(也在图1A中示出)的框图。图3 还描绘了根据实施例的在图1A中示出的浮筒103和构件102，以及可经由传感器头101通信耦合到液位传感器100的过程控制器341。过程控制器341可与在图1中示出的过程控制器311类似。

在操作时，实施例300的构件或杆102(例如，以大致垂直的方向)移动，使得所连接的构件321响应性地移动或改变朝向(例如，沿着垂直的轴)。在所示的示例中，构件321包括磁性阵列322。磁性阵列可包括足以实现传感器头101的操作的任何合适数量的或排列的磁性元件。

传感器头101可包括磁传感器305、307、和309，以及电连接和/或通信连接到磁传感器305-309的电磁信号传输电路311。

电磁信号传输电路311除其它部件外，可包括处理器351、存储器352、输入/输出(I/O)和/或一个或多个网络接口353，其全部可经由地址/数据总线(未示出)相互连接。存储器352可存储可由处理器351执行的软件和/或机器可读指令。应该意识到的是，尽管图3仅描绘了一个处理器351，但是电路311可包括多个处理器351。所示出示例的处理器351是硬件，并且可以是基于半导体(例如，基于硅的)的设备。示例处理器351包括可编程处理器、可编程控制器、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、现场可编程逻辑设备(FPLD)等。

存储器352可包括存储软件和/或机器可读指令的易失性和/或非易失性存储器。例如，程序存储器352可存储软件和/或机器可读指令，它们可由处理器351执行以实现以下功能：(i)确定与从磁传感器305-309所接收的输出(例如，表示检测到的磁场)对应的流体液位，以及(ii)生成和/或发送信号以将确定的液位传输给另一设备(例如，控制器341或11)。如本文所使用的，术语非暂时机器可读介质被明确地限定为包括任何类型的机器可读存储设备和/或存储磁盘，不包括传播的信号，不包括传输介质。

电路311可包括一个或多个输入/输出(I/O)和/或网络接口，其被共同地称为通信接口353。电路311的一个或多个通信接口353使得液位传感器 100能够与例如另一设备、系统、主机系统、或者任何其它机器通信，诸如过程控制器341、在图2中示出的控制器11、或在图2中示出的主机150。

如果期望的话，接口353可包括I/O接口，其实现了用户输入的接收和将输出数据传递给例如用户156。这样的I/O接口可包括任何数量和/或不同类型中的一种或多种类型的I/O电路或部件，其使得处理器351能够与外围 I/O设备(例如，示例传感器305-309)或另一系统通信。示例I/O接口包括通用串行总线(USB)接口、

接口、近场通信(NFC)接口、串行接口、和/或红外收发器。外围I/O设备可以是任何期望类型的I/O设备，诸如键盘、显示(液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示、发光二极管(LED)显示、有机发光二极管(OLED)显示器、平面切换(IPS) 显示器、触摸屏等)、扬声器、麦克风、打印机、按钮等。尽管图3将一个或多个接口353描绘为单个块，但一个或多个I/O接口353可包括任何数量和/或一种或多种类型的电路和部件，其使得处理器351能够与外围I/O设备和/或其它系统通信。

此外，一个或多个接口353可实现经由例如一个或多个网络(例如，网络10或70)与其它系统(例如，过程处理器341、在图2中示出的控制器11、或者在图2中示出的主机150)的通信。示例的一个或多个接口353 可包括任何合适类型的一个或多个有线和/或无线网络接口，其被配置为依照任何合适的一个或多个协议来操作，如例如TCP/IP接口、(根据IEEE802.11系列标准的)Wi-Fi^TM收发器、以太网收发器、蜂窝网络无线电、卫星网络无线电、同轴电缆调制解调器、或任何其它合适的通信协议或标准。再一次地，尽管图3将一个或多个接口353描绘为单个块，一个或多个接口353可包括任何数量和/或一种或多种类型的网络接口，其使得处理器351 能够与其它系统和/或网络通信。

在任何情况下，磁传感器305-309可以是能够检测到源自磁性阵列322 的一个或多个磁场的霍尔效应传感器。在典型示例中，磁传感器305-309 输出与检测到的磁场强度直接成正比的电压。传感器305-309可操作为模拟传感器。有了已知的磁场，就可以确定传感器305-309与磁性阵列322之间距离。如果期望的话，磁传感器305-309可以被设置和配置为可以推断磁体 322的相对位置。由于磁传感器305-309能够提供输出(例如，电压)的能力，根据该输出可以确定磁性阵列322的相对距离和/或位置，因此磁传感器305-309实现了基于检测到的磁体的距离/位置的连续液位感测(例如，相对于点式感测)。

一旦(例如，基于来自传感器305-309的电压)检测到磁性阵列322 的距离/位置，电路311就可确定对应的液位。例如，电路311可将从来自磁传感器305-309的输出关联到已知的液位的表存储到存储器。如果期望的话，例如当检测到传感器输出但未在这张表里找到时，电路311可在这些关系之间内进行插值以确定所检测的液位。可在配置过程期间设定与来自传感器的所检测的输出相对应的液位。在任何情况下，在确定液位后，电路311可输出到达过程控制器341(类似于图2中所示的控制器11的)的信号，该信号符合过程控制协议(例如，4-20mA)并且携带所检测的液位。例如，信号可被配置为使得8mA信号表示0％的液位以及16mA信号表示 100％的液位。在8mA和16mA之间的电流水平可成比例地表示0-100％之间的液位(例如，以使得12mA表示50％的液位)。在一些例子中，信号可被缩放到直接的测量结果而不是百分数(例如，表明罐内处于四英尺的液位)。

图4是液位传感器100的示例实施例400的剖面图。如所示，传感器 400包括(例如，与浮筒103类似的)浮筒或浮子403、(例如，与杆102 类似的)构件或杆402、以及(例如，与传感器头101类似的)传感器头401。杆402可被机械地连接到(例如，类似于在图3中所示的构件321) 杠杆421，以使得杆402的(例如，沿着大致垂直的轴的)移动造成操纵杆 421移动。具体地，杆402的移动可使得操纵杆421围绕枢轴旋转。操纵杆 421的一端可包括磁性阵列(例如，诸如在图3中示出的阵列322)。传感器头401可包括通信模块431，其容纳诸如电磁信号传输电路411，使得构件421的移动能够被连续地检测，从而实现浮筒403的连续检测和所检测液位的连续的电磁信号传输。

图5描绘了液位传感器100的示例实施例500。相较于实施例400，实施例500表示其中浮筒或浮子的移动如何被检测以及该移动如何被转变成电磁信号的变型方式。实施例500可包括(例如，类似于浮筒103的)浮筒503、(例如，类似于杆102的)杆502、以及传感器头501。传感器头 501可包括类似于在图4中示出的通信模块431的通信模块531。

如所示，杆502沿着大致垂直的轴的移动可造成构件521和523响应于杆502的移动而以大致垂直的方向移动。构件523可以机械地连接到响应于构件523向上和向下移动而旋转的旋转部件525。部件525可具有(例如，定位在部件525的一半上方的)磁性阵列。以类似于关于图3所描述的方式，当磁性阵列在移动范围内移动，通信模块531可检测到该磁性阵列，使得模块531能够确定与部件525的旋转位置相对应的液位测量结果。通信模块531可将获得的测量结果发送给过程控制器，诸如在图2中示出的控制器11或者在图3中示出的控制器341。

II.附加的考虑事项

当用软件实施时，本文所描述的任何应用、服务、和引擎可被存储在任何有形、非暂时计算机可读存储器中，诸如在磁盘、光盘、固态存储器设备、分子存储器存储设备、或其它存储介质上，在计算机或处理器的RAM 或ROM中等。尽管本文所公开的示例系统被公开为除了其它部件之外，包括在硬件上执行的软件或固件，但应该注意的是，这样的系统仅是示意性的并且不应该被认为是限制性的。例如，应考虑的是，任何或所有的这些硬件、软件、和固件部件可仅用硬件、仅用软件、或用固件和软件的任意组合实现。相应地，尽管本文所描述的示例系统被描述为在一个或多个计算机设备的处理器上执行的软件中实施，但是本领域的普通技术人员将容易理解，所提供的示例不是实施此类系统的唯一方式。

在整个本说明书中，多个例子可实施被描述为单个例子的部件、操作、或结构。尽管一个或多个方法的单独操作被示出并描述为分立的操作，但在某些实施例中，可同时执行一个或多个单独操作。

如本文所使用的，对于“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合该实施例所描述的特定元件、特征、结构、或特性被包括在至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”出现在说明书中不同位置不一定都指代同一实施例。

如本文所使用的，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”、“有”或者任何其它变型旨在涵盖非排他性包含。例如，包含一列元素的过程、方法、制品、或装置不一定仅限于那些元件，而是可包括未明确列出的或此类过程、方法、制品、或装置固有的其它元素。此外，除非另有明确地相反规定，“或”指的是包含性的或而不是排他性的或。例如，条件A或B 由以下任一项满足：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)并且B为真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。

此外，短语“其中系统包括X、Y或Z中的至少一个”表示系统包括 X、Y、Z或它们的某种组合。类似地，短语“其中部件被配置用于X、Y 或Z”意味着部件被配置用于X，被配置用于Y，被配置用于Z，或配置用于X、Y和Z的某种组合。

此外，使用“一”或“一个”来描述本文实施例的元件和部件。本说明书及所附的权利要求书应该被阅读为包括一项或至少一项。单数也包括复数，除非明显地其含义不同。

在不同的实施例中，本文描述的硬件系统可以机械地或电子地实施。例如，硬件系统可以包括永久配置的专用电路或逻辑(例如，作为专用处理器，诸如用于执行某些操作的现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))。硬件系统还可以包括由软件临时配置以执行某些操作的可编程逻辑或电路(例如，被包含在通用处理器或其它可编程处理器内)。将理解，出于成本和时间考虑，可以驱动在专用和永久配置的电路中或在临时配置的电路(例如，由软件配置)中机械地实施硬件系统的决定。

此外，本文件开头的专利权利要求不旨在在35U.S.C.§112(f)下解释，除非明确叙述了传统的手段加功能语言，诸如一个或多个权利要求中明确叙述的“意在用于”或“步骤用于”措辞。本文描述的系统和方法的至少一些方面旨在改进计算机功能，并改进传统计算机的功能。

Claims

1.一种液位感测系统，其被配置用于在过程控制环境中执行，其特征在于，所述液位感测系统包括：

液位检测部件，其被配置为响应于所述液位检测部件被放置于其中的液体的液位的变化而上升或下降；

构件，被机械地连接到所述液位检测部件，以使得所述构件响应于所述液位检测部件的上升或下降而改变位置或朝向；

一个或多个传感器，被配置用于通过以下方式进行所述液位的连续检测：(i)连续地测量所述构件的所述位置或朝向，以及(ii)生成与所述构件的连续测量的所述位置或朝向相对应的检测到的液位值；以及

电路，其通信地耦合到所述一个或多个传感器并且被配置为：(i)根据过程控制通信标准，生成电磁信号以携带所述检测到的液位值；以及(ii)将所述电磁信号发送到过程控制器，以使得所述过程控制器能够按照所述检测到的液位值来执行控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液位检测部件为浮筒。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液位检测部件为浮子。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述构件包括设置在所述构件上的磁体阵列，并且其中，所述一个或多个传感器为霍尔效应传感器，其被配置为通过检测来自所述一个或多个磁体的一个或多个磁场的方式来检测所述构件的所述位置或朝向的变化。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述构件为杠杆，其包括：(i)第一端，所述第一端机械地连接到杆，所述杆机械地连接到所述液位检测部件；(ii)枢轴点，所述构件响应于所述杆施加在所述第一端上的力而围绕所述枢轴点旋转；以及(iii)第二端，所述第二端包括所述一个或多个磁体。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括弹簧，其被配置为在所述构件的所述第二端上施加向下的力，从而使得所述构件的所述第一端为了保持所述构件的所述第一端与所述杆之间的接触而施加向上的力。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个传感器为力传感器，所述力传感器被配置为连续地测量所述构件在所述一个或多个传感器上所传递的力。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过程控制通信标准是4-20mA电流信号传输标准，并且其中，所述电磁信号为4-20mA信号。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过程控制通信标准为HART标准，并且其中，所述电磁信号为叠加在4-20mA信号上的数字信号。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过程控制通信标准为现场总线标准。