ES2738318T3 - Combustion gas analyzer in situ with improved process communication - Google Patents
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Abstract
Un sistema de control de combustión de proceso que comprende: una fuente de combustión, una fuente de combustible (20) y una fuente de aire (18), estando la citada fuente de combustión acoplada operativamente a la citada fuente de combustible (20) ya la citada fuente de aire (18), estando configurada la fuente de combustión para proporcionar gases de combustión a través de una chimenea; un controlador de combustión (22) acoplado a al menos una de entre la fuente de combustible (20) y la fuente de aire (18); un analizador de gases de combustión in situ (110) que comprende: una sonda (12) que se puede extender en una chimenea, teniendo la sonda (12) una celda de medición que proporciona una señal que responde a una concentración de un gas dentro de la chimenea; un controlador (52) acoplado a la sonda (12) y configurado para proporcionar una salida basada en la señal de la celda de medición; una primera unidad de acceso a medios (54) acoplada al controlador (52) y acoplable operativamente a un primer enlace de comunicación de proceso (100), estando configurada la primera unidad de acceso a medios (54) para comunicar de acuerdo con un protocolo de comunicación de procesos completamente digital sobre el primer enlace de comunicación de proceso (100); una segunda unidad de acceso a medios (56) acoplada al controlador (52) y acoplable operati20 vamente a un segundo enlace de comunicación de proceso (102), estando configurada la segunda unidad de acceso a medios (56) para comunicarse de acuerdo con un segundo protocolo de comunicación de proceso que es un protocolo de comunicación de proceso híbrido que es diferente al protocolo de comunicación de proceso completamente digital, sobre el segundo enlace de comunicación de proceso (102); y en el que la primera y la segunda unidad de acceso a medios (54, 56) son habilitadas simultáneamente; en el que el analizador de gases de combustión in situ (110) está acoplado al controlador de combustión (22) y dispuesto para detectar una concentración de un gas de interés dentro de la chimenea y transmitir información de proceso relacionada con la concentración al controlador de combustión de acuerdo con el protocolo de comunicación de procesos completamente digital y en el que el analizador de gases de combustión in situ está acoplado comunicativamente a un segundo dispositivo y se comunica con el segundo dispositivo de acuerdo con el segundo protocolo de comunicación de proceso diferente al protocolo de comunicación de proceso completamente digital, en el que se produce la comunicación con el controlador de combustión y el segundo dispositivo sustancialmente simultáneamente.A process combustion control system comprising: a combustion source, a fuel source (20) and an air source (18), said combustion source being operatively coupled to said fuel source (20) already said air source (18), the combustion source being configured to provide combustion gases through a chimney; a combustion controller (22) coupled to at least one of the fuel source (20) and the air source (18); an in situ flue gas analyzer (110) comprising: a probe (12) that can be extended in a chimney, the probe (12) having a measuring cell that provides a signal that responds to a concentration of a gas inside from the chimney; a controller (52) coupled to the probe (12) and configured to provide an output based on the measurement cell signal; a first media access unit (54) coupled to the controller (52) and operatively coupled to a first process communication link (100), the first media access unit (54) being configured to communicate according to a protocol of completely digital process communication on the first process communication link (100); a second media access unit (56) coupled to the controller (52) and operatively attachable to a second process communication link (102), the second media access unit (56) being configured to communicate according to a second process communication protocol which is a hybrid process communication protocol that is different from the completely digital process communication protocol, over the second process communication link (102); and in which the first and second media access unit (54, 56) are enabled simultaneously; wherein the in situ flue gas analyzer (110) is coupled to the combustion controller (22) and arranged to detect a concentration of a gas of interest within the chimney and transmit process information related to the concentration to the combustion according to the completely digital process communication protocol and in which the on-site combustion gas analyzer is communicatively coupled to a second device and communicates with the second device according to the second process communication protocol other than Fully digital process communication protocol, in which communication occurs with the combustion controller and the second device substantially simultaneously.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Analizador de gas de combustión in situ con comunicación de proceso mejoradaCombustion gas analyzer in situ with improved process communication
AntecedentesBackground
Las industrias de procesos industriales a menudo dependen de fuentes de energía que incluyen uno o más procesos de combustión. Tales procesos de combustión incluyen el funcionamiento de un horno o caldera para generar ener gía a partir de la combustión, la cual a continuación se utiliza para el proceso. Si bien la combustión proporciona energía de costo relativamente bajo, su uso generalmente está regulado y se busca maximizar la eficiencia de la combustión. Por consiguiente, un objetivo de la industria de la gestión de procesos es reducir la producción de gases de efecto invernadero manteniendo la eficiencia de combustión de los hornos y calderas existentes.Industrial process industries often depend on energy sources that include one or more combustion processes. Such combustion processes include the operation of a furnace or boiler to generate energy from combustion, which is then used for the process. Although combustion provides relatively low cost energy, its use is generally regulated and the combustion efficiency is sought to be maximized. Therefore, an objective of the process management industry is to reduce the production of greenhouse gases while maintaining the combustion efficiency of existing furnaces and boilers.
Los analizadores de gases de combustión in situ o en proceso se usan comúnmente para monitorizar, optimizar y / o controlar los procesos de combustión. Normalmente, estos analizadores emplean un sensor de oxígeno que es simi lar en tecnología y aplicación a los sensores de oxígeno que se encuentran en los automóviles. Tales sensores se calientan a una temperatura elevada y proporcionan una salida de sensor que es indicativa de un parámetro de interés (oxígeno) en relación con la corriente de gases de escape / gases de combustión. Los analizadores in situ o en proceso son particularmente ventajosos porque no tienen partes móviles ni aparatos de muestreo, lo que resulta en una sonda extremadamente fiable que requiere muy poco mantenimiento. Aunque los analizadores de gases de combustión in situ pueden considerarse dispositivos de campo en el sentido de que a menudo están situados en el campo y sujetos a extremos climatológicos de temperatura, humedad, vibración mecánica e interferencia eléctrica, son sustancialmente diferentes de la mayoría de los dispositivos de campo. Aunque muchos dispositivos de campo miden una cantidad física única de un fluido de proceso, tal como la temperatura, la presión o el flujo, los analizado res de proceso miden realmente la composición de las corrientes de proceso de los gases de combustión. En con secuencia, el procesamiento realizado dentro de un analizador de gases de combustión es relativamente complejo y de alta velocidad. Por lo tanto, el analizador de gases de combustión a menudo debe realizar cálculos y análisis significativos para controlar efectivamente un proceso de combustión. Además, debe hacerlo rápidamente ya que la señal del sensor de concentración de gases de combustión también puede variar rápidamente.Combustion gas analyzers in situ or in process are commonly used to monitor, optimize and / or control combustion processes. Normally, these analyzers employ an oxygen sensor that is similar in technology and application to the oxygen sensors found in cars. Such sensors are heated to an elevated temperature and provide a sensor output that is indicative of a parameter of interest (oxygen) in relation to the exhaust gas / flue gas stream. On-site or in-process analyzers are particularly advantageous because they have no moving parts or sampling devices, resulting in an extremely reliable probe that requires very little maintenance. Although in situ combustion gas analyzers can be considered field devices in the sense that they are often located in the field and subject to weather extremes of temperature, humidity, mechanical vibration and electrical interference, they are substantially different from most field devices Although many field devices measure a unique physical amount of a process fluid, such as temperature, pressure or flow, process analyzers actually measure the composition of the process streams of flue gases. In sequence, the processing performed within a flue gas analyzer is relatively complex and high speed. Therefore, the combustion gas analyzer must often perform significant calculations and analyzes to effectively control a combustion process. In addition, you should do it quickly since the signal from the flue gas concentration sensor can also vary rapidly.
Tradicionalmente se han proporcionado algunos analizadores de gases de combustión in situ que se comunicaban de acuerdo con un protocolo de comunicación de proceso analógico - digital híbrido. Un ejemplo de este protocolo de comunicación de proceso es el protocolo digital Transductor Remoto Direccionable de Alta Velocidad (HART®). El protocolo de comunicación HART® especifica la manera en que se organiza la información digital en paquetes digitales (es decir, los paquetes HART®) y la manera en que los paquetes digitales se transportan físicamente a través de los soportes de transmisión cableados. Normalmente, un transmisor de oxígeno de gas de combustión in situ, como el que se vende con la designación comercial Model 6888 Oxygen Transmitter de la unidad de negocios de Rosemount Analytical, Inc. de Emerson Process Management, transmite su información de concentración de gases de combustión de acuerdo con una técnica de señalización analógica tal como la bien conocida técnica de señalización de 4 - 20 miliamperios. Opcionalmente, el transmisor puede configurarse o especificarse de otra mane ra para proporcionar una señal analógica que represente el oxígeno del gas de combustión en forma de una señal en milivoltios sin procesar con el fin de interoperar con una variedad de sistemas. Además, como el protocolo HART® superpone la información digital sobre la señal variable del proceso analógico, también se sabe que un transmisor de oxígeno de gas de combustión in situ transmite información digital a una interfaz de usuario opcional, como el conocido módulo Xi Electronics disponible en Rosemount Analytical..Traditionally some combustion gas analyzers have been provided in situ that communicated according to a hybrid analog-digital process communication protocol. An example of this process communication protocol is the High Speed Addressable Remote Transducer (HART®) digital protocol. The HART® communication protocol specifies the way in which digital information is organized in digital packets (i.e., HART® packets) and the way in which digital packets are physically transported through wired transmission media. Normally, an on-site flue gas oxygen transmitter, such as the one sold under the Model 6888 Oxygen Transmitter designation of the Rosemount Analytical, Inc. business unit of Emerson Process Management, transmits its gas concentration information from combustion according to an analog signaling technique such as the well known 4-20 milliamp signaling technique. Optionally, the transmitter can be configured or specified in another way to provide an analog signal representing oxygen from the flue gas in the form of a signal in unprocessed millivolts in order to interoperate with a variety of systems. In addition, since the HART® protocol superimposes the digital information on the variable signal of the analog process, it is also known that an on-site flue gas oxygen transmitter transmits digital information to an optional user interface, such as the known Xi Electronics module available in Rosemount Analytical ..
Si bien los productos existentes brindan beneficios significativos para los usuarios de los mismos en la monitorización y / o control de los procesos de combustión, el gran volumen de datos generados por el análisis de la corriente de gases de combustión y la velocidad con la que los componentes de la corriente de gases de combustión pueden cambiar, puede ser un reto para las comunicaciones del analizador de gases de combustión. Proporcionar un anali zador de gases de combustión in situ con capacidades mejoradas de comunicación de procesos beneficiaría la téc nica de la monitorización y control de la combustión de procesos.Although existing products provide significant benefits for their users in the monitoring and / or control of combustion processes, the large volume of data generated by the analysis of the flue gas stream and the speed with which Components of the flue gas stream can change, it can be a challenge for flue gas analyzer communications. Providing an in situ flue gas analyzer with improved process communication capabilities would benefit the technique of process combustion monitoring and control.
El documento de patente WO 2012/057786 A1 se refiere a un aparato de medición de oxígeno que incluye un tubo de entrada que tiene un primer extremo y un segundo extremo, un sensor de oxígeno dispuesto dentro del tubo de entrada entre el primer extremo del tubo de entrada y el segundo extremo del tubo de entrada, teniendo el sensor de oxígeno un medio de comunicación dispuesto en el mismo y que se extiende a través del segundo extremo del tubo de entrada, un soporte de filtrado dispuesto dentro del tubo de entrada entre el sensor de oxígeno y el primer extre mo del tubo de entrada, una carcasa dispuesta contra el segundo extremo del tubo de entrada, y una interfaz de control del sensor dispuesta dentro de la carcasa y en comunicación con el medio de comunicación del sensor de oxígeno. WO 2012/057786 A1 refers to an oxygen measuring device that includes an inlet tube having a first end and a second end, an oxygen sensor disposed within the inlet tube between the first end of the tube inlet and the second end of the inlet tube, the oxygen sensor having a means of communication disposed therein and extending through the second end of the inlet tube, a filter holder arranged within the inlet tube between the oxygen sensor and the first end of the inlet tube, a housing disposed against the second end of the inlet tube, and a sensor control interface disposed within the housing and in communication with the communication means of the oxygen sensor.
SumarioSummary
De acuerdo con la invención, el problema se resuelve por medio de un sistema de control de combustión de proceso como se define en la reivindicación independiente 1 y un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9. Otros desarrollos ventajosos adicionales del sistema de control de combustión de proceso de acuerdo con la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes..In accordance with the invention, the problem is solved by means of a process combustion control system as defined in independent claim 1 and a method according to claim 9. Other further advantageous developments of the combustion control system of The process according to the invention is set forth in the dependent claims.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La figura 1 es una vista esquemática de un analizador de gases de combustión in situ con el que realizacio nes de la presente invención son particularmente útiles.Figure 1 is a schematic view of an in situ flue gas analyzer with which embodiments of the present invention are particularly useful.
La figura 2 es una vista en perspectiva esquemática de un analizador de gases de combustión in situ de acuerdo con una realización de la presente invención.Figure 2 is a schematic perspective view of an in situ flue gas analyzer according to an embodiment of the present invention.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un analizador de gases de combustión in situ de acuerdo con una realización de la presente invención.Figure 3 is a block diagram of an in situ flue gas analyzer according to an embodiment of the present invention.
La figura 4 es una vista esquemática de un analizador de gases de combustión in situ que funciona dentro de un proceso de combustión de acuerdo con una realización de la presente invención.Figure 4 is a schematic view of an in situ combustion gas analyzer operating within a combustion process according to an embodiment of the present invention.
Descripción detallada de realizaciones ilustrativasDetailed description of illustrative embodiments
La figura 1 es una vista esquemática de un analizador de gases de combustión in situ que funciona en un proceso de combustión. Un ejemplo de un analizador de este tipo 10 es el que se vende bajo la designación comercial Model 6888 In Situ Flue Gas Oxygen Transmitter disponible en Rosemount Analytical Inc. El analizador 10 incluye un con junto de sonda 12 que está dispuesto dentro de una chimenea o tubo de chimenea 14 y mide al menos un parámetro relacionado con la combustión que se produce en el quemador 16. Normalmente, el analizador 10 es un analizador de oxígeno, pero puede ser cualquier dispositivo que mida cualquier parámetro adecuado relacionado con los com ponentes en el interior de la corriente de gases de combustión.Figure 1 is a schematic view of an in situ flue gas analyzer operating in a combustion process. An example of such an analyzer 10 is that sold under the trade designation Model 6888 In Situ Flue Gas Oxygen Transmitter available from Rosemount Analytical Inc. Analyzer 10 includes a probe assembly 12 that is disposed within a chimney or chimney pipe 14 and measures at least one parameter related to the combustion that occurs in the burner 16. Normally, the analyzer 10 is an oxygen analyzer, but it can be any device that measures any suitable parameter related to the components in the inside the flue gas stream.
El quemador 16 está acoplado operativamente a una fuente de aire u oxígeno 18 y a una fuente de combustible 20. Cada una de las fuentes 18 y 20 está acoplada preferiblemente al quemador 16 a través de una válvula respectiva para entregar una cantidad controlada de oxígeno y / o combustible al quemador 16 para controlar el proceso de combustión. El analizador 10 mide la cantidad de oxígeno en el flujo de escape de la combustión y proporciona una indicación del nivel de oxígeno al controlador de combustión 22. En el pasado, esta señal era una señal analógica en forma de un bucle de corriente de 4 - 20 miliamperios o una señal en milivoltios sin procesar. El controlador 22 con trola una o ambas válvulas 24, 26 para proporcionar un control de combustión en circuito cerrado. El analizador 10 incluye un sensor de oxígeno que emplea típicamente un sustrato sensor de óxido de circonio para proporcionar una señal eléctrica indicativa de la concentración, el contenido o el porcentaje de oxígeno en el escape. Los sensores de óxido de circonio funcionan a una temperatura de aproximadamente 700°C y, por lo tanto, el analizador 10 incluye, dentro del conjunto de la sonda 12, un calentador eléctrico que está acoplado de manera operativa a la fuente de alimentación de CA 29. El sensor de oxígeno de la sonda 12 es similar en tecnología a los sensores de oxígeno que se instalan en los automóviles. Tales sensores son altamente efectivos para permitir que los sistemas de control mantengan relaciones óptimas de combustible a oxígeno para lograr una alta eficiencia, baja producción de NOx, y también la menor cantidad posible de emisiones de gases de efecto invernadero.The burner 16 is operatively coupled to an air or oxygen source 18 and a fuel source 20. Each of the sources 18 and 20 is preferably coupled to the burner 16 through a respective valve to deliver a controlled amount of oxygen and / or fuel to the burner 16 to control the combustion process. The analyzer 10 measures the amount of oxygen in the combustion exhaust flow and provides an indication of the level of oxygen to the combustion controller 22. In the past, this signal was an analog signal in the form of a 4 - current loop. 20 milliamps or a signal in millivolts without processing. The controller 22 with trola one or both valves 24, 26 to provide a closed circuit combustion control. The analyzer 10 includes an oxygen sensor that typically employs a zirconium oxide sensor substrate to provide an electrical signal indicative of the concentration, content or percentage of oxygen in the exhaust. The zirconium oxide sensors operate at a temperature of approximately 700 ° C and, therefore, the analyzer 10 includes, within the probe assembly 12, an electric heater that is operatively coupled to the AC power source 29. The oxygen sensor of the probe 12 is similar in technology to the oxygen sensors that are installed in cars. Such sensors are highly effective in allowing control systems to maintain optimal fuel-to-oxygen ratios to achieve high efficiency, low NO x production, and also the least possible amount of greenhouse gas emissions.
La figura 2 es una vista en perspectiva esquemática de un analizador de gases de combustión in situ de acuerdo con una realización de la presente invención. El conjunto de sonda 12 está generalmente configurado para alojar un conjunto de núcleo de sensor que incluye un difusor dispuesto cerca del extremo 32. La celda de medición dentro de la sonda 12 es operable a una temperatura elevada y a la temperatura elevada. La celda de medición y el calentador dentro de la sonda 12 están acoplados eléctricamente a la electrónica del analizador (que se muestra en la figura 3) dentro del alojamiento de la electrónica 36. La electrónica 42 del analizador está configurada para obtener una me dición de la celda de medición y proporciona un acondicionamiento de señal adecuado para proporcionar una señal que representa el oxígeno del gas de combustión. Además, la electrónica 42 del analizador incluye un controlador u otro circuito adecuado para controlar la energización del calentador dentro de la sonda 12 con el fin de mantener un control térmico adecuado de la celda de medición.Figure 2 is a schematic perspective view of an in situ flue gas analyzer according to an embodiment of the present invention. The probe assembly 12 is generally configured to accommodate a sensor core assembly that includes a diffuser disposed near the end 32. The measuring cell within the probe 12 is operable at an elevated temperature and at the elevated temperature. The measuring cell and the heater inside the probe 12 are electrically coupled to the analyzer electronics (shown in Figure 3) inside the electronics housing 36. The analyzer electronics 42 is configured to obtain a measurement of the measuring cell and provides adequate signal conditioning to provide a signal representing the oxygen of the flue gas. In addition, the analyzer electronics 42 includes a controller or other circuit suitable for controlling the energization of the heater within the probe 12 in order to maintain adequate thermal control of the measuring cell.
De acuerdo con una realización de la presente invención, la electrónica 42 del analizador también incluye una plura lidad de unidades de acceso a medios para comunicarse de acuerdo con una pluralidad de protocolos de comunica ción de procesos distintos, tales como el protocolo de comunicación de procesos HART® que se ha descrito más arriba y el Fieldbus FOUNDATION™ (FF). De acuerdo con una realización de la presente invención, la electrónica 42 del analizador comunica usando una pluralidad de protocolos de comunicación de proceso distintos simultánea mente o sustancialmente al mismo tiempo. Por lo tanto, la comunicación de acuerdo con un primer protocolo de comunicación de proceso se puede realizar para un primer propósito, tal como el control del quemador de combus tión, y la comunicación de acuerdo con el segundo protocolo de comunicación de proceso distinto se puede hacer con el fin de facilitar un segundo propósito, tal como la interacción con una interfaz de usuario opcional, tal como la interfaz del operador del Model Xi (que se muestra en la figura 4) disponible en Rosemount Analytical Inc.In accordance with an embodiment of the present invention, the analyzer electronics 42 also includes a plurality of media access units for communicating according to a plurality of different process communication protocols, such as the process communication protocol. HART® described above and the Fieldbus FOUNDATION ™ (FF). According to an embodiment of the present invention, the analyzer electronics 42 communicates using a plurality of different process communication protocols simultaneously or substantially at the same time. Therefore, communication according to a first process communication protocol can be performed for a first purpose, such as combustion burner control, and communication according to the second different process communication protocol can be do in order to facilitate a second purpose, such as interaction with an optional user interface, such as the Model Xi operator interface (shown in Figure 4) available from Rosemount Analytical Inc.
La figura 3 es un diagrama de bloques de una placa electrónica de un analizador de gases de combustión in situ de acuerdo con una realización de la presente invención. La electrónica 42 incluye el módulo de alimentación 50 que está configurado para recibir alimentación eléctrica de CA, tal como 110 o 220 VCA y condiciona la alimentación para suministrar a varios componentes del analizador. Además, puesto que el calentador dentro de la sonda 12 típicamente recibirá la tensión de CA completa, el módulo de potencia 50 generalmente también incluirá al menos una línea que pasa al conmutador 53, de manera que la tensión de CA completa para el calentador puede ser con trolada por el controlador 52. El controlador 52 está acoplado a la primera y segunda unidades de acceso a medios (MAU) 54 y 56, respectivamente. Cada unidad 54, 56 de acceso a medios se puede acoplar operativamente a me dios de comunicación apropiados para esa unidad de acceso a medios respectiva. Aunque se muestran los termina les 58, 60, 62 y 64, se hace notar que si cualquiera de las unidades de acceso a medios 54, 56 es una unidad de acceso a medios inalámbrica, los terminales para esa unidad de acceso a medios respectiva pueden simplemente ser reemplazados con un acoplamiento a un antena. Además, aunque se muestran cuatro terminales distintos 58, 60, 62 y 64, también se contempla que se pueda compartir la conexión común o la conexión a tierra del circuito, de modo que solo se necesiten tres terminales en realidad. En una realización, la unidad de acceso a medios 56 está configurada para comunicarse de acuerdo con el protocolo de comunicación de proceso HART® conocido. En una realización de este tipo, los terminales 58 y 60 pueden estar acoplados operativamente a una interfaz de usuario, tal como la Interfaz de Operador Xi disponible en Rosemount Analytical Inc., o cualquier otro dispositivo adecuado que pueda recibir y proporcionar una función útil en relación con la comunicación HART®. La unidad de acceso a medios 54 está configurada para comunicarse de acuerdo con un protocolo de comunicación de proceso completamente digital. Los protocolos de comunicación de procesos totalmente digitales generalmente se consideran algo más rápi dos que los protocolos de comunicación de procesos de base híbrida. Un ejemplo de un protocolo de comunicación de proceso completamente digital incluye el protocolo de comunicación de proceso FF, así como el protocolo de comunicación de proceso PROFIBUS - PA conocido. El protocolo FF es un protocolo de comunicación en dos vías, en serie, completamente digital, que proporciona una interfaz física estandarizada para dispositivos de campo de interconexión de bus o bucle de 2 o 4 cables, tales como sensores, actuadores, controladores, válvulas, etc., que, por ejemplo, pueden estar situados en un entorno de instrumentación o control de proceso de fábrica o planta. El protocolo FF proporciona una red de área local para dispositivos de campo dentro de un proceso que permite a estos dispositivos interoperar y realizar funciones de control en ubicaciones distribuidas a lo largo del proceso y comunicarse unos con los otros antes y después de la realización de estas funciones de control para implementar una estrategia de control general.. El protocolo FF proporciona generalmente una comunicación digital de velocidad relativamente alta, velocidad que es particularmente ventajosa para la comunicación de información de constituyen tes de la corriente de gas de combustión de acuerdo con realizaciones de la presente invención. Esto se debe a que tales analizadores generalmente deben medir la composición de las corrientes de proceso de los gases de combus tión y proporcionar información indicativa de tal composición a un controlador del proceso de combustión o Sistema de Control Distribuido (DCS). Además, puesto que el proceso de combustión ocurre bastante rápidamente, los cons tituyentes de la corriente de gas de combustión pueden variar rápidamente. Por lo tanto, es bastante ventajoso que la unidad de acceso a medios 54, que se comunica de acuerdo con un protocolo de comunicación de proceso com pletamente digital, se acople a un sistema de control distribuido y / o al controlador de combustión 22 ilustrado con respecto a la figura 1.Figure 3 is a block diagram of an electronic plate of an in situ flue gas analyzer according to an embodiment of the present invention. Electronics 42 includes the power module 50 that is configured to receive AC power, such as 110 or 220 VAC, and conditions the power to supply several components of the analyzer. In addition, since the heater within the probe 12 will typically receive the full AC voltage, the power module 50 will generally also include at least one line that passes to the switch 53, so that the full AC voltage for the heater can be with die cut by controller 52. Controller 52 is coupled to the first and second media access units (MAU) 54 and 56, respectively. Each media access unit 54, 56 can be operatively coupled to appropriate communication media for that respective media access unit. Although terminals 58, 60, 62 and 64 are shown, it is noted that if any of the media access units 54, 56 is a wireless media access unit, the terminals for that respective media access unit may Simply be replaced with an antenna coupling. In addition, although four different terminals 58, 60, 62 and 64 are shown, it is also contemplated that the common connection or the ground connection of the circuit can be shared, so that only three terminals are actually needed. In one embodiment, the media access unit 56 is configured to communicate in accordance with the known HART® process communication protocol. In such an embodiment, terminals 58 and 60 may be operatively coupled to a user interface, such as the Xi Operator Interface available at Rosemount Analytical Inc., or any other suitable device that can receive and provide a useful function in relationship with HART® communication. The media access unit 54 is configured to communicate according to a fully digital process communication protocol. Fully digital process communication protocols are generally considered somewhat faster than hybrid-based process communication protocols. An example of a fully digital process communication protocol includes the FF process communication protocol, as well as the known PROFIBUS-PA process communication protocol. The FF protocol is a two-way, fully digital, two-way communication protocol that provides a standardized physical interface for bus or 2 or 4-wire interconnect field devices, such as sensors, actuators, controllers, valves, etc., which, for example, may be located in an instrumentation or process control environment of the factory or plant. The FF protocol provides a local area network for field devices within a process that allows these devices to interoperate and perform control functions in distributed locations throughout the process and communicate with each other before and after the completion of these control functions for implementing a general control strategy. The FF protocol generally provides a relatively high speed digital communication, speed that is particularly advantageous for communicating information of constituents of the flue gas stream in accordance with embodiments of The present invention. This is because such analyzers generally must measure the composition of the process streams of combustion gases and provide indicative information of such composition to a combustion process controller or Distributed Control System (DCS). In addition, since the combustion process occurs quite rapidly, the constituents of the flue gas stream can vary rapidly. Therefore, it is quite advantageous that the media access unit 54, which communicates in accordance with a fully digital process communication protocol, is coupled to a distributed control system and / or to the combustion controller 22 illustrated with with respect to figure 1.
La figura 3 también ilustra el circuito de medición 66 que está acoplado operativamente al controlador 52, así como a los terminales 68 y 70. Los terminales 68 y 70 se acoplan a la celda de medición dentro de la sonda 12 y, de esta manera, el circuito de medición 66 es capaz de proporcionar una indicación digital de la salida de la celda de medi ción analógica. Los circuitos de medición 66 pueden incluir uno o más convertidores analógico a digital adecuados, así como circuitos de linealización y / o filtros adecuados, según sea apropiado.Figure 3 also illustrates the measurement circuit 66 that is operatively coupled to controller 52, as well as to terminals 68 and 70. Terminals 68 and 70 are coupled to the measuring cell within probe 12 and, thus, The measuring circuit 66 is capable of providing a digital indication of the output of the analog measuring cell. The measurement circuits 66 may include one or more suitable analog to digital converters, as well as suitable linearization circuits and / or filters, as appropriate.
La figura 4 es una vista esquemática de un sistema de monitorización y control de combustión de proceso de acuer do con una realización de la presente invención. Muchos componentes del sistema que se muestra en la figura 4 son similares a la que se muestra en la figura 1 y componentes similares están numerados de manera similar. La figura 4 muestra el analizador de gases de combustión in situ 110 que se comunica con el controlador de combustión 22 a través del enlace 100. Este enlace de comunicación 100 entre el analizador de gases de combustión in situ 110 y el controlador de combustión 22 es una comunicación de proceso completamente digital, tal como la que se realiza de acuerdo con el protocolo FF. Además, el analizador de gases de combustión in situ 110 está acoplado operativa mente a la interfaz de usuario 28 a través de un segundo enlace de comunicación 102. El enlace 102 puede estar de acuerdo con un protocolo de comunicación de proceso híbrido conocido, tal como el protocolo de comunicación de proceso HART®. Esto permite que las realizaciones de la presente invención funcionen con Interfaces de Usuario Xi legadas disponibles en Rosemount Analytical Inc., que están configuradas para recibir datos HART® y proporcionan funciones de interfaz de usuario útiles en relación con el analizador de gases. Sin embargo, el enlace de comunica ción 100 entre el analizador de gases de combustión in situ 110 y el controlador de combustión de proceso 22 es un enlace digital de alta velocidad. Por lo tanto, las realizaciones de la presente invención generalmente incluyen un primer enlace o canal desde el analizador de gases de combustión in situ 110 a un sistema de control de combustión que tiene una primera velocidad de comunicación de datos, y un segundo enlace o canal desde el analizador de gases de combustión in situ 110 a un segundo dispositivo, tal como una interfaz de usuario del mismo, que tiene una comunicación de proceso de acuerdo con un segundo protocolo que tiene una segunda velocidad de comunicación, en el que la primera velocidad de comunicación es más alta que la segunda velocidad de comunicación. La comunicación en el primer y en el segundo enlace ocurre simultáneamente, o sustancialmente simultáneamente. Tal como se usa en la presente memoria descriptiva, "de manera sustancialmente simultánea" significa que, aunque la señali zación de la capa física en ambos enlaces puede no ocurrir durante el mismo instante, la citada señalización ocurre dentro de un período corto, tal como un minuto. Además, la comunicación en cada enlace ocurre con tal frecuencia que se considera que el analizador 110 está en línea con respecto a cada enlace. En consecuencia, incluso cuando el analizador 110 no está transmitiendo activamente datos en el primer y segundo enlace, el analizador 110 está monitorizando tales enlaces para la comunicación. Por lo tanto, se puede decir que tanto los enlaces como las uni dades de acceso a medios correspondientes dentro del analizador 110 son habilitadas simultáneamente. Por consi guiente, los cambios en las concentraciones de los constituyentes de los gases de combustión que ocurren rápida mente dentro de la chimenea 14 pueden analizarse y comunicarse muy rápidamente al analizador de combustión 22 para un control más efectivo, mientras que la información relativa a una interfaz de usuario puede ser intercambiada con la interfaz de usuario opcional 28 a una velocidad menor. Además, la utilización de protocolos de comunicación de procesos múltiples asegura que la comunicación de la interfaz de usuario no consume ancho de banda en el enlace 100 del sistema de control distribuido ni interfiere con la comunicación DCS. Esto aumenta aún más la efecti vidad del enlace de comunicación completamente digital entre el analizador de gases de combustión de proceso de combustión 110 y el controlador de combustión 22. Figure 4 is a schematic view of a process combustion monitoring and control system according to an embodiment of the present invention. Many components of the system shown in Figure 4 are similar to that shown in Figure 1 and similar components are similarly numbered. Figure 4 shows the in situ flue gas analyzer 110 that communicates with the combustion controller 22 through link 100. This communication link 100 between the in situ flue gas analyzer 110 and the combustion controller 22 is a completely digital process communication, such as that carried out in accordance with the FF protocol. In addition, the in situ flue gas analyzer 110 is operatively coupled to the user interface 28 through a second communication link 102. The link 102 may be in accordance with a known hybrid process communication protocol, such as the HART® process communication protocol. This allows the embodiments of the present invention to work with legacy Xi User Interfaces available from Rosemount Analytical Inc., which are configured to receive HART® data and provide useful user interface functions in relation to the gas analyzer. However, the communication link 100 between the in situ flue gas analyzer 110 and the process combustion controller 22 is a high speed digital link. Therefore, embodiments of the present invention generally include a first link or channel from the in situ flue gas analyzer 110 to a combustion control system having a first data communication speed, and a second link or channel from the in situ flue gas analyzer 110 to a second device, such as a user interface thereof, which has a process communication in accordance with a second protocol that has a second communication speed, in which the first communication speed is higher than the second communication speed. Communication in the first and second links occurs simultaneously, or substantially simultaneously. As used herein, "substantially simultaneously" means that, although the physical layer signaling on both links may not occur during the same instant, said signaling occurs within a short period, such as one minute. In addition, communication on each link occurs with such frequency that it is considered that the analyzer 110 is online with respect to each link. Consequently, even when the analyzer 110 is not actively transmitting data on the first and second links, the analyzer 110 is monitoring such links for communication. Therefore, it can be said that both the links and the corresponding media access units within the analyzer 110 are enabled simultaneously. Therefore, changes in the concentrations of the constituents of the flue gases that occur rapidly within the chimney 14 can be analyzed and communicated very quickly to the combustion analyzer 22 for more effective control, while the information regarding a User interface can be exchanged with the optional user interface 28 at a lower speed. In addition, the use of multi-process communication protocols ensures that user interface communication does not consume bandwidth on link 100 of the distributed control system or interfere with DCS communication. This further increases the effectiveness of the fully digital communication link between the combustion process gas analyzer 110 and the combustion controller 22.
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