物位计量系统的制作方法

本发明涉及物位计量系统，并且具体地涉及具有多个协议支持的物位计量系统。

背景技术：

被布置成向远程系统提供测量数据的现场装置如雷达物位计通常在安装时被配置成使用预定义通信协议来传送数字数据。一旦被安装，则仅能够使用该预定义协议。所选择的协议将根据实现而变化。

对于连接至双线控制回路并且适用于传送模拟测量数据的现场装置而言，数字数据通常使用高速可定址远程传感器(hart)而被叠加。

对于连接至双线控制回路但适用于传送数字测量数据的现场装置而言，预定义协议通常是基金会现场总线(ff)。

文献us8,804,750公开了一种连接至双线控制回路的现场装置，其包括用于通过控制回路来选择性地传送模拟测量数据或数字测量数据的电路。当使用模拟通信时，也能够进行数字hart通信。该电路检测何时接收到现场总线令牌，并且随后激活现场总线通信电路。

另一种现场装置不连接至双线回路，而是被配置成在专用数字接口上进行通信。在这样的现场装置中，协议通常是modbus。

特定类型的通信涉及使用便携式配置工具来对雷达物位计进行配置。该配置可以例如涉及在计量处理中由雷达物位计使用的罐特定参数。数字hart协议通常用于这样的配置。在其中雷达物位计被配置成使用不同的数字协议例如modbus进行通信的情况下，雷达物位计将无法连接至便携式配置工具。

现有技术(例如us8,804,750)被限制于在双线控制回路上进行通信并且不提供对配置工具的通用连接。

技术实现要素：

本发明的目的是消除或至少缓解上述问题，并且能够将配置工具通用且灵活地连接至现场装置。

该目的以及其它目的通过一种计量系统来实现，该计量系统包括：雷达物位计，用于确定罐中的物品的填充物位；主系统，其能够连接至雷达物位计以接收来自雷达物位计的测量数据；以及便携式配置工具，其处于雷达物位计的外部并且能够连接至雷达物位计以对罐特定参数进行配置。雷达物位计包括：收发器电路，其被配置成发送电磁发送信号并且接收从物品的表面所反射的电磁返回信号；信号传播装置，其被布置成将发送信号向该表面引导并且将返回信号引导至收发器电路；以及处理电路，其被配置成基于电磁发送信号与电磁返回信号之间的关系来确定填充物位。另进一步，雷达物位计包括物理通信接口，该物理通信接口允许对根据第一数字通信协议或第二数字通信协议所构造的数据进行双向传送；第一通信电路，用于在通信接口连接至主系统时使用第一数字通信协议来传送来自雷达物位计的测量数据；第二通信电路，其允许在通信接口传导性地连接至配置工具时使用第二数字通信协议对现场装置进行配置；协议识别电路，其连接至通信接口以截取由通信接口所接收的数据，并且该协议识别电路被配置成对所截取的数据进行解析，以确定所截取的数据是根据第一数字通信协议来构造的还是根据第二数字通信协议来构造的；以及控制电路，用于以下操作：当所截取的数据是根据第一数字通信协议来构造的时将所截取的数据引导至第一通信电路，而当所截取的数据是根据第二数字通信协议来构造的时将所截取的数据引导至第二通信电路。

根据本发明，雷达物位计因此将具有用于使用不同协议的两种不同类型的数字通信的通信电路。一种在正常操作期间使用以传送测量数据，而另一种在配置期间使用以与配置工具进行通信。协议识别电路将检测通过通信接口所接收的任何数据所使用的协议，并且控制电路将该数据引导至合适的通信电路。

许多现有的rlg具有利用若干个协议例如modbus和hart二者进行通信所需的所有硬件，但是现有的rlg被配置成仅使用它们中之一。根据本发明，rlg被提供有软件或者软件和硬件的组合以实现协议识别电路和控制电路，从而允许rlg根据情形来利用两种协议进行通信。

作为示例，第一协议可以为基金会现场总线或modbus。作为示例，第二协议可以为hart。

物理通信接口优选地被配置成专用于数字通信。换言之，该物理通信接口并非在传统现场安装中常见的类型的双线控制回路，其中，在该双线控制回路上还传送模拟数据。作为替代，该物理通信接口可以为数字数据总线，例如串行总线。

根据一个实施方式，物理通信接口能够选择性地仅连接至主系统和配置工具中之一。则本发明使得用户能够自由地选择连接至主系统以例如收集测量数据或者连接配置工具。根据本发明的该实施方式的现场装置将自动地使通信适应于由主系统或者配置工具使用的协议。

根据另外的实施方式，雷达物位计还包括网关装置，该网关装置连接至物理通信接口，该网关装置具有用于连接至主系统的第一物理接口和用于连接至配置工具的第二物理接口，其中，第一物理接口和第二物理接口能够同时连接。在该情况下，主系统和配置工具能够同时连接至现场装置，并且用户能够使用配置工具，而不与主系统断开。此外，根据本发明的该实施方式的现场装置将自动地使通信适应于由主系统或配置工具使用的协议。

雷达物位计与主系统和/或配置工具之间的通信可以是无线的。为了该目的，通信接口可以包括能够与主系统和/或配置工具连接的无线通信接口。

附图说明

将参照示出本发明的当前优选实施方式的附图来更详细地描述本发明。

图1示意性地示出了安装在罐上并且与主系统进行通信的雷达物位计；

图2a示出了当连接至主系统时图1中的雷达物位计的所选部件的框图；

图2b示出了当连接至配置工具时图1中的雷达物位计的所选部件的框图；

图3示意性地示出了能够选择性地连接至主系统或连接至配置工具的雷达物位计；以及

图4示意性地示出了具有连接至主系统并且连接至配置工具的网关的雷达物位计。

具体实施方式

下面将参考雷达物位计量系统来讨论本发明的示例性实施方式。注意的是，本发明的原理同样适用于包括压力计、流量计、温度计等的其它类型的现场装置。

图1示意性地示出了基于检测针对由罐5中的表面所反射的信号的飞行时间的原理的物位计量系统1。在所示的示例中，信号是雷达频率范围内的电磁信号，并且系统1包括安装在罐5上的雷达物位计(rlg)2。物位计量系统还包括此处位于控制室中的主系统3。主系统3可以为从技术员的手持装置至使用任何控制平台的厂房过程控制、资产管理、安全或其它系统的任何软件应用程序。罐5可以为能够包含要被测量的物品的任何容器或器皿，并且此处罐5示出为大的油罐(例如直径为30m)。

雷达物位计2被安装以通过检测距物品6的上表面7的距离来测量包含在罐5中的物品6的填充物位。此外，可以检测距下表面如油性物品与油下方的水之间的交界的距离。在所示的示例中，雷达物位计2为非接触类型，并且雷达物位计2包括用于向表面7发射电磁信号的定向天线9。

作为替选方式，雷达物位计可以为导波雷达(gwr)类型，在该情况下，天线9由延伸至物品6中的某种传输波导如单导线探针所替代。

参照图2a，此处，雷达物位计2包括电连接至天线9的收发器11以及电连接至收发器11的处理电路12。rlg2还包括内部存储器13。“收发器”可以是能够发送和接收电磁信号的一个功能单元，或者“收发器”可以是包括单独的发送器单元和接收器单元的系统。收发器11的元件通常被实现为硬件，并且形成通称为微波单元的集成单元的一部分。处理电路可以包括以硬件实现的模拟处理和数字处理的组合，其中该数字处理通过存储在存储器13中并且由嵌入式处理器执行的软件模块来实现和实施。本发明不被限制于特定实现，并且可以考虑被发现适于实现本文所描述的功能的任何实现。

收发器11被配置成生成和发送电磁发送信号st，该电磁发送信号st由天线9向物品6的表面7发射。发送信号通常是调频连续波(fwcw)或包括一系列分离脉冲的脉冲信号。此外，这样的发送信号的各种组合在现有技术中是已知的。电磁返回信号sr通过表面7中的反射来产生，并且由天线9来接收并被馈送回收发器11。处理电路12被配置成通过分析发送信号st和返回信号sr来确定罐的顶部处的参考位置与表面7之间的距离。针对该目的的各种信号处理在现有技术中是已知的，并且所述信号处理通常包括生成“回波曲线”，该“回波曲线”表示作为距参考位置的距离的函数的回波的幅度。然后对该回波曲线进行分析以识别由表面产生的回波(通常是相对强的回波)，并且将距该表面的距离确定为该表面回波的波峰的位置。基于通称为缺量的所确定的距表面的距离以及罐5的已知尺寸，则可以推导出填充物位。

rlg2还包括此处为串行数据总线的物理通信接口14，物理通信接口14允许使用第一双向数字通信协议和第二双向数字通信协议进行通信。用作第一协议的数字协议的示例包括modbus、profibus和基金会现场总线。第二协议可以为hart。

rlg2设置有被配置成分别使用第一协议和第二协议进行通信的第一通信电路15和第二通信电路16。协议识别电路17和控制电路18被连接在通信电路15、16与接口14之间，以便在由该接口接收的所有数据到达通信电路15、16之前将其截取。协议识别电路17被配置成对所截取的数据进行解析，以确定所述数据是根据第一数字通信协议来构造的还是根据第二数字通信协议来构造的。控制电路18被配置成取决于检测到哪种协议而将所述数据引导至正确的通信电路。

协议的识别可以基于各种技术。例如，电路17可以适用于识别不同协议的组帧。替选地，协议可以采用特定的、可识别的“消息起始”。hart协议例如具有可容易地识别的消息起始。另外的技术是检查循环冗余校验(crc)，其通常展示了正在使用哪种协议。例如，modbus协议具有可以用于可靠地确定所接收的数据使用modbus协议的crc。

在有线通信的情况下，接口14中的线路还可以用于对物位计供电。替选地，可以提供单独的电力连接或内部电源。对数据的传送替选地可以为无线的，则通信电路15、16中之一可以有利地根据所谓的无线hart通信协议(iec62591)进行配置。在该情况下，雷达物位计系统1通常包括内部本地电源如电池。内部电源可以为太阳能供电的。

在图2a中，接口14连接至主系统3，此处主系统3使用modbus进行通信。协议识别电路17将例如通过识别modbus前导码来识别出根据modbus协议来构造数据。基于该确定，控制电路18将数据引导至第一通信电路15，其被配置成使用此处为modbus的第一协议将测量数据传送至主系统3。

在图2b中，接口14连接至配置工具20。配置工具20通常为被连接以与雷达物位计通信的便携式单元，例如膝上型计算机或其它便携式计算装置。

hart(高速可定址远程传感器)协议是用于在主系统与现场装置之间发送和接收来自模拟线路的数据的通用全球化标准。更具体地，hart协议是提供智能装置例如现场装置与主系统之间的数据访问的双向通信协议。hart协议还包括装置描述(dd)，该装置描述将数据转换成信息以便用户能够充分利用现场装置。包括在hart协议中的装置描述使hart针对配置目的是非常有用的。在一个实施方式中，配置工具20可以配置有使得能够经由rs485接口进行hart通信的hart通信电路21，但是允许进行hart通信的其它方式也是可以的。

协议识别电路17现在将例如通过识别hart前导码来识别出根据hart协议来构造数据。基于该确定，控制电路18将数据引导至第二通信电路16，其被配置成使用此处为hart的第二协议将配置数据传送至主系统3。

图3至图4示出了将配置工具20连接至rlg2的两种不同方式。

在图3中，主系统3和工具20经由某种类型的开关31而每次一个地连接至rlg2。在非常简单的情况下，开关简单地通过仅将主系统3和工具20中之一连接至物理接口14来实施。例如，物理接口14可以为rs485接口(也称为ansi/tia/eia-485标准)，其中，主系统3的电线32在物位计操作期间连接至该rs485接口。在配置期间，电线32是断开的，作为替代，配置工具的电线33是连接的。

替选地，开关31被实施为实际的开关装置。例如，这样的开关装置可以具有连接电线32和电线33二者的两个rs485接口34、35。开关31则可以在第一状态与第二状态之间进行操作，在第一状态下，第一接口传导性地连接至接口14，在第二状态下，第二接口传导性地连接至接口14。

在图4中，主系统3和工具20二者经由网关41同时连接至rlg2。网关可以为例如fcu2460。在该情况下，主系统3的电线42连接至网关41的第一输入端子44，而工具20的电线43连接至网关41的第二输入端子45。两个输入端子44、45可以是相同的，例如均为rs485接口，或者它们可以是不同的，例如一个是rs485接口而另一个是bell标准接口。

接口41被配置成确保输入端子44、45二者均连接至接口14，以同时连接主系统3和配置工具20。根据该实施方式，主系统3在使用工具20对rlg进行配置期间无需被断开。

本领域技术人员意识到，本发明决不限制于上述优选实施方式。相反地，在所附权利要求的范围内，许多修改和变型是可以的。例如，现场装置的细节可以与本文中所公开的现场装置不同。此外，在不影响本发明的原理的情况下，可以使用除所公开的数字协议之外的其它数字协议。另外，物理接口14可以包括无线通信接口，以使得能够与主系统3和/或配置工具20进行无线通信。