现场设备的改进或与现场设备相关的改进的制作方法

1.本发明涉及过程控制中使用的液位开关，并且特别地涉及用于在操作环境中验证这样的开关在处于原位时的状态的方法和/或系统。虽然下面的描述针对振动音叉液位开关，但是本领域技术人员将理解的是，本文公开的方法也可以应用于其他液位开关技术，包括但不一定限于电容和振动杆。


背景技术：

2.振动音叉液位开关是广泛用于过程控制应用的公知的设备形式。通常，该设备以其谐振频率驱动，该频率根据与音叉尖齿接触的介质而变化。在一种典型的应用中，音叉安装在罐壁上，液体被泵入罐壁中，尖齿突出至罐的内部中。只要尖齿保持未被覆盖，尖齿就以“干燥”频率振动，但是当罐中的液位上升以覆盖尖齿时，尖齿以较低的“湿润”频率振动。音叉频率的这些变化被监测，并且当频率从干燥变为湿润时，仪器提示切换操作，例如，启动或停止泵，或者触发高液位警报或警告。
3.在另一应用中，仪器可以安装在低液位附近或在罐的基部上，并且安装在尖齿通常将被过程液体覆盖的位置。在此应用中，当液位下降至低于尖齿的液位时，频率将从湿润频率上升至干燥频率。例如，这种变化可以启动或停止泵，或者触发低液位警报或警告。
4.通常，开关的操作将随着时间的推移而变化，并且因此验证开关的运作状况并确保开关在可接受的参数范围内进行操作是重要的。例如，随着时间的推移，尖齿可能被来自与开关接触的过程液体的残留物覆盖，或者尖齿可能受到腐蚀；这两者都将改变湿润频率和干燥频率。
5.在历史上，这种类型的开关将由现场工程师检查，现场工程师将注意开关的位置，手动拆卸开关并且对开关进行物理检查。从劳动力的角度来看，这个过程非常耗费时间和成本，并且通常需要中断/关闭该过程。此外，如果暴露于有毒的过程液体/蒸汽，或者在安装在高罐顶部的开关的情况下高空工作，工程师可能面临风险。
6.在我们的国际专利申请第wo 2010/055415号中，我们描述了无需物理接触仪器即可检测音叉尖齿上涂层的方法，但是所描述的方法假定，如果观察到的传感器频率在某个频带内，则传感器是湿润还是干燥的，这视情况而定。这种假定的问题是，当尖齿实际上处于液体表面上方的干燥空间中时，干燥的过程材料可能使得音叉尖齿之间的空间形成桥状，从而导致指示湿润的频率。
7.本发明的一个目的是提供用于验证液位发送设备的运作状况的方法和/或系统，该方法和/或系统至少在某种程度上解决了上述问题；或者至少提供了新颖且有用的选择。


技术实现要素：

8.因此，在第一方面，本发明提供了一种监测设备的状况的方法，所述设备被配置成确定容器中液体的液位，该方法包括以下步骤：提供操作参数的至少一个参考值，所述至少一个参考值指示所述设备是完全在液体上方(“干燥”)还是完全浸入液体中(“湿润”)；通过
所述设备获取操作参数的当前值；独立于所述设备来确定在获取所述操作参数的当前值时所述设备是湿润的还是干燥的；将操作参数的当前值与操作参数的至少一个参考值进行比较；以及基于比较以及确定所述设备是湿润的还是干燥的，提供指示所述设备的状况的输出。
9.优选地，所述方法包括将观察到的操作参数与在给定范围内的存储的操作参数进行比较。
10.优选地，所述设备是被配置成在谐振中操作的振动音叉液位开关；所述至少一个预定存储的操作参数包括振动音叉液位开关分别在干燥时和在湿润时的谐振频率范围；并且其中，观察到的操作参数是谐振频率。
11.验证设备是湿润还是干燥的步骤可以手动建立，并且通过本地操作者界面或者经由通信协议通过命令手动地输入至所述设备。
12.替选地，使用另外的独立液位检测装置来实行验证所述设备是湿润还是干燥的步骤，所述设备和所述另外的液位检测装置经由公共通信协议自动通信。
13.优选地，所述方法包括使用另外的独立连续液位测量装置。
14.优选地，多个液位感测设备与所述另外的液位检测装置一起被包括在回路中，所述另外的液位检测装置经由公共通信协议与所有的所述设备进行通信。
15.优选地，通过hart或现场总线协议实行通信。
16.优选地，通过干燥校准程序来设置所存储的、指示干燥的操作参数。
17.优选地，所述干燥校准程序包括适应由于温度和/或压力引起的频率变化。
18.优选地，在将所述设备安装在所述容器上时，设置所存储的、指示湿润的参数；或者通过在安装之前暴露于过程液体的样品来设置所存储的、指示湿润的参数。
19.优选地，提供指示所述设备的状况的输出的步骤包括传送“运作状况佳”、“小心”或“警报”的输出。
20.优选地，将所述观察到的操作参数和所述观察到的参数的后续变化存储在所述设备内，所述方法包括根据所述变化来确定指示所述设备的物理变化的一个或更多个趋势。
21.在第二方面，本发明提供了一种用于确定容器中液体的液位的液位感测设备，该液位感测设备包括：存储器，该存储器用于存储操作参数的至少一个参考值，所述至少一个参考值指示所述设备是完全在液体上方(“干燥”)还是完全浸入液体中(“湿润”)；致动器，该致动器被配置成根据该致动器是湿润还是干燥的而表现出操作参数的不同值；以及处理器，该处理器耦接至致动器，并且该处理器被配置成：从致动器获取操作参数的当前值；接收独立于所述设备执行的确定在获取操作参数的当前值时所述设备是湿润还是干燥的结果；将操作参数的当前值与存储在存储器中的操作参数的至少一个参考值进行比较；以及基于比较以及确定所述设备是湿润还是干燥的结果，提供指示所述设备的状况的输出。
22.优选地，液位感测设备包括振动音叉液位开关。
23.在第三方面，本发明提供了一种用于监测容器的状态的监测系统，包括：用于确定容器中液体的液位的液位感测设备，该液位感测设备包括致动器，该致动器被配置成根据致动器是湿润还是干燥的而表现出操作参数的不同值；以及处理器，该处理器耦接至致动器，并且该处理器被配置成从致动器获取操作参数的当前值；以及主机系统，该主机系统与液位感测设备进行通信，该主机系统包括处理电路，该处理电路被配置成：从液位感测设备
接收操作参数的当前值；将操作参数的当前值与指示液位感测设备是完全在液体上方(“干燥”)还是完全浸入液体(“湿润”)的操作参数的参考值进行比较；以及基于比较以及独立于液位感测设备执行的确定在由液位感测设备的处理器获取操作参数的当前值时液位感测设备是湿润还是干燥的，提供指示所述设备的状况的输出。
24.在阅读下面的描述之后，本领域技术人员可以对本发明的实施方式进行许多变型。下面的描述不应被认为是限制性的，而是仅作为执行本发明的一种方式的一种说明。在所附权利要求的范围内，只要有可能，任何元件或部件都应被视为包括其任何或所有等效内容，无论是否具体提及。
附图说明
25.现在将参照附图来描述本发明的实施方式，在附图中：
26.图1：示出了根据本发明的实施方式的监测系统的示意图；
27.图2：示出了其中频率随过程温度而变化的干燥音叉频带的图示；
28.图3：示出了其中频率随过程压力而变化的干燥音叉频带的图示；以及
29.图4：示出了其中频率随过程液体的密度而变化的不同液体中的湿润音叉频率的图示。
具体实施方式
30.本发明提供了用于验证设备的运作状况的方法和系统，该设备用于指示容器(例如，过程罐)中的液体介质的液位。虽然本发明可以应用于根据各种不同技术进行操作的这样的设备，但是本具体实施方式中的示例涉及振动音叉液位开关。
31.图1示意性地示出了用于监测容器5(包括第一振动液位音叉开关6和第二振动液位音叉开关7)的状态的监测系统1、以及被示出为控制室的主机系统3。
32.如图1所示，振动音叉液位开关6和7安装在过程罐或容器5的壁上。罐5包括过程液体8，该过程液体8的上表面在9处示出。仅作为示例，例如，开关6和7可以包括以罗斯蒙特2140商标(trademark rosemount2140)出售的那些开关。
33.开关6为高液位开关。也就是说，开关6通常不被覆盖或者是“干燥”的，并且在液体表面9上升为与开关接触时执行切换功能或者输出警报。例如，切换功能可以用于关闭将液体8引导至罐中的泵。另一方面，开关7为低液位开关，并且通常被液体覆盖或者是“湿润”的。开关7在表面9下降至低于开关的液位时执行切换功能或者输出警报。后一种切换功能可以启动泵以将更多液体引导至罐中。
34.当完全干燥或完全湿润时，振动音叉液位开关的谐振频率的变化和趋势可以用于监测音叉的运作状况。特别地，尖齿的腐蚀或涂覆引起的音叉特性的变化将反映在干燥和湿润音叉谐振频率的变化中。当正常且正确地进行操作时，振动音叉液位开关的谐振频率在完全干燥或完全湿润时将略有波动，但是仍保持在如图2、图3和图4所示的窄频带中。术语“完全干燥”和“完全湿润”意指音叉尖齿分别完全没有浸入过程液体中或完全浸入过程液体中。
35.图2、图3和图4中的频带宽度是凭经验设置的，并且位于[f
干燥-2σf
干燥
+2σ]或[f
湿润-2σf
湿润
+2σ]之间，这些图中的频带包括对过程条件(例如，温度、压力和液体密度)的变化的已
知敏感性。
[0036]
振动音叉液位开关在完全干燥状态下的频率是考虑诸如音叉尖齿的腐蚀或涂覆的因素的音叉运作状况的可靠指标。通过预设处于完全干燥状态下的音叉谐振频率的可接受阈值范围，可以比较设备在处于原位和处于已知完全干燥状态下时的谐振频率，从而使得能够确定振动音叉液位开关的运作状况。如果周期性地进行这种检查并且将获得的谐振频率存储在设备的存储器中，则可以获得对谐振频率的历史数据的简单趋势分析，这可以针对设备提供服务寿命的清晰指示。
[0037]
在完全湿润状态下，音叉的谐振频率将取决于过程液体的性质，因此必须在设备的初始安装期间或在工厂校准时使用与设备一起使用的过程液体的样品来设置正常湿润频率的阈值范围。通过预设处于完全湿润状态下的音叉谐振频率的可接受阈值范围，可以比较设备在处于原位和处于已知完全湿润状态下时的谐振频率，从而可以确定振动音叉液位开关的运作状况。如果周期性地进行这种检查并且将获得的谐振频率存储在设备的存储器中，则可以获得对谐振频率的历史数据的简单趋势分析，这将针对设备提供服务寿命的清晰指示。
[0038]
无论是在开关完全干燥还是完全湿润时进行比较，都必须确认湿润/干燥状态，因为不能绝对相信来自开关自身的指示。这是因为服务中出现的因素可能导致错误的指示。例如，开关可能在安装期间已经被损坏，导致它在预设频带之外的频率上产生谐振。此外，来自过程液体的材料可能桥接于音叉尖齿之间的空间，从而导致错误的湿润指示，而事实上，尖齿在液位的上方。本发明的实施方式通过提供独立于开关来验证音叉尖齿是湿润还是干燥的方法来解决这个问题；并且此时开关在罐上保持原位。
[0039]
返回参照图1，如上所述，开关6用作高液位警报，并且开关7用作低液位警报。另外，另外的独立的液位测量装置10(例如，连续超声波/雷达液位变送器)可以被采用并且被配置成如下来定义完全湿润条件和完全干燥条件：
[0040]
*完全干燥条件：液位9《针对液位开关6的d2
[0041]
*完全湿润条件：液位9》针对液位开关7的d1
[0042]
d1和d2是凭经验设置的，但是考虑到由液位变送器10引起的可能的测量误差。仅作为示例，d1可以比振动音叉液位开关7的安装位置高20cm，而d2可以比振动音叉液位开关6的安装位置低20cm。
[0043]
在装置10处于罐5上的位置的情况下，现在将描述两种建议方式来进行根据本发明的验证过程。
[0044]
在基本上手动的过程中，现场服务工程师使用装置10或通过目视检查来获得开关6和/或7的湿润或干燥状态。然后，现场服务工程师可以向主机系统3提供开关(或开关之一)的状态的指示，以及/或者通过开关中包括的本地操作者界面(loi)或例如，经由诸如hart的通信协议或现场总线来调用开关6和7的运作状况检查功能。在向监测系统1的主机系统3提供状态的指示的情况下，主机系统3可以从液位感测设备6和/或7获取操作参数的参考值和当前值，将参考值与当前值进行比较，以及基于比较结果和由现场服务工程师提供的指示来提供指示液位感测设备状况的输出。例如，该输出可以在诸如图1中指示的控制室中的屏幕上提供。在将状态的指示提供至液位感测设备(液位开关)的情况下，液位开关内的处理器被配置成然后将开关的当前观察到的谐振频率与适当的湿润或干燥预设阈值
范围进行比较，以及提供指示运作状况的输出。例如，根据当前频率是在预设阈值范围内、在预设阈值范围的界限上还是在预设阈值范围外，输出可以是指示“运作状况佳”、“小心”或“警报”的信号。然后将观察到的谐振频率与时间戳一起存储在开关的存储器中。可以处理连续存储的频率以提供开关状况趋势的指示。
[0045]
在更自动化的实施方式中，本发明将液位开关6和7与另外的例如连续雷达/超声波液位变送器10主动结合，以针对工业过程罐提供全液位控制和监测系统1，在工业过程罐中液位开关6和7提供高警报液位指标和低警报液位指标并且变送器10提供当前液位的指示。液位变送器10和液位开关6和7两者都可以配置有例如hart的通信协议或现场总线等。以hart通信协议为示例，在安装期间，设备6、7和10可以被布置在通信回路中，其中，液位变送器10被配置为以规律的时间间隔(例如，每天、每周或每月)向回路中所有hart配置的设备广播所测量的罐液位的辅助主设备，对所得罐液位信息优选地进行加密以确保安全。作为接收器，振动音叉液位开关6和7将监测广播的罐液位，并且因此能够验证它们是处于完全干燥状态还是处于完全湿润状态。建立音叉状态之后，可以进行上述比较，提供输出，以及存储和处理以规律的时间间隔观察到的频率以提供趋势信息。
[0046]
根据监测系统1的另一示例配置，主机系统3可以从液位变送器10以及从液位感测设备6和7获取信号，以及基于所获取的信号来自动地确定液位感测设备6和7的状态。特别地，主机系统3可以从液位变送器10获取指示罐5中当前液位的信号，以及基于从液位检测装置获取的信号和液位感测设备的已知液位来确定在由液位感测设备的处理器获取操作参数的当前值时液位感测设备是湿润还是干燥的。基于该确定以及操作参数的参考值与操作参数的当前值之间的比较，主机系统3可以估计液位感测设备6和7的当前状况。液位感测设备6和7的操作参数的至少一个参考值可以保留在主机系统3中的数据库中，将特定液位感测设备的身份与其操作参数的至少一个参考值联系起来。替选地，每个液位感测设备可以将其操作参数的至少一个参考值保留在其自身的存储器中，这可以有助于在监测系统1中新的液位感测设备的安装。