Способ передачи данных измерений между двумя измерительными преобразователями

Изобретение относится к технике автоматизации процессов. Способ передачи данных измерений между двумя измерительными преобразователями, выполненными с возможностью передачи цифровых сигналов по принципу «ведущий - ведомый» через два коммуникационных соединения системе управления, служащей в качестве ведущего устройства, и аналоговых сигналов. Цифровые сигналы передают также между обоими измерительными преобразователями через дополнительное коммуникационное соединение, поступающие цифровые сигналы исследуют, по меньшей мере, по одному характеристическому значению измерительного преобразователя-передатчика для обнаружения данных измерений, необходимых для обработки в измерительном преобразователе-приемнике. Технический результат - упрощение и повышение рентабельности передачи данных. 16 з.п. ф-лы. 1 ил.

 

Изобретение относится к способу передачи данных измерений между двумя измерительными преобразователями согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

В технике автоматизации процессов используются измерительные преобразователи, служащие для регистрации и/или воздействия на переменные процесса. Примерами таких измерительных преобразователей являются уровнемеры, расходомеры, манометры и термометры, приборы для измерения рН-значения и редокс-потенциала, приборы для измерения проводимости и т.д., которые в виде датчиков регистрируют соответствующие переменные процесса уровень, давление, температуру, рН-значение и значение проводимости.

Множество таких измерительных преобразователей изготовляется и распространяется фирмой Эндресс + Хаузер.

Нередко измерительные преобразователи через коммуникационное соединение связаны с вышестоящим блоком, например системой или блоком управления. Примером такого коммуникационного соединения является HART-протокол. С помощью этого стандарта измерительные преобразователи могут передавать системе управления данные как в цифровой, так и в аналоговой форме. Кроме того, измерительные преобразователи с помощью соответствующего исполнительного блока очень легко параметризовать и привести в эксплуатацию. Данные измерений передают системе управления в аналоговой форме по известной 4-20 мА-технике. Поскольку HART-связь работает по принципу «ведущий - ведомый», измерительные преобразователи могут передавать данные системе управления только по запросу ведущего.

Частично желательна передача данных также между несколькими измерительными преобразователями с помощью системы управления. Такой обмен данными возможен, например, в многоканальном режиме HART. Недостаток состоит при этом, однако, в том, что каждый измерительный преобразователь, подключенный к многоканальной сети HART и имеющий отличный от нуля адрес, должен иметь постоянное потребление тока 4 мА. Аналоговая передача сигналов системе управления в многоканальном режиме HART невозможна.

При некоторых применениях необходимо определить и обработать измеряемые величины, выведенные из данных измерений различных измерительных преобразователей. Одна возможность для этого состоит в том, что данные измерений передают системе управления, где для их обработки предусмотрены соответствующие обрабатывающие программы. Этот способ имеет, однако, различные недостатки. Во-первых, перепрограммирование систем управления является очень сложным. Далее обрабатывающие программы, как правило, ориентированы на пользователя и требуют «ноу-хау», которое имеется только у изготовителя измерительных преобразователей и неохотно передается им. Кроме того, системы управления рассчитаны на управляющие задачи, а не на специализированную обработку данных измерений. Для изготовителей систем управления это означало бы значительные затраты, чтобы интегрировать в свои системы подобные специализированные функциональности.

Другая возможность определения и обработки измеряемых величин, выведенных из данных измерений различных измерительных преобразователей, состоит в том, что данные измерений передают на компьютер расхода (например, RMS621 фирмы Е+Н Wetzer) и обрабатывают в нем. С компьютера расхода обработанные данные передают затем системе управления. Решающие недостатки состоят в том, что для этого в цепи обработки необходим дополнительный блок и что данные измерений обычно передают через аналоговые интерфейсы, что может привести к потере точности.

Задачей изобретения является, поэтому создание способа передачи данных измерений между двумя измерительными преобразователями, который не имел бы перечисленных недостатков и мог бы осуществляться просто и рентабельно.

Эта задача решается посредством способа, охарактеризованного в пункте 1 формулы изобретения.

Предпочтительные усовершенствования изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах.

Основная идея изобретения состоит в том, чтобы у двух измерительных преобразователей, передающих системе управления в качестве ведущего устройства цифровые сигналы через два коммуникационных соединения по принципу «ведущий - ведомый» и аналоговые сигналы, предусмотреть дополнительное коммуникационное соединение для передачи цифровых сигналов между обоими коммуникационными соединениями, причем измерительный преобразователь-приемник исследует поступающие сигналы, по меньшей мере, по одному характеристическому значению измерительного преобразователя-передатчика для обнаружения только необходимой измеряемой величины.

В одном усовершенствовании изобретения связь между измерительными преобразователями и системой управления происходит по стандарту HART. Таким образом, измерительные преобразователи могут сообщаться с системой управления как в аналоговом, так и в цифровом виде и дополнительно обмениваться цифровыми данными между собой в соответствии со стандартом HART.

Характеристическое значение может представлять собой параметр блока, установленный в стандарте HART. Каждый параметр блока характеризует одну измеряемую величину в одном определенном блоке (например, давление, температуру и т.д.).

Для того чтобы измерительный преобразователь-передатчик передавал свои данные измерений в равные промежутки времени измерительному преобразователю-приемнику, измерительный преобразователь-передатчик переводят в пакетный режим HART. В этом режиме один измерительный преобразователь в качестве ведомого устройства может передавать свои данные измерений независимо от запроса ведущего устройства.

В одном альтернативном варианте принимающий измерительный преобразователь эксплуатируют в режиме ведущего устройства, периодически считывающего данные измерений измерительного преобразователя-передатчика.

Для определения выведенной измеряемой величины в принимающем измерительном преобразователе установлен вычислительный блок с обрабатывающей программой.

В одном особом варианте осуществления изобретения принимающий измерительный преобразователь представляет собой измерительный прибор Vortex, a измерительный преобразователь-передатчик - манометр, причем обрабатывающая программа по скорости течения и давлению в качестве выведенной измеряемой величины определяет, например, значение массы, стандартного объема или теплового потока.

Изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления, изображенном на чертеже, на котором

- схематично представлены два измерительных преобразователя, связанных с системой управления.

На чертеже схематично показано, как два измерительных преобразователя M1, M2 техники автоматизации процесса связаны с системой L управления через два коммуникационных соединения KOM1, KOM2. Подача напряжения к обоим измерительным преобразователям происходит через два источника MUS1, MUS2 питания, которые встроены в коммуникационные соединения KOM1, KOM2. Коммуникационное соединение КОМ1, KOM2 представляет собой двухпроводное соединение с соответствующим измерительным преобразователем M1, M2. В коммуникационном соединении KOM1, KOM2 предусмотрено коммуникационное соединение КОМ3, через которое оба коммуникационных соединения KOM1, KOM2 могут обмениваться между собой цифровыми сигналами. По причинам взрывозащиты в коммуникационном соединении КОМ3 предусмотрены два HART-коммуникатора K1, K2, вызывающие гальваническую развязку в коммуникационном соединении КОМ3. Штриховой линией обозначен путь связи для передачи данных измерений между обоими измерительными преобразователями M1, M2. Передача данных происходит непосредственно через коммуникационное соединение КОМ3, а не через систему L управления.

Система L управления служит, в основном, для выполнения управляющих задач. Связь между системой L управления и измерительным преобразователем M1 происходит либо через токовую петлю 4-20 мА или через цифровые HART-сигналы. Измерительный преобразователь M1 представляет собой, например, измерительный преобразователь давления. Измерительный преобразователь M2 является, например, измерительным прибором Vortex Prowirl 73 фирмы Эндресс + Хаузер.

Ниже способ согласно изобретению описан более подробно. Через коммуникационное соединение КОМ3 цифровые сигналы могут передаваться от измерительного преобразователя M1 измерительному преобразователю M2. Для этого необходимо лишь незначительное перепрограммирование измерительного преобразователя M2. Для измерительного преобразователя M1 можно использовать любой манометр с HART-интерфейсом. Поскольку система L управления не участвует в этом обмене данными, в изменении программирования системы управления нет необходимости. Это очень важно.

Для обнаружения и обработки нужной измеряемой величины измерительный преобразователь-приемник M2 исследует поступающие от измерительного преобразователя-передатчика M1 сигналы, по меньшей мере, по одному характеристическому значению измерительного преобразователя M1. Относящуюся к этому характеристическому значению измеряемую величину обрабатывают затем в измерительном преобразователе M2. Необходимую измеряемую величину давления обнаруживают посредством параметра блока, установленного в стандарте HART.

Для того чтобы измерительный преобразователь M1 передавал свои данные измерений измерительному преобразователю M2, измерительный преобразователь M1 переводят с помощью прибора управления (например, карманного ПК) в пакетный режим HART. В этом режиме измерительный преобразователь M1 передает свои данные измерений независимо от запроса через систему L управления. Таким образом, в распоряжении измерительного преобразователя M2 постоянно находятся актуальные данные измерений измерительного преобразователя M1, так что в предусмотренном в измерительном преобразователе М2 вычислительном блоке может быть получена также актуальная выведенная измеряемая величина.

В одном альтернативном варианте осуществления изобретения измерительный преобразователь М2 при своем приведении в действие проверяет коммуникационное соединение К2 на поступающие пакетные сообщения. Если этого не происходит, то измерительный преобразователь М2 пытается перевести измерительный преобразователь M1 в пакетный режим. Если это удается, то описанный выше способ передачи данных может быть осуществлен.

В другом альтернативном варианте осуществления изобретения измерительный преобразователь М2 эксплуатируют в режиме ведущего устройства. В этом режиме ведущее устройство М2 периодически считывает данные измерений измерительного преобразователя M1. Этот режим позволяет, однако, использовать только одно дополнительное ведущее устройство, например систему L управления. В этом случае для параметризации измерительных преобразователей M1, M2 больше нельзя подключить ни один блок управления, поскольку последний всегда должен функционировать в качестве ведущего устройства.

В качестве существенного преимущества изобретения следует усматривать то, что специальный измерительный преобразователь М2 может использоваться с различными измерительными преобразователями M1, которые могут быть от разных производителей, чтобы по данным измерений этих обоих измерительных преобразователей вычислить определенную зависимую измеряемую величину. Другой аспект изобретения состоит в том, что не требуется никаких изменений в программировании системы L управления. Еще один аспект изобретения состоит в том, что данные измерений передаются измерительному преобразователю M1 в цифровом виде без потерь точности из-за цифроаналогового и последующего аналого-цифрового преобразования. Система L управления независимо от коммуникационного соединения КОМ3 сообщена с измерительными преобразователями M1, M2. Незначительные изменения программного обеспечения необходимы только для измерительного преобразователя M2.

С помощью способа согласно изобретению, возможна простая передача данных измерений между двумя измерительными преобразователями M1, M2.

1. Способ передачи данных измерений между двумя измерительными преобразователями, выполненными с возможностью передачи цифровых сигналов по принципу «ведущий - ведомый» через два коммуникационных соединения системе управления, служащей в качестве ведущего устройства, и аналоговых сигналов, отличающийся тем, что цифровые сигналы передают также между обоими измерительными преобразователями через дополнительное коммуникационное соединение и измерительный преобразователь-приемник выполнен с возможностью исследования поступающих цифровых сигналов, по меньшей мере, по одному характеристическому значению измерительного преобразователя-передатчика для обнаружения данных измерений, необходимых для обработки в измерительном преобразователе-приемнике.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что связь между измерительными преобразователями и системой управления осуществляют по стандарту HART.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник обрабатывает относящийся к соответствующему численному значению параметр блока, значение которого установлено в стандарте HART.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-передатчик переводят в пакетный режим HART для передачи его данных измерений с равными промежутками времени.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник эксплуатируют в режиме ведущего устройства и считывают данные измерений измерительного преобразователя-передатчика.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник и измерительный преобразователь-передатчик регистрируют разные измеряемые величины.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в измерительном преобразователе-приемнике установлен вычислительный блок с обрабатывающей программой, который определяет измеряемую величину, выведенную из разных измеряемых величин.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник представляет собой измерительный прибор Vortex, a измерительный преобразователь-передатчик - манометр, которые определяют скорость течения и давление в среде.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в измерительном приборе Vortex установлен блок вычисления расхода, выполненный с возможностью определения по значению давления и скорости течения среды выведенной измеряемой величины (например, значение теплового потока).

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что измерительный прибор Vortex содержит дополнительный встроенный температурный датчик.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в измерительном приборе Vortex установлен блок вычисления расхода, который по скорости течения среды, значению температуры и давлению определяет выведенную измеряемую величину (например, значение теплового потока или значение массового потока).

12. Способ по п.7, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник представляет собой измерительный прибор Vortex со встроенным дополнительным температурным датчиком, а измерительный преобразователь-передатчик - термометр.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что в измерительном приборе Vortex установлен блок вычисления расхода, который по скорости течения среды, значению температуры температурного датчика измерительного прибора Vortex и значению температуры термометра определяет выведенную измеряемую величину (например, отвод энергии).

14. Способ по п.7, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник представляет собой измерительный прибор Vortex, а измерительный преобразователь-передатчик - термометр, которые определяют скорость течения и температуру среды.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что в измерительном приборе Vortex установлен блок вычисления расхода, который определяют по скорости течения среды и температуре выведенную измеряемую величину (например, значение теплового потока или значение массового потока жидкостей или насыщенного пара).

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник считывает и обрабатывает сигналы более одного измерительного преобразователя-передатчика.

17. Способ по п.8, отличающийся тем, что измерительный преобразователь-приемник представляет собой кориолисов расходомер, ультразвуковой расходомер или расходомер магнитно-индуктивного или термического действия.