具有改進的過程通信的現(xiàn)場廢氣分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 工業(yè)過程工廠經(jīng)常依賴于包括一個或多個燃燒過程的能量源。此種燃燒過程包括 燃燒室或鍋爐的操作以產(chǎn)生來自于燃燒的能量，這些能量然后被用于過程。雖然燃燒提供 較廉價的能量，但是它的使用通常被控制并且燃燒效率應(yīng)當被最大化。因此，過程管理工業(yè) 的一個目的是通過維持現(xiàn)存的燃燒室和鍋爐的燃燒效率而降低溫室氣體的產(chǎn)生。
[0002] 現(xiàn)場或過程廢氣分析儀通常被用于監(jiān)測、最優(yōu)化和/或控制燃燒過程。典型地，這 些分析儀采用氧氣傳感器，該氧氣傳感器在技術(shù)和應(yīng)用方面與在汽車中發(fā)現(xiàn)的氧氣傳感器 類似。此種傳感器被加熱到高溫并且提供傳感器輸出，該傳感器輸出指示與煙氣/廢氣流 相關(guān)的感興趣參數(shù)（氧氣）?，F(xiàn)場或過程分析儀是尤其有利的，因為它們不具有移動部件 或者取樣設(shè)備，因此導致了需要很少的維護的極其可靠的探針。雖然現(xiàn)場廢氣分析儀在以 下意義上可以被認為是現(xiàn)場裝置，即這些現(xiàn)場裝置經(jīng)常被在外地定位在現(xiàn)場中并且經(jīng)受溫 度、濕度、機械振動和電干擾的氣候極端，但是它們基本上與很多現(xiàn)場裝置不同。雖然很多 現(xiàn)場裝置測量單個物理參量，諸如過程流體的溫度、壓力或流量，但是過程分析儀實際上測 量廢氣過程流的組分。因此，在廢氣分析儀中執(zhí)行的處理是相對復雜和高速的。因此，廢氣 分析儀必須經(jīng)常執(zhí)行重要的計算和分析，從而有效地控制燃燒過程。另外，廢氣分析儀必須 非常迅速地這樣做，因為廢氣濃度傳感器信號也能夠很快地變化。
[0003] 傳統(tǒng)地，一些現(xiàn)場廢氣分析儀被設(shè)置為根據(jù)混合型數(shù)字模擬過程通信協(xié)議而進行 通信。該過程通信協(xié)議的一個示例是可尋址遠程變送器高速通道協(xié)議（HART⑩）。該 HART?通信協(xié)議說明了數(shù)字信息被設(shè)置在數(shù)字包（S卩，HART包）中的方式以及數(shù)字 包被物理地傳送通過有線傳輸介質(zhì)的方式。典型地，諸如愛默生過程管理公司的業(yè)務(wù)部門， 即RosemountAnalytical，Inc(羅斯蒙特分析公司）以行業(yè)名稱型號6888氧氣變送器售賣 的現(xiàn)場廢氣氧氣變送器，根據(jù)諸如眾所周知的4-20毫安信號技術(shù)的模擬信號技術(shù)而傳輸 其廢氣濃度信息?？蛇x地，變送器可以被構(gòu)造為或者以其他方式被規(guī)定為提供模擬信號，該 模擬信號表示未處理的毫伏信號形式的廢氣氧氣，從而與各個系統(tǒng)交互工作。另外地，因為 HART屯)協(xié)議將數(shù)字信息疊加在模擬過程可變信號上，所以還已知的是現(xiàn)場廢氣氧氣變送 器將數(shù)字信息傳輸?shù)娇蛇x的用戶接口，諸如羅斯蒙特分析公司銷售的已知的Xi電子模塊。
[0004] 雖然現(xiàn)存的產(chǎn)品在燃燒過程的監(jiān)測和/或控制方面為其用戶提供顯著的優(yōu)點，但 是由對廢氣流和速度的分析所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)對于廢氣分析儀的通信而言可以是個挑戰(zhàn)， 其中，廢氣流的成分可能隨著速度改變。提供具有改進的過程通信能力的現(xiàn)場廢氣分析儀 將有利于燃燒過程的監(jiān)測和控制技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)場廢氣分析儀包括能夠延伸到煙道中的探針。所述探針具有測量元件，該測量 元件響應(yīng)于煙道中的氣體的濃度以提供信號?？刂破鞅宦?lián)接到探針并且被構(gòu)造為基于來自 測量元件的信號而提供輸出。第一介質(zhì)訪問單元被聯(lián)接到控制器并且可操作地聯(lián)接到第一 過程通信線路。所述第一介質(zhì)訪問單元被構(gòu)造為根據(jù)全數(shù)字過程通信協(xié)議進行通信。第二 介質(zhì)訪問單元被聯(lián)接到控制器并且可操作地聯(lián)接到第二過程通信線路。所述第二介質(zhì)訪問 單元被構(gòu)造為根據(jù)與全數(shù)字過程通信協(xié)議不同的第二過程通信協(xié)議進行通信。第一介質(zhì)訪 問單元和第二介質(zhì)訪問單元被同時地啟動。
【附圖說明】
[0006] 圖1是現(xiàn)場廢氣分析儀的示意圖，本發(fā)明的實施例對于該現(xiàn)場廢氣分析儀而言是 尤其有用的。
[0007] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的現(xiàn)場廢氣分析儀的示意立體圖。
[0008] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的現(xiàn)場廢氣分析儀的方塊圖。
[0009] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的在燃燒過程中操作的現(xiàn)場廢氣分析儀的示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 圖1是在燃燒過程中操作的現(xiàn)場廢氣分析儀的示意圖。此種分析儀10的一種示 例是可從羅斯蒙特分析公司獲得的以行業(yè)名稱型號6888銷售的現(xiàn)場廢氣氧氣變送器。分 析儀10包括探針組件12,該探針組件12被設(shè)置在煙肉或煙道14中，并且測量與在燃燒器 16處發(fā)生的燃燒相關(guān)的至少一個參數(shù)。典型地，分析儀10是氧氣分析儀，但是可以是測量 與廢氣流中的成分相關(guān)的任何適當參數(shù)的任何裝置。
[0011] 燃燒器16被可操作地聯(lián)接到空氣或氧氣源18和可燃燒燃料源20。源18和20中 的每一個優(yōu)選地經(jīng)由相應(yīng)的閥被聯(lián)接到燃燒器16從而將可控量的氧氣和/或燃料傳送到 燃燒器16,從而控制燃燒過程。分析儀10測量燃燒廢氣流中的氧氣量并且向燃燒控制器 22提供氧氣等級的指示。以前，該信號是4-20毫安電流環(huán)路形式或未處理的毫伏信號形 式的模擬信號?？刂破?2控制閥24、26中的一個或兩個，從而提供閉環(huán)燃燒控制。分析儀 10包括氧氣傳感器，該氧氣傳感器典型地采用氧化鋯傳感器基板從而提供表示廢氣中的氧 氣濃度、含量或百分比的電信號。氧化鋯傳感器在約700°C的溫度下操作并且因此分析儀 10在探針組件12中包括電加熱器，該電加熱器被操作地聯(lián)接到AC電源29。探針12中的 氧氣傳感器以在技術(shù)上與汽車中發(fā)現(xiàn)的氧氣傳感器類似。此種傳感器十分有效地允許控制 系統(tǒng)以維持最佳的燃料比例，從而達到高效、低NOx產(chǎn)生的效果，并且最少數(shù)量的溫室氣體 排放也是可能的。
[0012] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的現(xiàn)場廢氣分析儀的示意立體圖。探針組件12大致 被構(gòu)造為容納傳感器芯組件，該傳感器芯組件包括被布置為靠近端部32的擴散器。探針12 中的測量元件在高溫下是可操作的。探針12中的測量元件和加熱器被電聯(lián)接到電子器件 殼體36中的分析儀電子器件（如圖3所示）。分析儀電子器件42被構(gòu)造從測量元件獲得 測量值并且提供適當?shù)男盘栒{(diào)整從而提供表示廢氣氧氣的信號。另外，分析儀電子器件42 包括控制器或其他適當電路，從而控制探針12中的加熱器的通電，從而維持測量元件的適 當熱控制。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，分析儀電子器件42也包括多個介質(zhì)訪問單元，從而根據(jù)多 個不同的過程通信協(xié)議進行通信，諸如上述的HART?過程通信協(xié)議和FOUNDATION?現(xiàn)場 總線（FF)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，分析儀電子器件42同時或者基本上同時使用多個不同的 過程通信協(xié)議進行通信。因此，根據(jù)第一過程通信協(xié)議的通信可以出于諸如燃燒用燃燒器 控制等的第一目的而被執(zhí)行，并且根據(jù)第二不同的過程通信協(xié)議的通信可以被執(zhí)行，從而 提供第二目的，諸如與可選的諸如羅斯蒙特分析公司銷售的型號Xi操作人員接口（如圖4 所示）等的用戶接口相互作用。
[0014] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的現(xiàn)場廢氣分析儀的電路板的方塊圖。電子器件42 包括電源模塊50,該電源模塊50被構(gòu)造為接收諸如110或220V交流電的交流（AC)電力， 并且調(diào)節(jié)提供給分析儀的各個部件的電力。另外，因為探針12中的加熱器將通常地接收全 部AC電壓，所以電源模塊50還將一般地包括至少一個連接到開關(guān)53的線路，從而施加到 加熱器的全部AC電壓可以被控制器52控制。控制器52分別被聯(lián)接到第一介質(zhì)訪問單元 54和第二介質(zhì)訪問單元56 (MU)。各個介質(zhì)訪問單元54、56被可操作地聯(lián)接到適用于各個 介質(zhì)訪問單元的通信介質(zhì)。雖然示出了終端58、60、62和64,但是應(yīng)當注意如果介質(zhì)訪問單 元54、56中的任一個是無線介質(zhì)訪問單元，則用于相應(yīng)的介質(zhì)訪問單元的終端可以簡單地 被天線的聯(lián)接件所代替。另外，雖然示出了四個不同的終端58、60、62和64,但是也應(yīng)當想 至IJ，電路的公用部分或接地部分可以被公用，從而實際上只需要提供三個終端。在一個實施 例中，介質(zhì)訪問單元54被構(gòu)造為根據(jù)已知的HART?.過程通信協(xié)議而進行通信。在該實 施例中，終端58和60可以被可操作地聯(lián)接到諸如羅斯蒙特分析公司銷售的Xi操作人員接 口的用戶接口，或者被聯(lián)接到能夠接收和提供與HART?通信相關(guān)的有用功能的其他任 何適當裝置。介質(zhì)訪問單元56被構(gòu)造為根據(jù)全數(shù)字過程通信協(xié)議而進行通信。全數(shù)字過 程通信協(xié)議一般地被認為是某些程度上比基于混合型過程通信協(xié)議更快。全數(shù)字過程通信 協(xié)議的一個示例包括FF過程通信協(xié)議以及已知的PR0FIBUS-PA過程通信協(xié)議。FF協(xié)議是 全數(shù)字的、串聯(lián)的