具有对固体的自动指示的工业现场设备制造技术

工业现场设备（１０，３０，４０）提供了指示过程变量的信息。该现场设备（１０，３０，４０）包括控制器（２４）、通信电路（２０，３４）、过程变量传感器（２８）、以及测量电路（２６）。该通信电路（２０，３４）连接至控制器（２４）。该过程变量传感器（２８）具有基于过程流体的变量而改变的电特性。该测量电路（２６）连接至过程变量传感器（２８），并连接至控制器（２４）。控制器（２４）被配置用于相对于过程变量而产生经由通信电路的通信，并被配置用于提供对流体中的砂流或其它固体的指示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有对固体的自动指示的工业现场设备
技术介绍
在天然气或油井的生产过程中，利用含砂显著的物质撞击液囊并 不罕见。由于众多原因，砂是非常不希望有的。砂会填满井的钻孔； 砂会填满过程系统；或者砂会严重降低井和/或生产操作的生产力。此 外，砂会引起管道系统组件(尤其是在弯管处)、或收缩管以及诸如孔 板、液体流动测量器、或锥形流量计之类的阀门及差压发生器的不希 望损耗。因此，砂在天然气或油井的生产过程中的存在可以导致管道 和阀门腐蚀以及在生产过程中所使用的多种设备发生故障的可能。此 外，砂流可以在差动发生器中产生校准移位。因此，在天然气或油井 的生产过程中，在实质上能够立即检测到任意砂流是非常重要的，从 而可以在现场本地或远程地快速且有效地解决问题。这种补救有时可 以包括暂时关闭油井，调整井头操作，或改变油井或现场管理(改变 喷射、井深等)。当流体中所夹带的固体撞击在生产机器(例如管道、阀门、差动 发生器等)上时，撞击产生声音。固体通常是砂，而流体是烃类流体。 然而，该流体中所夹带的固体的其它示例包括诸如浆料、矿泥浆、泥 浆和污水之类的悬浮体。已知使用声音传感器来感应烃类生产系统中 的砂。这种传感器通常是被调谐到普通频带的专用设备，撞击的声能 落入频带之中的。尽管这种设备可用，但是这种设备为整体生产操作 提供了额外的复杂度和成本。此外，即使最新的声井检声器也无法提 供能够容易集成到整个过程测量和控制系统中的信号传输。
技术实现思路
一种工业现场设备提供了指示过程变量的信息。该现场设备包括 控制器、通信电路、过程变量传感器以及测量电路。该通信电路连接 至控制器。该过程变量传感器具有基于过程流体的变量而改变的电特 性。该测量电路连接至过程变量传感器，并连接至控制器。控制器被配置用于相对于过程变量而经由通信电路产生通信，并被配置用于提 供对砂流的指示。附图说明图1是本专利技术的实施例在其中特别有用的过程测量系统的图示。图2是根据本专利技术的实施例的被配置用于检测砂流的过程压力变 送器(transmitter)的图示。图3是根据本专利技术的另一实施例的被配置用于检测砂流的过程压 力变送器的图示。图4是根据本专利技术的另一实施例的被配置用于检测砂流的过程压 力变送器的图示。图5是根据本专利技术的实施例的用于提供过程压力和砂流警报的方 法的流程图。具体实施方式诸如压力变送器之类的工业现场设备是任意天然气或油井生产装 置中的常见设备。规格(gauge)的压力变送器用于监控井口压力、以 及分离器周围的操作和下向钻眼压力。将差压变送器与上面所提到的 差动发生器一并用于检测所生产的石油或天然气的流动速率。另一种 工业现场设备已知为过程流体流量计。过程流体流量计的示例包括涡 流计和Coriolis流量计。工业现场设备是非常普遍的，且通常具有通过诸如高速可寻址远 程传感器(HART )协议、或经由有线过程通信连接或经由无线技术 的FOUNDATION Fieldbus协议来传送附加信息的能力。根据本发 明的实施例，诸如成压力变送器或流量计之类的工业现场设备不仅适 用于感知它们的主要过程变量，而且适用于感知天然气或油井生产过 程中的砂的压力。这双重任务在以下方面提供重要的协同作用能够 降低物理系统的整体复杂性和成本，以及能够容易地将砂检测信号集 成到已知过程通信体制。图1是对本专利技术的实施例在其中特别有用的针对天然气和/油井 的过程控制系统的图示。图1示出了可操作用于连接至图示为框12的天然气或油井生产过程的过程压力变送器10。实际上，生产12可 以包括布置在相对大区域上(大约为数英亩)的工业机械的大量作业量。图1示出了可操作用于经过线14连接至天然气/石油生产12的压 力变送器IO。典型地，在物理上将压力变送器布置在用于传送天然气 或石油液体的管道系统上(或近似)。然而，可以使用任意适当的连接。 压力变送器10经由过程通信回路18连接至控制室16。控制室16也 可以连接至诸如过程变量变送器、过程制动器、或任意其它适当设备 之类的大量其它过程设备。图2是本专利技术的实施例在其中有用的过程压力变送器的图示。变 送器10包括回路通信模块20、电源模块22、控制器24、测量电路26、 以及压力传感器28。回路通信电路可操作地连接至过程通信回路18， 且被配置用于根据适当的工业标准通信协议进行通信。适当的工业标 准通信协议的示例包括但不局限于HART 、 FOUNDATIONTM、 Fieldbus、 Profibus-PA以及控制器区域网络(CAN)。许多过程通信回 路己知具有向附着的过程设备提供操作电源的能力。同样地，根据己 知技术，电源模块22可操作地连接至过程通信回路18并从通信回路 上所提供的电源处获得针对变送器10的工作电源。如图2所示，电源 模块22可操作地连接至回路通信模块20、控制器24以及测量电路26。控制器24可操作地连接至回路通信模块20以及测量电路26。优 选地为低功率微处理器的控制器24为变送器10提供执行大量复杂分 析的能力。因此，尽管变送器IO可以提供过程压力输出，然而变送器 10与现有变送器一样也可以提供对诸如在压力变送器10附近的表面 上撞击的固体(例如砂)的指示。下面将更为详细地描述控制器24 检测砂撞击的实际方式。控制器24可以包括或连接至任意适当形式的 存储器，包括非易失存储器和/或易失存储器。此外，存储在适当存储 器上的指示可以使得控制器24执行有助于检测砂流的数字信号处理 算法。测量电路26可操作地连接至压力传感器28以及控制器24。测量 电路26优选地包括模数转换器。在一个实施例中，该模数转换器己知 为每秒提供22次转换的Sigma-Delta模数转换器。在本实施例中，对 过程压力的每次转换后的数字表示都变成数字信号处理的数据点。例如，将快速傅立叶变换(FFT)应用于数字过程数据点，以产生表示的存在的信息。适当分析的示例可以包括使用以已知方式操作的已知模数转换器进行操作的功率谱密度(PSD)分析。在这点上，可以利 用软件在压力变送器10内完全实现本专利技术的至少一个实施例。因此， 可以将本专利技术的实施例应用于当前实地安装地或早已制造出而无需修 改其电路的过程变量变送器。由于Sigma-Ddta转换器的快速转换时间和高精度，通常将其用 于过程测量和控制行业。Sigma-Delta转换器通常采用内部电容器充电 泵方案，该方案产生通常通过计算固定间隔期间内的正1的数目来分 析的数字比特流。例如，当前所使用的Sigma-Delta转换器提供了由 50%的1组成的比特流信号来指示最小压力测量，以及提供了由75% 的1组成的比特流信号来指示最大压力测量。对该数字比特流进行滤 波，以便在确定过程变量之前移除或减弱波动分量。然后将该滤波数 据与公知的方程式一并用于计算过程变量。根据本专利技术的另一实施例，将模数转换器内的数字比特流直接用 于诸如功率谱密度分析之类的数字信号处理。该比特流通常具有作为 高于转换频率的幅值的多阶。例如， 一种已知的Sigma-Delta转换器 提供了具有大约57kHz频率的数字比特流。尽管本领域的技术人员将 认识存在可以用于对该数字比特流执行PSD分析的多种方式，这里遵 循一种适当的方法。对于给定间隔(例如10秒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供指示过程变量的信息的工业现场设备，所述工业现场设备包括：　　　　控制器；　　　　通信电路，连接至所述控制器；　　　　过程变量传感器，具有与过程流体的变量相关地改变的电特性；　　　　测量电路，连接至所述过程变量传感器，并连接至所述控制器；　　　　其中，所述控制器被配置用于相对于过程变量而产生经由所述通信电路的通信，并且所述控制器被配置用于提供过程流体内的固体流的指示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫维尔斯，罗伯特J卡什尼亚，伊仁俞里克，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]