50年,艾默生压力仪表持续创新里程

2019-11-16

任何新技术的第一次应用通常都无法充分利用其潜在的变革能力。相反,新技术首先被用于复制其前身的功能 — 只有在此之后,新的可能性才开始出现。


最早的模拟电子式压力变送器便是如此。一种模拟毫安或低压电路取代了气动信号,但上一代气动变送器的力平衡式传感器机制仍保留了下来,并配备了易于漂移的维护密集型移动部件。

只有在1969年从头开始重新设计整个传感器和通信包时,罗斯蒙特工程公司才通过一整套必要的电容传感器和微型电子器件为罗斯蒙特1151压力变送器提供准确性和稳定性能。

   

公司在20世纪50-60年代的美国重要航天计划中初露锋芒,并且充分认识到提供极其稳定的可靠性和准确性的重要性。就像现在一样,石油和天然气巨头在接受和采用新的过程自动化技术方面发挥了主导作用。1972年,当其中一个巨头订购了1000套罗斯蒙特1151变送器时,比赛开始了。从那以后,罗斯蒙特和艾默生创新的脚步就从未停止过。

数字技术脱颖而出

数字技术 — 以在线智能和双向通信能力的形式存在 — 是艾默生下一代压力变送器罗斯蒙特3051的核心。全新的自由浮动传感器本身经微加工制造而成,而先进的定制式表面贴装专用集成电路(ASIC)为自上世纪80年代中期开始的一场新的数字创新潮流奠定了基础。


罗斯蒙特3051为公司的压力仪表产品组提供了另一种层次的运行稳定性和响应能力,同时它还标志着变送器功能的重大拓展,超越了精确、稳定的压力测量输出。


1985年,艾默生推出了其智能系列仪表,包括使用该公司高速可寻址远程传感器(HART®)协议进行通信的压力变送器,该协议很快作为开放标准向业界推广,现在得到了国际现场通信技术基金会(FieldComm Group)的支持。

   

HART协议允许压力变送器和其他仪表通过在变送器的4-20mA模拟过程变量信号上叠加的数字信号与手持设备和主机控制系统进行通信。最终,基金会现场总线(FOUNDATION Fieldbus)、Profibus和WirelessHART®的全数字协议对HART进行了补充。


最重要的是,数字通信意味着,在公司的压力变送器功能日益强大的时候,其在线计算能力不再有上限。首先被交换的新发布信息是设备状态和配置设置,通常只在调试和校准任务过程中发生。但是一旦发布,这些早期“边缘”设备将逐渐获得基于多个传感器输入进行自我诊断和复杂计算的能力 — 并且会持续提高。

先进的测量功能

罗斯蒙特3095 MultiVariable™变送器体现了这种进步。1991年,艾默生获得了当时美国天然气研究协会(Gas Research Institute)的资助,得以研发“世界上很紧凑的电子流量测量(EFM)装置”。罗斯蒙特3095配有测量静压、压差(DP)和温度传感器,还可计算出实时温度补偿质量流量等导出量。所有这些功能都可以在一个与标准罗斯蒙特3051压力变送器大小相同的设备中使用。它也为日益一体化的压力、流量和液位测量解决方案铺平了道路。


虽然20世纪80年代和90年代的许多技术进步继续扩大了艾默生压力测量解决方案的范围和适用性,但2001年发布的现有旗舰型变送器罗斯蒙特3051S(如图)为过程工业设定了另一个性能基准。拥有0.025%测量精度、200:1量程比和15年稳定性的罗斯蒙特3051S被设计为一个可扩展的创新平台,并继续支持在高级智能和测量方面的持续发展。


罗斯蒙特3051S的卓越性能特征确保艾默生能够通过双电容Saturn™传感技术、密封的SuperModule™平台和先进的制造技术提供Ultra性能。


因此,Ultra性能级别保证了15年的运行稳定性。艾默生于2005年在此基础上对差压流量计进行了改进并推出Ultra for Flow,优化了性能并支持更宽的量程比。性能被指定为读数百分比,而不是传统的量程百分比。Ultra for Flow最多支持14:1量程比,可在整个工作流量范围内保持优于读数规范±0.5%的精度。

更宽的诊断范围

罗斯蒙特3051S同样在压力变送器的诊断功能范围方面也向前迈出了一大步。扩展的设备健康诊断列表现在不仅包括传感器和电子器件,还包括面向增强型安全仪表系统(SIS)的安全认证诊断、诊断和事件状态日志、以及可定制的服务警报。此外还包括回路完整性诊断,它利用电信号的质量来检测问题,如仪表外壳进水、腐蚀和其他接线或电源问题。


也许最重要的是将压力变送器诊断从设备本身和相关布线扩展到与其所服务的过程有关的问题。这组被艾默生开发人员称为“过程智能”的诊断基于过程变量本身的实时动态而进行。可变性模式用于检测各种过程问题,如引压管堵塞、火焰不稳定、蒸馏塔溢流、泵气蚀、空气渗入、过程泄漏和储罐搅拌损耗。

高级诊断模式用于检测各种过程问题,如引压管堵塞、火焰不稳定、蒸馏塔溢流、泵气蚀、空气渗入、过程泄漏和储罐搅拌损耗。

这个全新级别的预配置诊断可带来一系列业务绩效,如降低维护成本(方法是专注于需要维护的设备)、提高产品质量(方法是抓住过程优化机遇)、增加正常运行时间(方法是预防异常情况出现)、提高产量(方法是在最大允许条件下运行)、以及减少浪费和返工(方法是防止过程干扰)。

无线技术扩展了监控范围

无线网络技术(尤其是通过WirelessHART协议)使增量监测点的安装变得更轻松、更实惠,扩展了压力测量解决方案的适用范围。在该规范于2008年完成之后,艾默生推出了全系列无线压力、差压、流量、液位和多变量解决方案,成本只有传统有线仪表的40-60%。


艾默生无线产品系列中相对较新的是罗斯蒙特无线压力表,它是传统压力表的一种一对一形式的替代品;而传统压力表采用的是波登管技术 — 发明于19世纪的一种过时的机械传感器。罗斯蒙特无线压力表不仅在可靠性方面提高了10倍,而且还能将监测到的压力通过无线通信传输回控制室。这样就减少了派遣人员去工厂内监视这些搁浅测量点的需要,从而提高了人员安全程度。

   

罗斯蒙特无线压力表的稳健设计采用多重隔离屏障,能够承受11000 psi(758巴)的超压或破裂压力。同时,本地诊断指示灯所提供的信息远远超出简单的压力读数。一个指示灯会以闪烁的绿色、黄色或红色警告不安全的环境状况,而另一个指示灯负责警告超压事件、设备故障或电池电量不足。

类似地,艾默生的罗斯蒙特压力测量产品中运用的各种增强型数字技术提供了一种有效的方法以将信息传递给需要它的人。例如,围绕用户的任务设计了一种直观的新型设备仪表板,其中63%的用例一眼就能识别出来。其中包括对设备和通信状态的即时监测、设备读数、大多数常见任务的快捷方式以及有助于故障排除的推荐操作。


与数字技术一样重要的是提高艾默生压力测量解决方案的性能和功能,还应该在机械创新方面做出努力。


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