БЕСПРОВОДНОЙ МОНИТОРИНГ И СОСТАВЛЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ РЕАКТОРА С ПОМОЩЬЮ МНОЖЕСТВА ОСНАЩЕННЫХ ДАТЧИКОМ МЕТОК RFID И МНОЖЕСТВЕННЫХ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКОВ
WIRELESS MONITORING AND PROFILING OF REACTOR PARAMETERS USING MULTIPLE SENSOR-EQUIPPED RFID TAGS AND MULTIPLE TRANSCEIVERS

[0001] По данной заявке испрашивается приоритет по рассматриваемой предварительной заявке на патент США №62/616,155, поданной 11 января 2018 года, содержание которой включено в данный документ в полном объеме посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Данное изобретение относится к системе и способу беспроводного мониторинга и составления трехмерных профилей параметров внутри технологической емкости, такой как реактор.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Для нефтеперерабатывающих и химических заводов общепринятыми являются реакторы, содержащие катализатор. При эксплуатации таких реакторов требуется определять или контролировать параметры технологического процесса внутри корпуса реактора, поскольку такая информация может способствовать управлению условиями протекания химической реакции внутри корпуса реактора. Существующие методы определения параметров внутри корпуса реактора требуют наличия физического соединения, в том числе электрического или пневматического соединения, с датчиком, передающим полученные датчиком данные для их внешнего отображения. Одним из примеров таких измерительных устройств является применение термопар для определения температуры. Для применения термопары при измерении температуры в некотором местоположении внутри корпуса реактора требуется защитная оболочка термопары. Защитная оболочка термопары проходит сквозь стенку корпуса и достигает местоположения, в котором измеряют температуру внутри корпуса.
[0004] Желательно иметь возможность измерения и наблюдения за параметрами технологического процесса в местоположениях внутри корпуса реактора и передачи данных по беспроводной связи для выполнения их сбора и обработки в удаленном местоположении. Кроме того, желательно иметь возможность создания трехмерного профиля параметров по всему объему реакционной зоны, образованной в корпусе. Для этого предлагается применение оснащенных датчиком меток радиочастотной идентификации (RFID, radio frequency identification) для измерения нескольких параметров в объеме реактора, в том числе давления, температуры, химического состава текучей среды, химического состава пара и жидкости, величины рН и скорости потока, и беспроводной передачи измеренных данных для их дистанционного сбора и обработки.
[0005] Пример оснащенной датчиком метки RFID для измерения параметров рабочей среды описан в US 7,397,370. В данном патенте представлена система, предусматривающая мониторинг рабочей среды с помощью множества узлов радиочастотной идентификации («RFID»). Система может содержать метку RFID с присвоенным ей уникальным идентификационным («ГО») номером, скомпонованную с датчиком для измерения данных относительно рабочей среды и антенну для беспроводной передачи измеренных данных в систему обработки. Передаваемая информация, принимаемая системой обработки, содержит измеренные данные о рабочей среде совместно с присвоенным идентификационным номером и проходит обработку для выполнения мониторинга рабочей среды и изменений в контролируемой рабочей среде.
[0006] Применение оснащенных датчиком меток RFID для измерения и отслеживания переменных параметров рабочей среды описывается в еще одном документе US 8,106,778. В данном патенте раскрываются способ и система, предоставляющие возможность отслеживания переменных параметров с помощью радиочастотной идентификации (RFID). Метка RFID с датчиком используется для измерения переменного параметра, в том числе местоположения, температуры, давления и влажности. В ответ на сигнал опроса, передаваемый устройством считывания RFID, метка RFID с датчиком передает сигнал, который содержит присвоенные метке идентификационные данные с переменными данными, характеризующими измеряемый параметр. Этот ответный сигнал содержит как переменные данные, так и непеременные данные с тем, чтобы измеряемые параметры могли быть связаны с идентификационными данными метки. Устройство считывания RFID также может принимать множество ответных сигналов, каждый из которых передается от одной из множества меток RFID. В этом случае по меньшей мере один из множества ответных сигналов может содержать переменные данные, характеризующие измеряемый параметр на соответствующей одной из множества меток RFID, и идентификационные данные соответствующей одной из множества меток RFID.
[0007] В опубликованной заявке на патент US 2007/0215709 описывается датчик на основе RFID, который содержит электронную схему RFID, объединенную с датчиком. Сенсорный элемент датчика выполнен с возможностью изменения состояния проводимости при воздействии на него физических параметров внешнего окружения, в котором находится датчик. К таким физическим параметрам может относиться наличие или отсутствие газа, светового излучения, звука, температуры, давления, влаги и/или других параметров рабочей среды. В ответ на радиочастотный сигнал, передаваемый устройством опроса RFID, датчик на основе RFID передает для приема устройством опроса RFID идентификационный (ID) номер и другие данные, относящиеся к текущему или предшествующему воздействию на датчик на основе RFID одного или более физических параметров. Электропитание датчика на основе RFID также может осуществляться за счет радиочастотной энергии, передаваемой устройством опроса RFID.
[0008] В патенте США 9,317,795 описывается сенсорная система RFID, содержащая массив сенсорных элементов, расположенных на поверхности. Каждый сенсорный элемент содержит микросхему RFID, антенну, функционально сопряженную с микросхемой, и реагирующий на давление материал, расположенный на антенне. Система устройств считывания RFID выполняет подачу сигнала опроса на каждый сенсорный элемент, который при давлении на реагирующий на давление материал сенсорного элемента подкладки передает сигнал обратно в устройство считывания RFID через сопряженную антенну.
[0009] В данных публикациях отсутствует описание или предложение по применению оснащенных датчиком меток RFID для измерения параметров технологического процесса или рабочей среды внутри корпуса реактора или беспроводной передачи данных, относящихся к измеряемым параметрам внутри корпуса реактора, для их дальнейшего приема, обработки и использования. Кроме того, в этих публикациях отсутствует описание или любая информация об обеспечении беспроводного мониторинга и составления трехмерных профилей физических параметров внутри реакционной зоны, образованной в корпусе реактора.
[0010] В то же время в данном изобретении предлагается система и способ, в которых предусматривается локальное восприятие или измерение параметров рабочей среды или технологического процесса в местоположениях по всей реакционной зоне реактора и выполнение беспроводной передачи оснащенными датчиком метками RFID множественным приемникам радиочастотных волн, содержащих идентификационные данные конкретной метки и данные, характеризующие измеряемый параметр внутри реактора. Это позволяет составлять трехмерные профили параметров внутри реакционной зоны.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] В связи с этим предлагается система для беспроводного мониторинга и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса реактора. Корпус реактора системы образует реакционную зону, которая содержит слой катализатора, содержащий частицы катализатора, и множество оснащенных датчиком меток RFID, расположенных внутри слоя катализатора. В системе имеются приемо-передатчики, которые содержат первую приемо-передающую антенну RFID, вторую приемо-передающую антенну RFID и третью приемо-передающую антенну RFID. Первая приемо-передающая антенна RFID соединена по беспроводной связи с каждой оснащенной датчиком меткой RFID из их множества и выполнена с возможностью передачи первого сигнала опроса и приема первого ответного сигнала метки RFID, передаваемого в ответ на первый сигнал опроса. Вторая приемо-передающая антенна RFID соединена по беспроводной связи с каждой оснащенной датчиком меткой RFID из их множества и выполнена с возможностью передачи второго сигнала опроса и приема второго ответного сигнала метки RFID, передаваемого в ответ на второй сигнал опроса. Третья приемо-передающая антенна RFID соединена по беспроводной связи с каждой оснащенной датчиком меткой RFID из их множества и выполнена с возможностью передачи третьего сигнала опроса и приема третьего ответного сигнала метки RFID, передаваемого в ответ на упомянутый третий сигнал опроса. Каждая оснащенная датчиком метка RFID множества кодирована уникальным неизменяемым идентификационным номером и выполнена с возможностью измерения параметра реактора внутри реакционной зоны, приема сигналов опроса от приемопередатчиков и, в ответ на сигналы опроса, передачи ответных сигналов метки RFID. Ответные сигналы меток RFID содержат данные, характеризующие уникальные неизменяемые идентификационные номера и параметры реактора, связанные с оснащенными датчиком метками RFID. Система обеспечивает определение и составление трехмерных профилей параметров технологического процесса по всей реакционной зоне.
[0012] Также предлагается способ беспроводного мониторинга и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса реактора. Данный корпус реактора образует реакционную зону, которая содержит слой катализатора, содержащий частицы катализатора, и множество оснащенных датчиком меток RFID, расположенных внутри слоя катализатора. Слой катализатора характеризуется имеющейся высотой и шириной или диаметром. Способ включает передачу сигналов опроса по меньшей мере тремя приемо-передающими антеннами RFID. Сигналы опроса принимаются каждой оснащенной датчиком меткой RFID. В ответ на сигналы опроса каждая оснащенная датчиком метка RFID выполняет передачу своего соответствующего ответного сигнала метки RFID, который содержит данные, характеризующие уникальный неизменяемый идентификационный номер и окружающие условия, связанные с оснащенной датчиком меткой RFID. Приемо-передающие антенны RFID осуществляют прием соответствующих ответных сигналов метки RFID, которые проходят обработку для составления трехмерных профилей параметров технологического процесса внутри реакционной зоны.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0013] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение варианта реализации по изобретению системы беспроводного мониторинга и составления трехмерных профилей параметров технологического процесса внутри реакционной зоны корпуса реактора.
[0014] Фиг. 2 представляет собой горизонтальную проекцию поперечного сечения А-А корпуса реактора, изображенного на фиг. 1.
[0015] Фиг. 3 представляет собой схему, на которой представлены некоторые элементы системы беспроводного мониторинга реактора и составления трехмерных профилей параметров технологического процесса внутри реакционной зоны реактора. На фиг.3 изображена одна оснащенная датчиком метка RFID из множества оснащенных датчиком меток RFID, размещенных внутри слоя катализатора, и по меньшей мере три устройства считывания/опроса RFID, которые соединены по беспроводной связи с оснащенной датчиком меткой RFID. Устройства считывания/опроса RFID соединены с компьютерной системой для обработки данных, содержащихся в принимаемых радиочастотных сигналах, передаваемых оснащенной датчиком меткой RFID.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] К вариантам реализации изобретения относится как система, так и способ беспроводного мониторинга и составления трехмерных профилей параметров технологического процесса по всей реакционной зоне, образованной в корпусе реактора.
[0017] Одновременно с данной заявкой на патент поданы три связанные предварительные заявки на патент, озаглавленные «SP2118 - Беспроводной мониторинг и составление профилей параметров реактора с помощью множества оснащенных датчиком меток RFID, имеющих известные местоположения», «SP2119 - Беспроводной мониторинг и составление профилей параметров реактора с помощью массивов оснащенных датчиком меток RFID, размещенных на известных уровнях высоты реактора» и «SP2066 - Система беспроводного мониторинга реактора с помощью оснащенной пассивным датчиком метки RFID», имеющие серийные номера 62/616,148, 62/616,185 и 62/616,166 соответственно.
[0018] К измеряемым внутри корпуса реактора параметрам могут относиться параметры технологического процесса или рабочей среды, в том числе значения давления или температуры в различных местоположениях внутри корпуса реактора. К измеряемым параметрам также могут относиться другие параметры, такие как процентные содержания пара и жидкости, скорости потока, рН и химические составы текучих сред, содержащихся внутри или проходящих через корпус реактора.
[0019] В изобретении предусматривается дистанционное определение параметров внутри реактора с помощью множества оснащенных датчиком меток RFID, распределенных по всему слою катализатора реактора, а в одном варианте реализации они установлены в произвольно выбранных или случайных местоположениях по всей реакционной зоне корпуса реактора. Оснащенные датчиком метки RFID передают по беспроводной связи измеренные данные, относящиеся к определяемым параметрам внутри реактора, посредством передачи радиоволн в ответ на сигналы опроса, передаваемые несколькими приемо-передатчиками системы.
[0020] Система обработки содержит средство, например компьютер с соответствующим программным кодом, для обработки данных, содержащейся в сигналах, передаваемых оснащенными датчиком метками RFID из их множества, для составления трехмерного профиля параметров внутри корпуса реактора. Система выполняет это с помощью приемо-передатчиков и множества оснащенных датчиком меток RFID, причем каждая оснащенная датчиком метка RFID из их множества обеспечивает средство для измерения или восприятия одного или более параметров рабочей среды, имеющихся в местоположениях внутри и по всей реакционной зоне и слою катализатора корпуса реактора.
[0021] В данном описании каждая оснащенная датчиком метка RFID из их множества представляет собой устройство, которое содержит датчик, выполненный с или функционально связанный с пассивной меткой RFID. Датчик обеспечивает средство для измерения условия или параметра рабочей среды или технологического процесса внутри корпуса реактора и средство для подачи на соединенную с ним метку RFID входного сигнала, который содержит данные, характеризующие именно измеренные параметр или условие. Известные в данной области техники пассивные метки RFID содержат интегральную схему, сопряженную с антенной метки для приема сигнала опроса от приемо-передающей антенны RFID (приемо-передатчика) и для передачи ответного сигнала метки в ответ на сигнал опроса.
[0022] Система обработки применяется для обработки сигналов, передаваемых оснащенными датчиком метками RFID. Поскольку оснащенные датчиком метки RFID являются пассивными, каждая из них выполняет передачу ответного сигнала метки RFID в ответ на поступление сигналов опроса, передаваемых несколькими приемо-передающими антеннами RFID системы. Как отмечено выше, каждый датчик интегрирован с меткой RFID и выполнен с возможностью восприятия одного или более параметров внутри реакционной зоны.
[0023] Сенсорный элемент оснащенных датчиком меток RFID выбран из группы любых пригодных датчиков, известных специалистам в данной области техники. К примерам воспринимаемых или измеряемых датчиками условий или параметров рабочей среды относится давление, температура, химический состав, состав пара и жидкости, плотность, скорость потока, рН, механические колебания, излучение, магнитный поток, интенсивность светового потока, проводимость и звуковая сила. К предпочтительным сенсорным элементам относятся элементы, выбранные из группы, состоящей из датчиков температуры, датчиков давления, химических датчиков, датчиков влажности, датчиков рН, датчиков расхода, датчиков жидкости/пара и любого их сочетания.
[0024] Каждый интегрированный датчик и метка RFID, то есть оснащенная датчиком метка RFID, обеспечивают средство для измерения параметра реактора, приема сигнала опроса и, в ответ на сигнал опроса, передачи ответного сигнала метки RFID, содержащего данные, которые характеризуют измеренный параметр реактора. В патентных публикациях US 2013/0057390, US 9,563,833, US 9,412,061, US 9,035,766 и WO 03/098175 представлены примеры оснащенных датчиком меток RFID. Эти патентные публикации включены в настоящий документ посредством ссылки.
[0025] Необходимым признаком изобретения является то, что каждая из оснащенных датчиком меток RFID множества кодируется с помощью уникального неизменяемого идентификационного номера. Это является важным условием, поскольку в ответ на поступление сигналов приемо-передатчика от каждого из множественных приемо-передатчиков RFID каждая оснащенная датчиком метка RFID выполняет передачу ответных сигналов метки RFID, содержащих уникальные идентификационные данные метки вместе с переменными данными, измеренными или определенными связанным с ней датчиком. Передача данных, характеризующих уникальный неизменяемый идентификационный номер метки совместно с переменными данными, характеризующими измеренный или воспринятый датчиком RFID параметр рабочей среды реактора, обеспечивает связывание передаваемых переменных данных с конкретным датчиком.
[0026] Оснащенные датчиком метки RFID размещены по всему слою катализатора внутри реакционной зоны реактора. В предпочтительном варианте реализации изобретения многочисленные оснащенные датчиком метки RFID установлены внутри слоя катализатора в произвольных или случайных местоположениях. Два или более чем два, например, по меньшей мере три приемо-передатчика установлены внутри или снаружи реакционной зоны в таких местоположениях, чтобы они были соединены по беспроводной связи с оснащенными датчиком метками RFID, размещенными внутри слоя катализатора. Приемо-передатчики установлены в известных местоположениях и на известных расстояниях друг от друга, так что их сигналы опроса в сочетании с ответными сигналами метки от оснащенных датчиком меток RFID могут быть использованы для получения данных о расстояниях и угловых направлениях оснащенных датчиком меток RFID по отношению к приемо-передатчикам. Данные о расстояниях и угловых направлениях должны быть такими, что может быть применен подходящий метод триангуляции для определения точечных местоположений каждой оснащенной датчиком метки RFID в трехмерном пространстве реакционной зоны.
[0027] Уникальный неизменяемый идентификационный номер, связанный с каждой оснащенной датчиком меткой RFID, позволяет идентифицировать каждую оснащенную датчиком метку RFID с ее точечным местоположением в трехмерном пространстве, которое определяется с применением вышеупомянутого метода триангуляции. Кроме того, применение уникального неизменяемого идентификационного номера дает возможность связывать или ассоциировать каждую оснащенную датчиком метку RFID из их множества с воспринимаемыми ей параметрами реактора. Таким образом, каждая оснащенная датчиком метка RFID способна принимать сигнал опроса от каждого из двух или более приемо-передатчиков и, в ответ на эти сигналы опроса, передавать ответные сигналы метки RFID, которые содержат данные, характеризующие как уникальный неизменяемый идентификационный номер, так и измеренный параметр реактора, связанный с оснащенной датчиком меткой RFID. Это позволяет составлять трехмерные профили измеренных параметров рабочей среды внутри реакционной зоны реактора.
[0028] Корпус реактора по изобретению может представлять собой любой пригодный корпус, изготовленный из любого пригодного материала, известного специалистам в данной области техники. Во многих вариантах применения в корпусе реактора, как правило, образовано пространство, в котором содержится катализатор и в которое вводятся реагенты или исходное сырье. В одном варианте реализации изобретения корпус реактора образует реакционную зону, внутри которой находится слой катализатора, содержащий частицы катализатора. Реакционная зона может также содержать множественные слои катализатора, в том числе известные как слои многоярусного катализатора. Заполнение реакционной зоны может быть выполнено с любым пригодным расположением катализатора или слоев катализатора, включая полное заполнение частицами катализатора или частицами носителя, или их обоих.
[0029] Корпус реактора может быть дополнительно оборудован впуском, который обеспечивает сообщение по текучей среде в реакционную зону и средство для введения в реакционную зону потока сырья, такого как углеводороды. Корпус реактора может быть также оборудован выпуском, который обеспечивает сообщение по текучей среде из реакционной зоны и средство для вывода из реакционной зоны потока эффлюента, такого как продукты реакции.
[0030] Любой тип потока сырья или текучей среды, включая воду, углеводороды и другие химические вещества, может быть введен в реакционную зону корпуса реактора или содержаться в ней. К примерам углеводородов относятся легкие углеводороды, например, соединения, содержащие от 1 до 4 или 5 атомов углерода, ароматические соединения, лигроин, керосин, дизельное топливо, газойль и тяжелое топливо, такое как мазут. Реакционная зона, как правило, содержит один или более слоев частиц катализатора наряду с любой из вышеупомянутых текучих сред, которые предпочтительно содержат любой из перечисленных углеводородов.
[0031] Частицы катализатора в реакционной зоне могут иметь любой размер и форму, обычно используемые в промышленности, включая экструдаты любой формы (например, цилиндрической, двудольной, трехдольной и четырехдольной), сферы, шары, сложнопрофильные агрегаты, гранулы и порошки. Размер частиц катализатора может находиться в пределах от 0,1 мм до 200 мм, но преимущественно размер частиц катализатора находится в пределах от 0,5 мм до 100 мм или от 1 мм до 20 мм, и они могут иметь любой состав.
[0032] Характерные композиции катализатора содержат неорганический оксидный компонент, например диоксид кремния, оксид алюминия, алюмосиликат и диоксид титана. Кроме того, композиция катализатора может содержать компонент каталитического металла, такой как любой из переходных металлов, включая хром, молибден, вольфрам, рений, железо, кобальт, никель, палладий, платину, золото, серебро и медь. Концентрация металлических компонентов в частицах катализатора может составлять до 60 мас. % в расчете на металл, независимо от его фактического состояния, и концентрация металла, как правило, находится в пределах от 0,1 до 30 мас. % в расчете на металл, независимо от его фактического состояния.
[0033] Оснащенные датчиком метки RFID из их множества установлены в произвольных или случайных местоположениях внутри слоя катализатора реакционной зоны таким образом, что каждая из оснащенных датчиком меток RFID находится в окружении частиц катализатора. Для типичного реактора слой катализатора характеризуется геометрическими размерами по толщине и ширине. Для реакторов, которые можно охарактеризовать толщиной и шириной, типичная толщина слоя катализатора находится в пределах от 0,5 метра до 20 метров, а типичная эффективная ширина слоя катализатора находится в пределах от 0,5 метра до 20 метров. Таким образом, каждая из оснащенных датчиком меток RFID может быть окружена слоем или оболочкой из частиц катализатора, имеющими толщину до 20 метров, что требует прохождения сигналов опроса и ответных сигналов метки через толщину слоя частиц катализатора от примерно 0,5 метра до примерно 20 метров.
[0034] В предпочтительном варианте реализации изобретения содержится по меньшей мере три приемо-передающие антенны RFID, каждая из которых соединена по беспроводной связи с каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества. Приемо-передатчики установлены в известных местоположениях и на известных расстояниях друг от друга. Данные, относящиеся к расположению приемо-передатчиков, в сочетании с данными о расстоянии и угловом направлении, относящимися к расположению каждой оснащенной датчиком метки RFID из их множества, которые получены посредством их опроса с помощью приемо-передатчиков, применяют в методике триангуляции для определения точечного местоположения в трехмерном пространстве каждой оснащенной датчиком метки RFID из их множества в реакционной зоне или слое катализатора реактора.
[0035] В предпочтительном варианте реализации первая приемо-передающая антенна RFID установлена в известном местоположении, удаленном от оснащенных датчиком меток RFID внутри слоя катализатора реакционной зоны; при условии, что первая приемо-передающая антенна RFID связана или соединена по беспроводной связи с каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества. Первая приемо-передающая антенна RFID выполнена с возможностью передачи первого сигнала опроса на каждую из оснащенных датчиком меток RFID множества и приема первых ответных сигналов метки RFID от каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества.
[0036] В предпочтительном варианте реализации системы по изобретению дополнительно содержится вторая приемо-передающая антенна RFID, установленная в известном местоположении, удаленном от оснащенных датчиком меток RFID внутри слоя катализатора реакционной зоны; при условии, что вторая приемо-передающая антенна RFID связана или соединена по беспроводной связи с каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества. Вторая приемо-передающая антенна RFID выполнена с возможностью передачи второго сигнала опроса на каждую из оснащенных датчиком меток RFID множества и приема вторых ответных сигналов метки RFID от каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества.
[0037] Система также содержит третью приемо-передающую антенну RFID, установленную в известном местоположении, удаленном от оснащенных датчиком меток RFID внутри слоя катализатора реакционной зоны; при условии, что третья приемо-передающая антенна RFID связана или соединена по беспроводной связи с каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества. Третья приемо-передающая антенна RFID выполнена с возможностью передачи третьего сигнала опроса на каждую из оснащенных датчиком меток RFID множества и приема третьих ответных сигналов метки RFID от каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества.
[0038] Первая приемо-передающая антенна RFID, вторая приемо-передающая антенна RFID и третья приемо-передающая антенна RFID установлены в известных местоположениях и на известных расстояниях относительно друг друга или контрольной точки и относительно оснащенных датчиком меток RFID из их множества, так что для определения точечного местоположения каждой из оснащенных датчиком меток RFID в трехмерном пространстве реакционной зоны реактора можно применять метод триангуляции.
[0039] Предпочтительной является установка приемо-передающих антенн RFID внутри реакционной зоны, поскольку при этом исчезает необходимость прохождения сигналов опроса и ответных сигналов метки через стенку корпуса реактора. Однако в другом варианте реализации системы по изобретению приемо-передающие антенны RFID установлены или размещены снаружи корпуса реактора.
[0040] Приемо-передающие антенны RFID функционально соединены с одним или более устройствами считывания, которые подают сигналы опроса на приемо-передающие антенны RFID устройств считывания и обеспечивают прием ответных сигналов метки RFID, передаваемых каждой из оснащенных датчиком меток RFID множества. Компьютерное средство обеспечивает обработку данных, переносимых каждым из ответных сигналов метки RFID, и отображение или иной вывод выходных данных, относящихся к трехмерным профилям параметров по всей реакционной зоне.
[0041] Рассмотрим фиг. 1, которая представляет собой схематическое изображение варианта реализации по изобретению системы 10 беспроводного мониторинга и составления профилей параметров технологического процесса внутри корпуса 12 реактора. Корпус 12 реактора образует реакционную зону 14. Реакционная зона 14 содержит слой 16 катализатора, который заполнен и содержит частицы 18 катализатора. Корпус 12 реактора оборудован впускным штуцером 22, который функционально соединен с трубопроводом 24. Впускной штуцер 22 обеспечивает средство для сообщения по текучей среде через трубопровод 24 и средство для введения сырья в реакционную зону 14. Корпус 12 реактора также оборудован выпускным штуцером 26, функционально соединенным с трубопроводом 28 и обеспечивающим средство для сообщения по текучей среде через трубопровод 28 и средство для вывода эффлюента из реакционной зоны 14.
[0042] На фиг. 1 показан один вариант реализации системы 10 по изобретению, которая содержит первую приемо-передающую антенну 32 RFID, вторую приемо-передающую антенну 34 RFID и третью приемо-передающую антенну 36 RFID, размещенные в реакционной зоне 14. Приемо-передающие антенны RFID установлены в трехмерном пространстве реакционной зоны 14 в известных местоположениях и на известных расстояниях друг от друга.
[0043] Хотя на фиг. 1 показано, что каждая из приемо-передающих антенн RFID установлена внутри реакционной зоны 14, в альтернативном варианте одна или более из приемо-передающих антенн RFID могут быть установлены в местоположениях, внешних по отношению к корпусу 12 реактора. Однако важным является такое размещение приемо-передающих антенн RFID, при котором они связаны или соединены по беспроводной связи с каждой оснащенной датчиком меткой 40 RFID из множества оснащенных датчиком меток 40 RFID, распределенных по всей реакционной зоне 14 и размещенных внутри слоя 16 катализатора.
[0044] Несмотря на то, что первая приемо-передающая антенна 32 RFID показана расположенной над поверхностью 41 слоя 16 катализатора, понятно, что первая приемо-передающая антенна 32 RFID может быть размещена в любом месте внутри реакционной зоны 14, в том числе в пределах границ расположения и в окружении частиц катализатора слоя 16 катализатора. Это также относится и ко второй приемо-передающей антенне 34 RFID и третьей приемо-передающей антенне 36 RFID, которые показаны расположенными ниже слоя 16 катализатора. Эти приемо-передающие антенны RFID могут также быть установлены в любом месте внутри реакционной зоны 14, в том числе в пределах границ расположения и в окружении частиц катализатора слоя 16 катализатора. Как было отмечено выше, в каждом случае размещения приемо-передатчика он должен быть соединен по беспроводной связи с каждой оснащенной датчиком меткой 40 RFID из множества оснащенных датчиком меток 40 RFID.
[0045] На фиг. 2 изображена горизонтальная проекция поперечного сечения 2-2. Положения каждой оснащенной датчиком метки 40 RFID показаны на фиг. 1 и фиг. 2, которые иллюстрируют то, каким образом множество оснащенных датчиком меток 40 RFID может быть размещено или установлено в произвольных или случайных местоположениях по всему слою 16 катализатора.
[0046] При работе системы 10 по изобретению первая приемо-передающая антенна 32 RFID выполняет передачу первого сигнала 42 опроса на каждую оснащенную датчиком метку 40 RFID из их множества. Это показано на фиг. 1 с помощью условного обозначения стрелкой 42 радиочастотной волны, проходящей от первой приемо-передающей антенны 32 RFID к одной из оснащенных датчиком меток 40 RFID множества оснащенных датчиком меток 40 RFID. Однако принято считать, что первый сигнал 42 опроса представляет собой радиоволну, которая одновременно передается на все оснащенные датчиком метки 40 RFID множества, распределенные по всему слою 16 катализатора.
[0047] Каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID из их множества принимает первый сигнал 42 опроса. В ответ на поступление первого сигнала 42 опроса каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID соответственно передает свой первый соответствующий ответный сигнал 44 метки RFID, который содержит данные, характеризующие уникальный неизменяемый идентификационный номер, закодированный в конкретной оснащенной датчиком метке 40 RFID, и данные, характеризующие переменный параметр реактора, воспринятый или измеренный оснащенной датчиком меткой 40 RFID и связанный с ней. Первый соответствующий ответный сигнал 44 метки RFID принимается первой приемо-передающей антенной 32 RFID и обрабатывается системой 46 обработки сигналов.
[0048] На фиг. 1 первый соответствующий ответный сигнал 44 метки RFID показан с помощью условного обозначения стрелкой радиочастотной волны, проходящей от одной оснащенной датчиком метки 40 RFID из множества. Следует понимать, что каждая из оснащенных датчиком меток 40 RFID будет передавать свой собственный индивидуальный первый соответствующий ответный сигнал 44 метки RFID, который несет уникальный неизменяемый идентификационный номер и переменные данные датчика, характеризующие переменный параметр реактора, воспринятый или измеренный оснащенной датчиком меткой 40 RFID и связанный с ней.
[0049] Как и первая приемо-передающая антенна 32 RFID, аналогичным образом вторая приемо-передающая антенна 34 RFID и третья приемо-передающая антенна 36 RFID индивидуально настроены по отношению к множеству оснащенных датчиком меток 40 RFID. Таким образом, вторая приемо-передающая антенна 34 RFID выполняет передачу второго сигнала 48 опроса на каждую оснащенную датчиком метку 40 RFID из множества. Это показано с помощью условного обозначения стрелкой радиочастотной волны, проходящей от второй приемо-передающей антенны 34 RFID к одной из оснащенных датчиком меток 40 RFID множества оснащенных датчиком меток 40 RFID. Однако следует отметить, что второй сигнал 48 опроса представляет собой радиоволну, которая одновременно передается на все оснащенные датчиком метки 40 RFID множества, распределенные по всему слою 16 катализатора.
[0050] Каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID из их множества принимает второй сигнал 48 опроса. В ответ на поступление второго сигнала 48 опроса каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID соответственно передает свой второй соответствующий ответный сигнал 50 метки RFID, который содержит данные, характеризующие уникальный неизменяемый идентификационный номер, закодированный в конкретной оснащенной датчиком метке 40 RFID, и данные, характеризующие переменный параметр реактора, воспринятый или измеренный оснащенной датчиком меткой 40 RFID и связанный с ней. Второй соответствующий ответный сигнал 50 метки RFID принимается второй приемо-передающей антенной 34 RFID и обрабатывается системой 46 обработки сигналов.
[0051] Третья приемо-передающая антенна 36 RFID выполняет передачу третьего сигнала 52 опроса на каждую оснащенную датчиком метку 40 RFID из их множества. Это показано с помощью условного обозначения стрелкой радиочастотной волны, проходящей от третьей приемо-передающей антенны 36 RFID к одной оснащенной датчиком метке 40 RFID из множества оснащенных датчиком меток 40 RFID. Однако следует отметить, что третий сигнал 52 опроса представляет собой радиоволну, которая одновременно передается на все оснащенные датчиком метки 40 RFID множества, распределенные по всему слою 16 катализатора.
[0052] Каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID из их множества принимает третий сигнал 52 опроса. В ответ на поступление третьего сигнала 52 опроса каждая оснащенная датчиком метка 40 RFID соответственно передает свой третий соответствующий ответный сигнал 54 метки RFID, который содержит данные, характеризующие уникальный неизменяемый идентификационный номер, закодированный в конкретной оснащенной датчиком метке 40 RFID, и данные, характеризующие переменный параметр реактора, воспринятый или измеренный оснащенной датчиком меткой 40 RFID и связанный с ней. Третий соответствующий ответный сигнал 54 метки RFID принимается третьей приемо-передающей антенной 36 RFID и обрабатывается системой 46 обработки сигналов.
[0053] Первая приемо-передающая антенна 32 RFID, вторая приемо-передающая антенна 34 RFID и третья приемо-передающая антенна 36 RFID функционально соединены с системой 46 обработки сигналов с помощью кабелей 56, 58 и 60 соответственно. Система 46 обработки сигналов обеспечивает средство для выдачи сигналов опроса на приемо-передающие антенны RFID и средство для обработки ответных сигналов метки RFID, принимаемых приемо-передающими антеннами RFID.
[0054] Система 46 обработки сигналов содержит одно или более устройств 62 считывания, скомпонованных совместно с одним или более компьютерами 64 с помощью кабеля 66, который обеспечивает средство для обмена данными между устройствами 62 считывания и компьютерами 64. Компьютеры 64 обеспечивают средство для обработки первых ответных сигналов 44 метки RFID, вторых ответных сигналов 50 метки RFID и третьих ответных сигналов 54 метки RFID, принимаемых соответственно первой приемо-передающей антенной 32 RFID, второй приемо-передающей антенной 34 RFID и третьей приемо-передающей антенной 36 RFID. Компьютеры 64 предоставляют выходные данные 68, относящиеся к измеренным параметрам рабочей среды по всей реакционной зоне 14 и трехмерным профилям измеренных параметров рабочей среды по всей реакционной зоне 14, для их отображения или сохранения в запоминающем устройстве или в любом другом пригодном виде.
[0055] Фиг. 2 представляет собой горизонтальную проекцию поперечного сечения А-А корпуса 12 реактора, показанного на фиг. 1. На фиг. 2 показано, каким образом каждая из множества оснащенных датчиком меток 40 RFID может быть установлена в неупорядоченных, произвольных или случайных местоположениях внутри реакционной зоны 14 корпуса 12 реактора. В контексте данного документа при упоминании о произвольных или случайных местоположениях оснащенных датчиком меток 40 RFID понимается то, что они могут быть распределены по всему слою 16 катализатора без учета какой-либо определенной схемы или порядка. Таким образом, оснащенные датчиком метки RFID не обязательно размещены согласно упорядоченной схеме. В одном варианте реализации изобретения оснащенные датчиком метки 40 RFID по сути равномерно или однородно размещены по всему слою 16 катализатора в произвольных местоположениях.
[0056] На фиг. 3 представлена увеличенная часть схемы, содержащая отдельную оснащенную датчиком метку 40 RFID из множества оснащенных датчиком меток 40 RFID, находящуюся в окружении рабочей среды 70 из частиц 18 катализатора. Кроме того, на фиг.3 показана связь с некоторыми другими элементами системы 10 по изобретению, включающей в себя первую приемо-передающую антенну 32 RFID, вторую приемо-передающую антенну 34 RFID, третью приемо-передающую антенну 36 и систему 46 обработки сигналов.
[0057] Оснащенная датчиком метка 40 RFID содержит пассивную метку 72 RFID, содержащую интегральную схему 74. Интегральная схема 74 обеспечивает хранение неизменяемого идентификационного номера, характеризующего конкретную оснащенную датчиком метку 40 RFID и присвоенного ей. Оснащенная датчиком метка 40 RFID дополнительно обеспечивает прием переменных входных данных от датчика 76, которые характеризуют по меньшей мере один параметр рабочей среды 70.
[0058] Датчик 76 скомпонован с пассивной меткой 72 RFID и функционально соединен с пассивной меткой 72 RFID посредством соединения 78. Датчик 76 выполнен с возможностью восприятия или обнаружения параметра рабочей среды 70 с использованием элемента 80 или любого другого пригодного сенсорного средства, выполненного с возможностью подачи в интегральную схему 74 аналогового или цифрового входного сигнала, характеризующего измеренный параметр рабочей среды. Интегральная схема 74 обеспечивает модуляцию ответных сигналов 44, 50 и 54 метки RFID при поступлении входного сигнала датчика, подаваемого через соединение 78, таким образом, чтобы ответные сигналы 44, 50 и 54 метки RFID содержали или переносили данные, характеризующие измеренный параметр внутри рабочей среды 70. Внутри рабочей среды 70 содержатся частицы 18 катализатора.
[0059] Интегральная схема 74 функционально соединена с антенной 82 метки RFID, обеспечивающей средство для передачи ответных сигналов 44, 50 и 54 метки RFID, которые в дополнение к данным об индивидуальном идентификационном номере метки несут переменные входные данные от датчика 76, характеризующие по меньшей мере один параметр внутри рабочей среды 70, которая прилегает к оснащенной датчиком метке 40 RFID или окружает ее. Ответные сигналы 44, 50 и 54 метки RFID передаются в ответ на прием антенной 82 метки RFID сигналов 42, 48 и 52 опроса соответственно от первой приемо-передающей антенны 32 RFID, второй приемо-передающей антенны 34 RFID и третьей приемо-передающей антенны 36 RFID.