專利名稱：流量診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體過程控制系統(tǒng)，特別是涉及過程控制系統(tǒng)中的流體流量診斷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
流體流量計用于在工業(yè)工程控制環(huán)境中檢測流體流量和向流量表和控制器提供流量信號。推理式流量計通過測量管道中非連續(xù)點附近的壓力降來測量管道中的流體流量。非連續(xù)點(主元件)可以是安裝在管道中的一個孔板、噴嘴、文杜里管、皮托管、渦流柵和覘標(biāo)，甚至可以就是一段彎管。在非連續(xù)點附近的流動會產(chǎn)生壓力降和增加紊流度。壓力降可通過安裝在管道外并通過沖量(impulse)傳輸線或脈沖通道與管道內(nèi)流體相連的壓力傳感器(次級元件)進行傳感，其可靠性取決于保持準(zhǔn)確的校準(zhǔn)。主元件的腐蝕或固體物質(zhì)在它上面的附著會使校準(zhǔn)產(chǎn)生變化。沖量傳輸線長期工作可能產(chǎn)生堵塞，也會對校準(zhǔn)產(chǎn)生負面影響。
對沖量傳輸線進行拆裝檢查是檢驗和校正沖量傳輸線堵塞的一種方法。另外一種已知的堵塞校正方法是定期地在壓力傳感器測量信號上增加一個“校正脈沖”。校正脈沖引發(fā)與傳感器相連的控制系統(tǒng)使流體的流動產(chǎn)生擾動。如果壓力傳感器不能精確地傳感這種擾動，將會產(chǎn)生表明線路堵塞的報警信號。再有一種已知的檢驗堵塞的方法是測量靜態(tài)壓力和差分壓力。如果靜態(tài)和差分壓力的振蕩之間出現(xiàn)不充分相關(guān)，則發(fā)出表明線路堵塞的報警信號。還有一種檢測線路堵塞的方法是檢測靜態(tài)壓力并使其通過高通和低通濾波器。將濾波器獲得的噪聲信號與一個閾值進行比較，如果噪聲的偏差小于所述閾值，則產(chǎn)生一個表明線路阻塞的報警信號。
上述現(xiàn)有技術(shù)中的已知方法都需要配備靜態(tài)壓力傳感器或者需要拆裝流量計，從而增加了復(fù)雜性和降低了可靠性。同時，這些已知方法也沒有對主元件的工況提供診斷。因此，需要具有預(yù)見性和維護簡便的更好的診斷技術(shù)，以降低成本和提高可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種可通過沖量傳輸線與主流量傳感元件相連的流量診斷系統(tǒng)。所述流量診斷系統(tǒng)可包括一個與沖量傳輸線相連的壓力傳感器，以產(chǎn)生反映壓力的數(shù)字壓力數(shù)據(jù)。
控制系統(tǒng)接收所述壓力數(shù)據(jù)，并將壓力數(shù)據(jù)和與其相關(guān)的實時時鐘讀數(shù)提供給存儲在所述流量診斷系統(tǒng)中的診斷應(yīng)用程序。
所述診斷應(yīng)用程序包括一個用于計算所述壓力數(shù)據(jù)與壓力數(shù)據(jù)流動平均值二者之差的第一算法。
所述診斷應(yīng)用程序還包括一個第二算法，用于接收所述差值和計算訓(xùn)練模式中歷史壓力數(shù)據(jù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集及監(jiān)測模式中現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)集，從而生成與歷史壓力數(shù)據(jù)相關(guān)的作為現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)集函數(shù)的診斷數(shù)據(jù)，并用它來表明流量傳感工況的變化情況。
所述診斷應(yīng)用程序還包括一個用于產(chǎn)生診斷數(shù)據(jù)報告的第三算法。
所述診斷應(yīng)用程序可由操作服務(wù)器(ASP)或其他裝置通過網(wǎng)絡(luò)提供，可通過控制系統(tǒng)、ASP或其他遠程計算機進行運行。


圖1原理框圖示出了可診斷沖量傳輸線和/或主流量傳感元件工況的流量診斷系統(tǒng)；圖2原理框圖表明作為流量診斷系統(tǒng)一部分的控制系統(tǒng)的第一實施例；圖3原理框圖表明作為流量診斷系統(tǒng)一部分的控制系統(tǒng)的第二實施例；圖4為診斷應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)框圖；圖5框圖表明對沖量傳輸線工況進行診斷的診斷應(yīng)用程序；
圖6框圖表明對主流量元件工況進行診斷的診斷應(yīng)用程序；圖7流程圖表明沖量傳輸線工況的診斷流程；圖8流程圖表明主元件工況的診斷流程；圖9流程圖表明對沖量傳輸線及主元件兩者工況的診斷流程；圖10曲線圖表明過程變量信號幅度相對于頻率和時間的變化曲線；圖11框圖表明離散波的變換；圖12框圖表明離散波變換的輸出信號；圖13框圖表明一個簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；圖14框圖表明用于提供剩余壽命估算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；圖15為表明剩余壽命相對于時間的曲線圖；圖16表明采用皮托管作為主元件的診斷流體流量計；圖17結(jié)構(gòu)框圖表明通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與傳感器進行通訊的一個計算機平臺。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的流量診斷系統(tǒng)可對與壓力傳感器相連的沖量傳輸線和/或主元件進行診斷。診斷應(yīng)用程序可通過網(wǎng)絡(luò)由應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)者(ASP)那里下載，或者由CD-ROM或磁盤等計算機可讀介質(zhì)獲得。診斷應(yīng)用程序可在控制系統(tǒng)、遠程計算機或ASP上運行并可提供診斷報告。相對于壓力傳感器中內(nèi)置的低功能處理器而言，診斷應(yīng)用程序可在具有較高功能的處理器上運行。高功能處理器的應(yīng)用使得可實時進行復(fù)雜的診斷，可向工廠的操作人員迅速提供有關(guān)主元件、沖量傳輸線或兩者工況的報告。傳感器中內(nèi)置的處理器不需要有用于診斷的處理時間，從而可快速實施其測量任務(wù)。
圖1為用于診斷流體管道系統(tǒng)108中主流量元件106和/或沖量傳輸線104工況的流量診斷系統(tǒng)100一般示例的結(jié)構(gòu)框圖。沖量傳輸線104和主元件106被統(tǒng)稱為“壓力產(chǎn)生器件”。
在本申請中，使用“壓力產(chǎn)生器件”這一詞語指的是主元件(如孔板、皮托管、噴嘴、文托里管、渦流柵、管道中的彎曲部分或其它適合于引起流體流動壓力降的非連續(xù)器件)以及可將壓力降由主元件附近連接到流體流動管道之外的沖量傳輸線或脈沖通道?！皦毫Ξa(chǎn)生器件”產(chǎn)生的壓力在流體管道外傳送到壓力傳感器102時的波譜學(xué)和統(tǒng)計學(xué)特性會受到主元件和脈沖管線工況的影響。相連的壓力傳感器可以為機內(nèi)的獨立單元，也可以像安裝應(yīng)用程序那樣通過遠程密封座進行安裝。壓力傳感器102上的法蘭(或其遠程安裝座)可與沖量傳輸線104上的法蘭適配接頭相連接，按常用方式實現(xiàn)壓力的傳送連接。壓力傳感器102通過沖量傳輸線104與主流量元件106相連，從而對流動流量進行傳感。如圖所示，主元件106為一個夾持在管道法蘭105間的孔板。
壓力傳感器102與沖量傳輸線104相連并沿傳輸線110將壓力數(shù)據(jù)傳送給控制系統(tǒng)112。壓力傳感器102最好為壓差壓力傳感器。傳輸線110為典型的常用的4-20mA環(huán)路，既可為傳感器102提供所需的電能又可傳輸壓力傳感器102所檢測的數(shù)字壓力數(shù)據(jù)。壓力傳感器102包括一個可產(chǎn)生數(shù)字壓力數(shù)據(jù)的內(nèi)置微處理器，但其計算能力受到4-20mA回路供電的限制。數(shù)字壓力數(shù)據(jù)按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行傳輸，采用HART、FOUNDATION FIELDBUS、PROFIBUS、CAN等數(shù)字格式協(xié)議。
控制系統(tǒng)112接收傳輸線110上的數(shù)字壓力數(shù)據(jù)，并向存儲在流量診斷系統(tǒng)100中的診斷應(yīng)用程序提供壓力數(shù)據(jù)及與其相關(guān)的實時時鐘讀數(shù)。
如以下將要詳細說明的，診斷應(yīng)用程序可以是存儲在控制系統(tǒng)112中的處理器上并可在其上運行的應(yīng)用程序134，也可以是存儲在應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)者126的處理器上并可在其上運行的應(yīng)用程序130，或者是存儲在遠程計算機122中的處理器上并可在其上運行的應(yīng)用程序132，還可以是上述情況的適當(dāng)組合。在上述各種情況下，與傳感器102內(nèi)置處理器的有限計算能力相比，可獲得更高的計算能力。此外還可考慮，將應(yīng)用程序存儲在一臺計算機(112、122或126)上而使其在另一臺計算機(112、122或126)上運行。
診斷應(yīng)用程序(134、130、132或其組合)包括第一算法，用于計算壓力數(shù)據(jù)與壓力數(shù)據(jù)流動平均值之間的差。所述診斷應(yīng)用程序進一步包括第二算法，用于接收所述差值和計算訓(xùn)練模式中歷史壓力數(shù)據(jù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集及監(jiān)測模式中現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)集，從而生成作為與歷史壓力數(shù)據(jù)相關(guān)的現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)集的函數(shù)的診斷數(shù)據(jù)，并用它來指示流量傳感工況的變化情況。所述診斷應(yīng)用程序還包括一個用于產(chǎn)生診斷數(shù)據(jù)報告的第三算法。報告可以為用戶顯示在控制系統(tǒng)的顯示器114上，也可提供在遠程計算機122的顯示器或打印機124上，或者由應(yīng)用服務(wù)提供者126的報告顯示或輸出裝置128進行提供。本發(fā)明具有可向用戶提供各種形式的診斷數(shù)據(jù)報告的特點。
控制系統(tǒng)112通過傳輸線118與網(wǎng)絡(luò)116相連。網(wǎng)絡(luò)116通過傳輸線120與遠程計算機122相連，通過傳輸線127與應(yīng)用服務(wù)提供者126相連。一般而言，遠程計算機122放置在工廠操作人員的辦公室內(nèi)，但傳輸線127連接的距離更遠一些，需通過INTERNET連接到預(yù)期的應(yīng)用服務(wù)提供者126。
通過網(wǎng)絡(luò)116可向控制系統(tǒng)112或遠程計算機122提供診斷應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)還可向在遠程計算機122或應(yīng)用服務(wù)提供者126那里運行的診斷應(yīng)用程序提供壓力數(shù)據(jù)及與其相關(guān)的時鐘讀數(shù)。
圖1所示為一般情況，并非所有的診斷系統(tǒng)都具有圖1所示的全部結(jié)構(gòu)和特點。
圖2框圖表明控制系統(tǒng)206的第一實施例，所述控制系統(tǒng)206為圖1所示流量診斷系統(tǒng)100的一個部分。
壓力傳感器200通過沖量傳輸線201與流體流動系統(tǒng)中的孔板202相連。壓力傳感器200通過傳輸線204與控制系統(tǒng)206相連。壓力傳感器產(chǎn)生205所示的數(shù)字壓力數(shù)據(jù)(P)及與其相關(guān)的實時時鐘讀數(shù)(TRC)。傳感器200伴隨各個壓力讀數(shù)所給出的實時時鐘讀數(shù)表示由傳感器200所獲得的各個壓力讀數(shù)的相對時間。當(dāng)傳感器按基本上恒定的速率產(chǎn)生壓力讀數(shù)時，實時時鐘讀數(shù)可為簡單的相應(yīng)于每次讀取的順序數(shù)字；在非規(guī)則間隙地讀取壓力數(shù)據(jù)的情況下，實時時鐘讀數(shù)是每次讀取的近似時間。
控制系統(tǒng)206在傳感器總線接口208處接收到數(shù)字信息205。傳感器總線接口208將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合于在控制系統(tǒng)206內(nèi)部總線210中進行通信的數(shù)據(jù)格式。過程控制軟件214利用數(shù)字信息205并使控制信號通過傳輸線215傳輸?shù)介y門或其它控制裝置?？刂葡到y(tǒng)206包括網(wǎng)絡(luò)接口212，當(dāng)診斷應(yīng)用程序不是在控制系統(tǒng)206中運行時，可將數(shù)字信息205通過傳輸線218傳送到網(wǎng)絡(luò)中去。當(dāng)診斷應(yīng)用程序在控制系統(tǒng)206中運行時，網(wǎng)絡(luò)接口212可通過傳輸線218接收診斷應(yīng)用程序并將其轉(zhuǎn)換成適合于在總線210中傳輸通信的格式。網(wǎng)絡(luò)接口212是雙向的?？刂葡到y(tǒng)206包括處理器、隨機存取存儲器、非易失存儲器和I/O設(shè)備。
在圖2中，傳感器200提供實時時鐘讀數(shù)。如以下結(jié)合圖3將要說明的，流量診斷系統(tǒng)也可與不提供實時時鐘讀數(shù)的傳感器連用。
圖3框圖表明控制系統(tǒng)306的第二實施例，所述控制系統(tǒng)是圖1所示流量診斷系統(tǒng)100中的一個部分。
壓力傳感器300通過沖量傳輸線301與流體流動系統(tǒng)中的孔板302相連。壓力傳感器300通過傳輸線304與控制系統(tǒng)306相連。壓力傳感器產(chǎn)生305所示的數(shù)字壓力數(shù)據(jù)(P)。根據(jù)傳感器的設(shè)計情況，傳感器300可以產(chǎn)生也可以不產(chǎn)生實時時鐘讀數(shù)。
在傳感器300產(chǎn)生實時時鐘讀數(shù)的情況下，時鐘讀數(shù)通過傳感器總線接口308和總線310傳送到控制系統(tǒng)306內(nèi)置的實時時鐘電路318。然后，實時時鐘電路318產(chǎn)生一個相應(yīng)的與控制系統(tǒng)306內(nèi)其它實時時鐘讀數(shù)同步的同步實時時鐘讀數(shù)。這種同步使得可對來自多個不同傳感器的數(shù)據(jù)進行同步比較，例如在應(yīng)用兩個絕對壓力傳感器檢測壓差的情況下。
在傳感器300不產(chǎn)生任何有用的實時時鐘讀數(shù)的情況下，由實時時鐘電路318根據(jù)其接收到每個壓力數(shù)據(jù)點305的時間來產(chǎn)生同步的實時時鐘讀數(shù)。
在上述兩種情況下，過程控制軟件314都可使用壓力數(shù)據(jù)和同步實時時鐘讀數(shù)并可將控制信號通過傳輸線315連接到閥門或其它控制裝置?？刂葡到y(tǒng)306包括網(wǎng)絡(luò)接口312，在診斷應(yīng)用程序不在控制系統(tǒng)306上運行的情況下，用于將數(shù)字信息(壓力數(shù)據(jù)305和同步實時時鐘讀數(shù))通過傳輸線318傳送到網(wǎng)絡(luò)。如果與傳輸線318相連的網(wǎng)絡(luò)繁忙或因其它原因不能訪問時，數(shù)字信息可暫時存儲在存儲器件320中，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳送到在遠程計算機上運行的診斷應(yīng)用程序。在診斷需要采用批處理的場合，也可應(yīng)用這一存儲器320。
在診斷應(yīng)用程序在控制系統(tǒng)306上運行的情況下，網(wǎng)絡(luò)接口312可由傳輸線318接收診斷應(yīng)用程序并將其轉(zhuǎn)換成適合于在控制系統(tǒng)306內(nèi)部總線310中進行傳輸和通信的形式。
圖4框圖表明在遠程計算機422上運行的診斷應(yīng)用程序432。來自壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)和實時時鐘讀數(shù)由網(wǎng)絡(luò)316通過傳輸線320提供。
存儲在計算機422的第一算法440計算由網(wǎng)絡(luò)316接收到的一系列數(shù)字壓力數(shù)據(jù)點與一系列數(shù)字壓力數(shù)據(jù)點流動平均值之差。與每個數(shù)字壓力數(shù)據(jù)點相連的實時時鐘讀數(shù)用于保證數(shù)字壓力數(shù)據(jù)點在輸入到算法器440時能按正確的時間順序重新裝配，因其在通過網(wǎng)絡(luò)316后可能會產(chǎn)生延遲或失序。算法440計算的差值通過傳輸線442傳送到第二算法444。
第二算法444也存儲在計算機422中。第二算法444接收算法440計算的差值，計算訓(xùn)練模式下歷史數(shù)據(jù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和監(jiān)測模式下的現(xiàn)行數(shù)據(jù)集，并產(chǎn)生作為與歷史數(shù)據(jù)相關(guān)的現(xiàn)行數(shù)據(jù)集的函數(shù)的診斷數(shù)據(jù)446，以表明壓力產(chǎn)生器件(圖4中未畫出)的工況變化。
第三算法448接收診斷數(shù)據(jù)446并向用戶提供表明診斷數(shù)據(jù)的報告450。如上所述，報告450可采用顯示器顯示和打印機打印等多種形式。
圖5框圖為在遠程計算機522上運行用于診斷沖量傳輸線工況的診斷應(yīng)用程序。
在圖5中，差分(減去流動均值)算法540通過傳輸線520由網(wǎng)絡(luò)516接收數(shù)字壓力數(shù)據(jù)，并在傳輸線542產(chǎn)生代表傳感壓力減去傳感壓力流動均值的差分數(shù)據(jù)。算法552由傳輸線542接收差分數(shù)據(jù)并計算訓(xùn)練模式期間所得到的歷史數(shù)據(jù)的訓(xùn)練輸出553或時間間隔。訓(xùn)練后，算法554計算監(jiān)測模式下或流體流量計正常工作時間獲得的現(xiàn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測輸出555。
在圖5中，診斷算法556接收訓(xùn)練輸出553和監(jiān)測輸出555，產(chǎn)生診斷數(shù)據(jù)輸出558以指明壓力產(chǎn)生部件相對于歷史工況的當(dāng)前工況。在圖5中，計算算法554在其存儲器中存儲歷史數(shù)據(jù)，以便用于以后的比較。
在差分算法540中，流動均值按方程1數(shù)列進行計算Aj=ΣK=0m(Pj+k)(Wk)]]>方程1這里，A為流動均值，P為順序檢測到的壓力值，W為檢測壓力值的數(shù)值權(quán)重，m為以前檢測到的壓力值在數(shù)列中的序數(shù)。數(shù)據(jù)也可由不同的電路540進行提供，以過濾掉檢測壓力中存在的尖峰和畸形。在圖5中，歷史數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如差分輸出的均數(shù)μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ或其它統(tǒng)計學(xué)度量等，診斷輸出558表明沖量傳輸線阻塞。診斷應(yīng)用程序可通過開關(guān)550在安裝時的訓(xùn)練模式和用于檢測流量時的監(jiān)測模式之間進行轉(zhuǎn)換。計算算法554存儲訓(xùn)練時的歷史數(shù)據(jù)。診斷數(shù)據(jù)輸出558表示壓力產(chǎn)生部件的實時工況。
在圖5中，均數(shù)μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ等統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)在相對大量的數(shù)據(jù)點或流量測量的基礎(chǔ)上進行計算。相應(yīng)的抽樣均數(shù)X和標(biāo)準(zhǔn)偏差s等抽樣統(tǒng)計數(shù)據(jù)則依據(jù)相對較少的數(shù)據(jù)點進行計算。一般而言，需要采用數(shù)百個數(shù)據(jù)點來計算均數(shù)μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ等統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)，而只采用10個左右的數(shù)據(jù)點來計算均數(shù)X和標(biāo)準(zhǔn)偏差s等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。監(jiān)測時所取的數(shù)據(jù)點數(shù)目較少，以便提供實時的或1秒量級的診斷。當(dāng)抽樣標(biāo)準(zhǔn)偏差s偏離標(biāo)準(zhǔn)偏差σ大于預(yù)定值-例如10％時，算法器556發(fā)出線阻塞的指示。
圖6框圖表明在遠程計算機622上運行、用于診斷主流量元件工況的診斷應(yīng)用程序。圖6所示診斷應(yīng)用程序與圖5所示大致相同。差分算法640通過傳輸線620由網(wǎng)絡(luò)616接收數(shù)字壓力數(shù)據(jù)。診斷應(yīng)用程序可通過開關(guān)650在訓(xùn)練和監(jiān)測兩種模式間進行轉(zhuǎn)換。
在圖6中，診斷輸出658表明主元件的工況，而在圖5中，診斷輸出558表明沖量傳輸線的工況。在圖6中，計算算法652和654計算和存儲傳輸線642差分輸出的功率譜密度(PSD)，而不是圖5中所述的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
功率譜密度數(shù)據(jù)最好處于0-100赫茲的范圍。帶通濾波器的中心頻率可掃過選定的頻率范圍，以便以眾所周知的方式產(chǎn)生連續(xù)或似連續(xù)的作為頻率函數(shù)的功率譜密度。在此可應(yīng)用各種形式的傅立葉變換。
對給定的數(shù)據(jù)集，也可應(yīng)用Welch平均周期解析法計算功率譜密度Fi。這種方法應(yīng)用每秒鐘Fs取樣的取樣序列x(n)，這里n＝1，2，…N。選用濾波頻率小于Fs/2的前端濾波器，以減少波譜計算中出現(xiàn)混淆。以數(shù)據(jù)集除方程2所示的Fk，iFk,i=(1/M)|Σn=1MXk(n)e-j2ΠiΔfn|2]]>方程2存在一些Fk，i重疊數(shù)據(jù)區(qū)，對每個區(qū)計算周期圖，這里M為現(xiàn)行區(qū)內(nèi)的點數(shù)。在計算出所有區(qū)的所有周期圖后，將它們進行平均以計算功率譜Fi=(1/L)ΣK=1LFk,I]]>方程3獲得訓(xùn)練模式的功率譜后，將這一數(shù)列存儲在存儲器-最好為EEPROM中，用其作為與實時功率譜比較時的基線功率譜。這樣，F(xiàn)I為功率譜數(shù)列，i的取值范圍為1-N，N為原始數(shù)據(jù)數(shù)列中數(shù)據(jù)點的總數(shù)。
N還通常以二次方的形式確定了波譜估算的頻率分辨率。因此，F(xiàn)i也可被理解為第i次頻率的信號強度。功率譜一般包括預(yù)定頻率區(qū)間內(nèi)大量的點，從而決定了作為頻率函數(shù)的功率譜分布的樣式。
在檢測主元件的工況惡化中，需將相對較大樣本的基線歷史工況的譜密度與相對較小樣本的監(jiān)測模式下的譜密度進行比較。相對較小的樣本使得可在1秒量級對問題進行診斷。功率譜中相關(guān)頻率分量的增加可表明主元件的工況惡化。例如在采用孔板作為主元件的情況下，當(dāng)孔板工況惡化到預(yù)定程度時，可在相關(guān)譜分量觀察到高達10％的變化量。需要時，可根據(jù)所采用的主元件及允許的工況惡化程度對變化量進行調(diào)節(jié)。針對各種主元件，可通過試驗確定其出現(xiàn)問題時的相應(yīng)變化量。在對功率譜許多點進行比較時也可采用模糊邏輯。
壓力數(shù)據(jù)一般為校準(zhǔn)輸出，診斷數(shù)據(jù)則表明壓力產(chǎn)生部件是否超出了校準(zhǔn)的范圍之外。
圖7為沖量傳輸線工況過程診斷的流程圖。
702為算法的開始。704所示為計算差值，由差分壓力數(shù)據(jù)中減去流動均值。706所示為訓(xùn)練模式，在計算差值的基礎(chǔ)上獲得歷史數(shù)據(jù)并在706中將其作為μ和σ等統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行存儲。在工作狀態(tài)或監(jiān)測模式，在708中獲得差分的現(xiàn)行數(shù)據(jù)并將其作為X和S等統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行存儲。將較小樣本的現(xiàn)行數(shù)據(jù)與較大樣本的歷史數(shù)據(jù)進行比較，以診斷沖量傳輸線的工況。在710中對歷史和現(xiàn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)的比較分別在712、714、716和718中進行，在730、732和734中產(chǎn)生作為712、714、716和7 18的比較結(jié)果的函數(shù)的有選擇的診斷輸出。
在完成診斷輸出后，流程由720、722、724、726或728等回路反饋到708繼續(xù)進行監(jiān)測模式下的診斷，或者關(guān)閉變送器直至其維護正常。如果診斷流程本身失效，由736的診斷輸出給出一個出錯指示。在圖7所示的診斷方法中，歷史數(shù)據(jù)集中包括所計算差分的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在現(xiàn)行數(shù)據(jù)集中包括計算差分的樣本均值X和標(biāo)準(zhǔn)偏差S等現(xiàn)行樣本統(tǒng)計數(shù)據(jù)。例如，將樣本偏差S與標(biāo)準(zhǔn)偏差σ進行比較，則可對沖量傳輸線的阻塞情況進行診斷。除了均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差之外，還可在診斷應(yīng)用程序中采用已知的或試驗開發(fā)的適用統(tǒng)計學(xué)手段。在出現(xiàn)非正常流動-即X與μ相差很大時，可在712暫時關(guān)閉流量診斷系統(tǒng)，直至重新建立起正常的流動工況。這樣有助于防止錯誤報警。
在圖1-7中，傳感器產(chǎn)生校準(zhǔn)輸出，流量診斷系統(tǒng)產(chǎn)生指示壓力產(chǎn)生部件是否超出校準(zhǔn)范圍的診斷輸出。在圖1-7中，主元件可以是簡單的皮托管，也可以是圖16所示的均分皮托管。主元件也可與沖量傳輸線結(jié)合成一個孔板，如圖2-3所示。圖1中示出了適合于夾在管道法蘭之間的孔板主元件可包括文托里管、噴嘴和孔板等等。本發(fā)明流量診斷系統(tǒng)可與標(biāo)準(zhǔn)的壓力產(chǎn)生部件連用以提供其診斷輸出。在訓(xùn)練模式，流量診斷系統(tǒng)可進行自我調(diào)整以適應(yīng)壓力產(chǎn)生部件的特性，并存儲監(jiān)測模式或工作狀態(tài)下進行比較需用的比較標(biāo)準(zhǔn)。需要時，技術(shù)人員可通過網(wǎng)絡(luò)對比較標(biāo)準(zhǔn)進行調(diào)節(jié)。在上述各種情況下，流體流量計提供校準(zhǔn)流量輸出，而診斷報告可表明壓力產(chǎn)生部件是否超出校準(zhǔn)的范圍。
圖8流程圖表明對主元件工況進行診斷的流程。
主元件的工況可包括主元件的腐蝕和阻塞等情況。所述方法或算法由802開始。804表明在訓(xùn)練模式或時間間隔內(nèi)獲取數(shù)字壓力數(shù)據(jù)。在806計算傳感器數(shù)據(jù)功率譜減去流動均值后的結(jié)果。在808確認獲得的功率譜為訓(xùn)練功率譜并將其存儲在非易失存儲器810中。訓(xùn)練后進入監(jiān)測模式或正常使用狀態(tài)。在812中計算現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)的功率譜減去流動均值，將得到的功率譜存儲在非易失或RAM存儲器814中。在816，對訓(xùn)練模式獲得的功率譜Fi和監(jiān)測模式獲得的功率譜Fi進行比較。如果Fi和Fi之間有很大差異則表明主元件存在問題，由818發(fā)出主元件問題警報(PE警報)。如果功率譜Fi和Fi兩者大體相似，則不產(chǎn)生PE警報。在816進行比較和產(chǎn)生PE報警后，流程在需要時可繼續(xù)進行，在820獲取新的實時壓力數(shù)據(jù)和在812對流程進行新的評估，或者在出現(xiàn)PE報警時關(guān)閉流量計。圖8流程可在監(jiān)測模式下重復(fù)進行，以提供有關(guān)主元件工況的實時信息。
圖9流程圖表明對主元件(PE)和沖量傳輸線(IL)兩者進行診斷的情況。程序由902開始。與上述圖8中情況相同，在904中的計算訓(xùn)練模式中，獲得減去流動均值的壓力數(shù)據(jù)，并將訓(xùn)練功率譜和訓(xùn)練統(tǒng)計數(shù)據(jù)存儲在非易失存儲器中。沖量傳輸線診斷(如在圖7中所說明的)在圖9中的步驟906進行。在圖9中，在對沖量傳輸線進行診斷后，步驟908對現(xiàn)行沖量傳輸線統(tǒng)計數(shù)據(jù)與歷史(訓(xùn)練)沖量傳輸線統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行比較(如圖7中所詳細說明的)。如果比較的結(jié)果表明存在沖量傳輸線阻塞的問題，則由910產(chǎn)生沖量傳輸線警報。如果表明沖量傳輸線沒有問題，則流程進入912對主元件(PE)進行診斷。
在流程912，計算現(xiàn)行實時數(shù)據(jù)的功率譜密度(如以上結(jié)合圖8所說明的)。在914對現(xiàn)行功率譜密度與歷史功率譜密度進行比較，如果兩者之間的差異大到表明主元件存在問題，則在916發(fā)出PE警報。如果兩個功率譜密度之間的差異較小，則在918不產(chǎn)生PE報警。流程可繼續(xù)進入920以重復(fù)IL和PE診斷，或者在出現(xiàn)PE或IL警報時關(guān)閉流量計直至使其維修完好。
上述方法都可作為系列指令存儲在計算機可讀的媒體上，所述系列指令包含順序，當(dāng)通過診斷應(yīng)用程序在流量診斷系統(tǒng)中執(zhí)行時，可使流量診斷系統(tǒng)實施某種相應(yīng)的診斷方法對與傳感器相連的主元件和/或沖量傳輸線進行診斷。
本發(fā)明流量診斷系統(tǒng)還可與具有遠程密封結(jié)構(gòu)的傳感器(未畫出)連用，遠程傳感器通過柔性細管連接，細管中充以控制數(shù)量的硅油等絕緣液體。采用絕緣結(jié)構(gòu)使傳感器電子器件遠離遠程密封結(jié)構(gòu)接觸的高溫過程流體。采用上述的診斷技術(shù)以提供診斷報告，所述流量診斷系統(tǒng)還可用于對連接細管的阻塞和泄漏進行監(jiān)測。
本發(fā)明流量診斷系統(tǒng)還可與同液箱頂部和底部龍頭相連的傳感器(未畫出)連用。傳感器提供的輸出表示液箱流入和流出液體的時間積分。所述傳感器包括的電路和軟件可檢測龍頭間的壓差和計算積分流量，所計算的流量為檢測差壓和傳感器中存儲的有關(guān)檢測壓力與液箱液體數(shù)量關(guān)系式的函數(shù)。這一關(guān)系式一般稱為捆綁函數(shù)，根據(jù)存儲在傳感器中捆綁函數(shù)的不同，對流入或流出液箱的液體數(shù)量可進行體積流量積分或質(zhì)量流量積分。所述傳感器可配置在與液箱的頂部或底部接近之處，有一個通稱為“支線”的管路與液箱的另一端相連。支線可以是充以液箱內(nèi)液體的濕支線管，也可以是充以氣體的干支線管。遠程密封結(jié)構(gòu)也可用于這種傳感器。
在一個實施例中，流量診斷系統(tǒng)包括一個信號預(yù)處理器算法，可在壓力數(shù)據(jù)中分離出與沖量傳輸線阻塞或主元件工況惡化有關(guān)的頻率、幅度等信號分量或信號特性。所述信號處理器通過濾波、進行小波變換或傅立葉變換、采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計分析或其它信號處理技術(shù)，將信號中的某些分量分離出來。這種前期處理最好在差分算法或特殊的數(shù)字信號處理器中進行。
通過信號處理技術(shù)使一些信號分量分離出來，只對頻率或幅度等預(yù)期的信號特性進行識別和計算并對其識別提供指示。根據(jù)欲檢測信號的強度和頻率，信號預(yù)處理器可包括一個濾波器，例如帶通濾波器，以產(chǎn)生分離信號輸出。對更精確的分離可采用快速傅立葉變換(FFT)等先進的信號處理技術(shù)來獲得傳感信號的波譜。在一個優(yōu)選實施例中，信號處理器中包括小波處理器，可采用離散小波變換對傳感信號進行小波分析，如圖10、11和12所示。小波分析非常適合于對在時間域內(nèi)具有瞬變或其他非穩(wěn)定特性的信號進行分析。與傅立葉變換不同，小波分析保留時間域信息-即事件是在何時發(fā)生的信息。
小波分析是將時間域信號轉(zhuǎn)換為頻率域信號中所用的一種技術(shù)，它像傅立葉變換一樣可識別頻率分量。但與傅立葉變換不同，小波變換的輸出中包含與時間有關(guān)的信息。這可采用三維圖形的形式來進行表述將時間表示在一軸上，頻率表示在第二軸，信號幅度表示在第三個軸上。L.Xiaoli等人在《智能制造雜志》1997年第八期的“采用小波模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線工具工況監(jiān)測系統(tǒng)”一文中對小波分析進行了討論。在進行連續(xù)小波變換中，有部分傳感信號被窗口限幅和與小波函數(shù)進行卷積。所述卷積是在樣本開始處將小波函數(shù)疊加上去，使小波函數(shù)與信號相乘，然后對其結(jié)果在樣本周期內(nèi)進行積分。將積分結(jié)果進行換算和給出連續(xù)小波變換在時間等于零時的第一個值。然后可將這一點映象到三維平面。小波函數(shù)隨時間而變化，相乘和積分重復(fù)進行以獲得另外系列的數(shù)據(jù)點并將它們變換到三維空間。這一過程重復(fù)進行，使小波在整個信號上卷過(運動)。這樣，上述步驟反復(fù)進行，使小波函數(shù)不斷定標(biāo)以改變變換中頻率解。
圖10圖形表明壓力傳感器檢測的壓力數(shù)據(jù)等過程參數(shù)信號的幅度與頻率及與時間之間的關(guān)系。圖10中示出了數(shù)字壓力數(shù)據(jù)小波變換后的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)反映到三維空間之中，形成表面170。如圖10圖形所示，數(shù)字壓力數(shù)據(jù)包括兩個信號峰值172和174，較小的峰值172出現(xiàn)在時間t1和頻率約為1000赫茲的情況下，另一個峰值174出現(xiàn)在時間t2和約為100赫茲的頻率下。通過信號評價器的后續(xù)處理，對數(shù)據(jù)表面170或部分表面170的評價可表明沖量傳輸線或主元件的工況是否惡化。
上述連續(xù)小波變換需要進行大量的計算。因此，在一個實施例中，采用了適合于在控制系統(tǒng)或個人計算機上實時進行的離散小波變換(DWT)。一種有效的離散小波變換應(yīng)用Mallat算法，即兩通道分波段編碼器。Mallat算法可提供一系列分離的或分解的信號，以代表原信號的各頻率分量。
圖11為離散小波變換的框圖。圖11表明應(yīng)用Mallat算法分波段編碼器分解信號S或原數(shù)字壓力數(shù)據(jù)的一個例子。信號S的頻率范圍為0-fMAX。信號S同時通過頻率范圍為1/2 fMAX-fMAX的第一高通濾波器250和頻率范圍為0-1/2fMAX的低通濾波器252。這一過程稱為分解。高通濾波器的輸出提供“一階”離散小波變換系數(shù)254。一階系數(shù)254代表一個信號幅度，所述幅度是1/2 fMAX-fMAX頻率范圍內(nèi)部分輸入信號的時間函數(shù)。0-fMAX低通濾波器252的輸出再通過后續(xù)的高通濾波器256(1/4fMAX-1/2 fMAX)和低通濾波器258(0-1/4 fMAX)，如上所述，以提供高于“一階”的離散小波變換系數(shù)。在需要時，每一低通濾波器的輸出都可進一步進行分解，以提供更高階次的離散小波變換系數(shù)。繼續(xù)進行這一過程，直至獲得預(yù)期解或剩余數(shù)據(jù)樣本的數(shù)量在分解后不會再給出有用信息。小波變換的分辨率應(yīng)大致與傳感器的相同，或與信號監(jiān)測所要求的最小信號分辨率基本一致。每個階次的DWT系數(shù)都代表在給定頻率范圍內(nèi)作為時間函數(shù)的信號幅度。將每個頻率段的系數(shù)銜接起來則將產(chǎn)生圖10所示的圖形。
在某些實施例中增加了數(shù)據(jù)充填，即在小波分析所用的窗口邊緣附近的傳感信號上增加充填數(shù)據(jù)。這種充填可減少頻率域輸出的變形。這一技術(shù)可用于連續(xù)小波變換及離散小波變換?！俺涮睢敝傅氖窃诋?dāng)前運行數(shù)據(jù)窗口的任一邊添加額外數(shù)據(jù)，例如在運行窗口的邊框外在窗口25％的范圍添加額外的數(shù)據(jù)點。在一個實施例中，通過重復(fù)運行窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)而使增加的數(shù)據(jù)“充填”到兩側(cè)的信號上。然后將整個數(shù)據(jù)集代入外推現(xiàn)運行窗口外25％范圍內(nèi)信號的二次方程。
圖12圖形表明一個如圖11所示的離散小波變換的信號輸出。圖12示出一個例子，表明壓力傳感器產(chǎn)生的信號S及經(jīng)1-7七次分解后產(chǎn)生的近似信號。在本例中，七階信號表示可產(chǎn)生的最低頻率DWT系數(shù)。更進一步的分解將產(chǎn)生躁聲。所提供的是與沖量傳輸線或主元件工況惡化有關(guān)所有階次或有關(guān)階次。
算法對來自信號預(yù)處理器的分離信號進行評價，在一個實施例中，算法監(jiān)測某個確定頻率或頻率范圍內(nèi)的信號幅度，并在其超過閾值時提供診斷輸出。信號評價器可包括先進的決策算法，例如模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、規(guī)則基礎(chǔ)系統(tǒng)(rule based system)等。美國專利申請NO.08/623,569中介紹了各種可用于信號評價的決策系統(tǒng)，在此提及以備參考。
診斷應(yīng)用程序利用由壓差傳感器導(dǎo)出的信息對沖量傳輸線和主元件進行診斷。以下一些實施例將說明如何實現(xiàn)診斷應(yīng)用程序。診斷應(yīng)用程序可提供剩余壽命估計、失效報警、即將失效指示或訓(xùn)練輸出等信息，可用于糾正傳感過程變量中的錯誤。
A.多項式曲線擬合在本發(fā)明的一個實施例中，在監(jiān)測傳輸線阻塞和主元件工況惡化中采用了試驗?zāi)Ｐ突蚨囗検角€擬合。將各種統(tǒng)計參數(shù)等輸入信號組合成多項式方程，利用方程來監(jiān)測主元件的工況惡化和沖量傳輸線阻塞情況。方程中的常數(shù)可存儲在存儲器中或由網(wǎng)絡(luò)下載。
B.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信號進行分析。所用的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。針對不同的目標(biāo)，也可利用一些訓(xùn)練算法來開發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在一個實施例中，利用熟知的后傳播網(wǎng)絡(luò)(BPN)所開發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可處理一系列輸入和輸出間的非線形關(guān)系。
圖13示出了一個簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。圖13示出了一個可用于診斷應(yīng)用程序中的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的典型拓撲結(jié)構(gòu)。第一層270通常稱為輸入緩沖層，它由外接收信息并將其傳輸?shù)礁鼉?nèi)部的層次。三層網(wǎng)絡(luò)中的第二層272通常稱為隱蔽層，它由輸入層接收經(jīng)連接結(jié)構(gòu)274修正權(quán)重的信息并使其繼續(xù)向前傳輸。這一點在隱蔽層272中進行了圖示，隱蔽層一般用于反映被分析系統(tǒng)的非線形特性。最后一層為輸出層276，它想外界環(huán)境提供計算(估算)輸出。
圖14為用于進行剩余壽命估計的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)280的結(jié)構(gòu)示意圖。圖14示出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)傳感器傳感信號284提供對主元件或沖量傳輸線剩余壽命的估計282。傳感信號可以是傳感器的原始信號也可以是經(jīng)過信號處理技術(shù)處理過的傳感器信號。
圖15圖形290表明了剩余壽命292與時間294間的關(guān)系。圖15中剩余壽命與時間的關(guān)系表明，報警水平296可設(shè)置在估計失效時間298之前。這使系統(tǒng)可在部件實際失效前給出一個報警輸出。
C.閾值電路本實施例通過采用一系列的“如果-那么”規(guī)則來獲得有關(guān)沖量傳輸線或主元件工況的結(jié)論。這一實施例可通過模擬或數(shù)字電路進行實現(xiàn)。以一個簡單的規(guī)則為例，如果信號降低到低于歷史平均值的一定程度，則提供一個表明沖量傳輸線阻塞或即將阻塞的輸出。當(dāng)然，可應(yīng)用一些更為復(fù)雜的閾值規(guī)則，利用傳感信號更多的統(tǒng)計參數(shù)或信號成分以提供更精確的或不同的信息。
D.小波在這一實施例中，在對傳感器進行診斷的小波分析中，利用了一個或多個直接與沖量傳輸線阻塞有關(guān)的分解信號。
圖16示出了一個皮托管作為主元件的診斷流體流量計。所述主元件可以是簡單的皮托管也可以是如圖所示的均分皮托管。皮托管190可插入到管道194的接頭192中。儀器的復(fù)式接頭196可安裝在壓力產(chǎn)生部件(包括皮托管190內(nèi)的沖量傳輸線和皮托管入口)與壓力傳感器198之間。
圖17示出了一個計算機平臺1，它通過接口2與幾個HART交換器4中的一個交換器相連。接口2可為一個RS232-RS485變換器、以太網(wǎng)連接、內(nèi)部網(wǎng)或因特網(wǎng)連接、或其它適合于同計算機平臺1通訊的接口。典型的計算機平臺1為一臺位于維修區(qū)的個人計算機，其中包括ROSEMOUNT公司的資產(chǎn)管理方案(AMS)等應(yīng)用軟件。每個HART交換器4都通過接線盤8與一個或多個壓力傳感器6相連。HART交換器4通過DIN干線或總線10與控制系統(tǒng)12相連。以上結(jié)合圖1-16所述的診斷應(yīng)用程序14也駐留在計算機平臺1。計算機平臺1可提供以上所述的診斷報告。圖17所示結(jié)構(gòu)可使幾乎所有診斷應(yīng)用程序軟件都能在計算機平臺1上運行而不必使控制系統(tǒng)12承擔(dān)更多的任務(wù)，它本身就是一個小的控制系統(tǒng)。在此應(yīng)用的“控制系統(tǒng)”一詞包括圖1所示的可向流體處理提供電反饋的控制系統(tǒng)112以及計算機平臺1等可實施監(jiān)測功能的計算機，所述向流體處理的反饋中包括基于計算機平臺1所提供診斷報告基礎(chǔ)上的人工干預(yù)。
盡管對本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例進行了展示和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解在不偏離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的情況下，可對這些實施例進行改變，其范圍也落入本發(fā)明的權(quán)利要求及其等同物所限定的范圍內(nèi)。例如，以上對本發(fā)明的各種功能塊從算法的角度進行了說明，但很多功能塊也可通過數(shù)字電路、模擬電路、軟件或他們之間的混合來加以實現(xiàn)。當(dāng)以軟件的形式予以實現(xiàn)時，由處理器來實現(xiàn)有關(guān)功能，軟件操作所需的數(shù)字數(shù)據(jù)包含在信號之中?？刹捎密浖⒂布蜍浻布Y(jié)合的方式，例如使通用處理器帶有可實現(xiàn)預(yù)期處理過程的程序，或使硬件中包含可實現(xiàn)特定處理過程的電路等。在軟件和硬件電路中，在需要時可采用決定論或模糊邏輯方面的技術(shù)進行決策。由于數(shù)字電路的復(fù)雜性，有些電路元件不一定屬于某功能塊所專用，而是用于各功能塊的有些元件或部件可以共用或混合使用。軟件的情況與此類似，有些指令可被幾個功能所共用或者與本發(fā)明中與其無關(guān)的指令混合使用。
權(quán)利要求
1.一種可通過沖量傳輸線與主流量傳感元件相連的流量診斷系統(tǒng)，所述流量診斷系統(tǒng)包括與沖量傳輸線相連并產(chǎn)生代表壓力的數(shù)字壓力數(shù)據(jù)的壓力傳感器；控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)接收壓力數(shù)據(jù)并將壓力數(shù)據(jù)和與其相關(guān)的實時時鐘讀數(shù)提供給存儲在所述流量診斷系統(tǒng)中的診斷應(yīng)用程序，所述診斷應(yīng)用程序包括用于計算所述壓力數(shù)據(jù)與壓力數(shù)據(jù)流動平均值二者之差的第一算法，第二算法，用于接收所述差值和計算訓(xùn)練模式中歷史壓力數(shù)據(jù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集及計算監(jiān)測模式中的現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)集，從而生成作為與表示流量傳感條件的變化情況的歷史壓力數(shù)據(jù)相關(guān)的現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)的函數(shù)的診斷數(shù)據(jù)；和用于產(chǎn)生診斷數(shù)據(jù)報告的第三算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述診斷應(yīng)用程序存儲在控制系統(tǒng)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流量診斷系統(tǒng)，其特征在于進一步包括一個與控制系統(tǒng)相連的網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)向所述控制系統(tǒng)提供診斷應(yīng)用程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述網(wǎng)絡(luò)包括一個應(yīng)用服務(wù)提供者(ASP)，它可通過網(wǎng)絡(luò)向控制系統(tǒng)提供診斷應(yīng)用程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述壓力數(shù)據(jù)及與其相關(guān)的實時時鐘讀數(shù)暫時性地存儲在控制系統(tǒng)中，之后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆\斷應(yīng)用程序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其特征在于進一步包括一個應(yīng)用服務(wù)提供者(ASP)，其中所述控制系統(tǒng)向所述ASP提供壓力數(shù)據(jù)和與其相關(guān)的實時時鐘讀數(shù)，所述診斷應(yīng)用程序存儲在ASP中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述的壓力傳感器向所述控制系統(tǒng)提供實時時鐘讀數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)產(chǎn)生實時時鐘讀數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，進一步包括一個遠程計算機，控制系統(tǒng)向所述遠程計算機提供壓力數(shù)據(jù)和與其相關(guān)的實時時鐘讀數(shù)，診斷應(yīng)用程序存儲在所述遠程計算機中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述流動均值按下述方程計算Aj=ΣK=0m(Pj+k)(Wk)]]>其中，A為流動均值，P為系列傳感壓力值，W為傳感壓力值的權(quán)重，m為數(shù)列中在此之前的傳感壓力值的數(shù)目。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述診斷數(shù)據(jù)表示壓力產(chǎn)生部件的實時工況，所述壓力產(chǎn)生部件包括主元件和沖量傳輸線。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述診斷數(shù)據(jù)表示主流量元件的工況。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述診斷數(shù)據(jù)表示沖量傳輸線的工況。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述壓力數(shù)據(jù)包括校準(zhǔn)輸出，所述診斷數(shù)據(jù)表示包含主元件和沖量傳輸線的壓力產(chǎn)生部件是否超出校準(zhǔn)范圍之外。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述歷史數(shù)據(jù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括差分的功率譜密度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述功率譜密度數(shù)據(jù)的頻率范圍為0-100赫茲。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述壓力傳感器適合于與皮托管主流量元件相連。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述皮托管為均值皮托管。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的流量診斷系統(tǒng)，其特征在于進一步包括一個安裝在壓力傳感器與包括主元件和沖量傳輸線的壓力產(chǎn)生部件之間的儀器復(fù)式接頭。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述主流量元件與沖量傳輸線相互結(jié)合成一個孔板。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述壓力傳感器可與主流量元件文托里管相連。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述壓力傳感器可與主流量元件噴嘴連用。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述壓力傳感器可與適合夾在管道法蘭間的主流量元件孔板連接。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流量診斷系統(tǒng)，其特征在于進一步包括一個信號預(yù)處理器算法，它可向第一差分算法器中的信號評價器提供輸出。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述的信號預(yù)處理算法可使用從小波變換、傅立葉變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或統(tǒng)計分析中所選擇出的處理算法。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的流量診斷系統(tǒng)，其中所述的信號預(yù)處理算法在第一差分算法中實施。
28.一種存儲有指令集的計算機可讀介質(zhì)，所述指令可被流量診斷系統(tǒng)執(zhí)行以使所述流量診斷系統(tǒng)對與壓力傳感器相連的主元件和沖量傳輸線實施診斷操作，所述指令集包括計算壓力傳感器檢測的壓力與其流動均值之間的差；獲取和存儲所述流量診斷系統(tǒng)訓(xùn)練模式下所計算差值的歷史數(shù)據(jù)集；獲取和存儲所述流量診斷系統(tǒng)監(jiān)測模式下所計算差值的現(xiàn)行數(shù)據(jù)集；比較上述現(xiàn)行數(shù)據(jù)集與歷史數(shù)據(jù)集，以診斷由主元件或沖量傳輸線所構(gòu)成的其中一組的工況；產(chǎn)生診斷報告，該報告表示由主元件或沖量傳輸線所構(gòu)成的其中一組的工況。
29.一種在流量診斷系統(tǒng)中實施的、用于監(jiān)測過程控制系統(tǒng)中主元件或沖量傳輸管線工況是否惡化的方法，包括獲取與過程流體流量相關(guān)的測量信號；由存儲器檢索基線主元件或沖量傳輸線的基線統(tǒng)計參數(shù)；計算測量信號的現(xiàn)行統(tǒng)計參數(shù)；比較基線統(tǒng)計參數(shù)與現(xiàn)行統(tǒng)計參數(shù)；以及根據(jù)比較診斷輸出的結(jié)果提供表明主元件或沖量傳輸線工況惡化的診斷報告。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述比較階段包括進行模糊邏輯運算。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述計算包括計算標(biāo)準(zhǔn)偏差。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述流量診斷系統(tǒng)包括壓差傳感器。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的主元件從由文托里管、流量噴嘴或均值皮托管所構(gòu)成的主元件組中選取。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的基線主元件為全新的主元件。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述的基準(zhǔn)沖量傳輸線為全新的沖量傳輸管線。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中在進行所述的參數(shù)比較時可選用由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波變換和傅立葉變換等所構(gòu)成的算法組中的算法。
全文摘要
本申請公開了一種用于流量傳感元件和沖量傳輸線(104)的流量診斷系統(tǒng)(100)。與沖量傳輸線(104)相連的壓力傳感器(102)向控制系統(tǒng)(112)提供數(shù)字壓力數(shù)據(jù)。控制系統(tǒng)(112)向診斷應(yīng)用程序(130、132或134)提供壓力數(shù)據(jù)和實時時鐘指示。診斷應(yīng)用程序(130、132或134)計算現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)與其流動平均值之間的差值。由現(xiàn)行壓力數(shù)據(jù)集與歷史數(shù)據(jù)集的相對關(guān)系診斷主元件或沖量傳輸線的工況。診斷應(yīng)用程序可通過控制系統(tǒng)(112)、遠程計算機(122)或ASP應(yīng)用服務(wù)提供者(126)進行。
文檔編號G01F1/50GK1514928SQ02809582
公開日2004年7月21日 申請日期2002年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月9日
發(fā)明者埃瑞·伊爾瑞克, 卡迪爾·卡娃克迪奧魯, 卡娃克迪奧魯, 埃瑞 伊爾瑞克 申請人:羅斯蒙德公司