專利名稱：用于過程控制系統(tǒng)的診斷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如用于工業(yè)的或科學(xué)的過程的過程設(shè)備的診斷領(lǐng) 域，并且特別是涉及使用過程的感測的過程變量的過程設(shè)備診斷領(lǐng)域。 其涉及根據(jù)權(quán)利要求的前序部分的方法和儀器。
背景技術(shù)：
從發(fā)明出版物US 5 680 109已知這樣的診斷設(shè)備和診斷方法。設(shè)備
連接到聯(lián)結(jié)到過程的過程流體的兩個沖量管線，并且感測兩個沖量管線 內(nèi)的兩個絕對壓力或一個沖量管線內(nèi)的一個絕對壓力和兩個沖量管線 之間的一個差壓。設(shè)備處理壓力信號以便從它們中提取過程介質(zhì)(例 如，液體，氣體)中攜帶的振動噪聲信號。隨后評價這樣的振動相關(guān)的 處理的信號，評價的結(jié)果為指示沖量管線沒有堵塞或至少一個沖量管線 堵塞的輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的為產(chǎn)生用于確定至少一個沖量管線的堵塞或其 它故障的可選擇的方法，并且更一般地涉及提供用于檢測包括至少一個 沖量管線的感測裝置的故障的方法。另外，將提供用于檢測這樣的感測 裝置或沖量管線的故障的對應(yīng)的診斷設(shè)備。典型地，沖量管線連接到變 送器，特別是連接到壓力變送器。
通過具有權(quán)利要求所述的特性的儀器和方法解決該問題。 根據(jù)本發(fā)明，用于檢測包括第 一和第二沖量管線中的至少 一個的感 測裝置的故障的診斷設(shè)備，其中，該診斷設(shè)備包括
-用于重復(fù)地記錄兩個絕對壓力值的對的記錄裝置，該絕對壓力值 分別與第一和第二沖量管線內(nèi)的絕對壓力相關(guān)，
-用于從該兩個絕對壓力值的可指定的數(shù)量的對重復(fù)地計(jì)算表示 該兩個絕對壓力值之間的相關(guān)性的相關(guān)性值的計(jì)算裝置，
-用于比較相關(guān)性值與至少 一 個相關(guān)性閾值的比較裝置，及
-用于根據(jù)比較結(jié)果輸出診斷輸出的輸出裝置。
對應(yīng)的方法為用于檢測包括第 一和第二沖量管線中的至少 一個的
感測裝置的故障的診斷方法，該診斷方法包括以下步驟
-記錄兩個絕對壓力值的對，該絕對壓力值與第一和第二沖量管線 內(nèi)的絕對壓力相關(guān)，
-從該兩個絕對壓力值的可指定的數(shù)量的對計(jì)算表示該兩個絕對 壓力值之間的相關(guān)性的相關(guān)性值，
-比較相關(guān)性值與至少一個相關(guān)性閾值，及
-根據(jù)比較結(jié)果輸出診斷輸出。
由此，可能為診斷設(shè)備的診斷輸出，即，為指示在兩個沖量管線中 的至少一個內(nèi)存在故障(堵塞)的輸出，或更一般地，為指示在感測裝 置內(nèi)存在故障的輸出提供可靠的基礎(chǔ)。
診斷設(shè)備可以為能夠記錄壓力值并且以描述的方法處理它們的任 何設(shè)備或設(shè)備的結(jié)合。其可以為變送器(特別是壓力或流速變送器)、 過程監(jiān)測設(shè)備或過程監(jiān)測系統(tǒng)、控制器或過程控制系統(tǒng)、個人計(jì)算機(jī)或 微處理器等。診斷設(shè)備優(yōu)選地適用于過程控制環(huán)境。其可以在控制系統(tǒng) 內(nèi)實(shí)現(xiàn)。診斷設(shè)備能夠集成在變送器內(nèi)、過程監(jiān)測設(shè)備內(nèi)、控制器內(nèi)等。 診斷設(shè)備可以例如在流量計(jì)、壓力變送器(用于絕對壓力)或差壓變送 器內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
診斷輸出與過程的狀態(tài)相關(guān)，其中，過程的狀態(tài)不同于對于一個或 全部絕對壓力值的測量結(jié)果并且也不同于感測裝置提供的另 一個過程 變量，如差壓、流速等。診斷輸出與感測裝置的狀態(tài)相關(guān)，特別是與沖 量管線的狀態(tài)相關(guān)，沖量管線可以為感測裝置的一部分。
感測裝置設(shè)計(jì)為用于感測過程的過程介質(zhì)的過程變量，如管道系統(tǒng) 內(nèi)的液體的絕對壓力、差壓、流速等。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，該至少一個相關(guān)性閾值源自對在訓(xùn)練階段期間 獲得(記錄)的許多相關(guān)性值的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。在此實(shí)施例中，提供訓(xùn)練 階段(可指定的時間間隔)，在訓(xùn)練階段期間，在正常操作狀態(tài)下記錄 相關(guān)性值。隨后例如通過計(jì)算記錄的相關(guān)性值的(算術(shù))平均值并且可 能還計(jì)算相關(guān)性值的方差來統(tǒng)計(jì)學(xué)分析這些相關(guān)性值。能夠隨后基于統(tǒng)
計(jì)學(xué)分析計(jì)算該至少一個相關(guān)性閾^i，例如，如杲全部可能的相關(guān)性值 的范圍為在0和1之間， 一個相關(guān)性閾值可以選擇為在訓(xùn)練階段期間獲 得的平均相關(guān)性值的0.5倍，或者可以選擇為平均相關(guān)性值減去在訓(xùn)練
階段期間獲得的方差一次(除非結(jié)果小于o)。
此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為能夠自動地獲得該至少 一個相關(guān)性閾值，并且直 接根據(jù)實(shí)際過程狀態(tài)選擇該至少 一 個相關(guān)性岡值。
可能與實(shí)際過程狀態(tài)無關(guān)地選擇相關(guān)性閾值。也可以例如僅根據(jù)過 程的過程介質(zhì)的粘度選擇相關(guān)性閾值。
優(yōu)選地，對在訓(xùn)練階段期間獲得的多個相關(guān)性值的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析包括 將統(tǒng)計(jì)學(xué)分布函數(shù)擬合到在訓(xùn)練階段期間記錄的相關(guān)性值。
這樣，相當(dāng)短的訓(xùn)練階段足夠用于獲得非常好地?cái)M合訓(xùn)練狀態(tài)的相 關(guān)性閾值。
有利地，相關(guān)性值與相關(guān)性下限閾值和相關(guān)性上限閾值比較。這是 有利的，因?yàn)榻^對壓力值之間的相關(guān)性過低和過高都可能指示沖量管線 中的至少一個的故障。
在另 一個優(yōu)選的實(shí)施例中，計(jì)算裝置設(shè)計(jì)為用于從可指定的數(shù)量的 兩個絕對壓力值中的第一個重復(fù)地計(jì)算信號功率值，并且比較裝置設(shè)計(jì) 為用于比較信號功率值與至少一個信號功率閾值，其中，信號功率值源 自將可指定的數(shù)量的第一壓力值變換為正交函數(shù)組的系數(shù)。
在這樣的實(shí)施例中，并且如果第 一絕對壓力在兩個沖量管線中的第 一個處測量，當(dāng)已經(jīng)確切地4全測到兩個管線中的一個堵塞時，可能斥全測 第一沖量管線還是另一個沖量管線堵塞。
優(yōu)選地，變換為傅立葉變換和小波變換的組中的 一個。
有利地，從在訓(xùn)練階段期間獲得的多個信號功率值獲得該至少 一個 信號功率閾值。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為能夠自動地獲得該至少一個信號功率 閾值，并且直接根據(jù)實(shí)際過程狀態(tài)選擇該至少一個信號功率閾值。優(yōu)選 地，對在訓(xùn)練期間獲得的信號功率值執(zhí)行一些統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，例如，分布 函數(shù)擬合。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，診斷設(shè)備包括至少一個感測裝置 -用于測量絕對壓力，并且
-用于測量兩個沖量管線之間的差壓，并且兩個絕對壓力值源自用 該至少一個感測裝置執(zhí)行的測量，即，在該實(shí)施例中，診斷設(shè)備能夠感 測第一沖量管線內(nèi)的壓力和第二沖量管線內(nèi)的壓力之間的壓差(差 壓)，并且，另外，診斷設(shè)備能夠感測絕對壓力。該絕對壓力可以優(yōu)選 地為兩個沖量管線中的一個內(nèi)的絕對壓力。在那種情況下，可以容易地荻得兩個絕對壓力值。
根據(jù)本發(fā)明的變送器，特別是壓力或流速變送器，包括根據(jù)本發(fā)明 的診斷設(shè)備和/或執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的診斷方法。
根據(jù)本發(fā)明的過程控制系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的診斷設(shè)備和/或執(zhí)行 根據(jù)本發(fā)明的診斷方法。
根據(jù)本發(fā)明的過程監(jiān)測設(shè)備包括根據(jù)本發(fā)明的診斷設(shè)備和/或執(zhí)行 根據(jù)本發(fā)明的診斷方法。
根據(jù)本發(fā)明的過程控制環(huán)境包括根據(jù)本發(fā)明的診斷設(shè)備和/或執(zhí)行 根據(jù)本發(fā)明的診斷方法。
更進(jìn)一步的優(yōu)選的實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)由從屬權(quán)利要求和附圖顯露出來。


下面，通過在包括的附圖中示出的優(yōu)選的實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本
發(fā)明。附圖顯示
圖l包括診斷設(shè)備的過程控制環(huán)境的示意圖2實(shí)施差壓變送器的具有感測裝置的診斷設(shè)備的示意圖3指示在正常操作期間診斷設(shè)備內(nèi)執(zhí)行的步驟的方塊圖4更詳細(xì)的診斷方法的流程圖5診斷設(shè)備的基本算法的方塊圖6在訓(xùn)練階段期間執(zhí)行的步驟的方塊圖。
附圖中使用的參考符號和它們的含義在參考符號列表中總結(jié)。通 常，相似或功能相似的部分使用相同的參考符號。描述的實(shí)施例是示例 性的并且不限制本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了具有診斷設(shè)備10的典型的過程控制環(huán)境1。診 斷設(shè)備10包含在壓力變送器20內(nèi)，壓力變送器20連接到兩個沖量管 線21、 21，并且通過該兩個沖量管線21、 21'聯(lián)結(jié)到過程控制環(huán)境1的過 程介質(zhì)2。過程介質(zhì)2典型地為流動的流體，在圖1中通過打開的箭頭 表示。壓力變送器20設(shè)計(jì)為發(fā)送絕對壓力p+并且附加地發(fā)送差壓dp。 絕對壓力Z為第一沖量管線21內(nèi)的壓力，第一沖量管線"在第二沖量管線21，的上游，在第二沖量管線21，內(nèi)有絕對壓力/T。差壓dp為/T和 之間的差的絕對ii,即dp=_p+-/r 。
壓力變送器20也可以理解為過程監(jiān)測設(shè)備20,過程監(jiān)測設(shè)備20監(jiān) 測過程介質(zhì)2內(nèi)的差壓和絕對壓力。過程介質(zhì)2可以為例如容納在管3 內(nèi)的例如水或油的液體。如泵50 (包括泵控制器51 )和閥60 (包括閥 控制器61)的過程控制設(shè)備提供在過程控制環(huán)境1內(nèi)。過程控制設(shè)備 10、 20、 50、 60連接到典型地基于計(jì)算機(jī)的過程控制系統(tǒng)5。過程控制 系統(tǒng)5也可以理解為過程控制設(shè)備5，過程控制設(shè)備5 (通過與診斷設(shè) 備10的連接)包括(包含)診斷設(shè)備10。
如圖1所示的壓力變送器20可以理解為具有感測裝置的診斷設(shè)備 10的示例。
圖2示意性地示出了這樣的壓力變送器20的一部分。感測裝置25 包括充滿過程介質(zhì)2的兩個沖量管線21、 21'。感測裝置25包括感測系 統(tǒng)(感測元件)26。為沖量管線21、 2r中的每個提供一個過程隔膜22 和一個壓力傳輸臂23。壓力傳輸臂23 (油路")充滿作為感測介質(zhì)24 的油24。過程隔膜22為沖量管線21、 21'(包含過程介質(zhì)2)和油路23 (包含感測介質(zhì)24)之間的分界面。過程介質(zhì)(在沖量管線21、 2F內(nèi)) 的絕對壓力pl (對應(yīng)Z )和p2 (對應(yīng))通過壓力傳輸臂23傳遞到感 測系統(tǒng)26。這允i午感測差壓dp-p+ -。
其中，感測系統(tǒng)26可以基于接下來的原理中的一個或多個，這些 原理允許從差壓dp推導(dǎo)電可測量的信號
-感應(yīng)(差壓調(diào)整》茲路的感應(yīng)系數(shù))
-壓電電阻率(差壓調(diào)整壓電電阻元件的輸出電壓)
-電容(差壓調(diào)整電路的電容)。
以該方法得出的信號隨后在模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器27中數(shù)字化。該信號 與兩個沖量管線21、 21'之間的差壓dp相關(guān)。
為了形成結(jié)合的絕對壓力和差壓變送器20，如圖l所示，例如，可 能將另 一個感測元件和一對壓力傳輸臂添加到圖2所示的設(shè)備10 (或 者，更精確地，添加到圖2所示的感測裝置25)。 一個壓力隔膜將成為 例如兩個沖量管線21、 21，(包含過程介質(zhì)2)中的第一個和壓力傳輸臂 的油路之間的分界面。另一個壓力傳輸臂將包含真空。也可以使用其它 感測絕對壓力的方法。從附加的感測元件獲得的信號能夠隨后在另一個 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中數(shù)字化。該信號與通過附加的隔膜分界的沖量管線
21、 21，中的一個的絕對壓力相關(guān)，例如，隨后將感測絕對壓力pl = //。
診斷設(shè)備10的微處理器l5能夠隨后記錄該兩個數(shù)字化的信號(差 壓信號和絕對壓力信號)并且從它們推導(dǎo)診斷信息。
診斷設(shè)備10能夠用于診斷感測裝置25的狀態(tài)和故障。特別是，接
下來的故障可能發(fā)生并且能夠通過診斷設(shè)備10檢測到 -1.油路23中的至少一個泄漏。
-2.兩個油路23之間的分界面(通常為附加的隔膜)受損，使得感 測介質(zhì)24能夠在兩個油路23之間流動。
-3.過程隔膜22中的至少一個破裂，使得過程介質(zhì)2能夠流入壓力 傳輸臂中的至少一個。
-4.沖量管線21、 2r中的至少一個部分地或完全地堵塞。
沖量線路堵塞(故障4)的常見原因?yàn)?-固體物質(zhì)存在于過程介質(zhì)2內(nèi)并且堵塞沖量管線。 -一些沉淀過程在沖量管線內(nèi)發(fā)生并且逐漸地堵塞沖量管線(例 如，石灰石)。
-沖量管線內(nèi)的過程介質(zhì)固化，典型地由于低溫。(即使過程的其 余部分中的過程介質(zhì)2沒有固化，沖量管線內(nèi)的過程介質(zhì)2可能發(fā)生固 化，因?yàn)闆_量管線21、 2r內(nèi)的過程介質(zhì)2主要是靜止的，然而過程中 的過程介質(zhì)2通常在流動并且因此不是靜止的)。
具有關(guān)于感測裝置25并且特別是沖量管線的狀態(tài)的診斷信息是非 常有價值的。如果診斷信息能夠在上述故障模式(中的一些)之間區(qū)分， 該診斷信息是特別有價值的。
對于使用至少兩個沖量管線的診斷設(shè)備(例如，對于使用源自這些 至少兩個沖量管線的壓力和/或差壓信號的設(shè)備)，使得沖量管線在靠近 彼此設(shè)置的點(diǎn)連接到過程是有利的。即，當(dāng)至少兩個沖量管線聯(lián)結(jié)到其 余的過程介質(zhì)的位置緊密靠近時是有利的。好處為測量到的壓力值小， 大部分消除了過程流體內(nèi)的波動。
如何從p+和dp得到診斷信息？首先，必須從感測到的信號提取兩 個絕對壓力值。如圖l和2所示，當(dāng)感測絕對壓力/Z的第一沖量管線21 位于其中存在壓力P的第二沖量管線的上游時，絕對壓力pl、 p2如下 推導(dǎo)pl=P+,及 (3) p2"、dp。 (4)
另一方面，當(dāng)在位于下游的沖量管線21，感測絕對壓力時，絕對壓 力pl、 p2如下推導(dǎo):
pl"-十dp,及 (3,) p2=/r。 (4，)
還可能在優(yōu)選地定位為非?？拷渌鼉蓚€沖量管線21、 21'中的至 少一個的第三沖量管線感測絕對壓力。在那種情況下，根據(jù)第三沖量管 線相對于其它沖量管線21、 21，的位置，能夠通過從該絕對壓力加上或 減去差壓值dp獲得第二絕對壓力值。
還可能直接感測兩個絕對壓力值(這可以使得差壓傳感器多余)。
然而，優(yōu)選地感測一個絕對壓力和一個差壓，并且僅使用兩個沖量 管線，因?yàn)檫@允許以適度的努力(模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的適度的需要的分辨 率)獲得高精確度。
圖3示意性地示出了指示在正常操作期間在診斷設(shè)備內(nèi)執(zhí)行的步驟 的方塊圖。在記錄裝置100中重復(fù)地記錄絕對壓力值pl、 p2。優(yōu)選地， 以更長或更短的恒定的時間間隔(例如，10毫秒)記錄pl值和p2值。
在一段時間之后，收集一定(可指定的)數(shù)量的n對pl和p2值(例 如，11=20對)，并且能夠在計(jì)算裝置200中從值pl、 p2的系列計(jì)算相 關(guān)性值p。 一種可能的方法為計(jì)算線性相關(guān)系數(shù)p ,其可以如下計(jì)算
<formula>formula see original document page 10</formula> (1)<formula>formula see original document page 10</formula> (2)
/,(K)為壓力值pi的(算術(shù))平均值，其中，l可以為l或2; n為用 于計(jì)算的絕對壓力值的系列中的對的數(shù)量。可能使用其它公式計(jì)算相關(guān) 性值，并且還可能計(jì)算不同的相關(guān)性值，例如，二次相關(guān)系數(shù)或這樣的 值的函#:,例如其倒數(shù)或其絕對^f直。
線性相關(guān)系數(shù)的一個優(yōu)點(diǎn)為其值不能取任意值，而是僅能夠取-]和 + 1之間的值(并且包括-l和+1 )。對于完全正相關(guān)，P=l,并且對于 完全負(fù)相關(guān)，P=-1,并且對于不相關(guān)，P=0。如果診斷設(shè)備總是以相 同的方式連接到?jīng)_量管線(相對于沖量管線的上游/下游位置)，相關(guān)性 值P的值可以限制為正數(shù)。(替代地，也可能使用P的絕對值)。
每個相關(guān)性值隨后在比較裝置400內(nèi)與至少一個相關(guān)性閾值r比 較。相關(guān)性閾值r是可指定的。如果例如p的值僅能夠在0到1的間隔 內(nèi)，r應(yīng)該被選擇為相關(guān)性的下限。例如，r=0.4。那么，比較意味著問 "P<r "。在答案為"是"的情況中，輸出裝置500將指示沖量管線21、 21，中的一個存在故障。
優(yōu)選地，p與兩個相關(guān)性閾值r和R比較，r為下限并且R為上限。 那么，比較意味著問"(p<r)或(p>R) "。在答案為"是"的情 況中，輸出裝置500將指示沖量管線21、 21，中的至少一個存在故障。 否則，通過輸出裝置500提供的診斷輸出將指示沒有檢測到故障。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，該至少一個相關(guān)性閾值源自在訓(xùn)練階段期間荻 得的數(shù)據(jù)，如將在下面討論的。
優(yōu)選地，裝置IOO、 200、 400、 500大致上在恰當(dāng)?shù)鼐幊绦虻奈⑻?br> 理器內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
在圖4中示出了更詳細(xì)的診斷方法的流程圖(在正常操作中執(zhí)行的 步驟)。其特別地涉及由于堵塞的沖量管線故障的檢測。在記錄絕對壓 力對pl、 p2并且計(jì)算相關(guān)性值p之后，相關(guān)性值p與相關(guān)性下限閾值r 比較并且與相關(guān)性上限閾值R比較，其中，兩個比較的次序不重要，但 是優(yōu)選地，僅如果第一比較結(jié)果為"否，，的情況下進(jìn)行第二比較。
如果全部比較(p〈r和p〉R)的結(jié)果為"否"，診斷輸出將指示沒
有沖量管線堵塞。如果P〉R,診斷輸出將指示全部沖量管線堵塞。
如果是p <r的情況，至少一個沖量管線堵塞(或者具有一些故障)。 在那種情況下，對絕對壓力信號中的一個(這里例如pl )的分析使得能 夠指示兩個沖量管線中的哪一個具有故障。大概說來，如果已經(jīng)發(fā)生pl 信號的顯箸降低，預(yù)期與pl相關(guān)的沖量管線為堵塞的沖量管線。否則
(即pl信號沒有顯著降低)預(yù)期另一個沖量管線堵塞。
在計(jì)算裝置200中計(jì)算pl信號(優(yōu)選地，直接感測的絕對壓力) 的信號功率值Sp。 Sp為源自pl值的系列的變換的系數(shù)的值。即，變換
(例如，傅立葉變換或小波變換)可指定的數(shù)量N個pl值，以便獲得 多個系數(shù)，并且作為這些系數(shù)的函數(shù)獲得Sp。優(yōu)選地，Sp作為例如在
可指定的頻率范圍中的強(qiáng)度的選擇的傅立葉變換系數(shù)的絕對值的和獲
《0 付。
傅立葉變換系數(shù)X(k)和Sp值可以如下計(jì)算，其中，k為頻率變量:
<formula>formula see original document page 12</formula>(6)
<formula>formula see original document page 12</formula> (7)
這里，x(t)為離散時間信號(絕對壓力值)；Sp為范圍從k,到k2 的頻率范圍內(nèi)的強(qiáng)度；t為時間變量，e表示自然對數(shù)的底，并且j表示 -1的平方根。N為用于一次變換的絕對壓力值的數(shù)量。
獲得的Sp值隨后在比較裝置400內(nèi)與至少一個信號功率閾值Spt 比較。根據(jù)比較結(jié)果，診斷輸出將指示哪一個沖量管線堵塞。
從而，通過不僅分析pl和p2的相關(guān)性，并且還附加地分析一個絕 對壓力值的信號功率Sp，可能不僅指示至少一個沖量管線堵塞，而且如 果僅一個沖量管線堵塞的話，還指示哪一個沖量管線堵塞。
信號功率閾值Spt是可指定的。優(yōu)選地，該至少一個信號功率閾值 源自在訓(xùn)練階段期間獲得的許多信號功率值，該訓(xùn)練階段優(yōu)選地與用于 獲得相關(guān)性閾值的訓(xùn)練階段相同。
用于根據(jù)本發(fā)明的診斷設(shè)備10起作用的優(yōu)選的基本算法在圖5所 示的方塊圖中筒述。首先，安裝診斷設(shè)備，即，主要是將診斷設(shè)備聯(lián)結(jié) 到過程。隨后是訓(xùn)練階段，在訓(xùn)練階段期間產(chǎn)生閾值。如果隨后過程中 的額定狀態(tài)未改變，可以進(jìn)入測量階段(正常操作)。如果任何時候過程中的額定狀態(tài)改變，例如，通過安裝新的過程設(shè)備，在再次進(jìn)入測量 模式之前應(yīng)該免除另 一個訓(xùn)練階段。
圖6簡述了在訓(xùn)練階段期間執(zhí)行的步驟。訓(xùn)練的目的為記錄在過程
額定操作狀態(tài)的相關(guān)系數(shù)的典型值并且優(yōu)選地還記錄在過程的額定操 作狀態(tài)的絕對壓力的信號功率值。在預(yù)先確定的時間間隔內(nèi)，記錄pl
和p2值(來自絕對壓力測量結(jié)果，或來自絕對壓力測量結(jié)果和差壓測 量結(jié)果)。從pl、 p2值的對的不同的系列中，每個計(jì)算一個相關(guān)性值 p。隨后例如通過計(jì)算相關(guān)性值的(算術(shù))平均值并且可能還計(jì)算相關(guān) 性值的方差來統(tǒng)計(jì)學(xué)分析這些相關(guān)性值。能夠隨后基于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析計(jì)算 該至少 一 個相關(guān)性閾^直。
合到在訓(xùn)練階段期間獲得的I關(guān)性值的分布。在相關(guān)性值能夠具有僅^ 0到1間隔內(nèi)的值的情況中，P分布能夠應(yīng)用。能夠從最佳擬合(例如， 最小平方擬合)分布函數(shù)提取一個或兩個相關(guān)性閾值。這具有以下優(yōu) 點(diǎn)能夠基于在訓(xùn)練階段期間確定的相對小的數(shù)量的相關(guān)性值以高精確 度選擇該至少一個閾值，并且另外，相關(guān)性閾值將非常好地反映實(shí)際過 程狀態(tài)。此外，這允許選擇該至少一個閾值，使得更低或更高的相關(guān)性 值以可指定的概率發(fā)生。
與和相關(guān)性閾值相關(guān)的事件并行(或之前或之后)確定該至少一個 信號功率閾值Spt。與相關(guān)性閾值相似，在訓(xùn)練階段期間獲得多個信號 功率值Sp(細(xì)節(jié)如上所述)，并且對這些信號功率值的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析允許 清晰地選擇Spt。
的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析的另一二優(yōu)點(diǎn)為，診斷:出能夠提供有指示^出的^信度 的"品質(zhì)值"。
通過過程介質(zhì)2的流動(通過圖1中的箭頭指示)并且附加地通過 過程控制設(shè)備50、 60,在過程介質(zhì)2中產(chǎn)生噪聲。這樣的噪聲能夠通過 變送器20中的診斷設(shè)備10感測到。過程狀態(tài)的改變，例如，過程設(shè)備 20、 50、 60的出錯或故障可以在感測到的壓力信號中反映。這可以用于 通過上述的診斷設(shè)備和診斷方法檢測這樣的過程設(shè)備20、 50、 60的故 障。
參考符號列表
1
2
過程控制環(huán)境 過程介質(zhì)，過程流體
5 過程控制系統(tǒng)，過程控制設(shè)備
10 診斷設(shè)備
15 微處理器
20 變送器，壓力變送器，差壓和絕對壓力變送器
21 (第一)沖量管線 21， (第二)沖量管線
22 過程隔膜
23 壓力傳輸臂，油路
24 感測介質(zhì)，油
25 感測裝置
26 感測元件，感測系統(tǒng)
27 A/D轉(zhuǎn)換器
50 泵
51 泵控制器
60 閥
61 閥控制器 100 記錄裝置 200 計(jì)算裝置 400 比較裝置 500 輸出裝置
k 變換變量，頻率
k1; k2 變換空間內(nèi)的限制值，頻率限制
dp 差壓值(p+ —) pl (第一)絕對壓力值 p2 (第二)絕對壓力值
/)+ 絕對壓力值(在上游測量) 絕對壓力值(在下游測量)
r 相關(guān)性閾值，相關(guān)性下限閾值
R 相關(guān)性閾值，相關(guān)性上限閾值
Sp 信號功率值
Spt 信號功率閾值
t 時間
X(k) 變換，離散變換，離散傅立葉變換，系數(shù)
X(t) 過程變量值(在不同時間取得)，壓力值
P 相關(guān)性值
權(quán)利要求
1. 一種用于檢測感測裝置(25)的故障的診斷設(shè)備(10)，該感測裝置(25)包括第一沖量管線(21)和第二沖量管線(21’)中的至少一個，其中該診斷設(shè)備(10)包括-用于重復(fù)地記錄兩個絕對壓力值(p1，p2)的對的記錄裝置(100)，該絕對壓力值(p1，p2)分別與第一沖量管線(21)和第二沖量管線(21’)內(nèi)的絕對壓力相關(guān)，其特征在于，診斷設(shè)備包括-用于從該兩個絕對壓力值(p1，p2)的可指定的數(shù)量的對重復(fù)地計(jì)算表示該兩個絕對壓力值(p1，p2)之間的相關(guān)性的相關(guān)性值(ρ)的計(jì)算裝置(200)，-用于比較相關(guān)性值(ρ)與至少一個相關(guān)性閾值(r；R)的比較裝置(400)，及-用于根據(jù)比較結(jié)果輸出診斷輸出的輸出裝置(500)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的診斷設(shè)備(10)，其中，該至少一個相 關(guān)性閾值(r; R)源自對在訓(xùn)練階段期間獲得的多個相關(guān)性值(p )的 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的診斷設(shè)備(10),其中，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析包括將統(tǒng)計(jì)學(xué)分布函數(shù)擬合到在訓(xùn)練階段期間記錄的相關(guān)性值(P)。
4. 根據(jù)之前的權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的診斷設(shè)備(10)，其中， 相關(guān)性值(p )與相關(guān)性下限閾值(r)和相關(guān)性上限閾值(R)比較。
5. 根據(jù)之前的權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的診斷設(shè)備(10),其中， 計(jì)算裝置(200)設(shè)計(jì)為用于從可指定的數(shù)量的兩個絕對壓力值(pl， p2 )中的第一個(pl )重復(fù)地計(jì)算信號功率值(Sp ),并且比較裝置(400 ) 設(shè)計(jì)為用于比較信號功率值(Sp)與至少一個信號功率閾值(Spt), 其中，信號功率值(Sp)源自將該可指定的數(shù)量的第一壓力值(pl)變 換為正交函數(shù)組的系數(shù)(X(k))。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的診斷設(shè)備(10),其中，變換為傅立葉 變換和小波變換的組中的一個。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的診斷設(shè)備(10)，其中，從在訓(xùn)練 階段期間獲得的多個信號功率值(Sp)獲得該至少一個信號功率閾值(Spt)。
8. 根據(jù)之前的權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的診斷設(shè)備(10),其中，診斷設(shè)備(10)包括至少一個感測裝置(25) -用于測量絕對壓力(pl; p2),及 -用于測量兩個沖量管線(21, 21，)之間的差壓(dp)， 并且其中，該兩個絕對壓力值(pl, p2)源自用該至少一個感測裝置(25)執(zhí)行的測量。
9. 變送器(20),特別是壓力變送器(20)，其包括根據(jù)之前的 權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的診斷設(shè)備(10)。
10. 過程控制系統(tǒng)(5),其包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中的一項(xiàng)所 述的診斷設(shè)備(10)。
11. 過程監(jiān)測設(shè)備(20),其包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中的一項(xiàng)所 述的診斷設(shè)備(10)。
12. 過程控制環(huán)境(1),其包括根據(jù)權(quán)利要求1到8中的一項(xiàng)所 述的診斷設(shè)備(10)。
13. 用于檢測感測裝置(25)的故障的診斷方法，該感測裝置(25) 包括第一沖量管線(21)和第二沖量管線(21，)中的至少一個，該方 法包括以下步驟-記錄兩個絕對壓力值(pl， p2)的對，該絕對壓力值(pl, p2) 與第一沖量管線(21)和第二沖量管線(21，)內(nèi)的絕對壓力相關(guān)， 其特征在于以下步驟-從該兩個絕對壓力值(pl， p2)的可指定的數(shù)量的對計(jì)算表示該 兩個絕對壓力值(pl, p2)之間的相關(guān)性的相關(guān)性值(p ),-比較相關(guān)性值(p )與至少一個相關(guān)性閾值(r; R),及 -根據(jù)比較結(jié)果輸出診斷輸出。
14. 變送器(20),特別是壓力變送器(20),其執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要 求13所述的診斷方法。
15. 過程控制系統(tǒng)(5 ),其執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求13所述的診斷方法。
16. 過程監(jiān)測設(shè)備(20),其執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求13所述的診斷方法。
17. 過程控制環(huán)境(1 ),其執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求13所述的診斷方法。
全文摘要
用于檢測感測裝置的故障的診斷設(shè)備，該感測裝置包括用于重復(fù)地記錄兩個絕對壓力值的對的記錄裝置(100)，該絕對壓力值分別與第一和第二沖量管線內(nèi)的絕對壓力相關(guān)，用于從該兩個絕對壓力值的可指定的數(shù)量的對重復(fù)地計(jì)算表示該兩個絕對壓力值之間的相關(guān)性的相關(guān)性值的計(jì)算裝置(200)，用于比較相關(guān)性值與至少一個相關(guān)性閾值的比較裝置(400)，和用于根據(jù)比較結(jié)果輸出診斷輸出的輸出裝置(500)?？赡軓囊粋€差壓測量結(jié)果和一個絕對壓力測量結(jié)果推導(dǎo)絕對壓力值。
文檔編號G01L27/00GK101208589SQ200580050193
公開日2008年6月25日 申請日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者A·安德納, R·米拉諾維克, W·肖爾茨 申請人:Abb研究有限公司