CN101896792B - 用于生产过程用检测仪表的现场设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产过程用检测仪表的现场设备，特别涉及一种测量变换器(1)，其具有模拟输出端(10，11)，在其上可连接用于传输模拟的输出信号(20)的双线式线路(8，9)。输出电路包括控制器(14)，该控制器具有在下游连接的、用于输出信号(20)的执行机构(12)。为了对输出电路的回路电流的正确设定进行监控，利用装置(17)对执行信号(16)是否保持在可预设的数值范围之内进行监控。如果执行信号(16)离开该数值范围，则将指示信号(18)输出至计算单元(5)，以便能够采取合适的、用于对由此识别出的故障状态做出反应的措施。

Description

用于生产过程用检测仪表的现场设备
技术领域
本发明涉及一种用于生产过程用检测仪表的现场设备，特别是一种测量变换器，其具有模拟输出端，在其上可连接用于传输模拟的输出信号双线式线路。
背景技术
在自动化技术中经常使用用于生产过程用检测仪表的现场设备，它们例如用于检测和/或影响过程变量，并通过一种用于交换数据的自动化网络而相互连接起来。现场设备检测物理的或化学的参数作为过程变量，这些现场设备常常称为测量变换器，这是因为它们分别将这些参数变换成一个测量值并将该测量值例如输出给上级控制站或者作为实际值输出至控制器用于进一步处理。这种型式的测量变换器的实例有用于液位的、质量流量比、压力、温度、PH-值、导电性等的测量变换器。
由EP 1 192 614 B1已知了一种测量变换器，其将物理的或化学的测量参数转换成与测量值相符合的、可在双线式线路上传输的模拟的输出信号。为此而设有用于该物理的或化学的测量参数的合适的传感器、在下游连接的数/模转换器、设置在该数/模转换器下游的计算单元以及由该计算单元控制的、可连接至双线式线路的输出电路。传感器将测量参数转换成传感器信号，该传感器信号在数/模转换器中被数字化，并且在计算单元中被处理成额定值，利用该额定值通过输出电路中的调节装置对双线式线路上的模拟的输出信号进行调节。作为电流预置值的数字的额定值在输出电路中被首先利用数/模转换器转化为模拟的电流额定值，并且通过接下来的控制电路被转换成模拟的回路电流。回路电流的实际值使用用于电流/电压转换的测量元件来探测。为此，低欧姆的电流测量电阻(其也被称为分流器)可被作为简单的测量元件来使用。由此产生的、与回路电流的实际值成比例的电压信号被输送给比较装置，以用于由模拟的电流额定值和由回路电流的实际值形成控制偏差。根据控制偏差，作为模拟控制器、利用集成的运算放大器来实现的控制器为了对控制偏差进行控制而确定了用于执行机构的执行信号，该执行机构由用于调节回路电流的晶体管电路形成。同时，回路电流的测量到的模拟的实际值借助于数/模转换器来数字化，并且作为数字的实际值输送给计算单元。因此计算单元可以测定在数字的实际值与数字的额定值之间的偏差，并且通过对额定值的相应的跟踪对此作出反应。如果出现不允许的大偏差，则将其通知给现场设备的使用者。这可以通过数据接口和/或指示装置来实现，数据接口和/或指示装置用于传输或指示关于测定的偏差的信息、并且进而关于测量错误的信息。数据接口是输出电路的组成部分，并且能够根据HART-协议通过双线式线路进行数据通信。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于生产过程用检测仪表的现场设备，其具有模拟输出端，在该模拟输出端上可连接用于传输模拟的输出信号的双线式线路，其中可以利用特别简单的装置来对回路电流进行监控，并且对用于回路电流的控制器或执行机构的故障进行探测。
本发明的目的通过一种新型现场设备由此实现，即该现场设备具有：模拟输出端，在所述模拟输出端上能连接用于传输模拟的输出信号的双线式线路；计算单元，通过所述计算单元能输出与所述模拟的输出信号相符合的数字值；连接在所述计算单元的下游的数/模转换器，用于将所述数字值转换为所述模拟的输出信号的模拟的额定值；比较装置，用于由所述额定值和由所述模拟的输出信号的、在所述模拟输出端上测量到的实际值形成控制偏差；控制器，用于产生执行信号以便对所述控制偏差进行控制；和执行机构，用于根据所述执行信号来调整所述模拟的输出信号，其中，存在一装置，用于对所述执行信号是否保持在可预设的数值范围之内进行监控以及用于在离开所述数值范围时产生指示信号。
本发明的优点在于，对用于回路电流的控制器和执行机构的监控仅需要特别少的电路设计方面的投入。对执行信号是否保持在可预设的数值范围之内的监控可以以特别简单的方式利用比较器来实现，该比较器连续地检测，即执行信号是否处于可预设的信号范围之内。在考虑到控制器输出信号的物理界限和考虑到执行机构的各自电路技术方面的实现的情况下，对信号范围进行预置。执行信号有利地以直接的方式与控制偏差密切关联，并且对于回路电流的控制的特性来说是典型性的。借助于以这种方式所产生的指示信号可以快速并可靠地将故障状态信号化。
显而易见地，对于应用单独的比较器来监控执行信号来说可替换的是，将执行信号通过数/模转换器作为数字化的数值传输至计算单元，该计算单元随后承担了监控是否保持在可预设的数值范围之内的任务。
在一个特别的设计方案中，控制器可以设计为PI-控制器，该控制器根据控制偏差产生了调节参数的比例部分和积分部分。当使用PI-控制器时，积分部分引起了，在持久的控制偏差期间，执行信号以类似于斜坡函数的方式进入到执行信号的上限或下限中。当应用运算放大器来实现控制器时，这个界限大约对应于运算放大器的供电电压。可以这样可靠地识别出回路电流的控制的持久故障。
在另一个有利的设计方案中，比较器可以设计用于产生指示信号，并且该指示信号可以被输送至计算单元，以便对故障状态进行进一步处理。在计算单元中能够对指示信号进行与时间相关的分析，从而例如当在回路电流的控制上给出的额定值发生突然性的变化时，可以期待在控制中的瞬间效应的衰减，以便避免错误分析。由于计算单元的额定值各自的曲线是已知的，因此可以根据额定值曲线，通过计算单元来选择监控类型。
如果基于对执行信号的监控，通过计算单元确定了控制器或执行机构的故障，那么其立即开始采用合适的措施来对故障进行处理。这例如可以是：将故障信息或需要维护的信息通过双线式线路发送给上级控制站；和/或使现场设备进入安全模式。
附图说明
在附图中示出了本发明的一个实施例，下面参照附图对本发明以及设计方案和优点加以详细说明。
具体实施方式
附图示出了测量变换器1的原理性的结构，该测量变换器适于应用在自动化技术设备中，从而检测化学的或物理的参数。化学的或物理的参数2被引导至传感器3，该传感器将该参数变换成电信号。这样产生的模拟的测量信号利用数/模转换器4数字化，并且被输送给计算单元5，在该计算单元中，测量信号在线性和温度特性方面得到校正。与测量值相符合的、由计算单元5计算出的回路电流的数字的预置值，借助于在下游连接的数/模转换器6被转换成回路电流的模拟的额定值7，并且被输送给控制电路以用于调节双线式线路8，9中的回路电流20，测量变换器1连接在该双线式线路上。输入端接口10以及输出端接口11用于将测量变换器1连接在双线式线路8，9上。回路电流20流经输入端接口10、执行机构12、用于测量回路电流的分流器13和输出端接口11。执行机构12可以以简单的方式由晶体管构成，在该晶体管上由设计为运算放大器的控制器14引导了作为执行信号16的控制电压。分流器13通过精密电阻来实现。通过分流器13下降的、与回路电流20成比例的电压19被输送回比较装置15，并且在那里从回路电流的额定值7中减去，用以确定控制偏差21。控制器14接收到作为输入参数的控制偏差21，并且由此计算出对应于其控制参数的比例部分和积分部分，该控制参数例如借助于在运算放大器的线路布置中的电阻和电容器合适的尺寸大小被预先调节。在正常情况下，也就是说当回路电流20的测量的实际值19能够被追溯到其额定值7时，控制偏差21在可能的瞬间效应衰减之后消失，并且控制器14的输出端上的执行信号16保留在预设的界限之内。然而如果在执行机构中、特别是在控制器14或在执行机构12中出现故障，那么这在大多数情况下直接导致了，执行信号16离开了预设的数值范围。这利用用来监控执行信号的装置17确定，当离开了预设的数值范围时，该装置发出用于指示出故障状态的指示信号18给计算单元5。这样识别出的故障可以通过测量变换器1的指示单元(其在附图中出于简明的原因未示出)的合适的控制而被通知给操作者，或通过双线式线路8，9被通知给自动化技术设备中的上级控制站。以这种方式，以相对较低的投入能够实现测量变换器1的输出电路中的组件的监控。
在所示出的实施例中将测量变换器解释为现场设备。显而易见地，本发明也可应用在具有模拟输出端的其它类型的现场设备中，例如对于如同控制阀的执行机构或具有模拟输出组件的可编程控制器，其例如适于通过双线式线路连接执行机构。

Claims (4)

1.一种用于生产过程用检测仪表的现场设备，具有：
-模拟输出端(10，11)，在所述模拟输出端上能连接用于传输模拟的输出信号(20)的双线式线路(8，9)；
-计算单元(5)，通过所述计算单元能输出与所述模拟的输出信号相符合的数字值；
-连接在所述计算单元(5)的下游的数/模转换器(6)，用于将所述数字值转换为所述模拟的输出信号的模拟的额定值(7)；
-比较装置(15)，用于由所述额定值(7)和由所述模拟的输出信号的、在所述模拟输出端上测量到的实际值(19)形成控制偏差(21)；
-控制器(14)，用于产生执行信号(16)以便对所述控制偏差进行控制；和
-执行机构(12)，用于根据所述执行信号(16)来调整所述模拟的输出信号，
其特征在于，存在一装置(17)，用于对所述执行信号是否保持在可预设的数值范围之内进行监控以及用于在离开所述数值范围时产生指示信号(18)。
2.根据权利要求1所述的现场设备，其特征在于，所述现场设备是一种测量变换器(1)。
3.根据权利要求1所述的现场设备，其特征在于，所述控制器(14)设计为PI-控制器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的现场设备，其特征在于，设置有用于产生所述指示信号(18)的比较器(17)，以及将所述指示信号输送至所述计算单元(5)，以便当离开所述数值范围时对识别出的故障状态进行进一步处理。
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