CN102177419A - 用于测试过程设备的性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于根据传感器的信号测试过程设备性能的方法，其中，该过程设备包括至少一个测链，该测链带有用于转换传感器信号并且用于输出测量值的测量换能器，该测量换能器具有至少一个用于连接传感器的传感器接口，包括以下步骤：将传感器仿真器连接到传感器接口，以形成测试装置；借助于测量换能器上的输入功能选取一个待仿真的传感器信号或者一系列待仿真的传感器信号；将相应于所选取的一个待仿真的传感器信号或者所选取的一系列待仿真的传感器信号的选取信号从测量换能器传递到传感器仿真器上；将配属于选取信号的一个仿真的传感器信号或者配属于选取信号的一系列仿真的传感器信号从传感器仿真器传递到测量换能器上。

Description

用于测试过程设备的性能的方法

技术领域

本发明涉及一种用于根据传感器的信号来测试过程设备的性能的方法，其中，所述过程设备包括至少一个测链，该测链具有用于转换传感器信号并且发出测量值的测量换能器，并且所述测量换能器具有至少一个用于连接传感器的传感器接口。

背景技术

测链在本发明的上下文中表示将根据待测量的参数的最初的传感器信号传递到接收传感器信号或者调节的传感器信号的测量换能器处的传递路径，以便进一步处理所述传感器信号，尤其便于从所述传感器信号中求得测量值。所述测量换能器拥有传感器接口，测量换能器通过该接口在测量运行中与传感器连接。此外，所述测量换能器能够与上一级的单元连接，例如与过程设备的控制中心连接。所述过程设备可以包括大量用于不同的测量任务和用于大量测量参数的测链。

测量换能器装配在安装位置上并且相应于测量任务进行配置并且连结到流程控制中心上。为了控制是否正确地进行所有调节，经常代替传感器地将传感器仿真器通过传感器接口与测量换能器连接并且穿过期望的测量区域以及在必要时穿过错误状态。这样能够检查测量换能器的配置是否正确地进行，以及尤其是错误状态是否正确地被识别并且正确地生成相应的警报通知。此外，能够以所述方式检测相应的信号是否正确地传递到控制中心处。

由DE 103 22 278A1公知一种用测量换能器接口测试测量换能器的仿真器，其中，所述传感器仿真器具有能够连接到测量换能器接口上的仿真器接口，该仿真器接口将信号发送到测量换能器上并且/或者从换算器中接收信号。在此，所述传感器仿真器还具有用于仿真信号的控制电路，该控制电路在仿真器接口上形成输出信号。此外，所述仿真器可以包括信号输入端，该信号输入端能够连接到测量换能器的通讯输出端上，以便实现换算器信号的反馈。所仿真的信号能够仿真测量值、状态数据或者校正数据。所述仿真器可以具有存储器模块，该存储器模块具有传感器存储器模块的功能性，其中，控制电路适合于生成用于在测量换能器方面初始化读指令和/或写指令的信号。

在DE 10 2005 041 427A1中介绍了一种用于根据传感器的信号来测试过程设备性能的传感器仿真器，所述传感器的信号通过传感器仿真器进行仿真。在此，所述过程设备具有至少一个带有用于连接传感器的传感器接口的测链，在该传感器接口上可以连接有传感器仿真器，其中，所述仿真器具有测链接口和用于仿真信号的控制电路，所述测链接口能够连接到测链的传感器接口上，并且将信号发送到测链上和/或者从测链接收信号，所述控制电路在测链接口上形成输出信号。所述信号同样可以包括测量信号的关于时间的曲线。所述仿真器可以包括不同的测试程序，该测试程序具有关于时间的不同的曲线，其中，所述测试程序能够由操作者进行选取或者能够顺序地实施。

所述或者类似于现有技术公开的设计方案的仿真器除了独立的仿真电路和/或控制电路之外，大多数需要输入元件和显示器，借助于所述输入元件和显示器，操作人员例如通过输入期望的测量值来触发相应于测量值的仿真的传感器信号的输出。以这种方式能够借助于一个且同一个仿真器测试大量不同的过程设备或者说过程设备内部的带有不同测量任务的不同的测链。另一方面，这种设计方案比较昂贵并且由此成本巨大，尤其因为这种仿真器仅仅小批量地制造并且必要时同样需要校正用于仿真测量信号的控制电路。在使用这种用于测试过程设备的仿真器时另一缺点在于，传感器仿真器上的输入元件在周围条件不利时，例如在外部设备中在天气很糟或者很冷时容易损坏。

由DE 103 44 262A1公知一种用于测量信号仿真的插接模块，该插接模块可以插到传感器模块头部上，该传感器模块头部是测量换能器的传感器接口的组成部分。所述插接模块包括操作与数模转换器连接的开关的微控制器。借助于所述数模转换器能够产生预定的电压，将在插接模块内部的信号处理单元的预定的电压假作是测量电压。通过所述传感器模块头部传递所仿真的测量值并且必要时传送到上一级单元上。所述插接模块构造成钥匙扣并且能够以这种方式简单地由操作人员携带。这种作为传感器仿真器的插接模块虽然构造得比较简单，但是在此只能仿真相应存储在微控制器中的传感器信号。对于操作人员来说没有给出直接在插接模块的使用位置上改变仿真的测量值或者在不同类型的信号之间选取仿真的测量值的可行方案。

即使这种插接模块构造得比较简单，但是该插接模块在用于测试过程设备性能的方法中的使用相对于拥有输入功能(借助于该输入功能操作人员能够直接在插接模块的使用位置上确定待仿真的测量值)的仿真器的使用来说具有以下缺点，即，只能为确定的带有有限数量的测量任务的测链执行测试。因此，为了测试过程设备的所有测量段，通常必须设置多个这种插接模块，所述插接模块分别仿真不同类型的传感器信号，例如pH传感器和气体传感器的信号，或者说分别仿真相同类型的不同的传感器信号，例如相应于不同的pH值的传感器信号。

发明内容

因此，本发明的任务是，说明一种用于根据传感器的信号测试过程设备性能的方法，该方法克服现有技术的缺点。所述方法尤其应该能应用到大量过程设备上或者说过程设备内部的大量测链上，然而同时以尽可能简单构造的传感器仿真器加以控制。

所述任务通过用于根据传感器的信号测试过程设备性能的方法得到解决，

其中，所述过程设备包括至少一个测链，该测链带有用于转换传感器信号并且用于输出测量值的测量换能器，该测量换能器具有至少一个用于连接传感器的传感器接口，

包括以下步骤：

将传感器仿真器连接到传感器接口上，以形成测试装置；

借助于测量换能器上的输入功能选取待仿真的传感器信号或者一系列待仿真的传感器信号；

将相应于所选取的待仿真的传感器信号或者所选取的一系列待仿真的传感器信号的选取信号从测量换能器传递到传感器仿真器上；

将配属于选取信号的仿真的传感器信号或者配属于选取信号的一系列仿真的传感器信号从传感器仿真器传递到测量换能器上。

在所述方法中，待仿真的传感器信号不通过传感器仿真器上的输入键也不通过存储在传感器仿真器中的程序进行调节。取而代之地，反正拥有输入元件(例如按键或旋压开关)和显示器的测量换能器同样用于输入待仿真的传感器信号。以所述方式能够非常简单地设计所述传感器仿真器本身，尤其可以放弃传感器仿真器本身上的输入元件。由此，所述传感器仿真器是结实的并且同时在制造中是便宜的，然而可以用于测试大量在不同过程设备中用于许多不同测量任务的测链。

选取信号的传递通过测量换能器的传感器接口实现，并且由传感器仿真器通过其测链接口接收该传递。相应地，仿真的传感器信号或者一系列仿真的传感器信号的从传感器仿真器(经由传感器仿真器的测链接口)返回到测量换能器上(经由该测量换能器的传感器接口)的传递得以实现。通过分别将相同的接口使用于传递选取信号和用于传递仿真的传感器信号或者一系列仿真的传感器信号的方法，进一步地相对于由现有技术公知的传感器仿真器简化传感器仿真器的构造。

在一种设计方案中，所述传感器仿真器包括测链接口，其中，该测链接口连接到测量换能器的传感器接口上，其中，该测链接口包括电感的接口，用于与测量换能器的互补的电感的传感器接口进行尤其双向的数据交换和/或能量交换。从测量换能器到传感器或者说传感器仿真器的数据交换例如通过能量信号的换算器侧的调制来进行，并且从传感器到测量换能器或者说从传感器仿真器到测量换能器的数据传递例如通过能量信号的传感器侧的或者说传感器仿真器侧的负载调制来进行。

在另一设计方案中，所述传感器仿真器包括微处理器、数据存储器以及程序存储器，其中，所仿真的传感器信号或者一系列传感器信号借助于保存在程序存储器中的程序由选取信号来计算，或者根据选取信号从数据存储器中读出，例如从储存在数据存储器中的表格中读出。

在另一设计方案中，通过测量换能器的传感器接口实现传感器仿真器的能量供应。这具有以下优点，即，所述传感器仿真器不必须拥有自己的能量供应装置，进而能够构造得特别简单。

在另一设计方案中，不仅所述选取信号而且仿真的传感器信号或者一系列仿真的传感器信号也是数字信号。以这种方式能够放弃用于产生仿真的传感器信号的控制电路并且尤其能够放弃将待仿真的传感器信号首先转换成模拟信号并且反转换成数字信号，所述信号能够通过测量换能器上的接口进行传递，就如DE 103 44 262A1中所介绍的一样。

在另一设计方案中，所述传感器仿真器配有显示器，在该显示器中显示出从测量换能器传递到传感器仿真器上的选取信号。这可以用于简单的功能检测，尤其是用于检查相应于在测量换能器上选取的待仿真的信号的选取信号是否正确地传递到传感器仿真器上。为此，可以使用简单的7段显示器，在该7段显示器中例如显示出相应于待仿真的传感器信号的测量值。在仿真pH传感器信号的情况下这例如是pH值。

在另一设计方案中，待仿真的传感器信号的选取在测量换能器上通过选取菜单来实现，尤其借助于测量换能器上的旋压开关来实现。

在另一设计方案中，不仅相应选取的待仿真的传感器信号，而且由传感器仿真器接收的仿真的传感器信号或者由此推导出的测量值也显示在测量换能器的显示器上。这使得操作人员能够同时选取待仿真的传感器信号并且检查相应的由测量换能器从仿真的传感器信号中求得的并且显示出的测量值。

在一种设计方案中，所仿真的传感器信号可以相应于pH传感器的、电导率传感器的或者气体传感器尤其氧气传感器的输出信号。

所介绍的方法尤其能够借助于用于根据传感器的信号测试过程设备性能的测试装置来执行，所述传感器的信号可以通过传感器仿真器进行仿真，其中，所述过程设备包括至少一个带有测量换能器的测链，该测量换能器具有用于连接传感器的传感器接口，

其中，所述传感器仿真器具有测链接口，该测链接口可以连接到测量换能器的传感器接口上以形成测试装置，并且为此设计为将信号发送到测链上并且从测量换能器中接收信号，

其中，所述测量换能器为此设计为通过所述测量换能器的传感器接口将选取信号发送到传感器仿真器上，并且所述传感器仿真器为此设计为根据通过所述传感器仿真器的测链接口接收的选取信号将仿真的传感器信号通过所述传感器仿真器的测链接口发送到测量换能器的传感器接口上进而发送到测量换能器上。

与在DE 103 22 278A1以及DE 10 2005 041 427A1中介绍的测试装置相反，在这些文件中传感器仿真器同样配有可与测量换能器的或者说测链的通讯输出端连接的信号输入端，而在这里在测量换能器的侧面上只需要唯一一个传感器接口，并且在传感器仿真器的侧面上只需要唯一一个测链接口(也就是说不需要额外的信号输入端)用于选取和发送仿真的传感器信号。不言而喻的是，不排除所述传感器仿真器或者测量换能器配有其它的接口，用于与其它设备交换数据或者使用于其它应用。

附图说明

现在，借助附图中所示的实施例对本发明进行详细阐释。其中：

图1示出用于执行借助于传感器仿真器测试过程设备性能的方法的测试装置的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了测试装置1，借助于该测试装置能够测试过程设备的测链。下面，借助用于测量pH的测链阐释相应的测试方法，然而本发明不应该限制在用于测量pH的测链上。如上所述，所述方法能够以相同的方式应用到用于其它测量参数和测量任务例如电导率测量、气体传感机构或者温度测量的测链上，只要存在带有相应的传感器接口的测量换能器。

所述测量换能器3拥有壳体，该壳体带有按键开关4和作为输入元件的旋压开关5(所谓的微动开关)以及显示器7。借助于开关4和5，操作人员能够在显示器7上选取不同的菜单。此外，所述测量换能器3能够与上一级的单元(未示出)例如流程控制中心(Prozessleitstelle)连接。

所述测量换能器3通过传感器电缆9与插接联接器的第一元件11连接，该第一元件形成了测量换能器3的传感器接口，在测量运行中传感器连接到所述传感器接口上。在测试运行中，传感器仿真器13通过插接联接器的与第一元件11互补的呈第二元件14形式的测链接口连接到插接联接器的第一元件11上。

在图1的实施例中，在测量换能器3和传感器仿真器13或者说传感器(未在图1中示出)之间的插接联接器实施为电流隔离的电感耦合的插接连接件。这种插接联接器例如在EP 1206012A2中进行介绍。原则上可以考虑其它接口，只要数据并且优选地能量也能够沿着两个方向通过接口进行传递。

所述传感器仿真器13包括微控制器15、程序存储器17以及数据存储器19。现在，在下面介绍用于测试过程设备的方法，所述过程设备的部件形成了由传感器、传感器接口、测量换能器3以及流程控制系统(Prozessleitsystem)构成的测链：

可以在测量换能器3上调用仿真模式，例如通过操作按键4之一。在该模式中在显示器7上显现有两个区域，其中，在第一区域中示出了由测量换能器3从通过传感器接口11提供的信号中确定的测量值21。在这种情况下涉及pH值。在显示器7的第二区域中同时示出了仿真菜单，在该仿真菜单中操作人员能够例如通过操作旋压开关5来选取待仿真的传感器信号。有利地，可以如下方式设计所述仿真模式，即，在仿真菜单中不能选取原本的传感器信号(例如在pH传感器中的电压)，而是取而代之地选取所配属的待仿真的测量值23，在本示例中是pH值。

如果要选取待仿真的测量值23，例如通过按压旋压开关来选取，那么所配属的选取信号通过传感器电缆9和传感器接口11、14传递到传感器仿真器13上并且写到数据存储器19中。配属于待仿真的测量值的选取信号例如能够储存在测量换能器3的存储器中。借助于保存在程序存储器17中的程序，所述传感器仿真器13的微处理器15能够从选取信号中计算出待仿真的传感器信号。作为替代方案，也可以为每个可能的可选取的选取信号在数据存储器19中的表格中储存相应的待仿真的传感器信号。然后，该相应于选取信号的待仿真的传感器信号从传感器仿真器13通过测链接口11、13传递回测量换能器3上。该测量换能器3从仿真的传感器信号中、完全类似于在测量运行中从传感器的输出信号中而确定测量值并且将该测量值作为测量值21显示在显示器7的第一区域内。所述测量换能器3能够从仿真的传感器信号中推导出其它信息并且将所述信息必要时连同测量值和/或仿真的传感器信号一起继续传递到流程控制中心处。为了检查传递选取信号的正确的功能，所述传感器仿真器能够装备有显示器(未示出)，在该显示器中显示由测量换能器3传递到传感器仿真器13上的选取信号或者相应于所述选取信号的值例如pH值，该值相应于在仿真菜单中选取的pH值23。

除了测试仿真信号是否正确地传递到测量换能器3上并且由该测量换能器进一步处理之外，还可以检查待由测量换能器3从测量信号或者说测量值中推导的信号(例如在超过pH极限值时发出警报以及将警报信号或者其它信号进一步传递到流程控制中心处)是否正确地起作用。为此目的，例如能够以如下方式改变在仿真菜单中可选取的pH值23，即，超过预定的pH极限值，并且检查是否发出了所期望的警报。

在一种改进方案中，能够在测量换能器3的存储器中或者在流程控制中心中例如在设施资产管理工具(PAM工具，也就是用于监控过程设备的软件)中执行地储存测试程序，该测试程序例如设置为仿真待仿真的信号的不同的关于时间的曲线。所述程序例如能够在测量换能器3的仿真模式中通过在显示器7中示出的菜单借助于旋压开关5来选取。然后，所述测量换能器3根据所选取的程序将唯一的或者一系列选取信号发送到传感器仿真器13上，根据所述选取信号所述微控制器15在使用储存在程序存储器17中的程序模型的情况下利用根据所选取的测试程序设置的关于时间的曲线来生成相应的一系列仿真的传感器信号并且将其发送到测量换能器3上。

如果所述程序在流程控制中心中在用于监控过程设备的软件中执行，那么存在生成测试协议的可能性，在该测试协议中除了有由传感器仿真器13传递到测量换能器3上的并且进一步传导到流程控制中心上的仿真的传感器信号之外，也记录从仿真的传感器信号中求得的其它数据例如测量值、推导出的警报信号等。

此外有利的是，在传感器仿真器13的数据存储器19中设置预定的固定的传感器信号，从而在将传感器仿真器连接到测量换能器3的传感器接口11上时以及在起动测试装置时将该预定的固定的传感器信号传递到测量换能器3上，只要传感器仿真器13没有从测量换能器3中接收到选取信号。以这种方式确保的是，所述测量换能器3在传感器仿真器13连接时随时接收限定的信号。

所述传感器仿真器同样可以具有多个测链接口，分别为所述测链接口分配了各自的数据存储器。每个数据存储器包含预定的待仿真的传感器信号，其中，包含在每个数据存储器中的传感器信号例如可以是配属于相同的测量参数(例如介质的pH值)的不同的传感器信号或者也可以是不同类型的传感器(例如pH传感器、电导率传感器和氧气传感器)的传感器信号。在后面的情况下，所述传感器仿真器能够以这样的测链接口连接到测量换能器的传感器接口上，所述传感器接口配属于传感器仿真器的这样的数据存储器，该数据存储器包含预定的仿真的传感器信号，该传感器信号相符合于在测量运行中连接到同一传感器接口上的传感器的传感器信号。

本发明不限制于所示出的实施例，并且包括每个其它的在技术上可行的实现类型，所述实现类型落入下面的权利要求的有效范围内。尤其能够在测量换能器和传感器或者说传感器仿真器之间传递信号以及同样在测量换能器和流程控制系统之间沿两个方向无线地传递信号，例如通过红外线、无线电、GSM(全球移动通信系统)、ZigBee协议、蓝牙、UMTS(通用移动通信系统)、Wlan(无线局域网)实现。

Claims (10)

1.用于根据传感器的信号测试过程设备的性能的方法，

其中，所述过程设备包括至少一个测链，该测链带有用于转换传感器信号并且用于输出测量值的测量换能器(3)，该测量换能器具有至少一个用于连接传感器的传感器接口(11)，

包括以下步骤：

将传感器仿真器(13)连接到所述传感器接口(11)，以形成测试装置(1)；

借助于所述测量换能器(3)上的输入功能(4、5)，选取一个待仿真的传感器信号或者一系列待仿真的传感器信号；

将相应于所述一个待仿真的传感器信号或者所述一系列待仿真的传感器信号的选取信号从所述测量换能器(3)传递到所述传感器仿真器(13)；

将一个配属于所述选取信号的仿真的传感器信号或者一系列配属于所述选取信号的仿真的传感器信号从所述传感器仿真器(13)传递到所述测量换能器(3)。

2.按权利要求1所述的方法，

其中，所述传感器仿真器(13)拥有测链接口(14)并且将所述测链接口(14)连接到所述测量换能器(3)的所述传感器接口(11)上，其中，所述测链接口(11)包括电感的接口，用于与所述测量换能器(3)的互补的电感的传感器接口(11)进行数据交换和/或能量交换。

3.按权利要求2所述的方法，

其中，所述传感器仿真器(13)包括微处理器(15)、数据存储器(19)以及程序存储器(17)，并且其中，借助于保存在程序存储器(17)中的程序从选取信号中算出所述一个仿真的传感器信号或者所述一系列仿真的传感器信号，或者根据所述选取信号从所述数据存储器(19)中读出所述一个仿真的传感器信号或者所述一系列仿真的传感器信号。

4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，

其中，通过所述测量换能器(3)的所述传感器接口(11)向所述传感器仿真器(13)提供能量。

5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，

其中，不仅所述选取信号而且所述一个仿真的传感器信号或者所述一系列仿真的传感器信号是数字信号。

6.按权利要求1到5中任一项所述的方法，

其中，所述传感器仿真器(13)配有显示器(7)，在所述显示器中显示从所述测量换能器(3)传递到所述传感器仿真器(13)上的所述选取信号或者相应于所述选取信号的值。

7.按权利要求1到6中任一项所述的方法，

其中，通过选取菜单，尤其通过借助于旋压开关(5)的输入键来实现在所述测量换能器(3)上选取所述待仿真的传感器信号。

8.按权利要求1到7中任一项所述的方法，

其中，在所述测量换能器(3)的显示器(7)上不仅显示出每次选取的待仿真的传感器信号，而且显示出由所述传感器仿真器(13)接收的仿真的传感器信号或者由此推导出的测量值。

9.按权利要求1到8中任一项所述的方法，

其中，所述仿真的传感器信号相应于pH传感器、电导率传感器或者气体传感器尤其是氧气传感器的信号。

10.用于根据传感器的信号测试过程设备的性能的测试装置(1)，所述传感器的信号能够通过传感器仿真器(13)进行仿真，

其中，所述过程设备包括至少一个带有测量换能器(3)的测链，所述测量换能器具有用于连接所述传感器的传感器接口(11)，

其中，所述传感器仿真器(13)具有测链接口(14)，所述测链接口能够连接到所述测量换能器(3)的所述传感器接口(11)上以形成所述测试装置(1)，其中，传感器仿真器将信号发送到所述测链上并且从所述测量换能器(3)接收信号，

其特征在于，所述测量换能器(3)通过所述测量换能器的传感器接口(11)将选取信号发送到所述传感器仿真器(13)上，并且所述传感器仿真器(13)根据通过所述传感器仿真器的测链接口(14)接收的选取信号将仿真的传感器信号通过所述传感器仿真器的测链接口(14)发送到所述测量换能器(3)的所述传感器接口(11)上。