CN103217186A - 自评估变送器 - Google Patents

Abstract

自评估过程控制变送器系统包括被配置为捕获来自积分传感器的输出数据的变送器，以及与所述变送器一体地布置的变送器存储器。所述变送器存储器被配置为在其上存储多个输出数据集，包括初始的完工时数据集以及至少一个随后的数据集。与所述变送器一体地布置、与所述变送器存储器通信的自评估模块被配置为识别完工时数据集与至少一个随后的数据集之间的一个或多个变化。

Description

自评估变送器

技术领域

本发明涉及过程控制变送器，更确切地说涉及对随时间潜在性能退化的评估。 

背景技术

过程控制变送器通常用于现代过程控制系统中以捕获与任何数量的过程变量相关联的数据。例如，压力变送器是指具有若干传感器的一系列仪器，这些传感器被构建为测量和指明典型情况下由气体和液体所施加的压力。压力是使流体（或其他物质）停止膨胀所需的力的表示，通常陈述为每单位面积的力。压力变送器产生与强加的压力相关的信号。典型情况下，这样的信号是电信号，但是光学、视觉和听觉信号是其他可用技术的实例。 

压力传感器用于在从工业过程延伸到消费电器的无数日常应用中进行控制和监视。压力传感器也能够用于间接测量其他变量，比如流体/气体流、速度、水位和高度。压力变送器可以通俗地称为压力换能器、压力传感器、压力发送器和压力指示器，还有其他名称。 

过程控制变送器是相对精巧、智能的仪器，典型情况下包括准确的传感器、处理器和存储器、被配置为使用过程控制协议比如HART、FOUNDATION现场总线、FOXCOM和PROFIBUS等通信的通信客户机以及板上显示器，全部都在工业硬化外壳中。这些仪器因此倾向于相对昂贵，所以期望使用它们到其全部有效寿命再更换。不过，与退化的性能以及由于不曾预料到的仪器故障和更换造成的最终过程停工期相关联的成本可能比仪器本身的成本昂贵许多倍。这可能怂恿用户参与过度积极的仪器更换安排，这种过度积极的仪器更换安排实际上更换了在许多情况下仍然具有很长剩余有效寿命的变送器。所以 存在着对能够针对上述缺点的变送器的需要。 

发明内容

根据本发明的一方面，自评估过程控制变送器系统包括被配置为捕获来自积分传感器的输出数据的变送器，以及与所述变送器一体地布置的变送器存储器。所述变送器存储器被配置为在其上存储多个输出数据集，包括初始的完工时数据集以及至少一个随后的数据集。完工时数据集被存储在所述变送器存储器上。自评估模块与所述变送器一体地布置、与所述变送器存储器通信以及被配置为识别完工时数据集与至少一个随后的数据集之间的一个或多个变化。 

在本发明的另一方面，用于监视具有积分传感器的过程控制变送器的性能的方法包括：在过程中安装所述变送器，以及在所述变送器存储器上捕获对应于安装后已知条件下传感器的输出的安装的数据集。一体的自评估模块用于将安装的数据集与所述变送器存储器上存储的完工时数据集进行比较，完工时数据集对应于预定条件下所述积分传感器的输出。所述自评估模块用于识别安装的数据集与完工时数据集之间的可以指示退化的任何变化。 

在本发明的再一方面，用于评估压力变送器退化的自评估过程控制变送器系统包括：被配置为捕获来自积分压力传感器的输出数据的压力变送器。所述压力变送器具有存储器，其中存储初始的完工时输出数据和预定可接受数据变化范围。所述变送器存储器也被配置为连同与该变送器相关联的时间、朝向和环境温度信息一起，在其上存储随后输出数据。所述变送器包括自评估模块，该自评估模块可通信地连接到所述变送器存储器以及被配置为通过对温度和朝向进行调整使输出数据标准化。所述自评估模块被配置为识别完工时输出数据与随后输出数据之间的变化，以及识别单个随后输出数据集之间的变化。所述自评估模块也被配置为确定所述输出数据随时间的趋势，以及识别所述趋势与单个随后输出数据集之间的变化。 

在本发明的又一方面，自评估过程控制变送器系统包括被配置为 捕获来自积分传感器的输出数据的变送器，以及与所述变送器一体地布置的变送器存储器。所述变送器存储器被配置为在其上存储多个输出数据集，包括在先的数据集以及多个随后的数据集。自评估模块与所述变送器一体地布置、与所述变送器存储器通信以及被配置为确定所述输出数据集随时间的趋势。所述自评估模块也被配置为识别所述在先数据集与至少一个随后的数据集之间的一个或多个变化。 

本文介绍的特征和优点并非无所不包的，尤其是由于附图、说明书和权利要求书，许多附加特征和优点对本领域的普通技术人员将是显而易见的。不仅如此，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的而选择，不限制本发明主题的范围。 

附图说明

图1是集成到过程中的本主题发明实施例的示意图； 

图2是本发明实施例的示意图，显示了本发明的组件模块； 

图3是图2中模块之一的实施例示意图，显示了其中的子模块； 

图4是图2中模块的另一个的实施例示意图，显示了其中的子模块； 

图5是根据本发明的代表方法的流程图。 

具体实施方式

在以下详细说明中，对附图进行了参考，它们形成了说明的一部分并且其中利用展示显示了可以实践本发明的若干特定实施例。这些实施例以充分的细节被介绍以使得本领域技术人员能够实践本发明，并且应当理解，其他实施例也可以采用。还应当理解，可以对结构、过程和系统进行改变而不脱离本发明的实质和范围。此外，未详细地显示众所周知的结构、电路和技术以便不妨碍对本说明书的清楚理解。所以以下详细说明不应当视为限制意义，而本发明的范围由附带的权利要求书及其等效内容定义。为了清楚说明，在附图中显示的相同特征以相同的附图标记指示，并且在附图中替代实施例中显示的相似特 征也以相似的附图标记指示。 

在本公开中使用之处，术语“传感器输出数据”或“传感器输出特征”是指从某传感器取回的信息，它表明了要由该传感器测量的过程变量的定量测量结果。术语“实时”是指对外部事件的检测和响应与其发生几乎同时（如在若干毫秒或若干微秒之内），或者足够迅速使该设备能够跟上外部过程。 

正如将在下文讨论，本发明的实施例包括基于计算机程序代码的产品，它包括计算机可读的存储介质，其中存储程序代码，它能够用于指示基于处理器的过程控制变送器执行与本发明相关联的任何功能、方法和/或模块。计算机存储介质可以包括以下各项的任何一种但是不限于它们：CD-ROM、DVD、磁带、光盘、硬盘驱动器、软盘、铁电物质存储器、闪存、铁磁物质存储器、光学存储器、电荷耦合器件、磁卡或光卡、智能卡、EEPROM、EPROM、RAM、ROM、DRAM、SRAM、SDRAM以及/或者任何其他适合的静态或动态存储器或数据存储设备。 

本发明多个实施例的若干方面可以以对本领域技术人员公知和可用的任何适合的语言和技术编程。非限制实例包括超文本置标语言（HTML）、动态服务器主页（ASP）和Javascript、C++；Visual Basic；Java；VBScript；Jscript；BCMAscript；DHTM1；XML和CGI。任何适合的数据库技术都可以使用，但是不限于：Microsoft Access和IBM AS400。 

在本发明的一个实施例中，压力变送器包括压力传感器、存储器模块和自评估模块。在被运送到客户以前的“完工”的条件下时，在已知的条件下（如温度、压力和朝向），来自压力传感器的输出数据可以被记录在存储器模块上。正如本领域某些技术人员公知，水头压力（head pressure）随着朝向而变化，所以可以以不止一个朝向（如垂直和水平）记录完工时数据。已知压力可以是容易再现的压力，比如在特定海平面的大气压力。温度可以被记录并由内建在变送器中的算法调整。考虑到读数和其他因素的准确度，在已知条件下输出数据 的可接受的变化也可以记录在变送器的存储器上。然后压力变送器可以在后来记录随后输出数据。这种输出数据可以对若干因素进行调整，比如温度、朝向和压力（如在新的压力已知但是不同于先前输出数据的条件时）。自评估模块然后可以允许新的输出数据与以下数据进行比较：完工时数据；在先的“安装时”数据；以及包括输出数据的多个在先集的数据中的趋势。在这方面，应当认识到“完工”数据可以对应于在变送器处于本质上“新”状态时，也就是在初始客户安装之前捕获的本质上任何数据。如果这些比较超过了可允许的预设变化范围，自评估模块可以进一步被配置为向用户报警。 

自评估变送器具有若干实质益处。典型的用户评估包括仅仅对最后检查点比较性能，典型情况下在该时间用户重新调整了变送器定标以校正性能的任何漂移。当重复这样做时，参考性能变为在最后检查点的性能，并且用户失去了对过去的完工时或安装时性能的任何参考。从而用户对多个检验点上的趋势或性能漂移没有信息。本文公开的自评估变送器的实施例提供了这种信息。它可以通过允许准确地评估该传感器的连续性能而不任意更换缩短停工期并改进该变送器的有效寿命。这在大型工业过程中尤其有价值，其中关机和开机可能是复杂而延长的事件，带来生产率的实质损失。 

尽管在本申请中介绍的实施例主要是指压力变送器以便展示本发明的若干方面，但是这不意味着限制本发明用于特定类型的变送器。实质上提供随时间的数据的任何变送器都可以采用当前发明的实施例，以便评估与该变送器相关联的一个或多个传感器的连续完整性，或者替代地，退化。以本发明实施例可以使用的传感器类型的某些实例是流量计、热传感器、化学传感器、电磁传感器、光学传感器、应变仪、位置传感器、电传感器比如伏特计、听觉传感器比如声呐以及压力传感器等等。可以配备本文讨论的本发明若干方面的变送器的特定实例包括Foxboro

IAP10、IAP20、IGP10、IGP20、IDP10、IGP25、IDP25、IGP50和IDP50变送器、IMV25和IMV30多变量变送器以及其他，全部都可以从美国马萨诸塞州Foxboro的Invensys Systems 公司购买。 

现在转向附图，将详细地介绍本发明的示范实施例。参考图1，显示为自评估压力变送器200的本发明实施例被安装在示范的简化流体过程100中。流体从泵10经由加工处理管11移动并经由管口12从系统流出。如图所示，变送器200穿过该过程，允许在该位置取得压力测量结果。 

转向图2，在代表实施例中，变送器200包括三个模块。传感器模块14获得所关注的过程变量（如压力）所对应的输出数据，在原始完工时条件下，以及/或者在其后的一个或多个安装时评估点上从积分传感器获得。应当注意，积分传感器既可以在变送器的外壳内布置，也可以经由适合通信链接远离其布置。输出数据然后被记录或捕获在变送器存储器16中。自评估模块18比较变送器存储器16中存储的来自压力传感器14的若干输出数据集，以评估与完工或初始安装时数值的任何偏差。在实质上类似的受控条件下执行这个过程时，由自评估模块18评估的输出数据中的变化可以指示变送器200的退化。在压力变送器200的情况下，受控条件的相关因素可以包括类似的压力（比如通过暴露于大气或其他标准压力）、温度或朝向（如垂直或水平）。这在以下的图4中更详细地讨论。 

现在转向图3，以有关的若干子模块显示和介绍了变送器存储器的实施例16。这些模块表示其中可以存储的有关数据类型的实例。可选情况下，在安装变送器200以前，完工时输出数据可以被记录在模块20（以阴影显示）中。若干读数之间偏差的预定可允许范围可以在模块22输入。在一个或多个安装时评估点，在模块26捕获和存储了传感器输出数据。在图3的实施例中，变送器存储器16为压力变送器200而配置，以便使得在模块26捕获的传感器输出数据包括压力数据。在所示的实施例中，在26捕获和存储的输出数据可以由多个可以被手工记录有关因素的数据进行补充，或者通过将另外的传感器集成到变送器200中进行补充。在所示的实施例中，这些因素31可以包括捕获传感器输出26的评估点的温度28、朝向30和时间评估点24（如时间 和日期）。 

现在转向图4，显示和介绍了自评估模块的实施例18。自评估模块从变送器存储器16中检索信息。作为替代，输出数据可以直接从传感器14接收，如以实时方式。标准化模块22使原始数据对有关因素31标准化，比如显示在子模块33中，它使来自传感器模块14的数据对环境温度28进行调整。在模块34可以进行另一种调整以便补偿压力变送器200的朝向30的任何差异。压力变送器200的朝向是有关的，因为相对于地球重力场的定位将影响水头压力，尤其是液体流，正如本领域技术人员会理解。一旦对有关因素31进行了调整，就比较数据。应当认识到，这种数据比较可以涉及按照本文直接公开，本领域技术人员公知或以其他方式可得到的任何数量的算法和统计比较。为了展示目的，提供了三个实例。在一个实例中，在模块36，由模块33和34调整和标准化的传感器数据（即数据集）26与在变送器存储器16中存储的完工时数据20进行比较。可选情况下，在两个或更多有区别的评估点捕获的数据集可以在模块38进行彼此比较。要是完工时条件没有捕获和/或不能复制时，比如当压力变送器安装时的朝向不寻常时，以及完工时数据可能仅仅对有限数量的朝向（如垂直和水平）被记录时，这可能是有用的。在趋势模块40，通过比较当前调整的数据集与来自多个评估点的聚集数据定义的趋势，可以获得连续性能的另一个有益指示器。在模块36、38和40中评估的变化可以被直接使用，比如通过在与变送器200相关联的显示器上的输出。可选情况下，自评估模块18可以包括偏差模块42（以阴影显示），被配置为将由模块36、38和/或40所识别的评估变化与本文以上讨论的预定可允许偏差22（图3）进行比较。然后自评估模块18可以被配置为指示，如经由警报或类似信号，在若干读数中的变化是否超过了可允许的变化阈值，比如通过输出到显示器。 

应当认识到，本文介绍的任何输出都可以以被配置为成功地向用户传达所期望的信息的实质上任何方式传达。例如，信息可以被输出到物理地集成在变送器200内的显示器。作为替代或补充，这样的信 息可以无线地、经由专用硬导线或经由与变送器相关联的过程控制网络传送到用户。在这点上，可以将该信息传送到位于过程控制网络的中心控制室的用户。作为替代，这样的信息可以被传送到在工厂现场工作的技术人员或其他用户的手持设备。 

在图5中，在500显示了在变送器上执行自评估的示范方法。这种方法不需要限定为压力变送器，因为它可以应用于其他类型的传感器/变送器。图5显示的方法意在作为一种可能方法的非限定展示。如图所示，在501某个（如压力）变送器可选地记录了在工厂建造时阴影所示的已知条件（“完工”条件）下的原始传感器输出数据。在压力变送器的情况下，这种原始数据可以包括实际压力传感器数据，连同关于有关因素的数据，比如温度和朝向。在502，变送器被运送到客户。然后在503该变送器被安装在客户的过程或应用中并运行，以捕获在一个或多个“安装时”评估点的输出数据。自评估模块在类似于完工时条件（和/或先前评估点）的条件下（如压力、温度和朝向）被激活504，以实现传感器连续性能的受控比较，如通过来自当前评估点的数据与先前评估点随时间变化的趋势的比较。自评估模块还可以可选地对照在505和506的阴影中显示的预设可接受的偏差范围，比较数据中的变化。如果数据落入在505的可接受偏差范围内，那么自评估模块就可以表明在507重新开始运行。如果在该变化落入在506的可接受范围之外，那么自评估模块就可以表明在508的报警以便发出变送器很可能退化的信号。 

因此前述实施例为客户提供了方便方式，通过提供对压力变送器的现场评估，以便在故障或实质上损害结果之前确定其性能的任何可能退化而使压力变送器的可用寿命最大化同时确保其连续准确度。 

应当注意，本文以上讨论的实施例的多个模块和其他组件都可以被配置为硬件、在任何适合的计算机可用介质比如ROM、RAM、闪存、相变存储器、磁盘等中存储的计算机可读代码以及/或者其组合，而不脱离本发明的范围。 

应当理解，关于本文介绍的实施例之一介绍的任何特征都可以类 似地被应用于本文介绍的任何其他实施例而不脱离本发明的范围。 

在前述说明书中，为了展示和说明目的已经参考特定的示范实施例介绍了本发明。这不意味着面面俱到或将本发明限定到公开的严格形式。根据这个公开，许多修改和变化都是可能的。意图是本发明的范围不由这份详细说明限制，而是由其附带的权利要求书限制。 

Claims (33)

1.一种自评估过程控制变送器系统，所述系统包括：

被配置为捕获来自积分传感器的输出数据的变送器；

与所述变送器一体地布置的变送器存储器；

所述变送器存储器被配置为在其上存储多个输出数据集，包括初始的完工时数据集以及至少一个随后的数据集；

在所述变送器存储器上存储的完工时数据集；

自评估模块，与所述变送器一体地布置、与所述变送器存储器通信以及被配置为识别完工时数据集与至少一个随后的数据集之间的一个或多个变化。

2.根据权利要求1的系统，其中，所述变送器是压力变送器以及所述传感器是压力传感器。

3.根据权利要求1的系统，其中，所述自评估模块被配置为识别多个随后的数据集之间的变化。

4.根据权利要求3的系统，其中，所述自评估模块被配置为确定所述输出数据集随时间的趋势。

5.根据权利要求4的系统，其中，所述自评估模块被配置为识别所述趋势与任何随后的数据集之间的一个或多个变化。

6.根据权利要求1的系统，其中，所述变送器存储器被配置为记录与之相关联的时间和环境温度信息。

7.根据权利要求6的系统，其中，所述自评估模块被配置为通过对温度调整使输出数据标准化。

8.根据权利要求1的系统，其中，所述变送器存储器被配置为记录与之相关联的朝向信息。

9.根据权利要求8的系统，其中，所述自评估模块被配置为通过对朝向调整使输出数据标准化。

10.根据权利要求1的系统，其中，所述变送器存储器以其中存储的可接受数据变化范围进行配置。

11.根据权利要求10的系统，其中，所述自评估模块被配置为将所述一个或多个变化与所述可接受数据变化范围进行比较。

12.根据权利要求10的系统，其中，所述自评估模块被配置为识别所述多个数据集的单独一个与所述输出数据集随时间的趋势之间的变化，以及将所述变化与所述可接受数据变化范围进行比较。

13.根据权利要求10的系统，其中，所述自评估模块被配置在识别超过所述可接受数据变化范围的变化时产生通知。

14.一种用于监视具有积分传感器的过程控制变送器的性能的方法，所述方法包括：

(a)在过程中安装所述变送器；

(b)在所述变送器的存储器上捕获对应于所述安装(a)后已知条件下所述积分传感器的输出的安装的数据集；

(c)用一体的自评估模块将安装的数据集与所述变送器的所述存储器上存储的完工时数据集进行比较，完工时数据集对应于预定条件下所述积分传感器的输出；以及

(d)用所述自评估模块识别安装的数据集与完工时数据集之间的可以指示退化的任何变化。

15.根据权利要求14的方法，包括在识别超过预定可接受数据变化范围的变化时产生通知。

16.根据权利要求14的方法，包括对多个安装的数据集重复所述捕获(b)。

17.根据权利要求16的方法，包括计算所述安装的数据集随时间的趋势。

18.根据权利要求14的方法，其中，所述过程控制变送器是具有积分压力传感器的压力变送器。

19.根据权利要求18的方法，其中，所述捕获(b)包括捕获对应于在已知压力、温度和朝向下所述积分传感器的输出的安装的数据集。

20.根据权利要求19的方法，其中，所述比较(c)包括将安装的数据集与对应于在预定压力、温度和朝向下所述积分传感器的输出的完工时数据集进行比较。

21.根据权利要求14的方法，包括对已知条件与预定条件之间的任何差异调整完工的数据集和安装的数据集中的至少一个。

22.一种用于评估压力变送器退化的自评估过程控制变送器系统，所述系统包括：

被配置为捕获来自积分压力传感器的输出数据的压力变送器；

所述压力变送器具有变送器存储器，其中存储初始的完工时输出数据；

所述变送器存储器具有在其上存储的预定可接受数据变化范围；

所述变送器存储器被配置为连同与该变送器相关联的时间、朝向和环境温度信息一起，在其上存储随后输出数据；

所述压力变送器具有自评估模块，该自评估模块可通信地连接到所述变送器存储器以及被配置为通过对温度和朝向进行调整使输出数据标准化；

所述自评估模块被配置为识别完工时输出数据与随后输出数据之间的变化；

所述自评估模块被配置为识别单个随后输出数据集之间的变化；以及

所述自评估模块被配置为确定所述输出数据随时间的趋势，以及识别所述趋势与单个随后输出数据集之间的变化。

23.根据权利要求22的系统，其中，所述自评估模块被配置为：

将完工时输出数据与随后输出数据之间的变化对照所述可接受数据变化范围进行比较；

将单个输出数据集之间的变化对照可接受输出数据变化范围进行比较；

将单个输出数据集与所述输出数据随时间的趋势之间的变化对照可接受输出数据变化范围进行比较；以及

在识别超过预定可接受数据变化范围的变化时产生通知。

24.一种自评估过程控制变送器系统，所述系统包括：

被配置为捕获来自积分传感器的输出数据的变送器；

与所述变送器一体地布置的变送器存储器；

所述变送器存储器被配置为在其上存储多个输出数据集，包括在先的数据集以及多个随后的数据集；

自评估模块，与所述变送器一体地布置、与所述变送器存储器通信以及被配置为确定所述输出数据随时间的趋势；

所述自评估模块进一步被配置为识别在先数据集与至少一个随后的数据集之间的一个或多个变化。

25.根据权利要求24的系统，包括在所述变送器存储器上存储的在先数据集。

26.根据权利要求25的系统，其中，所述在先数据集包括完工时数据集。

27.根据权利要求25的系统，其中，所述在先数据集包括安装时数据集。

28.根据权利要求24的系统，其中，所述自评估模块被配置为识别多个随后的数据集之间的变化。

29.根据权利要求28的系统，其中，所述自评估模块被配置为识别所述趋势与任何随后的数据集之间的一个或多个变化。

30.根据权利要求24的系统，其中，所述变送器存储器以其中存储的可接受数据变化范围进行配置。

31.根据权利要求30的系统，其中，所述自评估模块被配置为将所述一个或多个变化与所述可接受数据变化范围进行比较。

32.根据权利要求30的系统，其中，所述自评估模块被配置为识别所述多个数据集的单独一个与所述输出数据集随时间的所述趋势之间的变化，以及将所述变化与所述可接受数据变化范围进行比较。

33.根据权利要求30的系统，其中，所述自评估模块被配置为在识别超过所述可接受数据变化范围的变化时产生通知。

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