CN103454485B - 过程控制回路电流验证 - Google Patents

过程控制回路电流验证 Download PDF

Info

Publication number
CN103454485B
CN103454485B CN201310063286.3A CN201310063286A CN103454485B CN 103454485 B CN103454485 B CN 103454485B CN 201310063286 A CN201310063286 A CN 201310063286A CN 103454485 B CN103454485 B CN 103454485B
Authority
CN
China
Prior art keywords
loop current
value
loop
sample
pass filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310063286.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103454485A (zh
Inventor
巴伦廷·瓦纳科
帕维尓·施密特
列昂尼德·别洛夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosemount Inc
Original Assignee
Rosemount Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosemount Inc filed Critical Rosemount Inc
Publication of CN103454485A publication Critical patent/CN103454485A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103454485B publication Critical patent/CN103454485B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224—Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/0227—Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions
    • G05B23/0235—Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions based on a comparison with predetermined threshold or range, e.g. "classical methods", carried out during normal operation; threshold adaptation or choice; when or how to compare with the threshold
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G05B19/0425—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/33—Director till display
    • G05B2219/33197—Current loop 4-20-mA milliampere
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/33—Director till display
    • G05B2219/33331—Test, diagnostic of field device for correct device, correct parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/80—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/82—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device where the sensing device takes the initiative of sending data
    • H04Q2209/823—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device where the sensing device takes the initiative of sending data where the data is sent when the measured values exceed a threshold, e.g. sending an alarm

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

一些实施例涉及一种过程装置(102)，包括：过程变量传感器(120)，该过程变量传感器(120)被配置为产生指示检测到的过程变量的输出信号(126)；回路电流输出电路(122)，该回路电流输出电路(122)被配置为基于所述输出信号将二线式过程控制回路(106)上的回路电流控制到一值；回路电流测量电路(140)，该回路电流测量电路(140)连接至所述过程控制回路并被配置为基于所述回路电流产生测量的回路电流值(142)；和回路电流验证电路(124)，该回路电流验证电路(124)被配置为基于所述输出信号和低通滤波器(150，156)的特性近似所述回路电流值，并基于近似的回路电流值(164)和测量的回路电流值的比较产生诊断信号(144)。

Description

过程控制回路电流验证
技术领域
本公开内容涉及过程控制和监测系统中使用的过程装置。更具体地，本公开内容涉及进行回路电流诊断以识别过程装置中的误差。
背景技术
过程变量变送器用来测量过程控制或监测系统中的过程参数(或过程变量)，并将测量值传送至控制室。例如，与过程流体的压力相关的信息可以被传送至控制室并用来控制诸如炼油之类的过程。
过程变量测量值的传送通常是在二线式过程控制回路上进行。在这种过程控制回路中，从位于诸如控制室中之类的位置处的电流源供应电流，并且变送器控制在该回路中的从其在现场中的远程位置开始流动的电流。例如，4mA信号可以用来指示零读数，20mA信号可以用来指示满刻度读数。同样的两条线也可以用来向变送器供电。
最近以来，变送器已经采用数字电路，该数字电路采用数字信号与控制室通信，该数字信号叠加在流过过程控制回路的模拟电流信号上。这种技术的一种示例是通信协议。协议和其它这种协议典型地包括可以被发送至变送器以引起诸如变送器控制或询问之类的期望的响应的命令或指令集。
当模拟回路电流用来表述诸如过程变量之类的信息时，可以设置的回路电流的精度可能是所传送的过程变量的精度的限定因素。随着变送器老化，变送器用来控制回路电流以精确地表示过程变量测量值的能力会退化。因此，希望通过检查回路电流是否是过程变量测量值的精确表示而周期性地对变送器进行诊断测试。在转让给明尼苏达州的Chanhassen市的罗斯蒙德(Rosemount)公司的美国专利7,280,048和美国专利公开2005/0030186中描述了执行这种诊断功能的示例性装置。
由变送器进行的诊断测试需要尽可能地精确以防止将变送器错误地识别为故障。常规变送器诊断测试可能在过程变量正在变化时的期间中将变送器错误地识别为故障。变化的过程变量会导致变送器将回路电流设置到不同于过程变量测量值的值，即使变送器正在正确地运行。
发明内容
过程装置包括：过程变量传感器，该过程变量传感器被配置为产生指示所检测到的过程变量的输出信号；回路电流输出电路，该回路电流输出电路被配置为基于所述输出信号将二线式过程控制回路上的回路电流控制到一值；回路电流测量电路，该回路电流测量电路连接至所述过程控制回路并被配置为基于所述回路电流产生所测量的回路电流值；和回路电流验证电路，该回路电流验证电路被配置为基于所述输出信号和低通滤波器的特性近似所述回路电流值，并基于所近似的回路电流值和所测量的回路电流值的比较产生诊断信号。
附图说明
图1为包括连接至过程管道的过程变量变送器的过程控制系统的示图。
图2为过程变量变送器的透视图，其示出其中承载的电路单元块的一种示例性配置。
图3为根据本发明的实施例的过程装置的简化框图。
图4包括过程装置中的示例性信号的三个图表。
图5为根据本发明的实施例的回路电流验证电路的简化示图。
图6为根据本发明的实施例的示例性低通滤波器的简化示图。
图7和8图示根据本发明的实施例的计算近似的回路电流值的方法。
图9为图示根据本发明的实施例的过程装置中的用于验证二线式过程控制回路中的回路电流的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例提供从数字测量值转换而成的模拟输出精确地反映所测量的数字值的验证。在一种示例性实施方案中，本发明的实施例提供由过程装置施加至过程控制回路的诸如电流(如，4-20mA，0-20mA)或电压(如，1-5V，0-5V)之类的模拟输出被设置为精确地反映期望的值的值的验证。可以在用来控制过程控制回路中的电流的任何过程装置中实施本发明，并且本发明不限于本文中讨论的示例性过程装置。例如，本文中描述的一种过程装置为包括用于检测过程变量的传感器的过程变量变送器。变送器将流过过程控制回路的电流控制到表示所检测到的过程变量的模拟值。然而，理解的是，为了实施本发明的多个方面，过程装置没有必要检测过程变量。本发明的实施例还可以用于其中模拟输出是从数字信号转换而来的其他系统中的诊断。例如，本发明的实施例可以用来在罗斯蒙德333三回路(Tri-Loop)转换器中进行诊断，该转换器读取来自多变量变送器的数字信息(主要的、次要的和其他变量)并将它转换成三个模拟输出信号(如，4-20mA信号)。
图1为示例性过程控制系统100的示图，其包括成过程变量变送器形式的过程装置102，该过程装置102连接至过程管道104。过程装置102连接至二线式过程控制回路106，该二线式过程控制回路106根据所有权或诸如通信协议之类的标准协议运行。然而，本发明不限于该标准。
二线式过程控制回路106在过程装置102和控制室108之间延伸。在一种实施例中，回路106可以载送表示采用过程变量传感器120检测的所检测到的过程变量的电流I。此外，回路106可以根据诸如协议之类的其它协议运行，所述协议允许数字信号叠加在通过回路106的电流上，以便将数字信息发送至过程装置102或从过程装置102接收数字信息。
图2为过程装置102的透视图，其示出在过程装置102中所携带的电路单元块或部件的一种示例性配置。在该示例性实施例中，过程装置102包括连接至检测模块112的变送器模块110。检测模块112通过歧管过程联接器114连接至过程管道104(图1中示出)。
变送器模块110包括变送器模块电子电路116，该变送器模块电子电路116连接至检测模块112中附带的检测模块电子电路118。典型地，检测模块电子电路118连接至用来检测与过程的操作相关的过程变量的过程变量传感器，例如传感器120(图1)。变送器模块电子电路116包括回路电流输出电路122和回路电流验证电路124。电路124可以被以硬件、软件或二者的混合组合形式实现，并且可以位于过程装置102内的任何位置处。
在操作中，回路电流输出电路122控制流过回路106的电流I的值，例如，用于表示所测量到的过程变量。这可以用来监测或控制工业过程的操作。在一些应用中，根据常规技术，输出电路122还用来向过程装置102中的电路提供电力，该电力是采用在回路106上接收到的电力产生的。在一些应用中，如用于获得安全完整性水平(SIL)鉴定，过程装置102需要满足特定可靠性标准。例如，为了确保在出现故障或故障迫近时关闭过程，一些鉴定要求恰当地发送警报信号，使得即使在一些部件在过程装置102中已经出现故障时，也能够进行安全的关闭。回路电流验证电路124可以应用于这种配置。
图3是根据本发明的实施例的过程装置102的简化框图。在一些实施例中，过程装置102包括过程变量传感器120，该过程变量传感器120连接至过程并被配置为产生表示所检测的过程的测量值的输出信号126。过程装置102还包括提供测量信号126的初始处理的测量电路。在一种实施例中，测量电路包括将模拟输出信号126转换成数字测量信号的模数转换器128。在一种实施例中，测量电路包括由微控制器130表示的一个或多个微处理器，其处理来自转换器128的数字测量信号并输出数字测量值132。测量电路还可以包括存储器134，其例如可以包含用于由微控制器128用来处理数字化的传感器输出信号的存储值、能够由所述一个或多个处理器执行以进行本文中描述的方法步骤和其它功能的程序指令。
在一些实施例中，过程装置102包括将数字测量值132转换成模拟测量值138的数模转换电路136。根据常规技术，模拟测量值138被提供至回路电流输出电路122，该回路电流输出电路122将二线式过程控制回路106中的回路电流I作为模拟测量值138的函数进行控制。
在一种实施例中，过程装置102包括回路电流测量电路140，该回路电流测量电路140连接至过程控制回路106并被配置为基于回路电流I产生测量的回路电流值142。在一种实施例中，过程装置102包括回路电流验证电路124，其大致被配置为将所测量的回路电流值142与数字测量值132进行比较，并响应地产生与该比较相关的诊断信号144。例如，回路电流验证电路124可以提供诊断信号144，该诊断信号144指示回路电流I在它的由数字测量值132指示的预期值的预定或可调整阈值之外。设定的阈值可以基于固定的阈值，或者基于百分比差异，或者基于与回路电流I的预期值132的其它关系。此外，诊断信号144可以是实际的回路电流I对期望的输出回路电流值132的误差量(以绝对或相对关系)的指示。根据常规技术，可以在二线式过程控制回路106上传送诊断信号144。
数模转换电路136的一个实施例包括数模转换器146和低通滤波器150。数模转换器146将数字测量值132转换成模拟信号152。使信号152通过低通滤波器150以产生模拟测量值138。
回路电流测量电路140的一个实施例包括电流传感器154或用于测量二线式过程控制回路106中的回路电流I的其它装置。电流传感器154可以通过对与回路电流I串联的电阻上的电压的测量或通过其它合适的常规技术测量回路电流I。在一种实施例中，使来自电流传感器154的输出通过低通滤波器156并到达模数转换器158，以形成被提供至回路电流验证电路124的所测量的回路电流值142。低通滤波器156通常运行为在由模数转换器158处理之前从回路电流测量值102中去除高频噪声。
如上所述，回路电流验证电路124将回路电流I与回路电流的期望值进行比较。在一种实施例中，回路电流的期望值由数字测量值132表示，该数字测量值132表示传感器输出126。回路电流验证电路124通过合适的连接接收数字测量值132，如图3中所示。
根据另一个示例，过程装置102可以进入测试模式，其中将通过二线式过程控制回路106的回路电流I设置为一个或多个预定回路电流，或设置为回路电流模式。在该测试模式期间，回路电流验证电路124可以将流过过程控制回路106的实际的回路电流I与表示预定回路电流的参考值进行比较，而不是与数字测量值132进行比较。因此，虽然过程装置102的示例性视图指示数字测量值132被提供至回路电流验证电路124，但所理解的是，对应于在过程装置102处于测试模式时产生的预定回路电流I的参考数字测量值可以被交替地提供至回路电流验证电路124。以下，数字测量值和表示预定测试模式回路电流I的参考信号都将被称为数字测量值132。
为了回路电流验证电路124产生精确地表示由测量的数字值132表示的回路电流I的期望值和实际的回路电流I之间的误差的诊断信号144，回路电流验证电路124必须考虑影响测量的回路电流值142的测量误差。未考虑这种测量误差会导致错误地指示过程装置102中的误差的诊断信号144。
本发明的实施例操作以解决通常在传感器输出信号126响应于过程变量的变化而变化时产生的动态测量误差。传感器输出信号126的这种变化产生数字测量值132的电压的阶梯式变化，如由图4中提供的顶部图表所示。在图4的中间图表中示出响应于数字测量值132的电压的阶梯式变化产生的合成模拟测量值138。模拟测量值138具有对应于其值和数字测量值132之间的差的动态测量误差。该误差由回路电流测量电路140进一步放大，如由在图4的底部图表中示出的测量的回路电流值142所示。数字测量值132和测量的回路电流值142之间的合成动态误差通常由低通滤波器150和156引起。除非进行了考虑，否者这种动态误差会引起产生错误地指示过程装置102中的误差的诊断信号144。
图5为根据本发明的实施例的回路电流验证电路124的简化示图。在一些实施例中，回路电流验证电路124包括差分求算器160和比较器162。差分求算器160在测量的回路电流值142和近似的回路电流值164之间建立差异。差值166输出至比较器162，该比较器162将差值166与参考值168进行比较并响应于该比较输出诊断信号144。参考值168表示可以用来触发多种诊断信号144的一个或多个值，如设定的阈值误差值，如上所述。可以从过程装置102的存储器，如从存储器134中获取参考值168。与本文中呈现的装置102的其它模块一样，例如，可以通过由微控制器130的一个或多个处理器执行的硬件或软件在过程装置102中实现差分求算器160和比较器162。
基于数字测量值132以及低通滤波器150和156的特性产生近似的回路电流值164以近似动态测量误差。从差分求算器160输出的近似的回路电流值164和测量的回路电流值142之间最终产生的差值166，在数字测量值132正变化期间是装置102中的实际误差的比采用数字测量值132可行的指示更好的指示。
在一种实施例中，近似的数字回路电流值164考虑低通滤波器150和156的时间常数。图6为示例性低通滤波器的简化示图，该低通滤波器可以用于滤波器150和156，并且被描述为低通滤波器150。低通滤波器150包括与回路电流输出电路122串联的电阻R和与回路电流输出电路122并联的电容器C。电容器C呈现阻抗并阻隔来自数模转换器146的低频信号，使它们传播至回路电流输出电路122。电容器C的阻抗随着从数模转换器146输出信号的频率越高而降低，使电容器C有效地用作至大地的短路，从而滤出较高频率的噪声。如本领域技术人员所理解的那样，低通滤波器的时间常数基于电阻R和电容C的乘积。
在一些实施例中，回路电流验证电路124采用一对递归滤波器170和172计算近似的回路电流值164，如图7中示意性地图示的那样。可以在存储器134或过程装置102的其它存储器中存储的、由微控制器130的所述一个或多个处理器执行的软件中实施递归滤波器170和172。可替换地，可以在硬件中实施滤波器170和172。
递归滤波器170接收数字测量值132的数字样本(I(n))，并基于数字测量值样本I(n)、之前修正过的样本IC1(n-1)、以及基于低通滤波器150的时间常数计算的值a1和b1输出修正样本IC1(n)，如方程式1中所示。在一种实施例中，递归滤波器170从过程装置102的存储器，如存储器134，接收之前的数字测量值样本I(n-1)和之前修正过的样本IC1(n-1)。
IC1(n)＝a1×I(n)+b1×IC1(n-1)方程式1
递归滤波器172从递归滤波器170接收修正过的样本IC1，并基于修正过的数字测量值样本IC1(n)、之前的近似数字测量值IC2(n-1)、以及基于低通滤波器156的时间常数计算的值a2和b2计算对应于数字测量值样本I(n)的近似的回路电流值164样本IC2(n)，如方程式2中所示。在一种实施例中，递归滤波器172从过程装置102的存储器，如存储器134，接收之前的近似的回路电流值IC2(n-1)。
IC2(n)＝a2×IC1(n)+b2×IC2(n-1)方程式2
在一些实施例中，根据基于低通滤波器150和156的时间常数的方程式3和4计算a1，b1，a2和b2的值。D为以时间间隔的量表示的时间常数，并且等于T/M，其中M为递归滤波器重算周期，T为硬件滤波器的时间常数。
a＝1-b方程式3
b＝exp(-1/D)方程式4
随后将从递归滤波器172输出的近似的回路电流值样本164(IC2)提供至差分求算器160(图5)以用在差值166的计算中。在一些实施例中，从过程装置102的存储器134或过程装置102内的其它存储器获取近似的回路电流值样本164(IC2)。
每个近似的回路电流值样本164(IC2(n))提供由低通滤波器150和156引起的动态误差的合理近似。结果，近似的回路电流值样本164表示在过程装置102正确地运行时测量的回路电流值142应当具有的值。因此，近似的回路电流值样本164允许回路电流验证电路124对过程装置102的健康状态进行比可能的评估更加精确的评估，而不用基于低通滤波器150和156的特性补偿数字测量值132。
在图8中图示了用于计算可以由回路电流验证电路124实施的近似的回路电流值样本164的另一种技术。在一些实施例中，回路电流验证电路124包括差分求算器180和修正器182。例如，可以在装置102的存储器，如存储器134中存储的、由微控制器130的所述一个或多个处理器执行的软件中实施差分求算器180和修正器182。可替换地，可以在过程装置102的硬件中实现差分求算器180和/或修正器182。
在一些实施例中，差分求算器180接收当前的数字测量值132(I(n))和之前的数字测量值样本(I(n-1))，并计算数字测量值的变化(ΔI＝I(n)-I(n-1))。可以从过程装置102的存储器，如存储器134中获取之前的数字测量值样本I(n-1)。
差分求算器180将数字测量值样本的变化ΔI输出至修正器182。修正器182还接收当前的数字测量值样本I(n)和修正因子k，并根据方程式5计算近似的回路电流值164(IC)。修正因子k可以从过程装置102的存储器，如存储器134中获取，并且基于低通滤波器150和156的特性。在一些实施例中，触发回路电流验证电路124以响应于数字测量值132的变化进行这种诊断评估。
IC(n)＝I(n)-k×ΔI＝I(n)-k×(I(n)-I(n-1))方程式5
在一些实施例中，修正因子k被在过程装置102的制造期间确定，且大致对应于测量的回路电流值142的在数字测量值从其最小值过渡到其最大值时的斜率。在一些实施例中，修正因子k是数模转换器146的更新和模数转换器158的更新之间的时间周期的函数，而不是常数。
图9为示出根据本发明的实施例的用于验证二线式过程控制回路中的回路电流的在过程装置102中的方法的流程图。在步骤184中，采用如图3中所示的过程装置102的传感器120检测过程变量。在步骤186中，数字测量值132作为检测到的过程变量的函数从第一值变化到第二值，如图4中的顶部图表所示。随后，在步骤188中，采用第一低通滤波器150(图3)将数字测量值132转换成模拟测量值138。在一种实施例中，低通滤波器150为数模转换电路136的从数模转换器146接收输出信号152的部件，如图3所示。
在步骤190中，调整二线式过程控制回路106中的回路电流I。在一些实施例中，对回路电流I的这种调整由回路电流输出电路122进行，作为模拟测量值138的函数。
在步骤192中，检测回路电流I。在一些实施例中，回路电流I的这种检测由回路电流测量电路140的电流传感器154执行，该电流传感器154产生表示回路电流I的输出。在步骤194中，采用第二低通滤波器156将检测到的回路电流转换成测量的回路电流值142。如上所述，低通滤波器156从检测到的回路电流中去除高频信号并将过滤后的检测到的回路电流提供至模数转换器158以产生所测量的回路电流值142。
在步骤196中，基于数字测量值132以及第一和第二低通滤波器150和156的特性近似测量的回路电流值142，以产生近似的回路电流值164。在一些实施例中，采用上文参照图6描述的递归过程进行步骤196。在一些实施例中，根据上文参照图7描述的过程进行步骤196。
在步骤198中，将近似的回路电流值164与测量的回路电流值142进行比较。在步骤200处，基于所述比较产生诊断信号144。在一些实施例中，步骤198由回路电流验证电路124进行，如图5所示。如上所述，在步骤200中产生的诊断信号144例如可以用来指示回路电流I或过程装置102中的误差。
在一些实施例中，诊断信号144触发警报的发出。警报可以采取音频和/或视觉警报、信息(如，邮件、文本信息等)和/或其它警报的形式。
在一些实施例中，诊断信号144用作用于检测到的误差的补偿。例如，可以将诊断信号144反馈至微控制器130，该微控制器130可以调整数字测量值132以补偿该误差。
本发明的实施例涉及过程装置中的回路电流诊断。一些实施例涉及一种过程装置，包括数模转换电路、回路电流输出电路、回路电流测量电路和回路电流验证电路。数模转换电路被配置为将对应于检测到的参数的数字测量值转换成模拟测量值。在一种实施例中，数模转换电路包括第一低通滤波器。回路电流输出电路被配置为将二线式过程控制回路上的回路电流作为模拟测量值的函数进行控制。回路电流测量电路连接至所述过程控制回路并被配置为基于所述回路电流产生数字回路电流值。在一种实施例中，测量电路包括第二低通滤波器。回路电流验证电路被配置为基于数字测量值以及第一和第二低通滤波器的特性近似数字回路电流值。此外，回路电流验证电路被配置为基于近似的数字回路电流值和数字回路电流值的比较产生诊断信号。
一些实施例涉及过程装置中的用于验证二线式过程控制回路中的回路电流的方法。在该方法中，检测过程变量。将数字测量值作为检测到的过程变量的函数从第一值改变到第二值。随后采用第一低通滤波器将所述数字测量值转换成模拟测量值。将二线式过程控制回路中的回路电流作为所述模拟测量值的函数进行调整。检测二线式过程控制回路中的回路电流，采用第二低通滤波器将检测到的回路电流转换成数字回路电流值。基于数字测量信号以及第一和第二低通滤波器的特性近似数字回路电流值。基于所近似的数字回路电流值与数字回路电流值的比较产生诊断信号。
虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以在细节和形式方面进行变化。

Claims (15)

1.一种过程装置，包括：
过程变量传感器，所述过程变量传感器被配置为产生指示检测到的过程变量的输出信号；
回路电流输出电路，所述回路电流输出电路被配置为基于所述输出信号将二线式过程控制回路上的回路电流控制到一值；
回路电流测量电路，所述回路电流测量电路连接至所述二线式过程控制回路并被配置为基于所述回路电流产生测量的回路电流值；和
回路电流验证电路，所述回路电流验证电路被配置为基于所述输出信号和低通滤波器的特性近似所述回路电流值，并基于所近似的回路电流值和测量的回路电流值的比较产生诊断信号,
其中所述回路电流测量电路包括第二低通滤波器；并且所述回路电流验证电路被配置为基于所述第二低通滤波器的特性近似回路电流值。
2.根据权利要求1所述的过程装置，包括：
数模转换电路，所述数模转换电路被配置为将表示所述输出信号的数字测量值转换成模拟测量值，所述数模转换电路包括第一低通滤波器；
其中回路电流输出电路被配置为将所述回路电流作为所述模拟测量值的函数控制；并且
其中回路电流验证电路被配置为基于第一低通滤波器的特性近似回路电流值。
3.根据权利要求2所述的过程装置，其中回路电流验证电路被配置为基于第一低通滤波器的时间常数近似回路电流值。
4.根据权利要求1所述的过程装置，其中回路电流验证电路被配置为基于第二低通滤波器的时间常数近似回路电流值。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的过程装置，其中回路电流验证电路包括：
差分求算器，所述差分求算器具有对应于测量的回路电流值和所近似的回路电流值之间的差的误差估计输出；和
比较器，所述比较器被配置为比较误差估计输出和参考值，并响应于所述比较输出诊断信号。
6.根据权利要求4所述的过程装置，其中回路电流验证电路被配置为基于下述方程式递归地产生所近似的回路电流值：
IC1(n)＝a1×I(n)+b1×IC1(n-1)；和
IC2(n)＝a2×IC1(n)+b2×IC2(n-1)；
参数IC1(n)是基于数字测量值样本I(n)、之前修正过的样本IC1(n-1)以及值a1和b1输出的修正样本；参数IC2(n)是对应于数字测量值样本I(n)的近似的回路电流值样本，并且基于修正过的数字测量值样本IC1(n)、之前的近似数字测量值IC2(n-1)和值a2和b2计算得到；
其中，n表示当前的样本，n-1表示之前的样本，I是数字测量值，a1和b1是基于第一低通滤波器的时间常数计算出的，并且a2和b2是基于第二低通滤波器的时间常数计算出的。
7.根据权利要求1所述的过程装置，其中：
所述过程装置包括数模转换电路，所述数模转换电路被配置为将表示所述输出信号的数字测量值转换成模拟测量值；
回路电流输出电路被配置为将所述回路电流作为所述模拟测量值的函数控制；并且
回路电流验证电路基于存储器中存储的修正因子近似所述回路电流值。
8.根据权利要求7所述的过程装置，其中回路电流验证电路被配置为基于下述方程式近似所述回路电流值：
IC(n)＝I(n)-k×ΔI＝I(n)-k×(I(n)-I(n-1))；
参数IC(n)是近似回路电流值，I(n)是当前样本的数字测量值，I(n-1)是之前的样本的数字测量值；
其中，k为修正因子，n表示当前的样本，n-1表示之前的样本，并且I是数字测量值。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的过程装置，其中二线式过程控制回路为4-20毫安回路。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的过程装置，其中过程装置由二线式过程控制回路供电。
11.一种过程装置中的用于验证二线式过程控制回路中的回路电流的方法，包括下述步骤：
检测过程变量；
作为检测到的过程变量的函数将数字测量值从第一值改变到第二值；
采用第一低通滤波器将所述数字测量值转换成模拟测量值；
将二线式过程控制回路中的回路电流作为所述模拟测量值的函数进行调整；
检测二线式过程控制回路中的回路电流；
采用第二低通滤波器将检测到的回路电流转换成测量的回路电流值；
基于数字测量值以及第一和第二低通滤波器的特性近似测量的回路电流值；以及
基于所近似的回路电流值与测量的回路电流值的比较产生诊断信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中近似所测量的回路电流值的步骤包括基于下述方程式递归地产生所近似的回路电流值：
IC1(n)＝a1×I(n)+b1×IC1(n-1)；和
IC2(n)＝a2×IC1(n)+b2×IC2(n-1)；
参数IC1(n)是基于数字测量值样本I(n)、之前修正过的样本IC1(n-1)以及值a1和b1输出的修正样本；参数IC2(n)是对应于数字测量值样本I(n)的近似的回路电流值样本，并且基于修正过的数字测量值样本IC1(n)、之前的近似数字测量值IC2(n-1)和值a2和b2计算得到；
其中，n表示当前的数字样本，n-1表示之前的数字样本，I是数字测量值，a1和b1是基于第一低通滤波器的时间常数计算出的，并且a2和b2是基于第二低通滤波器的时间常数计算出的。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括从存储器中获取a1，b1，a2和b2的值的步骤。
14.根据权利要求11所述的方法，其中近似所测量的回路电流值的步骤包括将基于第一低通滤波器和第二低通滤波器的特性的修正因子施加至数字测量值。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括从过程装置的存储器中获取修正因子。
CN201310063286.3A 2012-05-29 2013-02-28 过程控制回路电流验证 Active CN103454485B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RUPCT/RU2012/000422 2012-05-29
PCT/RU2012/000422 WO2013180591A1 (en) 2012-05-29 2012-05-29 Process control loop current verification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103454485A CN103454485A (zh) 2013-12-18
CN103454485B true CN103454485B (zh) 2016-04-06

Family

ID=47557441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310063286.3A Active CN103454485B (zh) 2012-05-29 2013-02-28 过程控制回路电流验证

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9823276B2 (zh)
EP (1) EP2856269B1 (zh)
JP (1) JP6476111B2 (zh)
CN (1) CN103454485B (zh)
CA (1) CA2873034C (zh)
RU (1) RU2601186C2 (zh)
WO (1) WO2013180591A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014101945A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Messumformer mit Überwachungsfunktion
JP6901206B2 (ja) * 2015-10-12 2021-07-14 フィッシャー−ローズマウント システムズ，インコーポレイテッド Ｉ／ｏ抽象化フィールドデバイス構成を使用したプロセスプラント内のデバイスの結合
US11226242B2 (en) 2016-01-25 2022-01-18 Rosemount Inc. Process transmitter isolation compensation
US11226255B2 (en) 2016-09-29 2022-01-18 Rosemount Inc. Process transmitter isolation unit compensation
RU2642807C1 (ru) * 2016-11-11 2018-01-26 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр Завод Балансировочных машин" Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии (варианты)
JP6841261B2 (ja) * 2018-04-19 2021-03-10 横河電機株式会社 伝送器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0213767A2 (en) * 1985-08-12 1987-03-11 International Control Automation Finance S.A. Current loop arrangements
CN1799013A (zh) * 2003-06-05 2006-07-05 罗斯蒙德公司 使用过程变量传感器信号的过程装置诊断
CN101031852A (zh) * 2004-09-30 2007-09-05 罗斯蒙德公司 具有诊断通知的过程装置
CN101147181A (zh) * 2005-03-31 2008-03-19 罗斯蒙德公司 过程控制回路电流验证
CN101896792A (zh) * 2007-12-12 2010-11-24 西门子公司 用于生产过程用检测仪表的现场设备
DE102009050645A1 (de) * 2009-10-26 2011-04-28 Siemens Aktiengesellschaft Feldgerät zur Prozessinstrumentierung

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1577388A (en) 1923-05-19 1926-03-16 Hilger Ltd Adam Projection apparatus
US5032772A (en) 1989-12-04 1991-07-16 Gully Wilfred J Motor driver circuit for resonant linear cooler
JP3369267B2 (ja) 1992-10-28 2003-01-20 株式会社東芝 プラント遠隔監視装置
US6601005B1 (en) * 1996-11-07 2003-07-29 Rosemount Inc. Process device diagnostics using process variable sensor signal
JPH10149216A (ja) * 1996-11-19 1998-06-02 Toshiba Corp アナログ出力装置
JPH11132812A (ja) 1997-10-31 1999-05-21 Yamatake Corp 流量計
US7018800B2 (en) 2003-08-07 2006-03-28 Rosemount Inc. Process device with quiescent current diagnostics
US7298101B2 (en) 2005-02-28 2007-11-20 Panint Electronic Ltd. Continuously variable frequency swinging armature motor and drive
RU62754U1 (ru) 2005-11-02 2007-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина" Дискретный компенсационный режекторный фильтр (варианты)
DE102007062919A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Diagnose und/oder Ermittlung von Betriebs- bedingungen und/oder von Umgebungsbedingungen eines Feldgeräts der Prozessautomatisierungstechnik
DE102008054053B4 (de) * 2008-10-30 2013-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Feldgerät für die Prozessautomatisierung
RU2490596C1 (ru) 2009-07-09 2013-08-20 Роузмаунт Инк. Измерительный преобразователь технологического параметра с диагностикой двухпроводного контура управления процессом
DE102010041731A1 (de) 2010-09-30 2012-04-05 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Recover-Verfahren für ein Gerät mit einem analogen Stromausgang zur Ausgabe eines Messwertes oder eines Stellwertes
JP5141790B2 (ja) 2010-10-05 2013-02-13 横河電機株式会社 ２線式伝送器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0213767A2 (en) * 1985-08-12 1987-03-11 International Control Automation Finance S.A. Current loop arrangements
CN1799013A (zh) * 2003-06-05 2006-07-05 罗斯蒙德公司 使用过程变量传感器信号的过程装置诊断
CN101031852A (zh) * 2004-09-30 2007-09-05 罗斯蒙德公司 具有诊断通知的过程装置
CN101147181A (zh) * 2005-03-31 2008-03-19 罗斯蒙德公司 过程控制回路电流验证
CN101896792A (zh) * 2007-12-12 2010-11-24 西门子公司 用于生产过程用检测仪表的现场设备
DE102009050645A1 (de) * 2009-10-26 2011-04-28 Siemens Aktiengesellschaft Feldgerät zur Prozessinstrumentierung

Also Published As

Publication number Publication date
CA2873034C (en) 2019-03-12
WO2013180591A1 (en) 2013-12-05
US20130325381A1 (en) 2013-12-05
CN103454485A (zh) 2013-12-18
EP2856269B1 (en) 2017-05-17
CA2873034A1 (en) 2013-12-05
JP2015524108A (ja) 2015-08-20
JP6476111B2 (ja) 2019-02-27
RU2014153145A (ru) 2016-07-20
US9823276B2 (en) 2017-11-21
EP2856269A1 (en) 2015-04-08
RU2601186C2 (ru) 2016-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103454485B (zh) 过程控制回路电流验证
RU2490596C1 (ru) Измерительный преобразователь технологического параметра с диагностикой двухпроводного контура управления процессом
US5570300A (en) Self-validating sensors
US9846422B2 (en) Signal processing apparatus
RU2617885C2 (ru) Передатчик температуры процесса с улучшенной диагностикой датчика
US9285253B2 (en) Testing of a measuring device arrangement, corresponding measuring device arrangement and test arrangement
US10606228B2 (en) Measurement transducer having a monitoring function
CN104460575B (zh) 过程现场设备、传感系统、控制系统及构造和使用高通滤波器的方法
EP1384977A2 (en) Level switch with verification capability
CN107218955A (zh) 现场设备以及检测器
US8271227B2 (en) Measuring transducer
JP2022548717A (ja) プロセストランスミッタ及び試験方法
CN109284933A (zh) 一种基于数理统计的电子式互感器状态评估系统及方法
CN110268342A (zh) 用于自动化技术中的现场设备的电子电路
CN112414520B (zh) 一种流量计的故障检测系统
US9389629B2 (en) Measuring arrangement for determining a measured variable and method for generating an output signal relating to the measured variable
US11293790B2 (en) Piezoelectric transducer condition monitoring
CN115183832A (zh) 旋涡流量计用流量信号干扰诊断及处理方法、装置和设备
US8049524B2 (en) Method for detecting component defects of an analog signal processing circuit, especially for a measurement transmitter
CN116007663B (zh) 用于起落架收放系统的接近传感器实时解算方法及系统
RU2795496C1 (ru) Мониторинг состояния пьезоэлектрического преобразователя
CN114545107A (zh) 用测量仪器监视过程设备中测量的被测变量的方法
CN113708225A (zh) 一种开关柜内温湿度监测装置及监测方法
JP5700249B2 (ja) 伝送器の異常警報装置
CN116447119A (zh) 一种水泵无水保护的控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Minnesota, USA

Applicant after: Rosemount Inc.

Address before: Minnesota, USA

Applicant before: Rosemount Inc.

COR Change of bibliographic data
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant