CN104641309A - 用于监视工业过程的方法和耳保护系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及借助于具有带有左扬声器和右扬声器的耳保护单元的耳保护系统来监视工业过程的方法。该方法包括：基于由耳保护单元定义的坐标系与由工业过程的工业过程环境定义的坐标系之间的角度，并且基于相对于工业过程环境的坐标系中的工业过程构件的位置的、工业过程环境的坐标系中的耳保护单元的坐标系的原点的位置，获得（S2）要提供声音的方向；获得（S4）与工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据；以及借助于左扬声器和右扬声器的至少一个来提供（S5）模拟来自该方向的起源的3-d声音，该3-d声音指示工业过程构件的状态，其中，3-d声音模拟至少一个过程变量的实际的声音，反映至少一个过程变量的实时状态。在本文中还提出实行该方法的耳保护系统。

Description

用于监视工业过程的方法和耳保护系统
技术领域
实际本公开涉及用于监视工业过程的方法和耳保护系统。
背景技术
实际诸如油气、纸浆造纸、金属和采矿、发电以及石油化工精炼厂的工业内的工业过程利用用于允许实行工业过程的步骤的工业过程构件，即过程设备。这样的工业过程构件可以是例如罐、阀、电动机或控制器。工业过程构件一起形成工业过程的工业过程环境。
实际过程设备典型地装备有测量过程变量的一个或更多个传感器，以致于可以适当地由监视和控制系统监视工业过程。借助于监视和控制系统，可以实时地监视并控制工业过程的各种工业过程构件的状态。典型地以在例如监控和数据获取系统（SCADA）的操作员显示器上呈现的过程图形的形式提供监视。还能够借助于装备在工业过程构件上的显示器装置来提供监视，如此布置，以致于在过程工程师位于工业过程环境中时，例如维修工程师可能能够检查工业过程构件的状况和状态。
实际对工业过程构件的状态的警报处理和察觉可能牵涉控制室中的操作员与存在于工业过程环境中的维修工程师之间的通信。例如，警报处理可能要求位于工业过程环境中的维修工程师从工业过程的控制室中的操作员接收关于工业过程构件的异常状况的警报信息。操作员与维修工程师之间的通信费时间，并且，是分配人力资源的低效的方式。
实际DE 10 2008 021607公开了装备有工厂的模型的系统。空间坐标可用于所观察的工厂构件。特定的经调准的声信号可用于模型中的工厂构件的状况。操作员传递关于定位或关于工厂构件的当前的状况的双耳声信息。在D1中，使用立体声耳机，并且，能够确定立体声耳机的方向和离系统构件的距离。创建空间声音，并且，用户有声音起源于工厂构件的印象。来自系统构件的声音是警报。
实际WO 2011/038838公开了将工业工厂的信号分类并确定当前的状态以作为结果的机器分类器。在当前的状态的基础上，音频分布从许多音频分布选择，并且，以合成地生成的声信号的形式发给工厂操作员。出于该目的，连续地评价工业工厂的状态，并且，例如，在MIDI音序器的帮助下，工业工厂的状态用于操纵一段音乐或合成地生成的人为的背景噪声的不同的音轨。工厂操作员从而能够辨别与工业工厂的正常操作的背离。工厂操作员能够经由听觉而得知工业工厂的状态，或得知，在某些情形下，工业工厂听起来不对。
实际DE 297 06 151公开了用于在生产工厂的不同的生产区中故障和质量问题的声信号传输的装置。
实际US 2008/249744公开了用于在流体泄漏诊断中使用的泄漏诊断器。在枪状诊断器的前端，安置有麦克风和用于在流体泄漏点处检测超声波的光束源。诊断器还包括用于输出检测声音的耳机，该检测声音是从来自麦克风的所检测到的超声波转换的可听见的声音。诊断服务人员将诊断器的前端朝向检测目标部分引导，并且，当在视觉上确定来自光束源的光束的所照射的点p时，服务人员将逐渐地改变诊断器的前端的定向。对于每个定向，如果存在泄漏点，则基于超声波的检测值（声压）和针对每个定向而从耳机输出的检测声音来检测泄漏点。
发明内容
实际鉴于上文，期望能够提供允许位于工业过程环境中的人员对工业过程构件的有效的警报处理和状态察觉的方法和耳保护系统。
实际因此，根据本公开的第一方面，提供一种借助于具有耳保护单元的耳保护系统来监视工业过程的方法，所述耳保护单元带有左扬声器和右扬声器，其中，该方法包括：基于由耳保护单元定义的坐标系与由工业过程的工业过程环境定义的坐标系之间的角度，并且基于相对于工业过程环境的坐标系中的工业过程构件的位置的、工业过程环境的坐标系中的耳保护单元的坐标系的原点的位置，获得要提供声音的方向；获得与工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据；以及借助于左扬声器和右扬声器的至少一个来提供模拟来自该方向的起源的3-d声音，该3-d声音指示工业过程构件的状态，其中，3-d声音模拟至少一个过程变量的实际的声音，反映至少一个过程变量的实时状态。
实际从而可获得的效果是耳保护系统的用户可以接收沿所获得的方向定位的工业过程构件的状态的指示。维修工程师从而可能能够利用其听觉来进行工业过程监视。具体地，本公开提供借助于听觉增强的实际感的工业过程监视，其中察觉到声音从感兴趣的工业过程构件的方向发出。
实际一个实施例包括获得从工业过程环境的坐标系中的耳保护单元的坐标系的原点至工业过程环境的坐标系中的工业过程构件的位置的距离，并且在提供3-d声音的步骤之前，基于该距离而确定3-d声音的强度。
实际一个实施例包括，在获得方向的步骤之前，接收工业过程构件的选择。
实际根据一个实施例，工业过程的坐标系以已选择的工业过程构件为中心。
实际根据一个实施例，获得该方向的步骤还基于工业过程构件处的事件的发生，其中，3-d声音是指示该事件的发生的警报声音。
实际一个实施例包括获得与工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据，其中，3-d声音模拟至少一个过程变量的实际的声音，反映至少一个过程变量的实时状态。
实际根据本公开的第二方面，提供计算机程序，该计算机程序包括计算机可运行的构件，该计算机可运行的构件用于在计算机可运行的构件在耳保护单元中所包括的处理器上运行时，使耳保护单元执行第一方面中所述的步骤。
实际根据第三方面，提供包括计算机可读介质的计算机程序产品，计算机可读介质具有包含于其中的第二方面的计算机程序。
实际根据本公开的第四方面，提供用于监视工业过程的耳保护系统，其中，耳保护系统包括：耳保护单元，具有左扬声器和右扬声器；和处理器，布置成基于由耳保护单元定义的坐标系与由工业过程的工业过程环境定义的坐标系之间的角度，并且基于相对于工业过程环境的坐标系中的工业过程构件的位置的、工业过程环境的坐标系中的耳保护单元的坐标系的原点的位置，获得将生成声音的方向，并且，生成模拟来自该方向的起源的3-d声音，该3-d声音指示工业过程构件的状态，其中，左扬声器和右扬声器布置成提供由处理器生成的3-d声音，其中，处理器布置成获得与工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据，其中，3-d声音模拟至少一个过程变量的实际的声音，反映至少一个过程变量的实时状态。
实际根据一个实施例，处理器布置成获得从工业过程环境的坐标系中的耳保护单元的坐标系的原点至工业过程环境的坐标系中的工业过程构件的位置的距离，并且基于该距离而确定要由处理器生成的3-d声音的强度。
实际根据一个实施例，处理器布置成接收工业过程构件的选择。
实际根据一个实施例，工业过程的坐标系以已选择的工业过程构件为中心。
实际根据一个实施例，处理器布置成还基于工业过程构件处的事件的发生而获得该方向，其中，3-d声音是指示事件的发生的警报声音。
实际根据一个实施例，处理器布置成获得与工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据，其中，3-d声音模拟至少一个过程变量的实际的声音，反映至少一个过程变量的实时状态。
实际通常，权利要求中所使用的全部术语将根据其在技术领域中的通常意义来解释，除非在本文中另外明确地定义。对一/一个/该元件、设备、构件、部件等的全部参考将被开放地解释为是指元件、设备、构件、部件等的至少一个实例，除非另外明确地声明。此外，方法中的任何步骤不一定必须按照所提出的顺序实行，除非另外明确地声明。
附图说明
实际现在，将参考附图并通过示例而描述本发明构思的具体实施例，其中：
图1a-b示出用于监视工业过程的耳保护系统的示例；
图2a-b分别示出耳保护单元和工业过程环境的坐标系，在工业过程环境中描绘耳保护单元的坐标系；
图3a-b示出图1a-b中的耳保护系统的应用的示例；以及
图4是借助于耳保护单元来监督工业过程的方法的流程图。
具体实施方式
实际现在，将参考示出例示的实施例的附图，在下文中更充分地描述本发明构思。然而，本发明构思可以以许多不同的形式体现，并且，不应当被解释为限于在本文中阐明的实施例；更确切地说，这些实施例经由示例而提供，以便本公开将是详尽的且完整的，并且，将本发明构思的范围完全地传达给本领域技术人员。贯穿描述，同样的数字是指同样的元件。
实际图1a描绘包括移动装置3和耳保护单元10-1的耳保护系统1-1的第一示例。工业过程将被理解为意味着牵涉在制造、生产、发电、制作或精炼方面给予帮助的化学步骤、电步骤或机械步骤的程序。这样的工业过程的示例是关于油气的精炼、石油化工工业、发电、输电、配电、金属和采矿、化学工业、纸浆和造纸或例如制造工业或食品工业中的自动化的过程。工业过程环境是实行工业过程的化学步骤、电步骤或机械步骤的封闭区。工业过程环境的示例是工厂地板或变电站。
实际移动装置3包括处理器5、存储器7以及天线9，存储器7即在其中存储有软件的计算机可读介质，该软件能够载入处理器中，以实行在本文中提出的方法。移动装置3能够是例如智能手机、平板电脑或为了在工业过程环境中使用而特别制造的便携式装置。如果移动装置3例如由智能手机或平板电脑体现，则在本文中提出并由处理器5运行的一部分方法可以有利地实现为可下载的应用。
实际移动装置3布置成连接至耳保护单元10-1，例如具有保护耳保护单元10-1的用户的耳朵的两个衬垫的耳罩。耳保护单元10-1的每个盖包括允许三维（3-d）声音或环绕声的声音的再现的扬声器11。耳保护单元10可以用缆绳或无绳地、例如借助于蓝牙®而连接至移动装置3。
实际图1b描绘耳保护系统的第二示例。根据第二示例，移动装置3的功能与例如耳罩的耳保护单元10-2集成。为了该目的，耳保护系统1-2由耳保护单元10-2体现，并且，包括处理器5、存储器7、天线9以及扬声器11，存储器7即在其中存储有软件的计算机可读介质，该软件能够载入处理器中，以实行在本文中提出的方法。
实际根据耳保护系统1-1和1-2的每个的一个变化，处理器可以布置成过滤掉环境声音。根据该变化，第一示例和第二示例的每个的耳保护系统可以包括用于记录环境声音的麦克风，其中，处理器可以布置成创建干扰环境声音的声波，以致提供相消干扰效应。
实际耳保护系统1-1和1-2的每个布置成借助于天线9而与诸如分布式控制系统（DCS）、SCADA系统或SCADA系统和DCS系统的组合的工业控制系统无线地通信。出于该目的的工业控制系统的示例是ABB®800xA控制系统。
实际耳保护系统1-1、1-2的处理器5分别布置成在由耳保护单元10-1和10-2定义的坐标系中获得将生成声音的方向，并且，生成模拟来自该方向的起源的3-d声音。由处理器5生成的3-d声音提供沿模拟3-d声音所起源的方向定位的特定的工业过程构件的状态的指示，从而允许佩戴耳保护单元10-1、10-2的人获得对当前的状态或工业过程构件的状态的理解。
实际图2a示出由耳保护单元10-1、10-2定义的坐标系CE。坐标系CE的原点OE布置于耳保护单元10-1、10-2的左扬声器L与右扬声器R之间的中心点。坐标系CE的原点OE定义能够由左扬声器L和右扬声器R提供的声景的中心点。坐标系CE的x轴XE从自左扬声器L至右扬声器R的方向直通左扬声器L与右扬声器R的中心点。y轴YE定义参考轴，沿着该轴，察觉到声音直接地起源于佩戴耳保护单元10-1、10-2的人的后面或前面。
实际图2b示出具有耳保护单元10-1、10-2的工业过程环境的坐标系CI，并且，因而示出由布置于工业过程环境的坐标系CI中的耳保护单元10-1、10-2和工业过程构件P定义的坐标系CE。在图2b中的示例中，耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE相对于工业过程环境的坐标系CI成一个角度α而布置。基于由耳保护单元10-1、10-2定义的坐标系CE与由工业过程环境定义的坐标系CI之间的角度α，并且基于相对于工业过程环境的坐标系CI中的工业过程构件P的位置的、工业过程环境的坐标系CI中的耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE的原点OE的位置，获得要由耳保护系统1-1、1-2的处理器5生成的3-d声音的方向，该方向是耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE中的工业过程构件P的方向。
实际参考图3a-b和图4，现在将更详细地描述监视工业过程时的耳保护系统1-1、1-2的操作。
实际典型地为维修工程师的、耳保护系统1-1、1-2的用户，有利地，在位于工业过程环境中时，他或她携带耳保护系统1-1、1-2，从而能够监视布置于工业过程环境中的工业过程构件的状态。
实际布置成监视并控制工业过程的工业控制系统布置成接收与过程变量相关的过程变量数据，过程变量要由来自布置成测量工业过程的过程变量的多个传感器的工业控制系统控制。
实际根据一个实施例，在步骤S1中，由处理器5接收工业过程构件的选择。如在下文中所描述，基于选择，处理器5将从耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE中的所选择的工业过程构件的方向生成3-d声音。选择可以例如基于用户选择，其中，处理器5接收例如维修工程师想要检查的工业过程构件的用户选择。可以例如借助于布置在工业过程构件上的射频识别（RFID）标签、布置在工业过程构件上的矩阵条码，或借助于由耳保护系统的用户佩戴的特殊的眼镜、布置成提供对工业过程环境中的工业过程构件的识别的眼镜，基于移动装置3或耳保护单元10-2定向于工业过程环境的坐标系CI中的方向而获得选择。
实际备选地，当在工业过程中发生创建警报的事件时，可以由工业控制系统或处理器5自动地选择工业过程构件。这样的选择因而可以基于例如过程变量值。
实际工业过程的坐标系可以以已选择的工业过程构件为中心，或备选地，可以固定地以工业过程环境中的参考点为中心。
实际在步骤S2中，基于由耳保护单元10-1、10-2定义的坐标系CE与由工业过程环境定义的坐标系CI之间的角度α，并且基于相对于工业过程环境的坐标系CI中的工业过程构件的位置的、工业过程环境的坐标系CI中的耳保护单元的坐标系CE的原点OE的位置，获得要由处理器5生成3-d声音的方向。工业过程环境坐标系CI中的耳保护系统1-1、1-2的位置可以例如借助于诸如全球定位系统（GPS）的全球卫星导航系统（GNSS）、基于Wi-Fi的定位系统或其他合适的室内定位系统来获得。耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE与工业过程环境的坐标系CI之间的角度α能够例如借助于装备在耳保护系统1-1、1-2中的陀螺仪来确定。
实际根据一个变化，可以由处理器5确定原点OE的位置，其中，位置或定位发送至工业控制系统，以致于工业控制系统可以确定耳保护系统1-1、1-2将生成3-d声音的方向。从而可以从工业控制系统获得将生成3-d声音的方向。备选地，可以由基于如上文所提到的相同的参数而确定方向的处理器5获得将生成3-d声音的方向。备选地，耳保护系统1-1、1-2可以布置成传送信号，该信号能够由工业控制系统用来确定耳保护单元10-1、10-2的位置或定位，其中，由工业控制系统确定位置，以致于工业控制系统可以确定耳保护系统1-1、1-2将生成3-d声音的方向。从而可以从工业控制系统获得将生成3-d声音的方向。
实际根据一个实施例，在步骤S3中获得从工业过程环境的坐标系CI中的耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE的原点OE至工业过程环境的坐标系CI中的工业过程构件的位置的距离。要由处理器5生成的3-d声音的强度能够根据这样的基于距离的实施例而获得。耳保护系统1-1、1-2的用户可以借助于声音强度，从而能够获得对离正在考虑的工业过程构件的距离的理解。在工业过程的坐标系CI中，距离有利地通过由用户携带来随着耳保护单元10-1、10-2运动而更新。从而所提供的3-d声音的强度能够基于距离而变化。要注意到，可以在步骤S2之前或之后执行步骤S3。
实际在步骤S5中，借助于左扬声器和右扬声器的至少一个来模拟来自该方向的起源的3-d声音被规定为由处理器5生成或已生成。3-d声音指示工业过程构件的状态。
实际根据一个实施例，在提供3-d声音的步骤S5之前，在步骤S4中获得与工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据。实时过程变量数据可以例如由工业控制系统提供-实时过程变量数据可能例如与管中的流体流量或锅炉中燃烧的速率有关。根据这样的实施例，3-d声音模拟至少一个过程变量的实际的声音，反映至少一个过程变量的实时状态。处理器5可以生成具有在耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE中连续地运动的起源的3-d声音，该3-d声音反映其模拟的至少一个过程变量的运动。因此，维修工程师可能能够听到在例如管中从左到右流动的流体的模拟。
实际图3a示出由耳保护单元10-1、10-2定义的坐标系CE布置成相对于工业过程环境的坐标系CI而成一个角度α的示例。基于相对于经受事件的工业过程构件P、由耳保护单元10-1、10-2定义的坐标系CE的原点OE的位置，获得3-d声音要由处理器5生成并由扬声器11提供的方向、在耳保护单元10-1、10-2的坐标系CE中所成的角度β。由扬声器11提供的3-d声音是指示事件的发生的警报声音，3-d声音模拟来自耳保护单元10-1、10-2所定义的坐标系CE中的工业过程构件P的方向的起源。根据图3a中的示例，事件的发生触发工业过程构件P的选择，并且因而触发3-d声音的生成。从而，维修工程师可能能够迅速地察觉到工业过程构件P的状态，顺着方向到达工业过程构件P的位置且可能执行缓解动作，该方向随着耳保护单元10-1、10-2在工业过程环境的坐标系CI中运动并因而由耳保护单元定义的坐标系CE运动而持续地更新。
实际图3b示出这样的示例：维修工程师13站立在工业过程构件的前面，工业过程构件采取包括第一管15-1、第二管15-2以及第三管15-3的管道系统15的形式，流体F流动于管道系统15中。维修工程师13可以借助于耳保护系统10-1、10-2来选择第一管15-1、第二管15-2以及第三管15-3的哪一个他想要监视或检查状态。第二管15-2已被例如减少第二管15-2中的流体流量的有机沉淀物16部分地阻塞。通过选择第二管15-2，设想维修工程师将不仅听到比第二管15-2适当地运作的情况更弱的流体流动声音的模拟，而且还能够由耳保护单元10-1、10-2的用户察觉流体流动的方向。在图3b的示例中，向上流动的方向因此将被穿戴耳保护单元10-1、10-2的维修工程师13听到。因而，将增强维修工程师对工业过程构件的状态的察觉。
实际主要地在上文中参考几个示例而描述本发明构思。然而，如本领域技术人员容易地意识到的，除了在上文中公开的实施例以外的其他实施例同样地可能在如由所附权利要求定义的本发明构思的范围内。

Claims (12)

1. 一种借助于具有耳保护单元（10-1；10-2）的耳保护系统（1-1；1-2）来监视工业过程的方法，所述耳保护单元（10-1；10-2）带有左扬声器（L）和右扬声器（R），其中，所述方法包括：
基于由所述耳保护单元（10-1；10-2）定义的坐标系（CE）与由所述工业过程的工业过程环境定义的坐标系（CI）之间的角度（α），并且基于相对于所述工业过程环境的所述坐标系（CI）中的工业过程构件（P）的位置的、所述工业过程环境的所述坐标系（CI）中的所述耳保护单元（10-1；10-2）的所述坐标系（CE）的原点（OE）的位置，获得（S2）要提供声音的方向，
获得（S4）与所述工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据，以及
借助于所述左扬声器（L）和所述右扬声器（R）的至少一个来提供（S5）模拟来自所述方向的起源的3-d声音，该3-d声音指示所述工业过程构件的状态，其中，所述3-d声音模拟所述至少一个过程变量的实际的声音，反映所述至少一个过程变量的实时状态。
2. 如权利要求1所述的方法，包括获得（S3）从所述工业过程环境的所述坐标系中的所述耳保护单元（10-1；10-2）的所述坐标系（CE）的所述原点至所述工业过程环境的所述坐标系中的所述工业过程构件的所述位置的距离，并且在提供所述3-d声音的所述步骤（S5）之前，基于所述距离而确定所述3-d声音的强度。
3. 如权利要求1或2所述的方法，包括，在获得所述方向的所述步骤（S2）之前，接收所述工业过程构件的选择。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述工业过程的所述坐标系（CI）以已选择的所述工业过程构件为中心。
5. 如先前的权利要求的任一项所述的方法，其中，获得所述方向的所述步骤（S2）还基于所述工业过程构件处的事件的发生，其中，所述3-d声音是指示所述事件的发生的警报声音。
6. 一种计算机程序，包括计算机可运行的构件，该计算机可运行的构件用于在所述计算机可运行的构件在耳保护单元中所包括的处理器上运行时，使所述耳保护单元执行权利要求1-5的任一项中所述的步骤。
7. 一种计算机程序产品，包括计算机可读介质，所述计算机可读介质具有包含于其中的如权利要求6所述的计算机程序。
8. 一种用于监视工业过程的耳保护系统（1-1；1-2），其中，所述耳保护系统（1-1；1-2）包括：
耳保护单元（10-1；10-2），具有左扬声器（L）和右扬声器（R），和
处理器（5），布置成基于由所述耳保护单元（10-1；10-2）定义的坐标系（CE）与由所述工业过程的工业过程环境定义的坐标系（CI）之间的角度（α），并且基于相对于所述工业过程环境的所述坐标系（CI）中的工业过程构件（P）的位置的、所述工业过程环境的所述坐标系（CI）中的所述耳保护单元（10-1；10-2）的所述坐标系（CE）的原点（OE）的位置，获得将生成声音的方向，并且，生成模拟来自所述方向的起源的3-d声音，该3-d声音指示所述工业过程构件的状态，其中，所述左扬声器和所述右扬声器布置成提供由所述处理器生成的3-d声音，其中，所述处理器（5）布置成获得与所述工业过程构件的至少一个过程变量相关的实时过程变量数据，其中，所述3-d声音模拟所述至少一个过程变量的实际的声音，反映所述至少一个过程变量的实时状态。
9. 如权利要求8所述的耳保护系统（1-1；1-2），其中，所述处理器（5）布置成获得从所述工业过程环境的所述坐标系中的所述耳保护单元的所述坐标系的所述原点至所述工业过程环境的所述坐标系中的所述工业过程构件的所述位置的距离，并且基于所述距离而确定要由所述处理器生成的3-d声音的强度。
10. 如权利要求8或9所述的耳保护系统（1-1；1-2），其中，所述处理器（5）布置成接收所述工业过程构件的选择。
11. 如权利要求8-10的任一项所述的耳保护系统（1-1；1-2），其中，所述工业过程的所述坐标系以已选择的所述工业过程构件为中心。
12. 如权利要求8-11的任一项所述的耳保护系统（1-1；1-2），其中，所述处理器（5）布置成还基于所述工业过程构件处的事件的发生而获得所述方向，其中，所述3-d声音是指示所述事件的发生的警报声音。
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