CN106370220A - 自动化仪表故障检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动化仪表检测领域。为提高自动化仪表故障检测效率，本发明提出一种自动化仪表故障检测系统，数据采集装置与自动化仪表中的传感器的输入端和输出端以及变送器的输出端连接，采集被测信号、传感器输出的初始电信号以及变送器输出的放大电信号值x(t)、u(t)和U(t)并实时传输到处理控制装置中；处理控制装置处理x(t)和u(t)得到残差信号r(t)，根据x(t)和r(t)判断传感器是否发生故障；处理控制装置对u(t)和U(t)随时间的变化趋势进行比较，当变化趋势一致时，变送器无故障，当变化趋势不一致时，变送器发生故障；传感器和/或变送器发生故障时，报警装置发出报警信号。采用本发明自动化仪表故障检测系统对自动化仪表的故障进行检测，检测方便快捷，效率高。

Description

自动化仪表故障检测系统
技术领域
本发明涉及自动化仪表检测领域，尤其涉及一种对自动仪表进行故障检测用的检测系统。
背景技术
现在，无论是生产建设领域，还是环境保护监测领域，为提高效率，降低成本，都大量使用自动化仪表对相关的物理量、物质成分及物性参数进行检测计算。一旦自动化仪表因故障而无法对相关的物理量、物质成分及物性参数进行检测计算，或者因故障而无法准确检测计算出相关的物理量、物质成分及物性参数时，将导致生产建设延误、环境监测不准确。但是，目前市场上用于对自动化仪表的故障进行检测的设备较少，检测人员多只能通过人工检测或者根据经验判断自动化仪表是否出现故障，检测效率低。
发明内容
为提高自动化仪表故障检测效率，本发明提出一种自动化仪表故障检测系统，该自动化仪表故障检测系统包括数据采集装置、处理控制装置、报警装置以及为所述数据采集装置、所述处理控制装置和所述报警装置供电用的电源；所述数据采集装置与所述自动化仪表中的传感器的输入端和输出端以及变送器的输出端连接，用于采集被测信号x、所述传感器输出的初始电信号u以及所述变送器输出的放大电信号U在t时刻的值x(t)、u(t)和U(t)，并将采集到的被测信号x(t)、初始电信号u(t)和放大电信号U(t)实时传输到所述处理控制装置中；
所述处理控制装置对所述被测信号x(t)和所述初始电信号u(t)进行处理得到残差信号r(t)，当所述被测信号x(t)的均值不恒为0时，且当所述残差信号r(t)随尺度s的增大而趋于0时，所述传感器无故障发生；当所述残差信号r(t)在各尺度上出现明显的极值点时，所述传感器发生故障；
当所述被测信号x(t)的均值恒为0时，且当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)≈0，所述传感器无故障发生；当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)的均值也发生变化，所述传感器发生故障；
所述处理控制装置对所述初始电信号u(t)和所述放大电信号U(t)随时间的变化趋势进行比较，当变化趋势一致时，所述变送器无故障发生，当变化趋势不一致时，所述变送器发生故障；
所述报警装置与所述处理控制装置电连接，当所述传感器和/或所述变送器发生故障时，所述报警装置根据所述处理控制装置发出的控制命令发出报警信号。
自动化仪表是采用传感器采集被测量量(被测信号)并将被测量量转换成微弱的初始电信号输出并将该微弱的初始电信号输入到变送器中，经变送器放大形成放大电信号输送到自动化仪表中的处理控制器中，再经处理控制器处理形成可读信号在自动化仪表的显示屏中显示出来。由于自动化仪表中的处理控制器及显示屏通常是由计算机来实现的，而目前计算机的软硬件的可靠性已经达到了较高的水平，故在对自动化仪表的故障进行检测时，主要是对自动化仪表中的传感器和变送器的故障进行检测。
采用本发明自动化仪表故障检测系统对自动化仪表的故障进行检测时，处理控制装置根据被测信号x(t)、初始电信号u(t)、放大电信号U(t)和残差信号r(t)自行对待检测的自动化仪表中的传感器和变送器是否发生了故障进行判断，并在待检测的自动化仪表中的传感器和/或变送器发送故障时向报警装置发出控制命令，使报警装置发出报警信号，检测方便快捷，效率高。
优选地，所述数据采集装置对所述被测信号x(t)、所述初始电信号u(t)和所述放大电信号U(t)进行实时采集，所述处理控制装置利用时序冗余法对所述传感器的故障进行检测。
优选地，所述处理控制装置对所述被测信号x(t)和所述初始电信号u(t)进行处理时，所述处理控制装置对所述被测信号x(t)和所述初始电信号u(t)进行小波变换得到Wx(s,t)和Wu(s,t)，并得到残差信号r(t)，当所述被测信号x(t)的均值不恒为0时，
其中，
k ^ = Σ l W u ( s , t ) W x ( s , t ) Σ l [ W x ( s , t ) ] 2 ,
s表示小波变换的尺度，
且当所述残差信号r(t)随尺度s的增大而趋于0时，所述传感器无故障发生；当所述残差信号r(t)在各尺度上出现明显的极值点时，所述传感器发生故障；
当所述被测信号x(t)的均值恒为0时，且当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)≈0，所述传感器无故障发生；当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)的均值也发生变化，所述传感器发生故障。
这样，根据被测信号x(t)的均值、方差以及残差信号r(t)的值的变化可直观地判断出自动化仪表中的传感器是否发生故障，检测简单方便。
优选地，所述数据采集装置包括信号采集器和数据采集器，所述信号采集器与所述自动化仪表中的传感器的输入端连接，用于采集所述被测信号x(t)；所述数据采集器与所述传感器的输出端和所述变送器的输出端连接，用于采集所述初始电信号u(t)和所述放大电信号U(t)。
优选地，所述信号采集器为传感器。
优选地，所述处理控制装置为微处理器或中央处理器。
优选地，所述自动化仪表故障检测系统包括显示装置和存储装置，且所述显示装置与所述处理控制装置连接，用于显示所述被测信号x(t)、所述初始电信号u(t)、所述残差信号r(t)和所述放大电信号U(t)。进一步地，所述显示装置采用多窗口显示，方便检测人员观察检测数据，进而便于检测人员根据检测数据得出检测结果。
优选地，所述自动化仪表故障检测系统包括存储装置，且该存储装置与所述处理控制装置连接，用于存储所述被测信号x(t)、所述初始电信号u(t)、所述残差信号r(t)和所述放大电信号U(t)。进一步地，所述存储装置采用具有掉电保护的存储器，以便于对检测数据进行长期存储，进而便于检测人员根据需要对检测数据进行回放。
附图说明
图1为本发明自动化仪表故障检测系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明自动化仪表故障检测系统包括数据采集装置1、处理控制装置2、存储装置3、显示装置4、报警装置5以及为数据采集装置1、处理控制装置2、存储装置3、显示装置4和报警装置5供电用的电源(图中未视出)。其中，数据采集装置1包括信号采集器11和数据采集器12，且信号采集器11与待检测自动化仪6中的传感器61的输入端连接，用于实时采集被测信号x(t)；数据采集器12与传感器61的输出端和变送器62的输出端连接，用于实时采集初始电信号u(t)和放大电信号U(t)。优选地，信号采集器11为传感器。数据采集器12采集数据的类型与待检测自动化仪表中的传感器61一致，比如，当待检测自动化仪表6中的传感器61为电流传感器时，数据采集器12为电流数据采集器；当待检测自动化仪表6中的传感器61为温度传感器时，数据采集器12为温度数据采集器。数据采集装置1的输出端与处理控制装置2的输入端连接，并将采集到的数据比如被测信号x(t)、初始电信号u(t)和放大电信号U(t)实时传输到处理控制装置2中。处理控制装置2利用时序冗余法对被测信号x(t)和初始电信号u(t)进行处理得到残差信号r(t)，并根据被测信号x(t)、初始电信号u(t)及残差信号r(t)之间的对应关系判断传感器61是否发生故障；处理控制装置2对初始电信号u(t)和放大电信号U(t)随时间的变化趋势进行比较，当变化趋势一致时，变送器62无故障发生；当变化趋势不一致时，变送器62发生故障。报警装置5与处理控制装置2电连接，且当传感器61和/或变送器62发生故障时，报警装置5根据处理控制装置2发出的控制命令发出报警信号；当传感器61和变送器62均无故障发生时，处理控制装置2无控制命令向报警装置5发出，报警装置5不会发出报警信号。处理控制装置2的输出端与显示装置4以及存储装置3电连接，将被测信号x(t)、初始电信号u(t)、残差信号r(t)和放大电信号U(t)传输到的显示装置4中进行显示，并传输到存储装置3中进行存储。优选地，处理控制装置2为微处理器或中央处理器，运算处理速度快；显示装置4采用多窗口显示，便于检测人员读取检测数据，进而根据检测数据得出检测结果；存储装置3采用具有掉电保护的存储器，以便于对检测数据进行长期存储，进而便于检测人员根据需要利用处理控制装置2调取存储装置3中存储的检测数据到显示装置4中对检测数据进行回放。
处理控制装置2采用时序冗余法对待检测自动化仪表6中的传感器61的故障进行检测时，具体如下：
由于数据采集装置1在t时刻实时采集到的被测信号为x(t)，且待检测自动化仪表6中的传感器61在t时刻输出的初始电信号为u(t)，故u(t)＝f[c，x(t)]，其中，c为传感器61自身的转换系数。
处理控制装置2对被测信号x(t)和初始电信号u(t)进行小波变换得到Wx(s,t)和Wu(s,t)，且当传感器61没有故障发生时，在全时域上成立，其中，
s表示小波变换的尺度。
当被测信号x(t)的均值不恒为0时，残差信号且当残差信号r(t)随尺度s的增大而趋于0时，传感器61无故障发生；当残差信号r(t)在各尺度上出现明显的极值点时，传感器61发生故障；
当被测信号x(t)的均值恒为0时，残差信号且当被测信号x(t)的方差发生突变时，残差信号r(t)≈0，传感器61无故障发生；当被测信号x(t)的方差发生突变时，残差信号r(t)的均值也发生变化，传感器61发生故障。
这样，检测人员根据被测信号x(t)的均值、方差以及残差信号r(t)的值的变化可直观地判断出自动化仪表中的传感器是否发生故障，检测简单方便。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种自动化仪表故障检测系统，其特征在于，该自动化仪表故障检测系统包括数据采集装置、处理控制装置、报警装置以及为所述数据采集装置、所述处理控制装置和所述报警装置供电用的电源；所述数据采集装置与所述自动化仪表中的传感器的输入端和输出端以及变送器的输出端连接，用于采集被测信号x、所述传感器输出的初始电信号u以及所述变送器输出的放大电信号U在t时刻的值x(t)、u(t)和U(t)，并将采集到的被测信号x(t)、初始电信号u(t)和放大电信号U(t)实时传输到所述处理控制装置中；
所述处理控制装置对所述被测信号x(t)和所述初始电信号u(t)进行处理得到残差信号r(t)，当所述被测信号x(t)的均值不恒为0时，且当所述残差信号r(t)随尺度s的增大而趋于0时，所述传感器无故障发生；当所述残差信号r(t)在各尺度上出现明显的极值点时，所述传感器发生故障；
当所述被测信号x(t)的均值恒为0时，且当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)≈0，所述传感器无故障发生；当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)的均值也发生变化，所述传感器发生故障；
所述处理控制装置对所述初始电信号u(t)和所述放大电信号U(t)随时间的变化趋势进行比较，当变化趋势一致时，所述变送器无故障发生，当变化趋势不一致时，所述变送器发生故障；
所述报警装置与所述处理控制装置电连接，当所述传感器和/或所述变送器发生故障时，所述报警装置根据所述处理控制装置发出的控制命令发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述数据采集装置对所述被测信号x(t)、所述初始电信号u(t)和所述放大电信号U(t)进行实时采集，所述处理控制装置利用时序冗余法对所述传感器的故障进行检测。
3.根据权利要求2所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述处理控制装置对所述被测信号x(t)和所述初始电信号u(t)进行处理时，所述处理控制装置对所述被测信号x(t)和所述初始电信号u(t)进行小波变换得到Wx(s,t)和Wu(s,t)，并得到残差信号r(t)，当所述被测信号x(t)的均值不恒为0时，
其中，
k ^ = Σ l W u ( s , t ) W x ( s , t ) Σ l [ W x ( s , t ) ] 2 ,
s表示小波变换的尺度，
且当所述残差信号r(t)随尺度s的增大而趋于0时，所述传感器无故障发生；当所述残差信号r(t)在各尺度上出现明显的极值点时，所述传感器发生故障；
当所述被测信号x(t)的均值恒为0时，且当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)≈0，所述传感器无故障发生；当所述被测信号x(t)的方差发生突变时，所述残差信号r(t)的均值也发生变化，所述传感器发生故障。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述数据采集装置包括信号采集器和数据采集器，所述信号采集器与所述自动化仪表中的传感器的输入端连接，用于采集所述被测信号x(t)；所述数据采集器与所述传感器的输出端和所述变送器的输出端连接，用于采集所述初始电信号u(t)和所述放大电信号U(t)。
5.根据权利要求4所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述信号采集器为传感器。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述处理控制装置为微处理器或中央处理器。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述自动化仪表故障检测系统包括显示装置和存储装置，且所述显示装置与所述处理控制装置连接，用于显示所述被测信号x(t)、所述初始电信号u(t)、所述残差信号r(t)和所述放大电信号U(t)。
8.根据权利要求7所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述显示装置采用多窗口显示。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述自动化仪表故障检测系统包括存储装置，且该存储装置与所述处理控制装置连接，用于存储所述被测信号x(t)、所述初始电信号u(t)、所述残差信号r(t)和所述放大电信号U(t)。
10.根据权利要求9所述的自动化仪表故障检测系统，其特征在于，所述存储装置采用具有掉电保护的存储器。
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