CN109690258B - 用于检查测量转换器的可运行性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在自动化技术中检查双线测量转换器的可运行性的方法，所述双线测量转换器输出测量信号作为通过双线线路输入的环路直流电流(IS)，并且所述双线测量转换器的有源组件经由同样的所述双线线路被供应电能，其中所述环路直流电流(IS)和测量转换器(100)的输入电压(UE)被测量，其中所述环路直流电流(IS)与测量值无关地在从最小值到最大值(ISM)的范围内增加，同时所述测量转换器(100)的输入电压(UE)被测量。本发明提出在所述环路直流电流(IS)的所选择的测量点处的输入电压(UE)的测量值作为所述测量转换器(100)的个体签名而被存储。在正在进行的运行期间，在所述双线线路的连接端子处的所述输入电压(UE)通过所述测量转换器(100)在环路直流电流(IS)时的内阻来测量，并且与在相同的环路直流电流(IS)时的签名重复地进行比较。当所述双线线路(200)的连接端子处的所述输入电压(UE)通过所述测量转换器(100)在环路直流电流(IS)时的内阻而离开预定容差时，则触发所述测量转换器(100)的预定响应。

Description

用于检查测量转换器的可运行性的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在自动化技术中检查双线测量转换器的可运行性的方法，所述双线测量转换器输出测量信号作为通过双线线路输入的环路直流电流。
背景技术
测量转换器靠近过程并在现场区域分散，并配备有用于接收物理过程变量的传感器装置和用于将其转换成电变量的装置。
对于多个测量转换器，在中央等待区域中提供了用于其能量供应的装置以及用于在中央等待区域中处理和可视化测量值的装置。
在双线测量转换器中，通过现场区域中的测量转换器和位于等待区域中的测量转换器供电单元之间的单个双线线路，来实现测量转换器的有源组件的电力供应以及将测量值传输到等待区域中的测量值处理和可视化装置。
为此，从布置在测量转换器供电单元中的电压源出发，通过双线线路的第一导线、测量转换器的内阻、双线线路的第二导线以及布置在测量转换器供电单元中的测量电阻器形成电流回路，该电流回路的环路电流根据所检测到的过程变量而通过测量转换器的内阻的等效变化来确定。于是，测量电阻两端的电压降是测量转换器所检测到的过程变量的量度。
为了对测量转换器的有源组件供电，需要在测量转换器的内阻上的最小输入电压。过大的线路阻抗和/或测量转换器供电单元的过低的输出电压都会导致取决于所检测出的过程变量的高环路电流而造成在双线线路上过高的电压降，其中静态上低于测量转换器所需的最小输入电压。
在具有长电缆长度的应用中，例如具有评估单元和广泛分布的测量点的中央控制室的贮油库或工厂，可能出现沿电流回路而增加的电压降。连接线路的电阻仍取决于环境温度。在接触点(连接端子和分配端子)之间存在接触电阻，该接触电阻尤其是取决于环境空气的湿度和盐度，并且在整个生命周期中趋于增加(腐蚀)。当电流流过时，在这些电阻上形成电压降，该电压降降低了双线测量转换器可用的工作电压。在此可能发生沿着线路并在接触点上的电压降非常大，以至于低于测量转换器的最小允许供电电压。
在某些情况下，测量转换器具有监控功能，并且在低于时呈现安全故障电流，或者重置并重新启动。该识别用于避免出现具有未定义的输出信号的不安全运行。特别重要的状态在于：在环路电流较小的情况下，仍保持测量转换器的允许的最小供电电压，但在环路电流增加时才低于该最小供电电压。由于电流环路中的爬电电阻增加，当环路电流呈现更高的值时，则会出现故障。
从DE 10 2005 047 894 A1中已知一种方法，用于测量测量转换器的电流回路端子处的供电电压，并且在识别到欠压时进入安全状态。
该方法的缺点是需要与测量值无关地重复遍历整个电流范围，以便对低于最小允许供电电压进行识别。在该测量期间必须通知评估单元或过程控制器，所测量的回路电流与测量信号不对应。因此，该测量需要在维护工作和过程控制之间关于输入信号的评估进行同步。所希望是在正常运行期间进行监控。
发明内容
因此，本发明的目的是在正常运行期间，监视通用的测量转换器的可运行性。
根据本发明，该目的通过根据本发明的装置实现。在下文中说明了本发明的有利实施例。
本发明涉及所述类型的测量转换器，其中通过现场区域中的测量转换器和位于等待区域中的测量转换器供电单元之间的单个双线线路，来实现对测量转换器的有源组件的电力供应以及与等待区域中的测量值处理和可视化装置的模拟通信。在此，模拟通信是单向的从现场区域中的测量转换器到等待区域中的测量值处理和可视化装置，并且通过实施在测量转换器上的电流回路的环路电流而形成。
在已知的准备步骤中，回路直流电流至少一次遍历从最小值到允许的最大值，并且在所选择的环路直流电流的测量点处，双线线路的连接端子处的端子电压通过测量转换器的内阻进行测量。
根据本发明，在环路直流电流的所选择的测量点处的输入电压的测量值作为具有测量转换器的电流回路的个体签名而被存储。从该签名中，确定在最大回路电流下的电压储备。电压储备是最大回路直流电流下的端子电压的测量值与测量转换器的最小工作电压之间的差值。在另一个步骤中，根据端子电压和环路直流电流来计算双线线路的回路电阻。
在正在进行的运行期间，双线线路的连接端子处的端子电压通过测量转换器在环路直流电流时的内阻来重复地测量，并且与在相同的环路直流电流时的签名重复地进行比较。由此，可以关于端子电压的变化进行判断，并因此间接地对回路电阻的变化进行判断。
一旦双回线线路的连接端子处的端子电压通过测量转换器在环路直流电流时的内阻而离开预定容差时，则触发测量转换器的预定响应。
在本发明的有利改进中，预定容差成比例地取决于电压储备。
在本发明的另一个有利的改进中，输出在用于测量值传输的期间之外的允许的回路电流，作为测量转换器的预定反应。特别是在安全性关键的应用中，输出这样的故障电流有利于错误状态的快速信令形式。
此外，可以输出警告消息。
有利地，避免了不期望的故障，当由于回路电流的测量值呈现过高的值以至于由于沿着电流回路的电压降而低于测量转换器的最小供电电压时，突然发生上述故障。另外，消除了与重复检查电流回路相关的必要性，该必要性会使较高级别的评估单元劣化(不转发所测量的电流信号)。
附图说明
下面将参考实施例更详细地解释本发明。其中：
图1是测量转换器供电电路的等效电路图；
图2是在电流/电压线图下的可运行性的特征曲线。
具体实施方式
图1是测量转换器供电电路的等效电路图，其示出了在解释本发明的范围内所需的装置。测量转换器100经由双线线路200连接到位于等待区域中的测量转换器供电单元300。测量转换器供电单元300具有至少一个直流电压源310(具有工作电压UB)和测量电阻器320。从直流电压源310开始，导体回路经由双线线路200、测量变换器100和测量电阻器320而形成环。
双线线路200具有每根导线的线路电阻210，这取决于线路的横截面和长度。经由双线线路200和测量变换器100的电流回路被环路直流电流IS流过。该环路直流电流IS由用于供应测量变换器100的工作电流IB和测量电流IM组成，其中测量电流IM表示测量变换器100的测量值。
在测量转换器100的常规使用期间，工作电流IB保持恒定。
在根据图1的等效电路图中，测量转换器100分别具有对于测量电流IM和工作电流IB的电流路径的等效电阻器110和120。在这种情况下，在常规使用期间工作电流IB流过的等效电阻120表示为固定电阻，而可变测量电流IM流过的等效电阻110表示为电位计。等效电阻器110和120中的每一个都表示复杂的电子电路，以用于获取和处理测量值，并用于维持测量转换器100的常规工作，以及形成测量转换器100的内阻。
在此，固定等效电阻器120表示通过测量转换器100的有源组件产生的导体回路的电路负载，其由工作电流IB表示。
测量转换器100配备有未示出的用于接收物理过程变量的传感器装置和用于将其转换为电变量的装置。在测量转换器100的常规工作期间，电变量通过可变内阻110作为测量电流IM而施加到回路直流电流IS。
在这里，环路直流电流IS流过双线线路200的线路电阻器210、测量转换器100和测量电阻器320。在测量转换器100中，环路直流电流IS被分成固定的工作电流IB和变化的测量电流IM。
环路直流电流IS的流动通过测量电阻器320产生电压降，其作为测量电压UM表示所采集的测量值减去由工作电流IB引起的电压降部分。
根据直流电压源310的工作电压UB、馈入的环路直流电流IS和测量电阻器320及线路电阻器210的总和，在测量转换器100的连接端子处，为双线线路200设定了输入电压UE。为了测量转换器100的有源部件的电源供应的可运行性，参考图2，需要在测量转换器100的内阻上的最小输入电压UEM。在双线线路200的线路电阻210过大和/或测量转换器供电单元300的直流电压源310的工作电压UB过小时，取决于所测量的过程变量的较高的环路直流电流IS导致在双线线路200的线路电阻210上过高的电压降，使得静态上低于测量转换器100所需的最小输入电压UEM。
为此目的，在图2中示出了图表，其中对于第一特征曲线401和第二特征曲线402绘制了在环路直流电流IS上输入电压UE。在此，第一特征曲线401示出了可运行的测量转换器100的输入电压UE的电压曲线。如第一特征曲线401所示，输入电压UE0在环路直流电流IS的最大值ISM时也始终大于测量转换器100的最小输入电压UEM。
在环路直流电流IS的最大值ISM时的输入电压UE0与测量转换器100的所需的最小输入电压UEM的差被称为电压储备UER。
与此相反，第二特性曲线402示出了非常规工作的测量转换器100的输入电压UE的电压曲线。一旦环路直流电流IS超过极限电流ISG，输入电压UE下降到所需的最小输入电压UEM以下，并且测量转换器100被切断。
为了检查可运行性，根据本发明，环路直流电流IS与测量值无关地从最小值向最大值ISM的方向提高，在此测量转换器100的输入电压UE被测量并存储为具有测量转换器100的电流回路的个体签名。
为此目的，在两个极端的环路直流电流IS的情况下，测量输入电压UE，并且内插由环路直流电流IS和相关输入电压UE构成的其他元组的值。特别地，规定极端的环路直流电流IS在测量电流IM的范围之外。
在本发明的第一实施例中，从所测量的元组中计算方程组的系数，该系数被存储为签名。
在本发明的另一个实施例中，环路直流电流IS和相关输入电压UE的所内插的元组以表格形式被存储。
根据签名，在最大回路电流ISM处确定电压储备UER。在进一步的步骤中，根据输入电压UE和环路直流电流IS计算双线线路200的回路电阻。
有利地，在测量转换器100的调试期间，第一次执行签名的记录。特别有利地，在调试过程期间，自动调用检查过程。
在正在进行的运行期间，在双线线路的连接端子处的输入电压UE重复地通过测量转换器100在环路直流电流IS时的内阻来测量，并且与在相同的环路直流电流IS时的签名(特征曲线401)进行比较。由此，可以关于输入电压UE的变化进行判断，并因此间接地对回路电阻的变化进行判断。
当双线线路200的连接端子处的输入电压UE通过测量转换器100在环路直流电流IS时的内阻而离开预定容差时，则触发测量转换器100的预定响应。在本发明的有利改进中，预定容差成比例地取决于电压储备UER。
在本发明的进一步的有利改进中，输出在用于测量值传输的期间之外的允许的回路电流IS，作为测量转换器100的预定反应。特别是在安全性关键应用中，输出这样的故障电流有利于错误状态的快速信令形式。
如上所述，回路直流电流IS由工作电流IB和测量电流IM组成。在工业使用的4-20mA电流回路中，工作电流IB设定为4mA，而测量范围被设定为测量电流IM是0-16mA的电流范围。因此，环路直流电流IS的范围在常规使用期间为4-20mA。在4-20mA的范围以外的所有电流都在有效范围之外，并且由测量转换器电源单元300解释为故障电流。为了快速发出错误状态信号，每个回路直流电流IS适合为4mA>IS>20mA。
此外，警告消息的输出可以是在危险的低于最小供电电压UEM(在IS>＝20mA的情况下)，或者输入电压UE的相对于所存储的签名出现劣化的情况下。
有利地，避免了不期望的故障，当由于回路电流IS的测量值呈现过高的值以至于由于沿着电流回路的电压降而低于测量转换器100的最小供电电压UEM时，突然发生上述故障。另外，消除了与重复检查电流回路相关的必要性，该必要性会使较高级别的评估单元300劣化(不转发所测量的电流信号)。
在本发明的另一有利的实施例中，按需要和/或定期地在测量转换器100的常规使用期间执行该检查。在此，该需要可以由已经发生的警报和/或自动化设备或其部分的不规则或意外反应伴随的错误消息来启动。特别地，为此，两个连续测量过程之间的测量暂停是合适的。
在本发明的一个特别的实施例中，利用直流补偿的交流信号向在等待区域中的测量值处理和可视化装置报告错误状态。为此目的，测量转换器100配备有未示出的用于与等待区域中的测量值处理和可视化装置进行数字通信的装置。数字通信借助于直流补偿的交流信号，在现场区域中的测量转换器100和等待区域中的测量值处理和可视化装置之间双向地进行。
为此，特别地，在自动化技术设备中所需要的FSK方法(频移键控)中，其中一个频率表示逻辑0，而另一个频率表示逻辑1，其对应于要传输的比特流而交替地切换。
另外，传输可以基于传输协议。特别地，HART协议和各种现场总线用于自动化技术设备中的通信。
有利地，通过使用直流补偿的交流信号来传输消息，避免了对双线线路200上的环路直流电流IS的影响，并且因此避免了经由测量转换器100的内阻110和120对输入电压UE的影响。由此，识别到的错误被显示给远程运行人员，特别是在测量转换器100的按需要或定期检查时。因此，立即识别到相关的测量转换器100缺少可运行性，从而避免了不可运行的测量转换器100的常规使用。
附图标记列表
100 测量转换器
110、120 等效电阻
200 双线线路
210 线路电阻
300 测量转换器供电单元
310 电压源
320 测量电阻
401、402 特征曲线
IS 环路直流电流
IB 工作电流
IM 测量电流
UB 工作电压
UE 输入电压
UM 测量电压

Claims (7)

1.一种用于在自动化技术中检查双线测量转换器的可运行性的方法，所述双线测量转换器输出测量信号作为通过双线线路输入的环路直流电流(IS)，并且所述双线测量转换器的有源组件经由同样的所述双线线路被供应电能，其中所述环路直流电流(IS)和所述双线测量转换器(100)的输入电压(UE)被测量，其中所述环路直流电流(IS)与测量值无关地在从最小值到最大值(ISM)的范围内增加，同时所述双线测量转换器(100)的输入电压(UE)被测量，
其特征在于，
a.在所述环路直流电流(IS)的所选择的测量点处的输入电压(UE)的测量值作为所述双线测量转换器(100)的个体签名而被存储；
b.在正在进行的运行期间，在所述双线线路的连接端子处的所述输入电压(UE)通过所述双线测量转换器(100)在环路直流电流(IS)时的内阻来测量，并且与在相同的环路直流电流(IS)时的签名重复地进行比较；并且
c.当所述双线线路(200)的连接端子处的所述输入电压(UE)通过所述双线测量转换器(100)在环路直流电流(IS)时的内阻而离开预定容差时，则触发所述双线测量转换器(100)的预定响应。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
从所述签名中确定在最大环路直流电流(IS)时的电压储备(UER)，所述电压储备(UER)被确定为在所述环路直流电流(IS)的最大值(ISM)时的输入电压(UE0)与所述双线测量转换器(100)所需的最小输入电压(UEM)的差。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
从所述电压储备(UER)导出所述输入电压(UE)的所述预定容差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
在两个极端的环路直流电流(IS)时测量所述输入电压(UE)，并且内插由环路直流电流(IS)和相关输入电压(UE)构成的其他元组的值。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
环路直流电流(IS)和相关输入电压(UE)的所内插的元组以表格形式被存储。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
从所测量的元组来计算方程组的系数，所述系数作为签名被存储。
7.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
所述极端的环路直流电流(IS)位于测量电流(IM)的范围之外。
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