CN110462532A - 测量电路的自动校准 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于测量电路的自动校准方法，例如在工业自动化或处理过程中，其中仅需要一个人来管理整个工序。组件是现场工作人员持有的校准器(11)，它可以连接到测量电路的起始端以便给出脉冲。待测量/校准的量不受限制。测量结果可以在控制室，即DCS(13)的屏幕上的测量电路的末端处看到。根据可选实施方式，测量的数值可以通过OPC连接被引导到专用服务器(14)，并且无线地或经由以太网返回到校准器(11)。一种可选方案是使用工作人员具有的包含合适的应用程序的智能设备(16)，测量数据可以通过网络发送到该智能设备，并且数据也可以在这种应用程序中以用户友好的方式呈现。因此，可以通过BT连接将数据向前发送到现场的校准器(11)。第三种可选方案是将测量结果从控制室(13)直接发送至校准器(11)，由此可以使用3G/4G/5G网络、Wifi、蓝牙或以太网连接来发送数据。延迟模块(15)管理数据，即数字对的相互时间同步。数据可以以电子表格、矩阵或图形形式存储在期望的地方，诸如在校准器(11)自己的内存中或者在例如云中的期望的服务器中。

Description

测量电路的自动校准
技术领域
本发明涉及在工业设备和过程中进行的各种校准。
背景技术
工厂可以将若干个测量点连接到自动化过程，并且待测量的量可以是迥然不同的，从压力测量到温度、到电量的测量，以及例如材料的流速的任何量。当期望校准一些元件或处理部件时，这通常借助于校准器在现场进行。另一方面，期望找出整个测量电路中所有部件的操作精度，现有技术已经包括工作人员携带校准器进入现场，由此校准器可以连接到测量电路的输入连接器，并且因此可以向测量电路的输入点给予脉冲，由此控制室中的监视器在测量电路的末端用作结果的呈现器。测量电路链由传感器、可能的放大元件、传输线、发送器以及可能的其它设备和元件(诸如电路板)形成。测量电路的起始端可以是压力、温度传感器或测量过程的其它传感器，并且控制室可以位于离该起始端非常远的物理位置。可以在控制室中集中监控在工厂中的过程中进行的所有测量，并且例如还可以使用监视摄像机拍摄过程的期望部件的图片或视频图像。
分布式控制系统(DCS)(或集中控制系统)可用于控制现场的设备和过程阶段。
整个测量电路的校准涉及检查电路是否正确测量期望的量。通常，现有技术需要两名工作人员，其中一名工作人员已经进入现场，并且另一名需要监控控制室中可见的信息。因此，其中一名工作人员携带精确的参考测量设备(即校准器)进入现场，并且他已将校准器连接到测量电路的起始端中的期望的输入点。校准器将其自身的脉冲提供给测量电路，并且该脉冲在校准器屏幕上可见。第二个人在控制室中工作，并且他在控制室监视器上看到测量电路给出的测量结果。需要对校准器的输入和控制室监视器上可见的测量结果进行记录，并且在实践中，这样做是为了通过电话将信息提供给其他工作人员，并且他手动记录下两个结果。
现有技术的方式是复杂的，并且除了两个工作人员的协调工作之外，还需要通过电话进行额外的通信，这使得测量电路的校准变慢并且还易于出现可能的错误，因为结果是手动记录的。目前的测量方式有可能实现更加自动化的过程。
发明内容
本发明提供了一种用于测量电路的自动校准的方法和系统。该方法在实践中可以例如利用过程校准器来实现，该过程校准器与控制室系统相关联。该方法的步骤可以例如通过在专用处理器或控制器上运行期望的计算机程序来实现。因此，这可以以计算机化的方式实现，包括专用服务器，并且如果需要，包括一个或更多个PC。本发明使得测量电路的校准可以仅由一个人完成，而不是之前需要的两个人。
本发明可以总结如下。本发明提供了一种在待测量的过程中自动校准测量电路的方法，该方法包括以下步骤：
-将校准器连接到待测量的过程中测量电路的起始点
-从校准器将期望的脉冲提供至测量电路的起始点中
-在控制室中测量电路的终点读取由测量电路给出的测量结果。
作为该方法的特征，它还包括以下步骤：
-将读取的测量结果以数字方式发送回校准器，以及
-将脉冲和读取的测量结果二者自动存储到期望的地方。
在本发明的一个实施方式中，用于存储的期望的地方是校准器、专用服务器或位于云中的外部服务器。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：
-延迟脉冲的存储，使得发送的测量结果可以与脉冲同时存储，并且关联为数值对。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：
-以预定步骤提供脉冲，根据时间进行转换
-测量对应的测量结果，以及
-根据测量结果根据时间的变化确定测量电路的总延迟。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：
-将所读取的测量结果经由OPC连接发送至专用服务器，以及
-借助于Wifi、蓝牙、3G、4G、5G或以太网连接将所读取的测量结果从专用服务器发送至校准器。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：
-将所读取的测量结果经由无线电发送至移动电话或智能设备，以及
-将所读取的测量结果经由蓝牙连接从移动电话或智能设备发送至校准器。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：
-借助于Wifi、蓝牙、3G、4G、5G或以太网连接将所读取的测量结果从控制室直接发送至校准器。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：
-将校准器和控制室连接到网络，该网络可以是互联网。
在本发明的一个实施方式中，移动电话或智能设备包括用于管理连接和数据传送的专用应用程序。
在本发明的一个实施方式中，该方法还包括以下步骤：
-贯穿期望的测量区域重复测量，以及
-将测量区域中的每个测量点的结果作为数字对存储在期望的地方。
本发明的创造性构思还包括一种用于在待测量过程中自动校准测量电路的系统，该系统包括：
-连接到待测量过程的测量电路的起始点的校准器，其中校准器包括控制器
-脉冲信号，其被设置成在由控制器控制的情况下从校准器提供到测量电路的起始点
-位于控制室中的测量电路的终点，在那里可以对由测量电路给出的测量结果进行读取。
该系统的特征在于它还包括：
-传输装置，用于将所读取的测量结果发送回校准器，以及
-存储装置，其被设置成将脉冲和所读取的测量结果二者自动存储到期望的地方。
在本发明的一个实施方式中，用于存储的期望的地方是校准器、专用服务器或位于云中的外部服务器。
在本发明的一个实施方式中，该系统还包括：
-延迟模块，其用于延迟脉冲的存储，使得所发送的测量结果可以与脉冲同时存储，并且关联为数值对。
在本发明的一个实施方式中，该系统还包括：
-控制器，其被设置成以预定步骤提供脉冲信号，根据时间进行转换
-控制室，在控制室读取与脉冲信号对应的一组测量结果，以及
-控制器，其被设置成根据测量结果根据时间的变化确定测量电路的总延迟。
在本发明的一个实施方式中，该系统还包括：
-专用服务器，所读取的测量结果经由OPC连接被发送到该专用服务器，并且附加地
-该专用服务器被设置成借助于Wifi、蓝牙、3G，、4G、5G或以太网连接将所读取的测量结果发送至校准器。
在本发明的一个实施方式中，该系统还包括：
-移动电话或智能设备，所读取的测量结果经由无线电被发送到该移动电话或智能设备，并且附加地
-该移动电话或智能设备被设置成经由蓝牙连接将所读取的测量结果发送至校准器。
在本发明的一个实施方式中，该系统还包括：
-所述控制室，其被设置成借助于Wifi、蓝牙、3G、4G、5G或以太网连接将所读取的测量结果直接发送至校准器。
在本发明的一个实施方式中，该系统还包括：
-用于将校准器和控制室连接到网络的网络连接，该网络可以是互联网。
在本发明的一个实施方式中，移动电话或智能设备包括用于管理连接和数据传送的专用应用程序。
在本发明的一个实施方式中，该系统还被设置为：
-贯穿期望的测量区域重复测量，并且
-将测量区域中的每个测量点的结果作为数字对存储在期望的地方。
本发明的发明构思还包括用于在待测量的过程中自动校准测量电路的计算机程序，该计算机程序包括程序代码，该程序代码可以在处理器中运行，该计算机程序被设置成在处理器中运行时执行以下步骤：
-在校准器被手动连接到待测量过程中的测量电路的起始点后，将期望的脉冲从校准器提供至测量电路的起始点中
-在控制室中测量电路的终点读取由测量电路给出的测量结果。
该计算机程序的特征在于它还被设置成执行以下步骤：
-将所读取的测量结果以数字方式发送回校准器，以及
-将脉冲和所读取测量结果二者自动存储在期望的地方。
附图说明
图1示出了根据本发明中的第一可选实施方式的硬件配置，其包括专用服务器。
图2示出了本发明的第二可选实施方式中的硬件配置，其包括便携式设备，以及
图3示出了本发明的第三可选实施方式中的硬件配置，其中功能被集成到校准器和控制室中。
具体实施方式
本发明提出一种校准整个测量电路的解决方案，使得它可以由一个人而不是之前需要的两个人来完成。待测量的过程可以是任何测量电路，其中脉冲供给的位置和读取测量结果的地方在物理上是不同的地方。这种情况的一个示例是从控制室进行集中控制的工厂或自动化过程。处理过程控制的单个服务器或多个服务器本身可以位于控制室中或单独地例如作为云服务。在本发明中，待测量的量无关紧要。待测量的量可以是例如温度、压力、一些电量(诸如电流、电压、功率或频率)、RPM、加速度或流速。
图1示出了本发明的基本元件以及脉冲和测量信号的数据传输原理。基本原理是本发明的测量方法仅需要一名工作人员，并且他可以直接进入现场。该工作人员需要校准器11，该校准器11是手动使用的便携式设备。首先，工作人员将校准器11连接到制造或处理过程中的期望的地方，该地方与待测量的量有关。它可以是期望的量的馈送电流、电压或控制信号。校准器自然地测量该传输本身，因此可以确定的是输出信号是正确的和期望的。可以认为校准器11对给至发送器12的输入进行测量，由此精确地知道应该从发送器12向前发送什么。
另一方面，所讨论的测量线的出口位于控制室13(DCS＝分布式控制系统)中，即所期望的量的测量结果可以显示在控制室监视器上。在物理上，校准器的连接点和控制室的出口点之间的距离甚至可以是几百米，并且本发明的操作原理不依赖于该物理距离的长度。当然，在测量线上也可以存在其它元件，诸如进行放大或过滤，但是为了简单起见，这些自愿的附加元件已经从图1中省略。
在图1的实施方式示例中，在控制室13中读取的测量电路的输出可以例如经由所谓的OPC连接(“用于过程控制的OLE”；OLE＝“对象链接和嵌入”)发送到专用服务器14。另一种可选方案是将专用服务器14连接到控制室13(DCS)的仪器，由此专用服务器14经由OPC连接连接到控制室系统。专用服务器14可以物理地位于控制室空间中，或者它也可以物理地位于完全其它空间中，或者例如可以经由互联网连接作为云中的服务器而被访问。专用服务器14在使用中具有软件，借助该软件可以存储测量数据并且还可以向前发送测量数据。
当测量数据已经被接收到专用服务器14时，它在现场“向后”发送到校准器11。所述连接可以是无线连接或有线连接。专用服务器14与现场校准器11之间可能的连接方式的示例是WiFi连接、经由4G网络设置的无线连接、以太网连接或一些其它连接，诸如3G、未来5G或例如蓝牙连接。校准器11可以连接到包括该过程的内部网络，或者如果需要连接到互联网。当来自DCS的测量结果从专用服务器14被发送并在校准器11中被接收时，发送器12的输出被重置为校准器11的输入信号，校准器可以从那里将该输入信号存储在其内存中。因为校准器可以连接到网络，所以数据也可以存储在另一服务器中或位于云服务中的数据库中。如果校准器11在其自己的内存中存储由控制室13测量并由专用服务器14发送的结果，则校准器可以存储与相同测量相关的“测量电路的输入信号-测量结果”对。在这种情况下，必须确保测量电路中不同元件引起的延迟(诸如与信号发送部件中已通过的时间和信号的通过时间相关的延迟)在脉冲和测量结果组合为对应的对时都会被考虑到。在校准器的软件中可以使用延迟模块15，其延迟由校准器给出的脉冲信号，直到已经贯穿整个测量电路的相应测量信号到达校准器。此后，相应的信号值可以存储在例如两列数据电子表格中，或者存储在期望的地方的另一种类型的数据库中，例如存储在校准器自己的内存中。
整个上述一系列操作可以仅存在一个人并且仅由该一人执行完成，即由校准器使用者完成，并且甚至可以使操作自动化，以便当校准器连接到输入点并且接通时，校准器可以独立地且完全自动地完成所述操作。
另一方面，图2示出了本发明使用的用于测量电路的自动校准的系统的第二示例。该系统与图1的系统部分相同，但是专用服务器14被可以由现场人员使用的便携式设备16取代。该便携式设备16可以是智能电话、平板电脑或膝上型计算机。
由校准器给予测量电路的脉冲的基本原理(其自身在校准器11中的测量以及经由发送器12向测量电路的传输)以与上面结合图1描述的相同的方式起作用。经由测量电路并由发送器12发送的信号在控制室(DCS)13中被接收，并且可以在需要时从控制室监视器读取。在本发明的这个阶段，数据需要返回到现场，但在该示例中不需要专用服务器。替代地，现场的校准器使用者在其使用中具有连接到网络的便携式设备16，其信号强度在校准器使用位置是足够的。在一个实施方式中，便携式设备16经由OPC连接与控制室13直接关联。专用应用程序可以安装在便携式设备16中，该应用程序在智能电话的情况下可以是所谓的app，即用于校准数据的智能电话应用程序。现在可以从控制室13发送从测量电路接收的测量结果，并且通过无线网络将测量结果发送到便携式设备16。两个设备(开启)之间的连接的形成以及数据的接收二者都可以在安装在便携式设备16中的校准应用程序中直接看到。
所接收到的数据反过来又可以例如经由蓝牙本地连接从便携式设备16发送到校准器11。借助于延迟模块15，可以补偿数据通过测量电路的通过时间，并且对应于它们的脉冲和测量结果可以作为相应的测量对存储在例如数据电子表格中。如有必要，测量对当然也可以在校准器11的屏幕上显示。脉冲和(已经通过测量电路)读取的测量结果最终都存储在期望的地方，诸如校准器11自己的内存中、云中或控制室13服务器中。
图3又示出了本发明的另外的第三示例类型。该示例需要较少的“辅助设备”，因为功能都集成在校准器11和控制室13中。从校准器11到发送器12、控制室13以及增加了延迟功能的延迟模块15的操作部件如结合上面的图1所描述的那样。当测量数据通过测量电路到达控制室(即DCS 13)时，需要将数据传送回校准器11。在这种情况下，所谓的“OPC UA”(“OPC统一架构”)协议功能可以集成到校准器11中。因此，作为对“问题”的响应，即校准器11发送请求到控制室13，测量电路给出的测量结果可以直接从控制室13服务器发送到校准器11。在这种“直接”数据传输中存在许多可选方案，诸如固定以太网连接，但例如经由无线4G网络进行数据传输、或者经由WiFi局域网连接进行数据传输在本发明也是可能的。当然，也可以使用其它一些通信方式。在该实施方式中不需要具有应用程序的单独的专用服务器或便携式单独智能设备。校准器11自己的软件和无线接收单元处理测量数据的接收。DCS13还包含发送器单元，其能够无线地向在现场的校准器11发送数据。利用校准器11处理所接收到的数据与脉冲的关系，使得延迟模块15将延迟添加到先前接收到的数据，从而可以使数据对彼此对应。作为最终结果接收到的数字对(或数字对的组)以期望的格式存储在期望的地方，如上所述。它可以是例如两列数据库或数据电子表格的问题、可以在X/Y坐标系中绘制的图形的问题、或者是2*N维矩阵的问题，其中N是待测量的测量点的数量。
关于上述更详细的内容，如在校准器中通常所做的那样，在本发明中也可以通过一系列-型式测量运行例如在期望的数值范围内的一组离散测量点的若干测量点。因此，在存储了一个测量点的测量之后，可以从校准器11设置下一个脉冲的值，并且可以重复测量。在将第二测量结果返回到校准器之后，可以将第三个值用于脉冲，并且可以重复测量过程。以这种方式，可以运行期望量的期望测量区域，并且结果例如接收2列数据电子表格，该电子表格可以存储在校准器、控制室服务器或云中。如果待测量的量是例如温度，其变化和稳定需要时间，这可以通过在执行测量本身之前等待足够的时间从脉冲的进给来管理。在功能上，这也可以借助于延迟模块15来管理。另一方面，智能校准器能够等待，直到待测量的信号稳定，并且仅在稳定之后存储结果。延迟当然也可以在除校准器15之外的其它地方的仪器中提供。换句话说，在系统的不同部分中都可以存在延迟模块15，如果需要，可以存在于适当的点处的期望元件中。
在以上描述和从属权利要求中提到的本发明的各个特征和特性也可以组合为包含若干单独特征的集合体。因此，上述特征可以在不同的实施方式之间进行组合，当然这取决于所包含的仪器部件及其功能。
本发明不仅限于上述示例，而是在由权利要求限定的保护范围内可以有许多变化。

Claims (17)

1.一种在待测量的过程中自动校准测量电路的方法，所述方法包括以下步骤：
-将校准器(11)连接到所述待测量的过程中测量电路的起始点；
-将来自所述校准器(11)的期望脉冲提供到所述测量电路的所述起始点中；
-在控制室(13)中的所述测量电路的终点处读取由所述测量电路给出的测量结果；
其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-将读取的测量结果以数字方式发送回所述校准器(11)；以及
-将所述脉冲和所述读取的测量结果二者自动存储到期望的地方，以便延迟对所述脉冲的存储，使得所发送的测量结果能够与所述脉冲同时被存储，并关联为数值对。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于存储的所述期望的地方是校准器(11)、专用服务器(14)或位于云中的外部服务器。
3.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-经由OPC连接将所述读取的测量结果发送至专用服务器(14)；以及
-借助于Wifi、蓝牙、3G、4G、5G或以太网连接将所述读取的测量结果从所述专用服务器(14)发送至校准器(11)。
4.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-经由无线电将所述读取的测量结果发送至移动电话或智能设备(16)；以及
-经由蓝牙连接将所述读取的测量结果从所述移动电话或智能设备(16)发送至校准器(11)。
5.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-借助于Wifi、蓝牙、3G、4G、5G或以太网连接将所述读取的测量结果从所述控制室(13)直接发送至所述校准器(11)。
6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-将所述校准器(11)和控制室(13)连接到网络，所述网络可以是互联网。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述移动电话或智能设备(16)包括用于管理连接和数据传送的专用应用。
8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-贯穿期望的测量区域重复所述测量；以及
-将所述测量区域中各个测量点的结果作为数值对存储在期望的位置中。
9.一种用于在待测量的过程中自动校准测量电路的系统，所述系统包括：
-校准器(11)，所述校准器(11)连接到待测量的过程的所述测量电路的起始点，其中，所述校准器(11)包括控制器；
-脉冲信号，所述脉冲信号被设置成在由所述控制器控制的情况下从所述校准器(11)提供至所述测量电路的所述起始点；
-控制室(13)中的所述测量电路的终点，在那里能够对由所述测量电路给出的测量结果进行读取；
其特征在于，所述系统还包括：
-传输装置，所述传输装置用于将读取的测量结果以数字的方式发送回所述校准器(11)；以及
-存储装置，所述存储装置被设置成将所述脉冲和所述读取的测量结果二者自动存储到期望的地方，因此所述系统还包括延迟模块(15)，所述延迟模块(15)用于延迟对所述脉冲的存储，使得所发送的测量结果能够与所述脉冲同时被存储，并关联为数值对。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，用于存储的所述期望的地方是校准器(11)、专用服务器(14)或位于云中的外部服务器。
11.根据前述权利要求9至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
-专用服务器(14)，所述读取的测量结果经由OPC连接被发送至所述专用服务器(14)；并且附加地
-所述专用服务器(14)被设置成借助于Wifi、蓝牙、3G、4G、5G或以太网连接将所述读取的测量结果发送至校准器(11)。
12.根据前述权利要求9至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
-移动电话或智能设备(16)，所述读取的测量结果经由无线电被发送至所述移动电话或智能设备(16)；并且附加地
-所述移动电话或智能设备(16)被设置成经由蓝牙连接将所述读取的测量结果发送至所述校准器(11)。
13.根据前述权利要求9至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
-所述控制室(13)，其被设置成借助于Wifi、蓝牙、3G、4G、5G或以太网连接将所述读取的测量结果直接发送至校准器(11)。
14.根据前述权利要求9至13中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
-网络连接，所述网络连接用于将所述校准器(11)和控制室(13)连接到网络，所述网络可以是互联网。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述移动电话或智能设备(16)包括用于管理连接和数据传送的专用应用。
16.根据前述权利要求9至15中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还被设置成：
-贯穿期望的测量区域重复所述测量；并且
-将所述测量区域中各个测量点的结果作为数值对存储到期望的地方。
17.一种用于在待测量的过程中自动校准测量电路的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码能够在处理器中运行，所述计算机程序被设置成当在所述处理器中运行时执行以下步骤：
-在所述校准器(11)被手动连接到所述待测量的过程中所述测量电路的起始点之后，将来自所述校准器(11)的期望脉冲提供到所述测量电路的所述起始点中；
-在控制室(13)中的所述测量电路的终点处读取由所述测量电路给出的测量结果；
其特征在于，所述计算机程序还被设置成执行以下步骤：
-将读取的测量结果以数字方式发送回所述校准器(11)；以及
-将所述脉冲和所述读取的测量结果二者自动存储到期望的地方，以便延迟对所述脉冲的存储，使得所发送的测量结果能够与所述脉冲同时被存储，并关联为数值对。
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