CN111034147A - 用于调节装置的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于工艺生产设备的调节装置的通信方法，其中由调节装置产生声发射，对该调节装置的该声发射进行检测，并且限定调节装置个性标志，所述标志的限定基于所检测到的声发射来进行。

Description

用于调节装置的通信方法

本发明涉及用于工艺生产设备如化工设备、食品加工设备、发电厂等的调节装置的通信方法。调节装置例如具有至少一个调节阀如紧急关断阀或控制阀，可以借此调节和控制工艺生产设备的介质流动尤其是流体流动。该调节装置可以利用辅助能如气压辅助能来运行，其中，尤其能通过尤其是气压电动位置控制器来操作优选是气压调节驱动装置。该调节装置可以另选地或附加地包括泵。

在影响尤其是控制和/或调节工艺生产设备的工艺介质流动的调节装置如调节阀和/或泵中，可能出现与磨损相关的损害。含有大量固体的工艺流体流动可能导致调节阀磨损变得严重。尤其是工作现象如腐蚀、磨损、空化或闪光可能导致调节阀和/或泵的磨损变得严重。磨损例如可能招致泄漏。泄漏可能造成产品损耗和/或工艺过程效率不太高，甚至可能造成整个设备的安全危险。因此，对工艺生产设备运行期间的泄漏和其它磨损现象的监测对于工艺生产设备中的调节装置的功能能力和可靠性有着重大意义。

由DE102012016295A1公开了一种用于量化工艺生产设备的调节阀处的由磨损决定的泄漏流通状况的方法。为此，首先借助调节阀处的结构噪声麦克风获得在完好无损工作的参考调节阀上的经验数据，参考调节阀或是对应于崭新状态下的相应调节阀，或是具有相同的结构。所获得的参考值包含在调节阀的许多不同的略微打开状态下的一系列参考流通值以及各自对应配属于一个参考流通值的参考结构噪声测量结果。在工艺生产设备运行期间，在处于关闭状态的调节阀上再次测量瞬间结构噪声。然后将该瞬间结构噪声与所存的参考结构噪声值进行比较，据此来估算瞬间流通值，其对应于与所属的参考结构噪声值对应的参考流量值。如此估算的瞬间流通值描绘了存在于调节阀处的泄漏流。通过监测该瞬间结构噪声值或瞬间泄漏流量值，可以可靠地评估调节阀的状态，并且在面临调节阀的状态危险恶化时采取预防维护措施。

尤其用于阀门的另一种故障诊断系统和方法在EP1216375B2有所描述。据此假定，在气体中的故障噪声主要因超声流动而出现、而在液体中主要因空化而出现。在最小泄漏时已经出现超声流，其在边缘和缩窄处在气态介质中造成压缩冲击和稀释波。伴随在气体内的超音速流和亚音速流之间自发的极其快速变换的压缩冲击导致了富能宽带超声波发出，其频谱频率可能与液体中空化的频谱频率相似。空化是指流动液体中的气泡因为速度变化而形成以及随后溃缩。空化出现在当流动加速时压力在局部降低至小于液体蒸气压，从而形成气泡，气泡在随后的延迟时因升高的静压超过蒸气压而又溃缩。因为猛然体积变化，故气泡在空化时突然瘪缩，这伴随有在液体中的强烈压力冲击。此时出现如下声音信号，其频谱分布类似于白噪声，因此，可以直至高频范围地确定信号。空化的加强和增大的空化噪声被评估为泄漏流的显著迹象。为了检测空化噪声，EP1216375B2提议评估借助压电结构噪声传感器所测得的高于50千赫频率的结构噪声值。为了检测与流体类型或介质类型无关的超声噪音，应测量高于100千赫的频率范围。在高于200千赫的频谱区内，在两者情况下前后相继的频谱区的振幅状况应该比在较低频谱区内彼此相似得多。在高于200千赫的频谱区内还应衰减相邻噪音源的超声波故障噪声的高频频谱单元的相对小的振幅，这种超声波故障噪声通过传输介质或所述连通被传递至相关的调节阀。尤其是，在至少500千赫的极限处的过滤应该造成实际上仅对由被监测的阀门产生的声音信号进行分析。通过这种方式应该保证与阀和介质相关的极限频率调节以使得能够区分基础噪声和空化噪声。根据EP1216375B2，可以通过选择合适的极限频率来产生测量结果，测量结果基本与基础噪声无关，基础噪声应该依据介质、阀环境和阀性能而显著变化。为了确定阈值，例如应该考虑在阀门崭新状态下的基础噪声强度并且选择高于它的极限频率。为了将阀门状态从调节阀通信至例如经由现场总线通信相连的中央计算单元，EP1216375B2提出采用不同导线用于状态“阀故障”、“故障趋势”和“阀良好”的通报。

WO02/077733A1描述了用于在工艺生产设备的工业环境中的现场用仪表的另一个故障诊断装置。因此在中央控制装置与单独的现场用仪表之间的通信通过标准化数据交换协议来实现。为了测量物理状态，现场用仪表接受定期目视检查以识别损伤，且尤其在致动器情况下确定其磨损状态。由WO02/077733A1描述的现场用仪表配备有声音数据采集装置，其连续获得关于现场用仪表状态的声音信息。因此，工艺过程参数应依据在工作期间的表征噪声来检验。根据WO02/077733A1，例如在调节驱动装置连续磨损的情况下，行程杆运动产生表征磨损状态的噪声。因此，应该根据噪声的类型和强度来推断出调节驱动装置的磨损状态。所出现的噪声应利用麦克风转换为电声调信号。麦克风的声音数据采集装置应该通过一个单独的数据路径与中心数据收集装置相连，例如以无线方式和/或通过互联网。数据收集装置应该分析测得的声调信息以便从噪声中确定阀的流通量。在当前所测得的流通量与理论流通量之间的偏差显著时，应通过该数据收集装置推断出流通量测量仪出现故障。

调节阀的可靠故障诊断需要故障诊断装置比如中央计算单元基于正确数据完成诊断。此时一方面要保证在调节装置处检测的测量数据就内容而言不会不实地被提供给故障诊断装置。此时要排除传输错误。还要原则上保证由故障诊断装置执行的故障诊断基于下述值进行，所述值实际源于待诊断的调节装置。在经由结构复杂的长距离现场总线网络架构传输时，例如无论是通过无线传输路径来传输还是由互联网来传输，都始终存在以下危险，即，在从调节装置至故障诊断装置的数据传输中，只要有传输错误或故意介入干预数据通信，故障诊断装置就会收到不恰当的值。当故障诊断装置依据伪值执行故障诊断时，一方面存在出现假阳性诊断结果(误报)的危险。如果此时出现危险的故障通报，则必须进行调节装置的人工检查，这通常可能需要设备停机，由此可能出现显著的经济损失。还成问题的是，故障诊断装置因为伪测量值而产生假阴性诊断结果，即诊断出假定无误的调节装置状态，尽管在待诊断的调节装置处实际出现了可能甚至危险的故障状态，其无法通过故障诊断装置知晓。未发现的严重故障状态可能导致工艺生产设备的显著损伤，在最糟糕的情况下甚至导致人员和环境的损伤。

本发明的任务是克服现有技术的缺点，尤其是提供一种用于工艺生产设备的调节装置的通信方法，其使得能够实现优选针对调节装置的声音测量值例如至工艺生产设备的故障诊断装置的更可靠、更安全和/或无误的通信。

该任务通过权利要求1的特征来完成。因此，规定一种用于工艺生产设备如化工设备、食品加工设备、发电厂等的调节装置如调节阀、泵等的通信方法。根据本发明的通信方法，由该调节装置产生声发射。该调节装置的声发射例如可以是与调节装置的自身频率相对应的声发射。调节装置所产生的声发射优选至少部分高于可听闻范围。尤其能输出具有至少15千赫、尤其至少20千赫、优选至少30千赫的频率的声发射。根据一个优选实施方式，调节装置所输出的声发射在30千赫至50千赫的范围内。或许，也可以输出在高于50千赫的范围内的声发射。由调节装置输出的声发射优选能够因调节装置的根据工作的噪声而输出。

在根据本发明的通信方法中检测该调节装置的声发射。对调节装置的声发射的检测优选至少部分在高于可听闻范围的频率范围内进行。对于根据本发明的通信方法，尤其优选仅检测至少15千赫、优选20千赫、尤其优选至少30千赫的频率。针对该通信方法所检测的调节装置声发射可以位于不超过500千赫、优选不超过300千赫、尤其不超过200千赫的频率范围内。优选针对根据本发明的通信方法检测高达200千赫或高达100千赫的范围。根据一个特别优选的实施方式，针对该通信方法尤其只检测20千赫至100千赫、尤其30千赫至50千赫的频率范围。

此外，在根据本发明的通信方法中，限定了调节装置的个性标志比如声音指纹，其中，该标志的限定基于所检测到的声发射来进行。优选地，该标志的限定基于只在例如20千赫至500千赫、尤其是30千赫至50千赫的上述测量范围内测得的测量值来进行。出乎意料地已经证明以下认识克服了现有偏见，可以识别表征声发射，其可被称为调节装置个性声音指纹，其也适合作为配属于唯一的个别调节装置的标志的基础。虽然例如DE102012016295A1描述了某个个别调节装置的参考结构噪声实际上与另一个结构相同的调节装置的参考结构噪声声音信号相同，但发明人发现，尤其在不可听闻范围且优选在超声范围内能可复制地如此检测唯一的声发射，其可以被明确无疑地对应配属于唯一的调节装置并且使得该调节装置与任何其它的调节装置、即便是结构相同的调节装置区分开。

具有光学麦克风的故障诊断系统已经被证明很适合用于作为调节装置个性标志基准来检测声发射，该光学麦克风尤其对准调节装置的结构件如内部部件或外表面，并且借助电磁射线比如光来测量调节装置专属的声音工作信号或工作噪声比如泄漏声、空化声，所述光受到调节装置专属的声音工作信号的影响。在此，光学麦克风利用了在麦克风专属对准部位处因声音即声压波而出现的电磁射线变化。该光学麦克风可以产生与声音工作信号相关的电测量信号。另外，可选的故障诊断系统具有电子故障诊断装置，其接收光学麦克风的电测量信号，并尤其随后存储、处理和/或转发到例如位置调节器的尤其是调节装置专属的电子单元比如微型计算机或者工艺生产设备的连接至调节装置的操控台。

可选的故障诊断系统用到光学麦克风，其或是利用现有的电磁射线尤其是其可见光部分(380至780纳米，环境光)，或是具有例如能以激光二极管形式实现的麦克风自身的人工光源。该光源优选与测量头协作，该测量头可以例如被设计成干涉仪反射镜。该测量头可以相对于光源活动地安装，其中，光源也是活动安装的。尤其是两个光源相互位置固定地布置。在本发明的一个优选实施方式中，测量头和光学麦克风的光源通过一个尤其可变形的光波导优选柔性相互连接，从而允许测量头与光源之间的相对运动，而不会影响到测量头和光源之间的光学光波引导。通过这种方式，在使用敏感的激光二极管时其可以与测量头和/或对准部位分开地被设置在得到保护的区域例如壳体中，以便不会遭受在调节装置之处或之内的恶劣环境条件的影响。

由调节装置专属的声音工作信号产生的声压且尤其是其变化可以通过由声波引起的在空气中的折射系数的变化而被光学地测量。调节装置专属的声音工作信号是由调节装置在调节装置的某些部位以较高强度发出的典型的工作噪声。噪声强度较高的部位通常是难以检测的，但可以用可选的光学麦克风进行扫描。例如可以记录下尤其在调节阀关闭件附近的强度高的泄漏声或空化声，这要求将记录仪设置在工艺介质中，这也可以通过光学麦克风实现。为了故障诊断，可将参考值如用于工作噪声的校验值存储起来，或者在初始化过程范围内针对各调节装置特定记录下来，以便针对各个调节装置个别地单独出示特定噪声指纹作为比对参考。泄漏声例如可以如此专属于调节装置地被记录下来，即完好无损的调节装置根据常见的泄漏磨损流通量被打开，由此出现典型的流体噪声，其专属于调节装置地被存储起来。

将声音工作信号或工作噪声尽量精确地转换为电测量信号通过可选的光学麦克风来实现，由光学麦克风检测由声压波动引起的环境光可变性，或者检测麦克风自身光源如横穿声场的激光的光线的光速变化。光速变化与声压成比例。例如可以如此考虑干涉阵列，将在无声音的空气场内的光速变化与经历工作噪声的声场的光速变化进行比较。为此，光学麦克风可以具有例如走过一样长的路程的两个激光源，其中，一个穿过不受调节装置专属的声音工作信号影响的场，而另一个穿过声场。为了检测干涉激光而设有探测器，其将所测得的干涉作为电测量信号输出。

在具有可选的故障诊断系统的实施方式中，光学麦克风具有第一干涉仪和第二干涉仪，它们能分别从同一光源接收光。通过使用多个干涉仪，获得极具说服力的声场空间分辨率。每个干涉仪本身可以具备一个分光器，其将光线或激光分派至两个不同的但一样长的路径。一部分光遭遇声场，另一部分光与声音隔绝。两部分光在它们通常在反射镜上被多次反射之后又重新汇聚并相互干涉。各自的干涉仪可以是法布里-珀罗干涉仪。

为了产生与调节装置专属的声音工作信号相关的电测量信号，可选的光学麦克风可以包含相应的变换器，其包括一个或更多个尤其具有位置固定的、尤其活动的反射镜的干涉仪。例如可以设置有一个或更多个光线探测器，其设计用于检测受声波影响的电磁射线并且将所获得的受到影响的电磁射线转换为磁测量信号。

在具有可选的故障诊断系统的实施方式中，该光学麦克风被设计成是无隔膜的并因此不需要活动构件，由此获得调节装置专属的声音工作信号的最精确标志。该光学麦克风设计用于通过声压发光来实现在调节装置专属的声音工作信号的声波变化过程中的空气折射系数的变化的检测。

在具有可选的故障诊断系统的实施方式中，光学麦克风设置在调节装置壳体如调节阀的阀壳体内，其中壳体内部被工艺介质流过，在这里，尤其该光学麦克风对准调节阀的阀关闭件、阀座和/或阀杆。另选地或附加地，一个尤其另外的光学麦克风可以尤其邻近调节装置地设置在该工艺生产设备的引导工艺介质或工艺流体的引导管路中，其中尤其使该光学麦克风对准调节装置壳体内部。另选地或附加地，该光学麦克风可以设置在该调节装置的气压调节驱动系统的气压管路内，在这里，尤其该光学麦克风可以对准该调节装置的磁阀、尤其是位置调节器。另选地或附加地，光学麦克风可以设置在该调节装置的气压调节驱动装置的气压工作腔内，其中尤其该光学麦克风可对准调节驱动装置的隔膜或囊，该隔膜或囊将调节驱动装置的两个工作腔相互分隔开。另选地或附加地，该光学麦克风也可以布置在调节装置、尤其是调节装置壳体外，例如在将调节阀与调节驱动装置相连的轭架或笼架上、例如调节驱动装置和调节阀的连接凸缘例如调节驱动装置壳体上、调节驱动装置本身的驱动杆上、位置调节器的附近。在布置在管路内的情况下，该光学麦克风可以设置在预期会在此有特殊工作噪声的分流件上。光学麦克风的另一个替代的或附加的定位可以在连接螺栓处实现，其例如起到在阀壳体和轭架之间的音桥的作用。由此做到可选的光学麦克风的很合适的使用，即该光学麦克风布置在工艺流体本身的流动中。

在具有可选的故障诊断系统的实施方式中，故障诊断系统还包括压电结构噪声传感器或具有吸收声波的膜的声音传感器，其中该结构噪声传感器的或声音传感器的测量数据被上传给故障诊断装置，以便尤其评估对由光学麦克风产生的测量信号的处理。通过这种方式，可以提高该调节装置的声音工作信号的检测精度。

在具有可选的故障诊断系统的实施方式中规定，光学麦克风包括光源(如激光二极管)以及测量头，它们通过尤其是柔性的光波导(比如玻璃纤维线)如此相互连接，即，光源和测量头能可相互运动地保持，其中，该测量头尤其具有至少一个分光器用于产生遭受声音驱动信号的声波的第一光线和至少部分跟随防声波保护的路径的第二光线。

根据本发明的通信方法的一个优选实施方式，声发射的检测包括确定与时间相关的声发射测量值的群组比如尤其经过傅里叶变换的频谱或者一连串时间-声发射值对。与时间相关的调节装置声发射测量值的群组可被称为声音图样，其可以在规定期间范围例如借助安装在预定位置上的麦克风(如可选的光学麦克风)被记录下来。此时该声音信号被转换为电信号并且在数据处理单元中被转入位模型。在例如能外装在调节装置尤其是调节阀和泵上或者在声音图样记录期间外装在调节装置、尤其是调节阀或泵的壳体的外表面上的数据处理单元中，调节装置个性标志被限定。

根据本发明的通信方法的一个优选实施方式，执行至少一个过滤功能以便从所检测到的声发射中在过滤掉环境噪声、与老化相关的噪声和/或故障噪声的影响的情况下确定稳定的调节装置个性声音参数。调节装置个性稳定声音参数例如能以声音图样或频率图样的形式来产生，其未受老化过程、故障噪声或环境噪声的影响。关于环境噪声的过滤例如可以通过功能删减或其它过滤功能来实现，此时尤其通过另一个麦克风同时考虑所测声发射，或者考虑依据由唯一的麦克风在不同的尤其预定的时刻所测得的测量值，在这里该麦克风优选是测量用于限定调节装置个性标志的表征声发射的麦克风。过滤掉与老化相关的声发射例如可以通过类似的方式来实现，做法是依据经验值例如针对不同的老化趋势等对尤其在不同时刻(尤其是定期)测得的声发射进行分析，借此在进行用于检测限定所述标志的表征发生的测量时确定，声发射的哪一部分与老化有关并因此确定就调节装置个性标志而言哪一部分是无关的。例如针对空化故障噪声的故障噪声识别根据上述出版物是已知的。追溯至常见的故障源的声发射可以就此被加以考虑和过滤掉，以便确定调节装置个性稳定声音参数以便限定调节装置个性标志。

根据本发明通信方法的一个优选实施方式，所述标志的限定包含基于所检测到的声发射产生私钥。尤其在不可听闻范围内，调节装置个性声发射实际上仅能通过从调节装置紧邻环境中物理接近相关的调节装置来产生。因此，这样的测量值一方面唯一地对应配属于各个调节装置，另一方面被可靠地保护，以免从工艺生产设备外获得，它们因此特别适用于限定用于根据本发明的通信方法的私钥。这样的私钥例如可被用于与密码法(例如RSA方法)进行通信和/或被用作Diffie-Hellman密钥交换(简称：DHM密钥交换)的基础。私钥优选可以依据稳定的调节装置个性声音参数来产生。但也可以想到依据基于(被滤掉的)不稳定的测量声发射的声发射来产生私钥。另选地或附加地，可以产生涉及例如在随机测量时刻、涉及随机频率和/或随机频率范围、涉及随机测量时间或者其组合等的声发射的随机测量值。可能基于多个随机参数且涉及难以再现的噪声测量值的随机判断基准可被用于产生很安全的私钥。

根据本发明通信方法的一个改进方案，标志的限定还包括产生数字签名，用于基于私钥来识别调节装置身份。数字签名例如可以在将测量值从调节装置传递至工艺生产设备的计算机单元以实现尤其对调节装置的故障诊断时用于将发送数据明确识别为来自调节装置。

根据本发明的通信方法的另一个可与在先实施方式组合的改进方案，该通信方法还包括基于私钥产生公钥。优选地，数字签名和公钥都可以依据私钥来产生。所述私钥、数字签名和/或公钥的产生优选通过调节装置的尤其受保护的硬件来实现。因此，可以产生调节装置的公钥并例如根据RSA通信方法提供给远程使用者如工艺生产设备的计算机单元或操控台或其他使用者，借助该公钥实现数据以加密形式从调节装置到远程使用者的可靠传输。可以如此保证特别安全的通信，即，从调节装置到远程使用者的信号不仅带有数字签名，还利用调节装置的私钥进行加密。

根据本发明通信方法的一个改进方案，它包括尤其是借助公用数据存储器如证书服务器或云存储器将调节装置的公钥传输给通信方如使用者。因此，也可以获得经由不安全的数据路径如互联网或无线电通信的可靠信号传输。也可以想到将一个(真正)闭合系统加密通信以使其更加安全，而不将信号从调节装置经由互联网等传输给通信方。根据此改进方案，尤其是通信方也给调节装置直接或间接传输其公钥，例如通过证书服务器或者云存储器。通过使用调节装置的私钥和通信方的公钥，例如可以进行从调节装置至通信方传输的数据的RSA加密或者其它类似的加密。

根据本发明通信方法的一个可与在先方案组合的改进方案，标志的限定以及必要时公钥的产生尤其在位置调节器工作期间通过预定触发条件来执行。所述预定触发条件例如可以是使用人员直接在位置调节器的实体壳体处的启动。尤其是，预定触发条件可以是时间间隔、时间点和/或规定的工作状态。尤其在工作干扰之后，可以在作为预定工作状态初始化期间进行标志的限定以及必要时公钥的产生，以提高方法安全性。此时可以再次尤其从声音图样中产生一个新的私钥和/或一个新的公钥以及必要时将其传播开。

根据本发明通信方法的一个可与在先方案组合的优选改进方案，该调节装置产生个性化消息并且将该个性化消息发送至通信方。从调节装置发送至通信方的个性化消息一般可以包含调节装置个性标志或者基于调节装置个性标志来个性化产生。调节装置的个性化消息的产生优选可以借助调节装置的私钥以及必要时通信方的公钥进行加密和/或借助调节装置数字签名进行标记。借助数字签名的消息的发送可足以将一则消息中的测量值的可靠配属关系分配给规定的个别调节装置。通过这种方式可避免调节装置的测量值与另一个调节装置相关的错误分配以及因此出现的故障诊断错误。因为另选地或附加地，执行从调节装置至通信方的消息的加密，由此可防止从调节装置到通信方例如操控台或故障诊断装置的通信的故意干扰。个性化消息的发送就此也可以经由不安全的信号路径例如经互联网进行。如上所述，在如下情况下也可以从个性化通信中获利，即，在尤其不接触外网如互联网的情况下进行在本身封闭的网络中的通信，因为一方面避免通信故障，另一方面即便在黑客直接物理访问可靠封闭的网络时也无法介入到调节装置及其通信方之间。

还可以借助所谓的组合加密方法来产生个性化消息，其中，以简单、对称的方式对消息内容进行加密，在这里，以非对称形式对对称密钥进行加密并然后进行通信。非对称加密方法的使用显著降低了通信成本，尤其在长消息情况下，其借助非对称密钥的破译是很费事的。发送者和接收者都知道纯文本密钥的对称加密方法的安全性取决于该密钥的保密性。借助非对称密钥交换协议，还可以通过不安全的通道安全地传输密钥，因为对称密钥本身是使用非对称加密方法加密的。

图l示出了包括根据本发明的通信方法交换数据的调节装置和通信方的系统的原理图；

图2示出了具有光学麦克风的故障诊断系统的功能原理图；以及

图3示出了根据本发明的通信方法的示意图。

在图l中示出了具有故障诊断系统的调节装置，其中，该调节装置与通信方交换信息。该调节装置在根据图1的具体实施方式中以完整的带有附图标记1的现场用仪表的形式实现，其包括调节阀3和气压调节驱动装置5，其中调节阀壳体7与驱动装置壳体11通过轭架13以位置固定的方式来支承。

调节阀3被集成在工艺生产设备的管路系统中，其中用于流动输入管路的管接头带有附图标记15，并且用于流动输出管路的管接头带有附图标记17。在调节阀壳体7内，阀座21位置固定地被固定在调节阀壳体7的内表面上。阀座21与调节阀7的阀芯23协作，该阀芯通过调节杆25由气压调节驱动装置5操作。调节杆13沿着轭架13穿过调节阀壳体7的上部中的开口延伸入调节驱动装置壳体11内的贯穿通道中，并且与将气压调节驱动装置5的两个工作腔31、35分隔开的隔膜27固定连接。

示例性示出的调节驱动装置5具有工作腔31和被压力弹簧33占据的复位腔35。气压工作腔31与连接至约6巴的压缩空气源41的位置调节器37气压连通。

位置调节器37具有气压出口，其通过输出管路43与气压工作腔31相连。位置调节器37包括位置传感器，该位置传感器通过扫描臂45检测阀芯23的位置，所述扫描臂可转动地安装在调节杆25上。现场用仪表1的故障诊断系统包括光学麦克风51，该光学麦克风通过数据线53与设置在位置调节器37的壳体内的故障诊断装置55相连。光学麦克风51设置在轭架13内并在调节阀壳体7和调节驱动装置壳体11外与位置调节器37相邻布置。显然，光学麦克风51也可以设置在调节阀壳体7和/或调节驱动装置壳体11内，其中该光学麦克风51或是可以遭遇流过工艺生产设备的流动管路的工艺介质、介质压力，或是在气压工作腔内遭遇升高的空气压力。导线53可以被设计成光学麦克风51的光波导67，其中，光源63被安装在位置调节器壳体37内并且通过光波导67光学耦合至光学麦克风51的测量头71。

诊断装置55可以具有微型计算机，其接收并处理、尤其评估光学麦克风51的测量信号。该微型计算机可以配设有发送装置，其将故障诊断结果或分析结果转发给操控台或接收机，其使得故障诊断变得完整或者可以显示故障诊断结果。位置调节器37中的微型计算机可以与存储器相连，在存储器内不仅存有光学麦克风51的测量信号，也存有所存的比较值尤其是经验值，以做出期望的故障诊断。

鉴于该调节装置1，可以根据调节装置个性标志将调节装置1个性化消息传输给通信方207，如操控台或远程使用者。通信例如可以根据下述方法500进行。例如可以将公钥从调节装置1经由第一传输路径或通信路径201传输给云存储器203或证书服务器。调节装置1的公钥可以自云存储器203或证书服务器经由第二通信路径205例如通过无线电、互联网、现场总线系统、HART系统等传输给调节装置1的一位或多位通信方207。通过同一通信路径205、201，也可以在相反方向上实现通信方207的公钥传输给调节装置1。通过可以是单向或双向的同一通信路径或另一个通信路径209，通信可以借助优选调节装置个性加密消息在调节装置1与通信方207之间、尤其是从调节装置1到通信方207进行。可以替代地使用这种直接通信路径209来传输所述公钥。

在图2中示出了光学麦克风51的原理性结构，该光学麦克风应被用于现场用仪表1的故障诊断系统。作为主要组成部分，光学麦克风51包括可被设计成激光二极管的光源63和测量头71，该测量头可设置在调节驱动装置壳体11、调节阀壳体7或可被工艺流体流过的区域内。光源63的光线在输入透镜65(其对于光学麦克风51来说不是必需的)处被集束，以便集中至光波导67中，该光波导例如可以被设计成柔性玻璃纤维导线。随着光波导67的使用，可以跨越过要防护安装的光源63与要靠近声场就位的测量头之间的较远距离，该测量头总体带有附图标记71。测量头71包括第二透镜73，该第二透镜将自光波导67射出的光线集束并且提供至在焦点处的分光器75，该分光器将集束光线分为第一部分光束77和第二部分光束81。第一部分光束77对应配属于第一反射镜83。第二部分光束81对应配属于第二反射镜85，其中两个反射镜83、85将各自部分光束77、81转向至第二分光器87。该第二分光器87将部分光束77、81合二为一，以造成干涉阵列91，其通过屏幕93被分配给光电二极管95，光电二极管根据所掌握的干涉强度输出电测量信号97。

用于实现干涉观察的第二分光器87以及第二反射镜85安装在声音防护环境(如壳体99)中，而第一部分光束77遭受声音工作信号的声波101。依据光束77、81的干涉91可以确定是否存在声音工作信号101以及如何表现其特征，由此可以精确推断出工艺生产设备的调节阀3的功能能力/损伤。

在图4中，根据本发明的通信方法的一个优选实施方式总体用附图标记500标示。在调节装置例如包括调节阀3的现场用仪表1或包括(未详细示出)泵的现场用仪表的调节工作501期间，输出503声发射。

在通信方法500中检测505调节装置的声发射，例如借助具有光学麦克风51的上述故障诊断系统。优选也检测507时间值以及与调节工作501相关的工作数据511。优选地，所检测到的声音值505和所检测到的工作数据511依据时间测量值507相互对应配属。

在通信方法500的一个优选实施方式中，对所检测到的声音测量值进行过滤513。该过滤513可以包含过滤掉环境值513a、过滤掉与老化相关的测量误差513b和/或过滤掉其它误差513c。通过对先前在步骤505中检测到的所述声音测量值的所述过滤513，可以确定515稳定的声音参数。

优选地，根据步骤515已确定的稳定的声音参数值可以基于用于确定调节装置个性标志的限定过程517。

在用于确定调节装置个性标志的限定过程517的范围内，基于之前在步骤505中检测的并在步骤513中经历过过滤以在步骤515中确定稳定的声音参数的声音测量值，在步骤521中产生调节装置个性钥值例如私钥。借助该私钥，可以在步骤525中产生数字签名。基于私钥，另选地或附加地可以在步骤523中产生调节装置个性公钥或公匙。

在步骤517中限定了调节装置个性标志(这例如结合根据步骤511的预定的检测工作数据或结合在步骤507中检测的时间数据来激活)之后，可以在步骤513中在晚些时刻产生专门配属于调节装置的且可再现公开的个性化消息。根据步骤531的个性化消息的产生至少包括补入在先产生的调节装置专属的调节装置签名525和/或借助在先(步骤521)限定的私钥以及必要时通信方的公钥(步骤523)所执行的消息内容加密。所签名和/或加密的消息的内容可以基于之前在步骤511中检测到的工作数据、之前在步骤505中检测到的声发射和/或在步骤515中限定的稳定的声音参数。

该调节装置的公钥根据传输步骤541被传输给该调节装置的通信方。公钥或公匙的传输例如可以通过证书服务器或云存储器进行。

在步骤531中产生的个性化消息在步骤551中被发送给通信方。依据根据步骤541在先传输的公钥，通信方可以解密在步骤551中发送的消息和/或验证签名。

根据本发明通信方法的一个特定实施方式，在步骤505中检测到的声音值、在步骤511中检测到的工作数据和/或通过在步骤515中的过滤513所限定的稳定的声音参数可接受故障诊断方法561以确定该调节装置是否正常工作。该故障诊断方法561例如可以包含将在先在步骤515中确定的稳定的声音参数与根据步骤563在先确定的差值进行比较。

在故障诊断方法561中所考虑的声音测量值和/或工作数据测量值例如可以借助用于调节装置诊断的个性化消息从该调节装置经由个性化消息被传输给通信方。也可以想到，该调节装置执行根据方法步骤568的故障诊断功能，该故障诊断方法的结果被转换531为个性化消息以将其发送给通信方。

在前面的说明书、附图和权利要求书中公开的特征不仅可以单独地存在、也能以任何组合方式存在，对于以不同实施方式实现本发明来说都是有意义的。

附图标记列表

1 调节装置

3 调节阀

5 调节驱动装置

7 调节阀壳体

11 调节驱动装置壳体

13 轭架

15 流动输入管路

17 流动输出管路

21 阀座

23 阀芯

25 调节杆

27 隔膜

31 工作腔

33 压力弹簧

35 复位腔

37 位置调节器

41 压缩空气源

43 输出管路

45 扫描臂

51 光学麦克风

53 导线/线缆/光波导

55 故障诊断装置

63 光源

65 输入透镜

67 光波导

71 测量头

73 透镜

75 第一分光器

77 第一部分光束

81 第二部分光束

83 第一反射镜

85 第二反射镜

87 第二分光器

91 干涉

93 屏幕

95 光电二极管

97 电测量信号

99 壳体

101 声波/声场

201 第一传输路径或通信路径；

203 云存储器/证书服务器

205 第二通信路径

207 通信方

209 直接通信路径

500 通信方法

501 调节工作

503 声发射

505 声音值测量

507 时间检测

511 工作数据检测

513 过滤

513a 过滤掉环境值

513b 过滤掉与老化相关的测量误差

513c 过滤掉其它误差

515 确定稳定的声音参数

517 限定过程

521 密钥产生

523 公钥产生

525 产生调节装置专属的调节装置签名

531 产生个性化消息

541 传输公钥

551 发送的消息

561 故障诊断方法

563 差值

568 故障诊断功能

Claims (10)

1.一种用于工艺生产设备的调节装置的通信方法，其中，

-由所述调节装置产生声发射；

-对所述调节装置的所述声发射进行检测；并且

-限定调节装置个性标志，其中，所述标志的限定基于所检测到的声发射来进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述声发射的检测包括：确定发射测量值的与时间相关的群组，如尤其经傅里叶变换的频谱或者一串时间-发射测量值对。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，执行至少一个过滤功能，以便在滤掉环境噪声、老化相关噪声和/或故障噪声的影响情况下从所检测到的声发射中确定稳定的调节装置个性声音参数。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述标志的限定包括：基于所检测到的声发射产生私钥，其中，所述标志的限定尤其还包括：产生用于基于所述私钥识别所述调节装置身份的数字签名。

5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括：基于所述私钥产生公钥，该方法优选还包括：尤其借助公用数据存储器如证书服务器或云存储器将所述公钥传输给通信方如使用者，其中，尤其是所述通信方将所述公钥传输给所述调节装置。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述标志的限定以及必要时所述公钥的产生尤其在位置调节器工作期间因预定的触发条件而执行，其中，尤其是所述预定的触发条件是时间间隔、时间点和/或特定的工作状态。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述调节装置产生个性化的、例如借助私钥以及必要时所述通信方的所述公钥被加密的、和/或借助所述数字签名被标记的消息，并且其中，所述调节装置将该个性化的消息发送至通信方，其中，尤其是所述通信方从所述调节装置获得该个性化的消息并借助所述调节装置的所述公钥进行验证和/或解密。

8.根据权利要求3至7中的一项所述的方法，其中，所述调节装置向通信方发送必要时个性化的消息，所述个性化的消息包含所述稳定的调节装置个性声音参数。

9.根据权利要求3至8中的一项所述的方法，其中，将所述稳定的调节装置个性声音参数与预定参考值、尤其是声谱进行比较。

10.根据权利要求1至9中的一项所述的方法，其中，尤其通过所述调节装置或所述通信方基于所检测到的声发射来执行故障诊断功能。

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