CN117099056A - 检查用于自动化技术中的现场设备的电子传感器电路的信号路径的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种检查用于自动化技术中的现场设备的传感器电路(1)的信号路径的方法，该传感器电路(1)包括信号路径(3)，该信号路径具有：换能器元件(2)，该换能器元件用于输出模拟原始测量值；模‑数转换器(6)，该模‑数转换器连接在下游以将原始测量值转换成数字原始测量值；以及数字处理器(5)，该数字处理器被设计成进一步处理所供应的数字化的原始测量值以提供测量值。该方法包括以下步骤：‑中断测量操作；‑用模拟检查信号代替换能器元件(2)的输出端处的模拟原始测量值；‑使模拟检查信号通过信号路径(3)，以使得数字处理器(5)确定模拟检查信号的对应值；‑利用针对信号路径(3)确定的比较值检查所确定的测量值，并且如果针对模拟检查信号确定的测量值在比较值的所限定的容差范围之外，则标识信号路径(3)的状态的改变。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检查针对自动化技术中的现场设备的传感器电路的信号路径的方法。
背景技术
用于记录和/或修改过程变量的现场设备通常用于过程自动化以及制造自动化中。测量设备或传感器——诸如，料位测量设备、流量计、压力和温度测量设备、pH值氧化还原电位计、电导率仪等——用于记录相应过程变量——诸如，料位、流量、压力、温度、pH值和电导率。为了影响过程变量，使用了诸如阀或泵的致动器，经由这些致动器，可以通过致动器来更改管段中的流体的流量或容器中的料位。
恩德莱斯和豪瑟尔集团公司生产和销售各种各样的现场设备。
这种现场设备通常具有本身已知的电子传感器电路。电子传感器电路与现场设备一起使用，以允许额外处理原始测量值，即未被补偿的测量值，特别是未经温度补偿的测量值。例如，经由模拟电换能器单元而获取原始测量值形式的过程变量，并且经由模-数转换器将模拟原始测量值数字化，以便随后经由数字处理器将数字化的原始测量值处理成(数字)测量值。在该过程中，可以通过数字处理器对原始测量值执行一系列操作。例如，可以对原始测量值执行温度补偿，以获得测量值形式的经温度补偿的数字输出信号。模拟原始测量值沿着从换能器元件到数字处理器的输出端的链的处理在此也被称为信号路径。
在实践中，在工业工厂中的现场设备有时暴露于极端条件，这些极端条件可能在电子电路的寿命期间负面地影响信号路径。
例如，极端的温度波动、振动、潮湿或EMC可能负面地影响了信号路径的电气或机械特性，并因此对测量功能或测量准确性生成负面影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种选项，通过该选项，可以检查或监测现场设备的电子电路的信号路径。
根据本发明，该目的由根据权利要求1所述的方法实现。
根据本发明，提供了检查用于自动化技术中的现场设备的电子传感器电路的信号路径的方法，其中传感器电路包括至少一个信号路径，该至少一个信号路径具有：至少一个换能器元件，该至少一个换能器元件用于检测、转换过程变量并将其以模拟原始测量值的形式输出到换能器元件的输出端；模-数转换器，该模-数转换器连接在换能器元件的下游以将模拟原始测量值转换成数字原始测量值；以及数字处理器、特别是数字信号处理器，该数字处理器处于模-数转换器的下游，被馈送有数字化的原始测量值并被设计成在测量模式中进一步处理数字化的原始测量值以提供测量值，该方法提供以下步骤：
-中断测量模式；
-用模拟检查信号代替换能器元件的输出端处的模拟原始测量值；
-使模拟检查信号通过信号路径，以使得数字处理器确定对应于模拟检查信号的测量值；
-利用针对信号路径确定的比较值检查所确定的测量值，并且如果针对模拟检查信号确定的测量值在比较值的所限定的容差范围之外，则标识信号路径的状态的改变。
根据本发明，提出了一种方法，其中，在测量模式中用于确定源自换能器元件的测量值的模拟原始测量值被模拟检查信号代替。因此，此检查信号实际上表示“模拟的”信号，该信号接着用于换能器元件之后的信号路径的元件。基于此检查信号，随后贯穿了信号路径，并且类似于在现场设备的实际测量模式中的测量值的确定而确定测量值。接着将其与先前针对信号路径确定的比较值进行比较，以使得如果偏差大于针对比较值限定的容差范围，则检测到信号路径的状态的改变。
根据有利实施例，可以规定，针对信号路径确定的比较值是在电子传感器电路的生产期间确定的，并且被访问以用于检查在电子传感器电路的生产期间确定的比较值。特别地，该实施例可以提出，在电子传感器电路的制造期间确定的比较值存储在电子传感器电路上的存储器元件中。
根据有利实施例，可以规定，施加到换能器元件的输出端的检查信号由电压信号实现。特别地，该实施例可以提出，电压信号由数字处理器生成。
根据替代实施例，可以规定，电压信号是借助于设置在电子传感器电路上的至少一个电容器来生成的。
根据有利实施例，可以规定，用模拟检查信号代替换能器元件的输出端处的模拟原始测量值是由该数字处理器或另一数字处理器发起或控制的。
根据有利实施例，可以规定，利用针对信号路径确定的比较值检查所确定的测量值是由该数字处理器或另一数字处理器执行的。
根据有利实施例，可以规定，在确定信号路径的状态的改变的情况下，此改变被用信号发送。
根据有利实施例，可以规定，在利用针对信号路径确定的比较值检查所确定的测量值之后，如果针对模拟检查信号确定的测量值在针对比较值限定的容差范围内，则测量模式恢复。
根据另一有利实施例，可以规定，在模拟验证信号通过信号路径之前，信号路径针对模-数转换器而被调节，特别是增益和/或偏移被调整。
附图说明
基于以下附图来更详细地解释本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的针对自动化技术中的现场设备的电子传感器电路的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电子传感器电路1，该电子传感器电路用于检测例如压力测量值的过程变量的模拟原始测量值，并且用于将所获取的原始测量值处理成数字测量值。电子传感器电路1包括以下部件：换能器元件2，该换能器元件用于检测过程变量并将过程变量转换成模拟原始测量值；前置放大器单元4，该前置放大器单元用于信号调节；模-数转换器6，该模-数转换器用于将模拟信号转换成数字信号；以及数字处理器5，例如，数字信号处理器，该数字处理器用于输出数字测量值，特别是经补偿的测量值。
由此，这些部件形成了从换能器元件2到数字处理器5的信号路径。除了换能器元件2和数字处理器5之外，信号路径必须至少包括模-数转换器6，该模-数转换器将源自换能器元件2的模拟原始测量值转换成数字原始测量值。
换能器元件被配置成检测原始测量值形式的过程变量，并输出对应的模拟原始测量值，即尚未经历补偿的模拟测量值。换能器元件例如可以是压力换能器元件，该压力换能器元件具有模拟原始测量值形式的可随时间变化的压力pa(t)。本发明不限于压力换能器元件，而是也可以传输到具有其他换能器元件的现场设备。
为了执行调节，特别是来自换能器元件的信号的电平调整，信号路径3还可以包括前置放大器单元4，如图1所示。这在换能器元件2与模-数转换器6之间布置在信号路径中。通过调节，源自换能器元件的信号针对下游模-数转换器6的输入区域而被适配；特别是增益和/或偏移被调整。
模拟原始测量值由换能器元件2通过布置在前置放大器单元4的下游的模-数转换器6转换成数字原始测量值。例如，模-数转换器6可以被设计为24位模-数转换器。
此外，信号路径可以包括至少一个滤波器元件7。由附图标记7表示的部件可以是硬件滤波器元件7，例如SINC 3滤波器元件。硬件滤波器元件7在模-数转换器6与数字处理器5之间布置在信号路径3中，以使得它对数字化的原始测量值进行滤波。替代地，硬件滤波器元件也可以由数字处理器上的内部软件滤波器元件9实现。
经由模-数转换器6来数字化并且可能还被滤波的原始测量值被供应给数字处理器5以用于进一步处理。处理器5被配置成借助于算法来进一步处理数字原始测量值。在该过程中，可以通过数字处理器对原始测量值执行一系列操作。例如，可以对原始测量值执行温度补偿，以便获得测量值形式的经温度补偿的数字输出信号。
上述电子传感器电路1可以优选地被用于自动化技术的现场设备中。例如，介质压力可以由现场设备的传感器电路的换能器元件转换成模拟原始测量值，如上所述，这些模拟原始测量值由传感器电路数字化并随后进一步处理成经补偿的压力测量值(例如通过温度补偿)。
为了检查电子传感器电路的信号路径并相应地防止在现场设备的实际测量模式中对测量功能或测量准确性的负面影响，根据本发明的方法提供以下步骤：
在第一步骤中，中断实际测量模式，即，不再经由信号路径传输源自换能器元件2的模拟原始测量值。测量模式的中断可以例如由数字处理器发起。然而，替代地，中断也可以由主电子器件11的附加处理器12发起。
在第二步骤中，用模拟检查信号代替换能器元件的输出端处的模拟原始测量值。检查信号例如可以是电压信号。电压信号可以由数字处理器5自身生成，或者通过电子传感器电路1上另外设置的电容器生成。在数字处理器自身提供电压信号的情况下，如图1中通过虚线以举例方式示出，电压信号可以从处理器的输出端被引导到换能器元件的输出端。在借助于电容器生成电压信号的情况下，通过电容器实际上实现了换能器元件的输出端处的值的“模拟”。出于此目的，电容器可以被充电到具体值，例如最大充电值，以使得跨越电容器生成了电压，该电压接着用作电压信号。代替换能器元件2的输出端处的模拟原始测量值可以通过在传感器电路上另外设置的一个或多个开关元件13来实现。如图1所示，这可以通过多个个别的(单极)开关或者通过多极开关来实现，该多极开关在测量模式中在源自处理器5的输出端的电压信号、通过电容器10生成的电压信号和源自换能器元件2的模拟原始测量值之间切换。开关元件可以由传感器电路的数字处理器控制，在要进行信号路径的检查的情况下，该数字处理器对应地激活开关元件13，并由此针对检查配置传感器电路1。替代地，开关元件13也可以由附加的数字处理器12激活，该附加的数字处理器例如位于远离传感器电路1布置的主电子器件11上。在图1中，传感器电子器件1的数字处理器5对开关元件13的激活通过虚线箭头以举例方式示出。为了使传感器电路1能够与主电子器件11通信，它们被设计成彼此互补，特别是数字通信部14a和14b。
在后续第三步骤中，模拟检查信号通过信号路径。这意味着模拟检查信号由前置放大器调节(如果存在的话)，接着由模-数转换器6转换成数字信号，由软件或硬件滤波器元件(如果存在的话)滤波，滤波，并且接着由数字处理器借助于算法进一步处理成检查值。因此，检查信号以与测量模式中源自换能器元件的原始测量值相同的方式通过信号路径。
在随后的第四步骤中，将先前确定的检查值与针对信号路径3确定的比较值进行比较。在针对模拟检查信号确定的检查值偏离比较值预定量的情况下，确定信号路径3的状态的改变。接着，信号路径3的状态的这种改变可以被用信号发送，例如通过在现场设备的显示器上输出错误消息。
预定量可以由操作员预定，例如通过现场设备的对应配置或参数化来预定，或者替代地由现场设备制造商预定，例如在现场设备或电子传感器电路的生产期间。例如，比较值可以在电子传感器电路的生产期间准确地针对此信号路径来确定，并且可以用于随后在实际测量模式中进行的检查。为了能够稍后、即在实际测量模式中访问该比较值，该比较值可以在生产期间存储或保存在电子传感器电路的存储器元件8中。如图1所示，存储器元件8既可以是数字处理器的存储区域，也可以是传感器电子器件上单独形成的存储部件。
在最后的步骤中，该方法提出，在利用针对信号路径确定的比较值检查所确定的检查值之后，如果针对模拟检查信号确定的检查值不偏离比较值预定量，则电子传感器电路返回到实际测量模式。
附图标记列表
1 电子传感器电路
2 换能器元件
3 信号路径
4 前置放大器单元
5 数字处理器，尤其是数字信号处理器
6 模-数转换器
7 硬件滤波器元件
8 存储器元件
9 软件滤波器元件
10 电容器
11 主电子器件
12 第一数字处理器
13 开关元件
14a、14b 通信接口
Claims (11)
1.一种检查用于自动化技术中的现场设备的电子传感器电路(1)的信号路径的方法，其中所述传感器电路(1)包括至少一个信号路径(3)，所述至少一个信号路径具有：至少一个换能器元件(2)，所述至少一个换能器元件用于检测、转换过程变量并将其以模拟原始测量值的形式输出到所述换能器元件(2)的输出端；模-数转换器(6)，所述模-数转换器连接在所述换能器元件的下游以将所述模拟原始测量值转换成数字原始测量值；以及数字处理器(5)、特别是数字信号处理器，所述数字处理器处于所述模-数转换器的下游，被馈送有数字化的原始测量值，并且所述数字处理器被设计成在测量模式中将数字化的原始测量值进一步处理成测量值，并且所述方法提供以下步骤：
-中断所述测量模式；
-用模拟检查信号代替所述换能器元件(2)的输出端处的模拟原始测量值；
-使所述模拟检查信号通过所述信号路径(3)，以使得所述数字处理器(5)确定对应于所述模拟检查信号的测量值；
-利用针对所述信号路径(3)确定的比较值检查所确定的测量值，并且如果针对所述模拟检查信号确定的测量值在所述比较值的所限定的容差范围之外，则标识所述信号路径(3)的状态的改变。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，针对所述信号路径确定的比较值是在所述电子传感器电路(1)的生产期间确定的，并且被访问以用于检查在所述电子传感器电路(1)的生产期间确定的比较值。
3.根据前一权利要求所述的方法，其中，在所述电子传感器电路(1)的制造期间确定的比较值被存储在所述电子传感器电路(1)上的存储器元件(8)中。
4.根据前述权利要求中一或多项所述的方法，其中，施加到所述换能器元件(2)的输出端的检查信号由电压信号实现。
5.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述电压信号由所述数字处理器(5)生成。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中，所述电压信号是借助于设置在所述电子传感器电路(1)上的至少一个电容器(10)来生成的。
7.根据前述权利要求中一或多项所述的方法，其中，用所述模拟检查信号代替所述换能器元件(2)的输出端处的模拟原始测量值是由所述数字处理器(5)或另一数字处理器发起或控制的。
8.根据前述权利要求中一或多项所述的方法，其中，利用针对所述信号路径(3)确定的比较值检查所确定的测量值是由所述数字处理器(5)或另一数字处理器执行的。
9.根据前述权利要求中一或多项所述的方法，其中，在确定所述信号路径(3)的状态的改变的情况下，此改变被用信号发送。
10.根据前述权利要求中一或多项所述的方法，其中，在利用针对所述信号路径确定的比较值检查所确定的测量值之后，如果针对所述模拟检查信号确定的测量值在针对所述比较值限定的容差范围内，则测量模式恢复。
11.根据前述权利要求中一或多项所述的方法，其中，在所述模拟验证信号通过所述信号路径(3)之前，所述信号路径针对所述模-数转换器而被调节，特别是增益和/或偏移被调整。
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