CZ26473U1 - Inteligentní měřící kanál (IMK) - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení inteligentního měřícího kanálu (ve zkratce IMK) se souborem speciálních testů, jejichž úkolem je průběžně sledovat průběh analogového signálu ze snímače a detekovat poruchu měření na základě analýzy průběhu měronosného signálu tohoto snímače a v případě detekované poruchy označit signál ze snímače za nevěrohodný. Pokud dojde knestálé poruše snímače, provést po odeznění poruchy „zotavení“ měřicího kanálu, tj. údaje o věrohodnosti signálu ze snímače.

Dosavadní stav techniky

Věrohodný údaj o měřené veličině je jednou z nej důležitějších podmínek správné činnosti jakýchkoliv systémů. Tento údaj má významný podíl na správných výsledcích daného systému.

Údaje o měřené veličině dodávají snímače. V současné době jsou snímače dodávány v jednom celku s převodníkem, který zabezpečuje transformaci měřené technologické veličiny na normovanou změnu elektrické veličiny (např. stejnosměrný proud v rozsahu 4-20 mA). Snímače jsou většinou umístěny přímo na technologii, tj. v prostředí, které působí aktivně na jejich poruchovost (otřesy, vlhkost, teplotní namáhání apod). Signál ze snímače (proud, napětí) je přiváděn do systému převážně kabely. Kabely mohou procházet prostředím, které může působit vznik rušení, které se superponuje na měronosný signál (např. při spouštění výkonných spotřebičů, kdy dochází při souběhu kabelů ke vzniku rušivých signálů). Rušení se může projevovat i v případě přenosu měronosného signálu radiovými vlnami. Nezanedbatelné jsou i vlivy poruch, odvozených od zdrojů napájení (výpadky a obnovení napájení, rušivé pulzy, apod). Rovněž vliv vlastních poruch snímačů má vliv na funkci systémů, ať se již jedná o pomíjivé poruchy, které odezní, nebo trvalé poruchy, které způsobí vyřazení snímače. Věrohodnost informace ze snímače má tedy významný vliv na funkci systému, který jeho signál využívá.

V dnešní době masového nasazení výpočetní techniky (softwarových systémů) jsou podstatně lepší podmínky pro zjišťování věrohodnosti vstupních signálů, než byly v dobách hardwarových systémů, kdy ke zvýšení věrohodnosti údajů ze snímače bylo využíváno především redundance, tj. zvyšování počtu snímačů jedné technologické veličiny a vzájemným porovnáváním byl stanovován věrohodný údaj příslušného měření.

Vzhledem k tomu, že zvyšování počtu redundantních měření má podstatný dopad do ceny zařízení, snaží se nové výpočetní systémy snižovat počty snímačů a stanovovat věrohodnost údaje snímače vyhodnocením průběhu měronosného signálu. Stávající systémy využívají obvykle ke stanovení věrohodnosti signálu níže uvedených dvou metod, nebo jejich modifikaci:

a) Kontrolu, zdaje údaj snímače v měřicím rozsahu (např. 4 až 20 mA)

b) Kontrolu, zda rychlost, změny technologické veličiny nepřesáhla technicky možnou rychlost změny daného technologického procesu.

Použití metody dle bodu b) nedokáže zachytit poruchové stavy technologie, ke kterým může v průběhu provozu dojít a tím dojde k nesprávnému stanovení věrohodnosti signálu. Metoda, použitá v IMK tento nedostatek nemá.

Podstata technického řešení

Cílem je vytvoření inteligentního měřícího kanálu (ve zkratce IMK) se souborem speciálních testů, jehož úkolem je průběžně sledovat průběh analogového signálu ze snímače a detekovat poruchu měření na základě analýzy průběhu měronosného signálu tohoto snímače a v případě detekované poruchy označit signál ze snímače za nevěrohodný a pokud dojde k nestálé poruše snímače, provést po odeznění poruchy „zotavení“ měřicího kanálu, tj. údaje o věrohodnosti sig- 1 CZ 26473 U1 nálu ze snímače, přičemž uvedeného cíle je dosaženo technickým řešením inteligentního měřícího kanálu, jeho podstata spočívá v tom, že je tvořen soustavou zvláště sériově zapojených bloků pro analýzu průběhu měronosného signálu, přičemž sestává z prvního bloku detekčních testů pro hodnocení, že měronosná veličina je v měřicím rozsahu vyznačeném hodnotami MIN a MAX, z druhého bloku se speciálním dynamickým testem (SMX) pro hodnocení rychlosti změny měronosné veličiny v časových úsecích daných vzorkovací frekvencí se zohledněním setrvačnosti technologické veličiny reprezentované daným měronosným signálem, z třetího bloku samozotavovacího testu pro zotavení měronosného signálu po ztrátě věrohodnosti měronosného signálu v důsledku dynamického testu SMX, ze čtvrtého bloku expertně zotavovacího testu pro vyhodnocení věrohodnosti měronosného signálu i po déle trvající poruše snímače, která vede k výměně snímače za nový, a z pátého bloku testu hodnocení validity pro zohlednění všech informací od předcházejících testů realizovaných v předchozích blocích a pro definitivní stanovení výsledné pokročilé věrohodnosti (validity) měronosného signálu (výstupní data).

Účinek technického řešení spočívá zvláště v tom, že eliminuje vlivy poruch měronosného signálu ze snímače a že zneplatněním věrohodnosti signálu zabrání nesprávnému vyhodnocení průběhu technologického procesu tímto systémem a tím neoprávněnému zásahu systému na technologii. Přehled obrázku na výkrese

Další výhody a účinky technického řešení technického řešení jsou patrny z připojeného výkresu, kde jediný obrázek představuje schematický blokovou strukturu příkladu zapojení inteligentního měřícího kanálu (IMK), využitého pro hodnocení věrohodnosti měronosné veličiny.

Příklad provedení technického řešení

Inteligentní měřicí kanál (IMK) pro pokročilé hodnocení věrohodnosti analogového nebo digitalizovaného analogového signálu (vstupní data), je tvořen soustavou zvláště sériově zapojených bloků pro analýzu průběhu měronosného signálu, přičemž sestává z bloku I detekčních testů pro hodnocení, že měronosná veličina je v měřicím rozsahu vyznačeném hodnotami MIN a MAX, bloku 2 se speciálním dynamickým testem (SMX) pro hodnocení rychlosti změny měronosné veličiny v časových úsecích daných vzorkovací frekvencí se zohledněním setrvačnosti technologické veličiny reprezentované daným měronosným signálem, z bloku 3 samozotavovacího testu pro zotavení měronosného signálu po ztrátě věrohodnosti měronosného signálu v důsledku dynamického testu SMX, realizovaného blokem 2, z bloku 4 expertně zotavovacího testu připojeného na blok 3, je-li v něm samozotavovací test neúspěšný a pro vyhodnocení věrohodnosti měronosného signálu i po déle trvající poruše snímače, která vede k výměně snímače za nový, a z bloku 5 testu hodnocení validity pro zohlednění všech informací od předcházejících testů realizovaných v blocích i až 4 a pro definitivní stanovení výsledné pokročilé věrohodnosti (validity) měronosného signálu (výstupní data).

Inteligentní měřicí kanál (IMK) pro hodnocení věrohodnosti analogového nebo digitalizovaného analogového signálu tedy obsahuje soustavu speciálních testů, které analyzují průběh měronosného signálu, jako detekčních testů, samozotavovacího testu, expertně zotavovacího testu a testu hodnocení validity, který vyhodnocuje výsledky předchozích testů.

Detekční testy ověřují stav, že měronosná veličina se nachází v měřicím rozsahu (např. 4-20 mA) - tj. nepřesahuje maximální hodnotu (MAX) ani minimální hodnotu (MIN) a speciálního dynamického testu (SMX), který hodnotí rychlost změny měronosné veličiny a toto hodnocení odvozuje od změny měronosné veličiny v časových úsecích, daných vzorkovací frekvencí, přičemž vyhodnocení zohledňuje setrvačnost technologické veličiny.

Samozotavovací test (GDifTest) je speciální test pro zotavení věrohodnosti měronosného signálu po ztrátě věrohodnosti měronosného signálu v důsledku dynamického testu (SMX), vycházející

-2CZ 26473 UL z hodnocení průběhu měronosné veličiny v technologickém procesu, na který se test v průběhu bezporuchového stavu adaptuje.

Expertně zotavovací test (ExpertTest) je speciální test, vycházející z dokonalé znalosti průběhu měřené veličiny technologického procesu, který působí v případě, že je neúspěšný samozotavovací test a dokáže vyhodnotit věrohodnost měřeného signálu i po déle trvající poruše snímače, která vede např. k výměně snímače za nový.

Test validity (ValidityTest) hodnotí všechny informace od předcházejících testů a definitivně stanovuje výslednou věrohodnost (validita) měronosného signálu, hodnoceného inteligentním měřicím kanálem.

Speciální testy, pomocí kterých je hodnocena validita signálu, diagnostikují průběh analogového signálu. Analogový signál je ve výpočetním systému digitalizován. Diagnostika je prováděna v několika úrovních. V první úrovni je prováděna diagnostika na úrovni vzorkovací periody. Tyto testy můžeme rozdělit na statické testy mezí (MIN, MAX) a dynamický test (SMX). Protože tyto testy provádí primární diagnostiku měronosného signálu ze snímače, jsou nazvány detekční.

V další úrovni je to samozotavovací test (GDifTest). Tento test navazuje na hodnocení věrohodnosti signálu provedeného detekčními testy. Test pracuje s vyšší vzorkovací periodou (2 až 5x vyšší) než detekční testy, kolem samozotavovacího testu je překlenout poruchový stav signálu a znovu umožnit práci se signálem, jakmile poruchový stav odezní. Provede tedy automatické zotavení chybového stavu z detekčních testů. V případě, že poruchový stav trvá delší dobu, než je hodnocena samozotavovacím testem, je možno zotavení signálu provést pouze expertně zotavovacím testem (ExpertTest). Tento test pracuje opět s násobkem periody vzorkovacího signálu (obvykle 4 až 5-ti násobkem).

Poslední test validity (ValidityTest), vytváří informaci o platnosti výstupního signálu pro nadřazený řídicí systém.

Průmyslová využitelnost

Inteligentní měřicí kanál (IMK) je vhodný pro systémy, pracující s měronosnými signály z analogových snímačů technologických veličin. Nasazení IMK vede ke snížení počtu měřicích kanálů (snímač + vyhodnocovací člen) a k dosažení spolehlivé činnosti systému i v prostředí, kde je předpoklad výskytu poruch měronosného signálu. V dnešní době s masovým využitím výpočetní techniky může být IMK využit v systémech, které zajišťují regulace technologických procesů, blokování a ochrany technologického procesu i v informačních systémech.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Inteligentní měřicí kanál (IMK) pro pokročilé hodnocení věrohodnosti analogového nebo digitalizovaného analogového signálu, vyznačující se tím, že je tvořen soustavou zvláště sériově zapojených bloků pro analýzu průběhu měronosného signálu, přičemž sestává z prvního bloku (1) detekčních testů pro hodnocení, že měronosná veličina je v měřicím rozsahu vyznačeném hodnotami MIN a MAX, z druhého bloku (2) se dynamickým testem (SMX) pro hodnocení rychlosti změny měronosné veličiny v časových úsecích daných vzorkovací frekvencí se zohledněním setrvačnosti technologické veličiny reprezentované daným měronosným signálem, z třetího bloku (3) samozotavovacího testu pro zotavení měronosného signálu po ztrátě věrohodnosti měronosného signálu v důsledku dynamického testu (SMX), ze čtvrtého bloku (4) expertně zotavovacího testu pro vyhodnocení věrohodnosti měronosného signálu i po déle trvající poruše snímače, která vede k výměně snímače za nový, a z pátého bloku (5) testu hodnocení validity pro zohlednění všech informací od předcházejících testů realizovaných v blocích (1) až (4) a pro definitivní stanovení výsledné pokročilé věrohodnosti měronosného signálu.