DE10085170B4

DE10085170B4 - Statistischer Trendgenerator zur prädiktiven Instrumentenwartung

Info

Publication number: DE10085170B4
Application number: DE10085170T
Authority: DE
Inventors: Mohan Mansfield Prasad; David N. Taunton Demoura
Original assignee: Invensys Systems Inc
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2020-11-04
Also published as: GB0207808D0; DE10085170T1; GB2371370A8; US6453279B1; WO2001035174A1; GB2371370A; GB2371370B

Abstract

Verfahren zum Detektieren von Beeinträchtigung in einem Meßsensor mit:
Erhalten eines Meßsignals von einem Meßsensor,
Erhalten eines Referenzsignals von einem Referenzsensor, wobei das Referenzsignal unabhängig vom Meßsignal erhalten wird und mindestens teilweise mit dem Meßsignal korreliert,
Erzeugen eines Fehlersignals aus dem Meßsignal und dem Referenzsignal, und
Überwachen des Fehlersignals, um Beeinträchtigung im Meßsensor zu detektieren,
wobei das Erzeugen eines Fehlersignals das Erzeugen eines Differenzsignals als Darstellung einer ausgewählten Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal aufweist,
wobei das Erzeugen eines Fehlersignals ferner das Gleichrichten des Differenzsignals aufweist, wodurch ein gleichgerichtetes Differenzsignal erzeugt wird, und wobei das Erzeugen eines Fehlersignals ferner das Bewerten einer zeitlichen Änderung des gleichgerichteten Differenzsignals aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der planmäßigen Wartung in einem Prozeßleitsystem und insbesondere ein Verfahren und System zum auf der Grundlage ihrer Leistung erfolgenden Bestimmen, ob eine Systemkomponente Wartungsbedarf hat.
In einem Prozeßleitsystem stellt ein Regler normalerweise den Wert einer oder mehrerer Stellgrößen mit dem Ziel der Beibehaltung des Werts einer Regelgröße auf einem festgelegten Sollwert ein. Zum Beispiel kann ein Regler einen Fluidpegel (die Regelgröße) in einem Behälter beibehalten, indem die Strömungsgeschwindigkeiten (die Stellgrößen) von Fluid geändert werden, das in den Behälter eintritt und/oder ihn verläßt. Da der geeignete Wert der Stellgröße normalerweise vom Wert der Regelgröße abhängt, verfügt ein Prozeßleitsystem nahezu immer über einen Meßsensor zum Überwachen des Werts der Regelgröße.
Der korrekte Betrieb des Meßsensors ist von größter Bedeutung beim Betrieb eines Prozeßleitsystems. Im o. g. Beispiel ist leicht zu sehen, daß ein Meßsensor, der den Fluidpegel zu niedrig darstellt, bewirken kann, daß der Regler die Strömungsgeschwindigkeit in den Behälter erhöht, wodurch der Behälter überläuft. Daher ist es in einem Prozeßleitsystem erwünscht, daß Sensoren mit höchster Zuverlässigkeit funktionieren.
Aufgrund der Natur seiner Funktion steht ein Meßsensor normalerweise in engem Kontakt mit dem zu regelnden Prozeß. In vielen Fällen führt dies dazu, daß der Meßsensor extremen Drücken und Temperaturen in Gegenwart korrosiver Fluide ausgesetzt ist. In einigen Fällen führt das mechanische Rühren, das zum Mischen von Prozeßbestandteilen zum Einsatz kommt, zu anhaltenden Schwingungen des Meßsensors. Im Grunde kann die Umgebung, der ein Meßsensor im tagtäglichen Betrieb ausgesetzt ist, aggressiver als die sein, die auf interplanetare Sonden einwirkt.
Angesichts der Gesamtwirkung der Bedingungen, unter denen sie arbeiten, überrascht es nicht, daß selbst die robustesten Meßsensoren periodischer Wartung bedürfen, um ihr optimales Funktionieren zu gewährleisten. Allgemein zieht diese periodische Wartung nach sich, den Prozeß stillzulegen und den Betrieb des Meßsensors zu testen. Da Produktionszeit als Folge der Prozeßstillegung verloren geht, ist es erwünscht, unnötige Wartung des Meßsensors zu vermeiden.
Allerdings ist es schwer zu bestimmen, wann die periodische Wartung erfolgen sollte. Periodische Wartung, die häufiger als notwendig durchgeführt wird, ist unwirtschaftlich. Dagegen kann zu seltene periodische Wartung zur Katastrophe führen. Da die Wartungsanforderungen eines speziellen Meßsensors von seiner Gesamtverschleißeinwirkung abhängen, ist es schwer, mit Sicherheit vorauszusagen, wann ein Ausfall mutmaßlich auftritt.
Eine besondere Schwierigkeit beim Berechnen der Gesamtverschleißeinwirkung auf einen Meßsensor besteht darin, daß in einigen Fallen die Größe, die der Meßsensor mißt, selbst einer der zum Verschleiß des Meßsensors beitragenden Faktoren ist. Verringert die Einwirkung einer aggressiven Umgebung auf den Meßsensor allmählich die Genauigkeit der Sensormessung, was oft der Fall ist, und verläßt man sich auch auf die Messungen dieses Sensors zur Vorhersage des Wartungsbedarfs dieses Sensors, können die Vorhersagen fehlerhaft sein.
Um z. B. zu bestimmen, wann ein Druckerfassungsgerät ausgetauscht werden müßte, kann man die Leistung des Druckerfassungsgeräts überwachen. Allerdings ist es allgemein nicht möglich zu bestimmen, ob der gemessene Druck der wirkliche Druck ist, wobei in diesem Fall das Gerät korrekt arbeitet, oder ob sich der gemessene Druck und der wirkliche Druck unterscheiden, wobei in diesem Fall das Gerät wartungsbedürftig sein kann. Damit ergibt sich ein wahres Dilemma, denn die einzige Möglichkeit, den wirklichen Druck zu kennen, besteht im Ablesen des gemessenen Drucks unter Verwendung genau desjenigen Druckerfassungsgeräts, dessen Genauigkeit fraglich ist.
Als Lösung unbefriedigend ist die Bereitstellung zweier Meßsensoren, da jede Diskrepanz einfach darauf verweisen würde, daß mindestens einer der beiden Sensoren unzuverlässig ist, ohne genau zu sagen welcher. Obwohl zusätzliche Meßsensoren vorgesehen sein könnten, würde dies die Anlagenkosten dramatisch erhöhen.
In der WO 94/28557 A1 ist ein System beschrieben, das zwei Sensoren zu Vergleichszwecken aufweist.
Die US-A-5014670 betrifft eine Einrichtung zum Detektieren einer Beeinträchtigung eines Sensors, der zur Regelung der Alkoholkonzentration im Kraftstoffgemisch für Kolbenmotoren dient. Dies geschieht durch den Vergleich einer vorausgesagten Alkoholkonzentration mit einer tatsächlich von dem Sensor gemessenen Alkoholkonzentration. Die vorhergesagte Kraftstoffkonzentration als Referenzsignal wird aus dem Vorzündungswinkel und dem maximalen Druckpunkt berechnet. Um den Vorzündungswinkel zu bestimmen, werden Sensormeßwerte wie der von dem Alkoholsensor gemessene Alkoholkonzentrationswert verwendet. Das vorhergesagte Alkoholkonzentrationsreferenzsignal wird mit dem Alkoholkonzentrationsmeßsignal vom Alkoholmeßsensor verglichen, um festzustellen, ob der Meßsensor ordentlich funktioniert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Detektieren von Beeinträchtigungen in einem Meßsensor und ein entsprechendes System bereitzustellen, mit dem eine solche Beeinträchtigung besser erfaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 13 gelöst.
Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
Ein die Erfindungsgrundsätze beinhaltendes System bestimmt die Wahrscheinlichkeit, daß ein Meßsensor, der ein Meßsignal erzeugt, Wartungsbedarf hat. Das System weist einen Referenzsensor auf, der geeignet ist, ein Referenzsignal zu erzeugen, das mindestens teilweise mit dem durch den Meßsensor erzeugten Meßsignal korreliert. Dieses Referenzsignal wird zusammen mit dem durch den Meßsensor erzeugten Meßsignal zu einem Fehlersignalgenerator geführt, der anhand des Meßsignals und des Referenzsignals ein Fehlersignal erzeugt. Ein mit dem Fehlersignalgenerator in Verbindung stehendes Trenderkennungsglied überwacht das Fehlersignal, um das Auftreten eines Auslöseereignisses zu detektieren. Dieses Auslöseereignis ist so vorgewählt, daß es die Wahrscheinlichkeit anzeigt, daß der Meßsensor Wartungsbedarf hat.
Das Verfahren der Erfindung schließt auf die Wahrscheinlichkeit, daß ein Meßsensor Wartungsbedarf hat, auf der Grundlage eines Fehlersignals als Anzeige für eine Differenz zwischen einem durch diesen Sensor erzeugten Meßsignal und einem unabhängig erhaltenen Referenzsignal, das mit dem Meßsignal korreliert, aber von ihm verschieden ist. Obwohl das Referenzsignal nicht mit dem Meßsignal identisch ist, gewährleistet die Korrelation zwischen diesen beiden Signalen, daß bei korrektem Funktionieren des Sensors die beiden Signale einander zeitlich verfolgen. Das Verfahren der Erfindung überwacht dieses Fehlersignal, um ein Auslöseereignis als Anzeige für eine Fehlanpassung zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal zu detektieren. Das Auftreten des Auslöseereig nisses deutet auf eine Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion im Sensor hin und zeigt somit einen Wartungsbedarf an.
Zu einem ”Auslöseereignis” sollen zusammengesetzte Ereignisse gehören, die durch Zusammenführungen und Überschneidungen von Ereignissen zustande kommen. Beispielsweise kann ein Auslöseereignis sein, daß das Referenzsignal und das Meßsignal um mehr als einen ausgewählten Schwellwert differieren. Ein Auslöseereignis kann auch das Ereignis sein, daß das Referenzsignal und das Meßsignal um mehr als einen ausgewählten Schwellwert mit einer vorgewählten Häufigkeit im Verlauf eines vorgewählten Intervalls differieren. In beiden Fällen verweist das Auslöseereignis auf die Wahrscheinlichkeit, daß der Meßsensor eine Funktionsstörung hat. Durch geeignetes Definieren des Auslöseereignisses reduziert das Verfahren der Erfindung die Mutmaßlichkeit, daß Stördifferenzen zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal einen Wartungsbedarf falsch anzeigen.
Der Schritt der Erzeugung des Fehlersignals weist den Schritt der Erzeugung eines Differenzsignals als Darstellung der Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal auf. Dem folgt der Schritt der Gleichrichtung oder Bewertung des Absolutwerts des Differenzsignals. Der Absolutwert des Differenzsignals, auch als ”gleichgerichtetes Differenzsignal” bezeichnet, wird dann überwacht, um das Maß zu bestimmen, in dem er von einem Konstantwert abweicht.
Dabei ist das Fehlersignal die zeitliche Änderung des gleichgerichteten Differenzsignals. Dieses Fehlersignal wird überwacht, um zu bestimmen, ob sein Wert im wesentlichen gleich Null bleibt. In dem Maß, in dem sein Wert im wesentlichen gleich Null bleibt, meldet das Verfahren der Erfindung, daß der Meßsensor korrekt funktioniert.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Fehlersignal erzeugt, indem das Differenzsignal parallel durch zwei unterschiedliche Filter erster Ordnung mit unterschiedlichen Zeitkonstanten geführt wird. Danach werden die Ausgaben dieser beiden Filter erster Ordnung voneinander subtrahiert, und die resultierende Differenz wird zum Erzeugen des Fehlersignals verwendet. In dem Maß, in dem die Differenz zwischen den Aus gaben dieser beiden Filter nahe Null liegt, meldet das Verfahren der Erfindung, daß der Meßsensor korrekt funktioniert. In dieser Ausführungsform verweist ein relativ konstanter, von Null abweichender oder sich monoton ändernder Wert darauf, daß sich eine der beiden das Differenzsignal erzeugenden Eingaben von der zweiten Eingabe als Funktion der Zeit stetig wegbewegt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Fehlersignal eine kumulative Summe der Zeitableitung des gleichgerichteten Differenzsignals. Dieses Fehlersignal wird überwacht, um zu bestimmen, ob sein Wert im wesentlichen Null bleibt. In dem Maß, in dem sein Wert im wesentlichen Null bleibt, meldet das Verfahren der Erfindung, daß der Meßsensor korrekt funktioniert.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der näheren Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1 ein blockschematische Darstellung eines Prozeßleitsystems zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung;
2 eine Ausführungsform des Prozessors in 1, in der das Fehlersignal ein gleichgerichtetes Differenzsignal ist, das durch Bewerten des Absolutwerts der Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal erzeugt ist;
3 eine Ausführungsform des Prozessors in 1, in der das Fehlersignal die Ableitung eines gleichgerichteten Differenzsignals ist;
4 eine Ausführungsform des Prozessors in 1, in der das Fehlersignal die kumulative Summe des Fehlersignals in 3 ist;
5 eine schematische Blockdarstellung des Prozessors von 3, in der ein Zähler zur Überwachung des Fehlersignals Fehlalarme unterdrückt;
6 einen Ablaufplan des Betriebs des Zählers in 5; und
7 eine blockschematische Darstellung, die eine Ausführungsform des Prozessors von 1 zeigt, in der das Fehlersignal erzeugt wird, indem das Differenzsignal durch pa rallele Tiefpaßfilter mit unterschiedlichen Zeitkonstanten geführt wird.
Ein die Erfindungsgrundsätze beinhaltendes Prozeßleitsystem 10 verfügt über einen Prozeßbehälter 12 mit einem Parameter, der durch einen in Kommunikation mit dem Prozeßbehälter 12 stehenden Meßsensor 14 zu messen ist. Der Meßsensor 14 erzeugt ein Meßsignal x_a, das bei einem ordnungsgemäß funktionierenden Meßsensor 14 den Wert des zu messenden Parameters anzeigt. Dieses Meßsignal wird zu einem Prozessor 22 in Kommunikation mit dem Meßsensor 14 geführt.
Der Prozessor 22 steht in Datenkommunikation mit einem Eingabegerät 18, von dem er Anweisungen von einem Benutzer oder von einer programmierten Steuerung erhält. Zu diesen Anweisungen gehört der Wert eines Schwellwerts τ, dessen Funktion später in Verbindung mit der Diskussion der Architektur und des Betriebs von Software beschrieben wird, die durch den Prozessor 22 abgearbeitet wird. Normalerweise ist das Eingabegerät 18 eine Tastatur, eine Maus oder eine Kombination aus einer Tastatur und einer Maus. Allerdings ist die Implementierung der Erfindung nicht davon abhängig, wie der Prozessor 22 Anweisungen erhält. Im Grunde können Anweisungen im Prozessor 22 fest verdrahtet sein, um so die Notwendigkeit eines Eingabegeräts 18 zu umgehen.
Außerdem steht der Prozessor 22 in Datenkommunikation mit einem Speicherelement 24 zum Speichern von Softwareanweisungen, die durch den Prozessor 22 auszuführen sind. Normalerweise ist das Speicherelement 24 ein Direktzugriffsspeicher herkömmlicher Gestaltung. Allerdings hängt die Implementierung der Erfindung nicht davon, wie oder wo Softwareanweisungen physisch gespeichert sind.
In der bevorzugten Ausführungsform steht ein Monitor 20 oder ein anderes Ausgabegerät, z. B. ein Drucker, in Datenkommunikation mit dem Prozessor 22, damit Systemwartungspersonal die Ausgabe des Prozessors 22 überprüfen kann.
Außerdem verfügt das Prozeßleitsystem 10 über einen Referenzsensor 16, der normalerweise vom Prozeßbehälter 12 entfernt ist, um vom Parameter isoliert zu sein, dem der Meßsen sor 14 ausgesetzt ist, und in Kommunikation mit dem Prozessor 22 steht. Der Referenzsensor 16 erzeugt ein Referenzsignal x_b, das mit dem Meßsignal korreliert, wenn der Meßsensor 14 korrekt arbeitet. Ist z. B. der zu messende Parameter die Temperatur, so korreliert die Umgebungstemperatur außerhalb des Prozeßbehälters 12, aber in dessen Nähe, mutmaßlich mit der wirklichen Temperatur innerhalb des Prozeßbehälters 12, die durch den Meßsensor 14 gemessen wird. Diese Korrelation kann sich aus Wärme ergeben, die aus dem Inneren des Prozeßbehälters 12 und in den benachbarten Luftraum geleitet wird, der den Prozeßbehälter 12 umgibt.
Da der Referenzsensor 16 vom Prozeßbehälter 12 entfernt ist, ist er nicht den aggressiven Bedingungen ausgesetzt, die man innerhalb des Prozeßbehälters 12 vorfindet. Somit ist seine Zuverlässigkeit erwartungsgemäß größer als die des Meßsensors 14. Da der Wert des Referenzsignals eine Funktion des Meßsignals ist, spricht man davon, daß das Referenzsignal und das Meßsignal ”korrelieren”. Da diese Signale korrelieren, folgen sie einander zeitlich. Somit kann ein Fehlersignal als Anzeige der Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal den Betrieb des Meßsensors 14 überwachen.
Im Betrieb erzeugt der Prozessor 22 ein Fehlersignal als Anzeige der Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal, das zu aufeinanderfolgenden Zeiten bewertet wird. Durch zeitliches Überwachen dieses Fehlersignals bestimmt der Prozessor 22, ob die Genauigkeit des Meßsignals mutmaßlich sinkt. Jede Beeinträchtigung der Genauigkeit des Meßsignals wird dann gemeldet, um anzuzeigen, daß der Meßsensor 14 möglicherweise einer Wartung bedarf.
Gemäß 2 weist eine erste Ausführungsform des Prozessors 22 ein Differenzbildungsglied 32 mit Eingangsanschlüssen zum Empfangen des Meßsignals vom Meßsensor 14 und des Referenzsignals vom Referenzsensor 16 auf. Das Differenzbildungsglied 32 hat einen Ausgangsanschluß, der mit dem Eingang eines Gleichrichtungsglieds 34 verbunden ist, das den Absolutwert des an seinem Eingang anliegenden Werts erzeugt. Somit ist die Ausgabe des Gleichrichtungsglieds 34 ein gleichgerichtetes Differenzsignal als Anzeige für den Abso lutwert der Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal. In dieser Ausführungsform wird das gleichgerichtete Differenzsignal als Fehlersignal verwendet. In anderen, später beschriebenen Ausführungsformen wird aber das gleichgerichtete Differenzsignal zusätzlichen Schritten zur Signalverarbeitung unterzogen, um das Fehlersignal zu erzeugen.
Mit weiterem Bezug auf 2 ist ein Zeitverlaufsspeicher 36, normalerweise ein Lese-Schreib-Speicher mit mehreren Registern und ferner mit einem durch ein Taktglied 37 gesteuerten Gatter, mit dem Ausgang des Gleichrichtungsglieds 34 verbunden. Zu jeder von mehreren Abtastzeiten inkrementiert das Taktglied 37 einen Registerindex und öffnet das Gatter, wodurch der aktuelle Wert des gleichgerichteten Differenzsignals im nächsten verfügbaren Register des Zeitverlaufsspeichers 36 gespeichert werden kann. Somit hält der Zeitverlaufsspeicher 36 eine Zeitreihe von Werten als Anzeige für die Entwicklung der Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal.
Da der Zeitverlaufsspeicher 36 eine endliche Anzahl von Registern hat, ist die Zeitreihe vorzugsweise eine, in der zu jeder Abtastzeit der älteste Wert des gleichgerichteten Differenzsignals durch den aktuellen Wert des gleichgerichteten Differenzsignals ersetzt wird. Außerdem weist der Zeitverlaufsspeicher 36 einen Rücksetzanschluß zum Löschen aller Register für den Fall auf, daß der Meßsensor 14 oder der Referenzsensor 16 ausgetauscht oder instandgesetzt wird.
Die Zeitreihe vom Zeitverlaufsspeicher 36 wird kontinuierlich auf das Auftreten eines Auslöseereignisses durch ein Trenderkennungsglied 38 überwacht, das normalerweise als Softwareanweisungen implementiert ist, die durch den Prozessor 22 abzuarbeiten sind. Die zugrundeliegende Annahme ist, daß während des Normalbetriebs aufgrund der Tatsache, daß das Referenzsignal und das Meßsignal korrelieren, das Differenzsignal einen Konstantwert hat. Eine Abweichung von diesem Konstantwert verweist daher auf eine mögliche Genauigkeitsbeeinträchtigung des Meßsensors 14 oder des Referenzsensors 16. Aufgrund seiner Isolierung von der aggressiven Umgebung innerhalb des Prozeßbehälters 12 gilt die Annahme, daß der Re ferenzsensor 16 zuverlässig ist. Somit wird bei einer Änderung des Werts des Differenzsignals vermutet, daß diese auf eine Beeinträchtigung der Genauigkeit des Meßsensors 14 hinweist.
In der dargestellten Ausführungsform von 2 tritt ein Auslöseereignis auf, wenn sich das Differenzsignal um mehr als einen ausgewählten Schwellwert ändert. Geschieht dies, veranlaßt das Trenderkennungsglied 38 den Prozessor 22, ein Alarmsignal zu einer Alarmeinheit 26 (siehe 1) zu senden, um Wartungspersonal anzuzeigen, daß der Meßsensor 14 mutmaßlich eine Fehlfunktion hat und das System daher der Wartung bedarf.
In einer zweiten Ausführungsform des Prozessors 22' gemäß 3 ist die zugrundeliegende Annahme, daß aufgrund der Tatsache, daß das Meßsignal und das Referenzsignal korrelieren, die Ableitung der Differenz zwischen den beiden normalerweise innerhalb eines ausgewählten Intervalls liegt, das Null umgibt. In dem Maß, in dem diese Ableitung jenseits des ausgewählten Schwellwerts liegt, hat der Meßsensor 14 möglicherweise Wartungsbedarf. In dieser zweiten Ausführungsform kommt es zu einem Auslöseereignis, wenn die Zeitableitung des Differenzsignals den ausgewählten Schwellwert übersteigt. Geschieht dies, sendet das Trenderkennungsglied 38 ein Alarmsignal zur Alarmeinheit 26, um Wartungspersonal anzuzeigen, daß der Meßsensor 14 mutmaßlich eine Fehlfunktion hat. Somit weist der Prozessor 22 ein Differenzierglied 35 mit einem Eingang auf, der mit dem Ausgang des Gleichrichtungsglieds 34 verbunden ist. Der Ausgang des Differenzierglieds 35 ist dann mit dem Eingang des Zeitverlaufsspeichers 36 verbunden.
In einer dritten Ausführungsform des Prozessors 22'' gemäß 4 ist die zugrundeliegende Annahme, daß aufgrund der Tatsache, daß das Meßsignal und das Referenzsignal korrelieren, die akkumulierte zeitliche Änderung des Differenzsignals innerhalb eines ausgewählten Schwellwerts von Null liegt. In dem Maß, in dem diese Größe nicht innerhalb des ausgewählten Schwellwerts von Null liegt, hat der Meßsensor 14 möglicherweise Wartungsbedarf. In dieser Ausführungsform tritt ein Auslöseereignis auf, wenn die akkumulierte zeitliche Änderung des Differenzsignals den Schwellwert übersteigt. Geschieht dies, sendet das Trenderkennungsglied 38 ein Alarmsignal zur Alarmeinheit 26, um Wartungspersonal anzuzeigen, daß der Meßsensor 14 mutmaßlich Wartungsbedarf hat. In dieser Ausführungsform ist der Ausgang des Zeitverlaufsspeichers 36 mit dem Eingang eines Summierglieds 39 verbunden. Die Ausgabe des Summierglieds 39, die ein Signal als Anzeige für die akkumulierten Zeitableitungen des Differenzsignals ist, wird zum Eingang des Trenderkennungsglieds 38 geführt.
In einer vierten Ausführungsform des Prozessors 22** ist der Ausgang des Differenzbildungsglieds 32 gemäß 7 verbunden. Die Ausgabe des Differenzbildungsglieds 32 wird durch ein erstes Tiefpaßfilter 62 gefiltert. Dieselbe Ausgabe des Differenzbildungsglieds 32 wird auch durch ein zweites Tiefpaßfilter 64 mit einer Zeitkonstante gefiltert, die sich von der dem ersten Tiefpaßfilter 62 zugeordneten unterscheidet. Danach werden die Ausgaben vom ersten und zweiten Tiefpaßfilter 62, 64 als Eingaben zu einem zweiten Differenzbildungsglied 66 geführt. Die Ausgabe des zweiten Differenzbildungsglieds 66 wird zum Trenderkennungsglied 39 weitergeleitet.
Die zugrundeliegende Annahme für den Betrieb dieser vierten Ausführungsform des Prozessors 22 ist, daß die Differenz zwischen den Ausgaben des ersten und zweiten Tiefpaßfilters 62, 64 zeitlich gegen Null tendiert, wenn das Referenzsignal und das Meßsignal einander verfolgen. Entwickelt sich dagegen eine anhaltende oder zunehmende zeitliche Änderung zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal, wird die Differenz zwischen den Ausgaben des ersten und zweiten Tiefpaßfilters 62, 64 ein relativ konstanter, von Null abweichender Wert oder ein sich monoton ändernder, von Null abweichender Wert sein.
In einem realen System sind Störauswanderungen der Werte sowohl des Meßsignals als auch des Referenzsignals unvermeidlich. Obwohl sie Auslöseereignisse verursachen können, sind viele dieser Auswanderungen isolierte Ereignisse von geringem Wert bei der Bestimmung, ob der Meßsensor 14 mutmaßlich Wartungsbedarf hat. Um also zu verhindern, daß durch solche Störauswanderungen bewirkte Auslöseereignisse zu Alarmsigna len führen, ist es nützlich, einen Zähler vorzusehen, um auf der Grundlage der Häufigkeit, mit der Auslöseereignisse auftreten, zu bestimmen, ob ein Auslöseereignis wirklich ein Alarmsignal rechtfertigt.
5 zeigt eine Ausführungsform des Prozessors 22*, in der ein Zähler 40 unter Steuerung eines Taktglieds 37 mit dem Ausgang des Differenzierglieds 35 verbunden ist und dadurch den Zeitverlaufsspeicher 36 und das Trenderkennungsglied 38 von 3 ersetzt. Verständlich wird sein, daß der Zähler 40 analog mit dem Ausgang des Gleichrichtungsglieds 34 in 2 verbunden sein kann.
Mit Bezug auf den Ablaufplan 50 in 6, der den Betrieb des Prozessors 22* von 5 veranschaulicht, liest bei jedem Taktimpuls der Zähler 40 die Ausgabe des Differenzierglieds 35 (Schritt 52) und bestimmt, ob ihr Wert so ist, daß ein Auslöseereignis aufgetreten ist (Schritt 54). Ist kein Auslöseereignis aufgetreten, setzt der Zähler 40 einen Zählwert auf Null zurück (Schritt 55). Ist ein Auslöseereignis aufgetreten, inkrementiert der Zähler 40 den Zählwert (Schritt 56) und prüft, ob der Zählwert über einem Schwellwert liegt (Schritt 58). Liegt der Zählwert über einem Schwellwert, sendet der Zähler 40 ein Alarmsignal zur Alarmeinheit 26 (Schritt 59). Ansonsten wartet der Zähler auf den nächsten Taktimpuls und arbeitet die Schleife erneut ab, indem der die Ausgabe des Differenzierglieds 35 liest. Der Schwellwert, mit dem der Zählwert verglichen wird, bestimmt die Wahrscheinlichkeit, daß das aufeinanderfolgende Auftreten des Auslöseereignisses den Wartungsbedarf anzeigt.
Der in 5 gezeigte Zähler 40 läßt sich leicht mit einem Acht-Bit-Schieberegister implementieren, das so konfiguriert ist, daß es eine Verschiebung bei jedem Auftreten eines Auslöseereignisses vornimmt. In einer solchen Ausführungsform ist der o. g. Schwellwert der Wert acht. Tritt ein Auslöseereignis nicht bei einem Taktimpuls auf, wird das Schieberegister zurückgesetzt. Bei vollem Schieberegister erzeugt der Zähler ein Alarmsignal. Dieses Alarmsignal zeigt an, daß die Wahrscheinlichkeit, daß das aufeinanderfolgende Auftreten des Ereignisses einen Wartungsbedarf anzeigt, 99,6 Prozent übersteigt.
Somit wird deutlich, daß das offenbarte Verfahren und System die o. g. und die aus der vorstehenden Beschreibung hervorgehenden Aufgaben effizient lösen. Da bestimmte Änderungen bei der Durchführung des o. g. Verfahrens und beim Aufbau des o. g. Systems vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, ist alles, was in der vorstehenden Beschreibung enthalten ist, als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung zu interpretieren.
Außerdem soll verständlich sein, daß die nachfolgenden Ansprüche alle generellen und spezifischen Merkmale der hierin beschriebenen Erfindung sowie alle Aussagen zum Schutzumfang der Erfindung erfassen sollen, die sprachlich als zugehörig betrachtet werden könnten.

Claims

Verfahren zum Detektieren von Beeinträchtigung in einem Meßsensor mit: Erhalten eines Meßsignals von einem Meßsensor, Erhalten eines Referenzsignals von einem Referenzsensor, wobei das Referenzsignal unabhängig vom Meßsignal erhalten wird und mindestens teilweise mit dem Meßsignal korreliert, Erzeugen eines Fehlersignals aus dem Meßsignal und dem Referenzsignal, und Überwachen des Fehlersignals, um Beeinträchtigung im Meßsensor zu detektieren, wobei das Erzeugen eines Fehlersignals das Erzeugen eines Differenzsignals als Darstellung einer ausgewählten Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal aufweist, wobei das Erzeugen eines Fehlersignals ferner das Gleichrichten des Differenzsignals aufweist, wodurch ein gleichgerichtetes Differenzsignal erzeugt wird, und wobei das Erzeugen eines Fehlersignals ferner das Bewerten einer zeitlichen Änderung des gleichgerichteten Differenzsignals aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Bewerten einer kumulativen Summe von Werten der zeitlichen Änderung des gleichgerichteten Differenzsignals.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen eines Fehlersignals ferner aufweist: Filtern des Differenzsignals mit einem ersten Filter erster Ordnung mit einer ersten Zeitkonstante, wodurch eine erste gefilterte Ausgabe erzeugt wird, Filtern des Differenzsignals mit einem zweiten Filter erster Ordnung mit einer zweiten Zeitkonstante, die sich von der ersten Zeitkonstante unterscheidet, wodurch eine zweite gefilterte Ausgabe erzeugt wird, und Bewerten einer Differenz zwischen der ersten gefilterten Ausgabe und der zweiten gefilterten Ausgabe.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Fehlersignals das Akkumulieren einer Zeitfolge von Werten des Fehlersignals aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Fehlersignals das Detektieren eines Auslöseereignisses aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Detektieren eines Auslöseereignisses das Detektieren aufweist, wann eine gleichgerichtete Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal einen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Detektieren eines Auslöseereignisses das Detektieren aufweist, wann eine zeitliche Änderung einer gleichgerichteten Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal einen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Detektieren eines Auslöseereignisses das Detektieren aufweist, wann eine akkumulierte Summe mehrerer Werte einer zeitlichen Änderung einer gleichgerichteten Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal einen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Überwachen des Fehlersignals das Bestimmen aufweist, wann der Wert der Differenz zwischen der ersten gefilterten Ausgabe und der zweiten gefilterten Ausgabe einen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Erzeugen eines Alarmsignals als Reaktion auf die Detektion des Auslöseereignisses.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit: Bestimmen einer Häufigkeit des Auftretens des Auslöseereignisses, und Erzeugen eines Alarmsignals als Reaktion auf die Häufigkeit des Auftretens des Auslöseereignisses.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Erzeugen eines Alarmsignals nach dem Auftreten einer festgelegten Anzahl von Auslöseereignissen.
System zum Detektieren von Beeinträchtigung in einem Meßsensor, der ein Meßsignal erzeugt, mit: einem Referenzsensor zum Erzeugen eines Referenzsignals, das unabhängig vom Meßsignal ist und mindestens teilweise mit dem Meßsignal korreliert, einem Fehlersignalgenerator in Kommunikation mit dem Referenzsensor und dem Meßsensor zum Empfangen des Referenzsignals und des Meßsignals und Erzeugen eines Fehlersignals daraus, und einem Trenderkennungsglied in Kommunikation mit dem Fehlersignalgenerator zum Detektieren des Auftretens eines Auslöseereignisses am Fehlersignal, wobei das Auslöseereignis so ausgewählt ist, daß es auf eine Beeinträchtigung der Genauigkeit des Maßsensors hinweist, wobei der Fehlersignalgenerator aufweist: ein Differenzbildungsglied, um ein Differenzsignal aus dem Meßsignal und dem Referenzsignal zu erzeugen, und ein Gleichrichtungsglied in Kommunikation mit dem Differenzbildungsglied zum Erzeugen eines Absolutwerts des Differenzsignals und ferner mit einem Differenzierglied in Kommunikation mit dem Gleichrichtungsglied zum Erzeugen einer Zeitableitung des Absolutwerts des Differenzsignals.
System nach Anspruch 13, ferner mit einem Summierglied in Kommunikation mit dem Differenzierglied zum Akkumulieren aufeinanderfolgender Bewertungen einer Zeitableitung des Absolutwerts des Differenzsignals.
System nach Anspruch 13, ferner mit: einem ersten Tiefpaßfilter mit einer ersten Zeitkonstante, wobei das erste Tiefpaßfilter in Kommunikation mit dem Differenzbildungsglied zum Erzeugen eines ersten gefilterten Differenzsignals steht, einem zweiten Tiefpaßfilter mit einer zweiten Zeitkonstante, die sich von der ersten Zeitkonstante unterscheidet, wobei das zweite Tiefpaßfilter in Kommunikation mit dem Differenzbildungsglied zum Erzeugen eines zweiten gefilterten Differenzsignals steht, und einem zweiten Differenzbildungsglied, das in Kommunikation mit dem ersten und zweiten Tiefpaßfilter steht und geeignet ist, eine Differenz zwischen dem ersten gefilterten Differenzsignal und dem zweiten gefilterten Differenzsignal zu erzeugen.
System nach Anspruch 13, ferner mit einer Einrichtung zum Akkumulieren einer Zeitreihe von Werten des Fehlersignals.
System nach Anspruch 13, wobei das Trenderkennungsglied eine Einrichtung zum Detektieren eines Auslöseereignisses aufweist.
System nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum Detektieren eines Auslöseereignisses eine Einrichtung zum Detektieren aufweist, wann eine gleichgerichtete Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal einen Schwellwert übersteigt.
System nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum Detektieren eines Auslöseereignisses eine Einrichtung zum Detektieren aufweist, wann eine zeitliche Änderung einer gleichgerichteten Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal einen Schwellwert übersteigt.
System nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung zum Detektieren eines Auslöseereignisses eine Einrichtung zum Detektieren aufweist, wann eine akkumulierte Summe mehrerer Werte einer zeitlichen Änderung einer gleichgerichteten Differenz zwischen dem Meßsignal und dem Referenzsignal einen Schwellwert übersteigt.
System nach Anspruch 15, wobei das Trenderkennungsglied eine Einrichtung zum Bestimmen aufweist, wann der Wert der Differenz zwischen dem ersten gefilterten Differenzsignal und dem zweiten gefilterten Differenzsignal einen Schwellwert übersteigt.
System nach Anspruch 13, wobei das Trenderkennungsglied eine Einrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignals als Reaktion auf das Auftreten eines Auslöseereignisses aufweist.
System nach Anspruch 13, wobei das Trenderkennungsglied einen Zähler zum Bestimmen einer Häufigkeit des Auftretens des Auslöseereignisses und eine Alarmsignal-Erzeugungseinrichtung aufweist, die mit dem Zähler in Kommunikation steht und geeignet ist, ein Alarmsignal als Reaktion auf das Auftreten einer festgelegten Häufigkeit des Auftretens zu erzeugen.