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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Messübertragungsstrecke eines Messsystems, wobei das Messsystem umfasst
- - ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, das zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Prozessmediums ausgestaltet ist und in einem Messbetriebs ein die Prozessgröße repräsentierendes Messsignal erzeugt, und
- - eine übergeordnete Steuerungseinheit, an die das Feldgerät mittels der Messübertragungsstrecke angeschlossen ist.
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In der Automatisierungstechnik, insb. in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Bestimmung, Überwachung Optimierung und/oder Beeinflussung von insb. variablen Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung der Prozessgrößen dienen Sensoren, die Prozessgrößen wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Feldgeräte weisen oftmals eine, insb. zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit auf, welche der Erzeugung eines von der Prozessgröße abhängigen Signals dient. Ferner weisen diese oftmals eine in einem Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, insb. elektrischen und/oder elektronischen Signalen, dient.
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Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden, die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os (elektrische Schnittstellen), Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.
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In Industrieanlagen sind Feldgeräte oftmals über Messübertragungsstrecken mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie bspw. eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) bzw. PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Steuerungseinheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, -visualisierung, -Überwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insb. von deren Sensoren, erfassten Prozessvariablen bzw. -daten werden über die Messübertragungsstrecke an eine oder ggf. auch an mehrere übergeordnete Steuerungseinheit(en) übermittelt.
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In einer Vielzahl von Anwendungen in der Automatisierungstechnik erfolgt die Messwertübertragung und die Energieversorgung des Sensors über eine als Zweidrahtleitung ausgestaltet Messübertragungsstrecke. Dies ist insbesondere in den Bereichen der Automatisierungstechnik von Bedeutung, in denen Einschränkungen an die dem Sensor zugeführte Energie vorliegen, was immer der Fall ist, wenn Sensoren in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden.
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Als analoges elektrisches Signal werden dabei Einheitssignale benutzt. Für Ströme existieren dabei nach der DIN IEC 60381-1 die standardisierten Messbereiche von 0-20mA und 4-20mA. Der Messbereich von 4-20mA hat dabei gegenüber dem 0-20mA Messbereich den Vorteil, dass eine Drahtüberwachung ermöglicht wird, da ein Signal von 0mA ein sicherer Hinweis auf eine Störung ist. In der Automatisierungstechnik hat sich daher der 4-20mA Standard etabliert.
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Das Highway Addressable Remote Transducer (HART) Verfahren ist ein standardisiertes, weit verbreitetes digitales Kommunikationsverfahren, das auf den 4-20mA Standard zur Übertragung vom analogen Stromwerten aufsetzt.
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Ein digitales Sekundärsignal wird erzeugt, indem auf das analoge Stromwert-Primärsignal eine hochfrequente Schwingung mit 1,2kHz und 2,2kHz aufmoduliert wird. Hierzu sind das Feldgerät und die übergeordnete Einheit mit einer entsprechenden HART Schnittstelle ausgestattet, so dass zusätzlich zum analogen Primärsignal eine Übertragung eines digitalen Sekundärsignals über die analoge Strom-Messübertragungsstrecke ermöglicht ist.
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Da eine analoge Messübertragungsstrecke während des Einsatzes eine Drift erfahren kann, ist oftmals eine Re-Kalibrierung der analogen Messübertragungsstrecke notwendig. Hierbei wird die gesamte elektrische Schaltung, welche zur Übertragung der analogen elektrischen Signale genutzt wird, überprüft. Für einen möglichst genauen und/oder effizienten Betrieb des Messsystems ist es wünschenswert, eine Drift der Messübertragungsstrecke während eines Messbetriebs des Messsystems rechtzeitig sicher zu erkennen. Eine Drift während des Messbetriebs wird z.B. durch Korrosion an einer Steckverbindung zwischen Feldgerät und übergeordneter Steuerungseinheit hervorgerufen. Dabei fällt an einem hohen Leitungswiderstand vom Feldgerät zur übergeordneten Steuerungseinheit eine Spannung ab, wodurch das von letzterer erfasste analoge elektrische Stromwert-Primärsignal verfälscht ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, während des Messbetriebs eine Drift der Messübertragungsstrecke sicher zu erkennen.
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Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung einer Messübertragungsstrecke eines Messsystems und ein Messsystems.
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Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen einer Drift einer Messübertragungsstrecke eines Messsystems, wobei das Messsystem umfasst:
- - ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, das zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Prozessmediums ausgestaltet ist und in einem Messbetriebs ein die Prozessgröße repräsentierendes Messsignal erzeugt, und
- - eine übergeordnete Steuerungseinheit, an die das Feldgerät mittels der Messübertragungsstrecke angeschlossen ist,
wobei das Verfahren während des Messbetriebs durchgeführt wird und zumindest umfasst:
- - Wiederkehrendes Umwandeln des Messsignals in ein analoges elektrisches Primärsignal von dem Feldgerät, Übermitteln des Primärsignals von dem Feldgerät an die übergeordnete Steuerungseinheit über die Messübertragungsstrecke und Erfassen des übermittelten Primärsignals durch die übergeordnete Steuerungseinheit;
- - Wiederkehrendes Umwandeln des Messsignals in ein digitales elektrisches Sekundärsignal von dem Feldgerät, Übermitteln des Sekundärsignals von dem Feldgerät an die übergeordnete Steuerungseinheit über die Messübertragungsstrecke und Erfassen des digitalen elektrischen Sekundärsignals durch die übergeordnete Steuerungseinheit;
- - Vergleichen zumindest eines zu einem ersten Zeitpunkt von der übergeordneten Steuerungseinheit erfassten Primärsignals mit einem zu dem ersten Zeitpunkt von der übergeordneten Steuerungseinheit erfassten Sekundärsignal, wobei zu dem ersten Zeitpunkt (t0) sowohl das Primärsignals (PS) als auch das Sekundärsignal (SS) von der übergeordneten Steuerungseinheit (4) erfasst wird; und
- - Ausgabe einer Warnungsmeldung über eine Drift der Messübertragungsstrecke, basierend auf dem Vergleich.
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Es handelt sich insbesondere um eine analoge Messübertragungsstrecke. Im Rahmen der Erfindung wird also ein Vergleich des als Primärsignal übermittelten Messsignals mit dem als Sekundärsignal übermittelten Messignal dazu verwendet, um eine Drift der Messübertragungsstrecke zu erkennen. Da das digitale Sekundärsignal im Gegensatz zu dem analogen Primärsignal durch eine Drift der analogen Messübertragungsstrecke nicht beeinflusst ist, kann mittels des Vergleichs somit eine Drift der Messübertragungsstrecke während des Messbetriebs sicher erkannt werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei dem Vergleich eine betragsmäßige Differenz gebildet, wobei die Warnungsmeldung ausgegeben wird, falls zumindest die betragsmäßige Differenz einen ersten kritischen Differenzbetrag überschreitet.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens umfasst dieses die Schritte:
- - Vorgabe eines Zeitintervalls;
- - Bestimmung von allen innerhalb des Zeitintervalls aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, an denen sowohl das Primärsignals als auch das Sekundärsignal von der übergeordneten Steuerungseinheit erfasst wird;
- - Für alle bestimmten Zeitpunkte: Vergleich eines zu einem jeweiligen Zeitpunkt erfassten Primärsignals mit einem zu dem jeweiligen Zeitpunkt erfassten Sekundärsignal, wobei bei dem Vergleich eine betragsmäßige Differenz gebildet wird;
- - Ausgabe der Warnungsmeldung über die Drift der Messübertragungsstrecke, für den Fall, dass alle gebildeten betragsmäßigen Differenzen einen zweiten kritischen Differenzbetrag überschreiten.
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In dieser Ausgestaltung werden also alle betragsmäßigen Differenzen aus dem vorgegebenen Zeitintervall verglichen. Nur wenn alle betragsmäßigen Differenzen für die aufeinanderfolgenden Zeitpunkte den zweiten kritischen Differenzbetrag überschreiten, wird die Warnungsmeldung ausgegeben.
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Da typischerweise das Erzeugen, Übermitteln und Erfassen des Sekundärsignals im Vergleich zu dem Primärsignal eine vergrößerte Latenzzeit mit sich bringt, kann ein einmaliger Unterschied zwischen Primärsignal und Sekundärsignal auch im Wesentlichem durch eine sich rapide ändernde Prozessgröße und nicht durch eine Drift der Messübertragungsstrecke verursacht werden. In dieser Ausgestaltung wird daher die Warnungsmeldung nur ausgegeben, falls alle gebildeten betragsmäßigen Differenzen einen zweiten kritischen Differenzbetrag überschreiten. Eine sich allmählich aufbauende Drift der Messübertragungsstrecke wird in dieser Ausgestaltung sicher erkannt, ohne dass ein Fehlalarm generiert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird/werden der erste kritische Differenzbetrag als eine erste kritische Konstante und/oder der zweite kritische Differenzbetrag als eine zweite kritische Konstante vorgegeben.
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In einer dazu alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird/werden der erste kritische Differenzbetrag und/oder der zweite kritische Differenzbetrag während des Messbetriebs dynamisch bestimmt, umfassend die Schritte:
- - Bestimmung einer aktuellen Änderungsrate, wobei die aktuelle Änderungsrate anhand eines zu einem aktuellen Zeitpunkt erfassten Primärsignals und eines zu einem dem aktuellem Zeitpunkt vorherigen Zeitpunkt erfassten Primärsignals bestimmt wird:
- - Vorgabe des ersten kritischen Differenzbetrags, zumindest in Abhängigkeit von einer ersten kritischen Konstante und des Betrags der aktuellen Änderungsrate und/oder Vorgabe des zweite kritischen Differenzbetrags, zumindest in Abhängigkeit von einer zweiten kritischen Konstante und des Betrags der aktuellen Änderungsrate.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die betragsmäßige Differenz zwischen einer aus dem Primärsignal ermittelten Primärsignal-Prozessgröße und einer aus dem Sekundärsignal ermittelten Sekundärsignal-Prozessgröße gebildet.
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Alternativ ist es auch möglich, das erfasste Sekundärsignal in eine analoge elektrische Größe, bspw. die für das analoge elektrische Primärsignal verwendete analoge elektrische Größe, umzuwandeln, bspw. in einen Stromwert im Fall der nachstehend genannten 4-20mA Messübertragungsstrecke. In diesem Fall kann die betragsmäßige Differenz dann auch zwischen einem als Primärsignal übermittelten Stromwert und dem mittels dem Sekundärsignal übermittelten Stromwert gebildet werden.
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In einer Ausgestaltung wird das Primärsignals häufiger von der übergeordneten Steuerungseinheit erfasst als das Sekundärsignal.
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Beispielsweise liegt für das Primärsignal eine konstante, erste Abtastrate vor. Das Sekundärsignal wird dagegen nur halb so oft und ggf. sogar in unregelmäßigen Abständen d.h. nicht mit einer festen Abtastrate von der übergeordneten Steuerungseinheit erfasst.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist der Messübertragungsstrecke ein Übertragungsintervall für die Prozessgröße zugeordnet, das von unten durch eine minimal übertragbare Prozessgröße und von oben durch eine maximal übertragbare Prozessgröße begrenzt ist, so dass eine Größe des Übertragungsintervalls anhand einer Differenz zwischen maximal übertragbarer Prozessgröße und minimal übertragbarer Prozessgröße bestimmbar ist, wobei die erste kritische Konstante und/oder die zweite kritische Konstante maximal 10%, insb. maximal 5%, der Größe des Übertragungsintervalls beträgt/betragen.
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Für den Fall, dass wie oben erwähnt Stromwerte verglichen werden, beträgt der erste und/oder zweite kritische Differenzbetrag maximal 10%, insb. maximal 5%, der Größe der zugehörigen Stromwerte des Übertragungsintervalls, im Fall der nachstehend genannten 4-20mA Messübertragungsstrecke also 16mA.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens stimmen der erste kritische Differenzbetrag und der zweite kritische Differenzbetrag überein.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens beträgt das vorgegebene Zeitintervall zumindest 10 Sekunden, insb. zumindest 2 Minuten, und maximal 5 Stunden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens handelt es sich bei der Messübertagungsstrecke um eine 4-20mA oder eine 0-20mA Messübertragungsstrecke, wobei als analoges elektrisches Primärsignal ein Stromwert verwendet und als digitales elektrisches Sekundärsignal ein HART-Signal verwendet wird, und wobei insb. als der minimale Stromwert des Übertragungsintervalls 0 mA oder 4 mA und als der maximale Stromwert des Übertragungsintervalls 20 mA verwendet wird.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Schritte des Verfahrens in der übergeordneten Steuerungseinheit und/oder einer mit der übergeordneten Steuerungseinheit verbundenen Einheit, insbesondere einem PC, einem mobilen Endgerät und/oder einer Cloud durchgeführt.
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Bei dem mobilen Endgerät handelt es sich bspw. um ein Laptop, Tablet, Smartphone, eine Datenbrille oder ein für die Prozessautomatisierung spezifisches mobiles Endgerät, etwa das von der Anmelderin unter dem Namen „Field Xpert“ vertriebene mobile Endgerät.
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Bezüglich des Messsystems wird die Aufgabe gelöst durch ein Messsystem, umfassend:
- - ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, das zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Prozessmediums ausgestaltet ist;
- - eine Messübertragungsstrecke; und
- - eine übergeordnete Steuerungseinheit, an die das Feldgerät mittels der Messübertragungsstrecke angeschlossen ist,
wobei das Messsystem dazu ausgestaltet ist, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, alleine oder in Kombination mit der mit der übergeordneten Steuerungseinheit verbundenen Einheit, auszuführen.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.
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Es zeigen:
- 1: Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystem;
- 2: Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 3: Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messsystems 2. Das Messsystem umfasst das Feldgerät 3, die Messübertragungsstrecke 1 und die übergeordnete Steuerungseinheit 4.
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Bei dem Feldgerät 3 handelt es sich hier um ein Temperaturmessgerät, bspw. mit einem PT100 Messelement, welches in einem Messbetrieb MB im thermischen Kontakt mit einem Prozessmedium (nicht gezeigt) steht und einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf ein als Temperaturmessgerät ausgestaltetes Feldgerät 3 beschränkt. Es sei insb. auf die eingangs erwähnten Feldgeräte 3 verwiesen.
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Ein Messsignal MS wird im Messbetrieb MB erzeugt. Dieses wird von dem Feldgerät 3 zum einen in ein analoges elektrisches Primärsignal PS, umgewandelt, hier ein Stromwert aus einem Übertragungsintervall von 4-20mA. Zum anderen erzeugt das Feldgerät 3 ein digitales elektrisches Sekundärsignal SS, hier ein HART Signal. Das Primärsignal PS wird dabei mit einer ersten Abtastrate R1 erfasst. Das Sekundärsignal wird dagegen weniger oft und ggf. in unregelmäßigen Abständen erfasst. Es wird zumindest zu jedem Zeitpunkt ti, an dem ein Sekundärsignal SS erfasst wird, auch ein Primärsignal PS von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 erfasst.
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Mittels der Messübertragungsstrecke 1 ist das Feldgerät 3 an die übergeordnete Steuerungseinheit 4 angeschlossen. Die Messübertragungsstrecke 1 ist hier als eine analoge 2-Leiterstromschleife ausgestaltet, über die das als Stromwert ausgestaltete Primärsignal und das HART-Signal an die übergeordnete Steuerungseinheit 4 übertragbar sind. Zur Erzeugung und zum Erfassen des digitalen HART Sekundärsignals SS sind das Feldgerät 3 und die übergeordnete Steuerungseinheit 4 mit einer entsprechenden HART Schnittstelle ausgestattet. Bei der übergeordneten Steuerungseinheit 4 handelt es sich um eine PLC oder SPS, die bspw. in einer Leitwarte angeordnet sind.
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Mittels zumindest eines Vergleichs des von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 zu einem ersten Zeitpunkt t0 erfassten Primärsignals PS mit dem von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 zu dem ersten Zeitpunkt t0 erfassten Sekundärsignal SS wird eine Drift der Messübertragungsstrecke 1 erkannt und für den Fall, dass die Drift erkannt wird, eine Warnungsmeldung W ausgegeben. Der Vergleich und/oder die Ausgabe der Warnungsmeldung W erfolgt dabei entweder direkt in der übergeordneten Steuerungseinheit 4, oder aber in einem damit mittels einer Kommunikationsverbindung KV verbundenen weiteren Einheit 5. Bei der weiteren Einheit 5 handelt es sich hier um ein als Tablet ausgestaltetes mobiles Endgerät, auf der die Warnungsmeldung W angezeigt wird. Alternativ kann der der Vergleich, die Erzeugung und/oder die Ausgabe der Warnungsmeldung W auch in einer mit der übergeordneten Steuerungseinheit 4 mittels der Kommunikationsverbindung KV verbundenen Cloud (nicht gezeigt) erfolgen.
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Bei der Kommunikationsverbindung KV kann es sich um eine drahtlose und/oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung KV handeln. Für den Fall, dass die Kommunikationsverbindung KV als eine ein drahtgebundene Kommunikationsverbindung KV ausgestaltet ist, kann es sich zum Beispiel um einen drahtgebundenen Feldbus der Automatisierungstechnik, beispielsweise Foundation Fieldbus, Profibus PA, Profibus DP, HART, CANBus, etc. handeln. Es kann sich aber auch um ein modernes industrielles Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise um einen „Industrial Ethernet“-Feldbus, insbesondere Profinet, HART-IP oder Ethernet/IP oder um ein aus dem Kommunikationsbereich bekanntes Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise Ethernet nach dem TCP/IP-Protokoll, handeln. Für den Fall, dass die Kommunikationsverbindung KV als eine drahtlose Kommunikationsverbindung KV ausgestaltet ist, kann es sich zum Beispiel um ein Bluetooth, ZigBee-, WLAN-, GSM-, LTE-, UMTS-Kommunikationsverbindung KV oder aber auch eine drahtlose Version eines Feldbusses, insbesondere 802.15.4 basierte Standards wie WirelessHART handeln.
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Der Vergleich zwischen dem erfassten Primärsignal PS und dem erfassten Sekundärsignal SS, auf dem die Ausgabe der Warnungsmeldung W basiert, ist in 2 näher dargestellt.
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Bei dem Vergleich wird immer eine betragsmäßige Differenz Diff gebildet. Dies entweder, indem die betragsmäßige Differenz Diff zwischen dem das Messsignal MS repräsentierenden Stromwert (Primärsignal PS) und einem Stromwert, der aus dem das Messsignal MS repräsentierenden HART Signal (Sekundärsignal SS) ermittelt wird, gebildet wird.
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Bevorzugt wird vor dem Bilden der betragsmäßigen Differenz Diff jeweils aus dem erfassten Primärsignal PS eine Primärsignal-Prozessgröße PG und aus dem erfassten Sekundärsignal PS eine Sekundärsignal -Prozessgröße SG gebildet.
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Der zweite Fall ist in 2 dargestellt, hier für die Temperatur als die mit dem Feldgerät 3 bestimmbare Prozessgröße, welche auf der Ordinate dargestellt ist. Auf der Abszisse sind jeweils die Zeitpunkte aufgetragen, zu denen die zugehörigen Primärsignale PS und Sekundärsignale SS von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 erfasst werden. Die Primärsignal-Prozessgröße PG ist hier aufgrund der hohen Abtastrate R1 als im wesentlich kontinuierlich (durchgezogene Linie) dargestellt. Die Sekundärsignal-Prozessgröße SG wird dagegen nur von Zeit zu Zeit (verbundene Punkte) erfasst. Beispielsweise wird die Sekundärsignal-Prozessgröße SG über das HART Sekundärsignal SS im Schnitt höchstens (d.h. nicht öfter als) 4-mal pro Sekunde erfasst. Der Einfachheit halber ist hier auch für die Sekundärsignal-Prozessgröße SG eine zweite konstante Abtastrate R2 dargestellt. Wie bereits vorstehend erwähnt kann in der Praxis auch der Fall vorliegen, dass anders als hier dargestellt die mittels des HART-Sekundärsignals SS ermittelte Sekundärsignal-Prozessgröße SG in unregelmäßigen Abständen von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 ermittelt wird bzw. das HART-Sekundärsignals SS in unregelmäßigen Abständen erfasst wird.
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Ein Drift in der Messübertragungsstrecke 1 zeigt sich nur in der Primärsignal-Prozessgröße PG, nicht aber in der Sekundärsignal-Prozessgröße SG. Daher kann, basierend auf dem Vergleich der Primärsignal-Prozessgröße PG mit der Sekundärsignal-Prozessgröße SG eine Warnungsmeldung W über eine Drift der Messübertragungsstrecke 1 erzeugt werden, bevorzugt im Rahmen von sog. „Predictive Maintenance“ Maßnahmen.
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Bei dem Vergleich wird die betragsmäßige Differenz zumindest für einen ersten Zeitpunkt t0 gebildet. Die Warnungsmeldung W wird ausgegeben, falls zumindest die betragsmäßige Differenz Diff einen ersten kritischen Differenzbetrag Deltal überschreitet. Der Vergleich wird dann während des Messbetriebs MB wiederkehrend durchgeführt.
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Für ein zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugtes Messsignal MS wird das dazugehörige HART-Sekundärsignal SS durch die Übertragung bedingt später in der übergeordneten Steuerungseinheit 4erfasst als das dazugehörige Primärsignal PS. Aufgrund dieser Latenz ist der hier dargestellte Verlauf der Sekundärsignal-Prozessgröße SG leicht nach rechts verschoben. Um, insb. bei einer sich rapide ändernden Prozessgröße, keine Fehlalarme zu erzeugen, wird daher bevorzugt wiederkehrend für verschiedene, aufeinanderfolgende Zeitpunkte t1,...,tn aus einem Zeitintervall Deltat jeweils mehrere betragsmäßigen Differenzen Diff gebildet. Die Warnungsmeldung W wird nur ausgegeben, für den Fall dass alle betragsmäßigen Differenzen Diff einen zweiten kritischen Differenzbetrag Delta2 überschreiten, d.h. für alle Zeitpunkte t1,...,tn, aus dem Zeitintervall Deltat, an denen ein Primärsignal PS und ein Sekundärsignal SS durch jeweils von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 erfasst wird.
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In der Praxis wird dieser wiederkehrende Vergleich bspw. durchgeführt, indem ein Timer mit dem vorgebbaren Zeitintervall Deltat gestartet wird, falls die betragsmäßige Differenz Diff den zweiten kritischen Differenzbetrag Delta2 erstmalig überschreitet. Der Timer wird allerdings gestoppt, falls der zweite kritische Differenzbetrag Delta2 wieder unterschritten wird. Nur bei Ablauf des Timers mit dem vorgegebenen Zeitintervall Deltat wird die Warnungsmeldung W über die Drift der Messübertragungsstrecke 1 generiert. Erst für diesen Fall ist wie am Ende des Graphs in 2 gezeigt, an allen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t1,...,tn aus dem Zeitintervall Deltat der zweite kritische Differenzbetrag Delta2 auch überschritten
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Alternativ zu der Methode mit dem Timer, bei dem bevorzugt kein Speicherplatz benötigt wird, kann auch eine Speicherung des Sekundärsignals SS bzw. der Sekundärsignal-Prozessgröße SG erfolgen. In diesem Fall kann eine Analyse über das Zeitintervall Deltat auch anhand des gespeicherten Verlaufs erfolgen.
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Der erste/zweite kritische Differenzbetrag Delta1, Delta 2 sind in der vorstehend beschriebenen ersten Variante als erste/zweite kritische Konstanten K1, K2 (d.h. als konstante Werte) vorgegeben. In dieser ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt auch der oben beschriebenen wiederkehrende Vergleich innerhalb des vorgegeben Zeitintervalls Deltat durchgeführt, bspw. anhand des Timers oder eines gespeicherten Verlaufs.
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Der erste kritische Konstante K1 und/oder die zweite kritische Konstante K2 werden bevorzugt in Abhängigkeit von der Größe des Übertragungsintervalls INV der Messübertragungsstrecke 1 gewählt. Werden, wie in 2 gezeigt, Primärsignal-Prozessgröße PG und Sekundärsignal-Prozessgröße PG verglichen, so ist die erste/zweite kritische Konstante K1;K2 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen maximal und minimal übertragbarer Prozessgröße gewählt. Ist z.B. über die 4-20mA Messübertragungsstrecke 1 minimal eine Temperatur von 0°C und maximal eine Temperatur von 100°C übertragbar, so ist die erste/zweite kritische Konstante K1,K2 maximal 5% der Größe des Übertragungsintervalls Inv, d.h. in diesem Beispiel maximal 5°C.
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Bevorzugt stimmt der erste kritische Differenzbetrag Deltal mit dem zweiten kritischen Differenzbetrag Delta2 überein.
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Alternativ zu der ersten Variante mit einem konstanten kritischen ersten/zweiten Differenzbetrag Delta1/Delta 2 ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Variante vorgesehen, den ersten/zweiten kritischen Differenzbetrag Delta1/Delta 2 dynamisch während des Messbetriebs anzupassen. Dies ist in 3 dargestellt, der Einfachheit halber hier für den ersten kritischen Differenzbetrag Delta1, wobei die nachfolgenden Ausführungsbeispiele selbstverständlich auch für den zweiten kritischen Differenzbetrag Delta2 von der Erfindung umfasst werden. Wie schon in 2 ist der zeitliche Verlauf der Primärsignal-Prozessgröße PG als eine durchgezogene Linie dargestellt. Der zeitliche Verlauf der Sekundärsignal-Prozessgröße SG ist als eine gestrichelte Linie dargestellt, zur übersichtlicheren Darstellung als kontinuierlich, auch wenn in der Praxis die Sekundärsignal-Prozessgröße SG nur von Zeit zur Zeit von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 ermittelt wird (da das Sekundärsignal SS auch nur von Zeit zu Zeit von der übergeordneten Steuerungseinheit 4 erfasst wird).
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Hierfür wird zunächst eine aktuelle Änderungsrate AR bestimmt. Zur Bestimmung der aktuellen Änderungsrate AR wird das zu einem aktuellen Zeitpunkt ta erfasste Primärsignal PS mit zumindest einem zu einem Zeitpunkt tb erfassten Primärsignal PS verglichen, wobei der Zeitpunkt tb ein zu dem aktuellem Zeitpunkt ta vorheriger Zeitpunkt ist. Bspw. wird wie in 3 dargestellt der Betrag der Änderungsrate |AR| anhand einer aktuellen Steigung ermittelt. Um bei einer betragsmäßig großen Änderungsrate |AR| Fehlalarme zu vermeiden, wird der erste kritische Differenzbetrag Deltal über den Betrag der aktuellen Änderungsrate |AR| dynamisch angepasst. Bevorzugt wächst der erste kritische Differenzbetrag Deltal mit steigendem Betrag der Änderungsrate |AR|, wobei besonders bevorzugt der erste kritische Differenzbetrag Delta1 bei einer betragsmäßigen Änderungsrate |AR| von Null der ersten kritischen Konstante K1 entspricht.
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Dies ist in dem in 3 gezeigten Beispiel näher dargestellt. Der Betrag der Änderungsrate |AR| ist anfangs wesentlich kleiner im Vergleich zu einem Zeitpunkt in der Mitte des Graphen, an dem sich die Prozessgröße wesentlich schneller ändert und der Betrag der Änderungsrate |AR| entsprechend größer ist. In der Mitte des Graphens aus 3 wird daher durch die betragsmäßig größere Änderungsrate bedingt eine wesentlich größere Abweichung zwischen der Primärsignal-Prozessgröße PG und der Sekundärsignal-Prozessgröße SG toleriert. Beispielsweise wird der erste kritische Differenzbetrag Deltal zu Delta1= K1 (1 + |AR|*GF1) bestimmt, wobei GF1 ein Gewichtungsfaktor und K1 die bereits vorstehend erwähnte kritische Konstante K1 ist, welche wie vorher bspw. 5% der Größe des ÜbertragungsIntervalls Inv (bspw. 5% von 100°C) beträgt. In einem hinteren Bereichs des Graphens aus 3 ist die Primärsignal-Prozessgröße PG wiederum konstant, so dass hier der Betrag der aktuellen Änderungsrate |AR| gleich Null ist, d.h. |AR|=0. In diesem Fall wird der erste kritische Differenzbetrag Delta1 dann zu der ersten kritischen Konstanten K1 bestimmt.
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Der Gewichtungsfaktor GF1 hat die inverse Einheit der betragsmäßigen Änderungsrate und hängt ferner bspw. von der Größe des Übertragungsintervalls INV für die Primärsignal-Prozessgröße PG und/oder von Erfahrungswerten bezüglich einer spezifische Prozessgröße und/oder einer spezifischen Anwendung ab. Ein typischer Erfahrungswert, der den Gewichtungsfaktor G1, G2 beeinflusst, ist etwa eine in der Praxis vorliegende Latenzzeit für das Sekundärsignal SS, wobei als Latenzzeit für das Sekundärsignal SS eine Zeitspanne zwischen Erzeugen des Messsignals MS von dem Feldgerät 3 und dem Erfassen des Sekundärsignals SS in der übergeordneten Steuerungseinheit 4 bezeichnet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messübertragungsstrecke
- 2
- Messsystem
- 3
- Feldgerät
- 4
- übergeordnete Steuerungseinheit
- 5
- mit 4 verbundene Einheit
- MB
- Messbetrieb
- MS
- Messsignal
- PS
- Primärsignal
- SS
- Sekundärsignal
- R1
- erste Abtastrate
- R2
- zweite Abtastrate
- W
- Warnungsmeldung
- t0
- erster Zeitpunkt
- Deltat
- Zeitintervall
- t1,... ,tn
- Zeitpunkte aus dem Zeitintervall
- ti
- jeweiliger Zeitpunkt aus dem Zeitintervall
- Diff
- betragsmäßige Differenz
- Delta1, Delta2
- erster, zweiter kritischer Differenzbetrag
- K1, K2
- erste, zweite kritische Konstante
- AR
- Änderungsrate
- GF1,GF2
- Gewichtungsfaktoren
- PG
- Primärsignal-Prozessgröße
- SG
- Sekundärsignal-Prozessgröße
- Inv
- Größe des Übertragungsintervalls
- KV
- Kommunikationsverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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