DE102019127961A1 - Procedure for checking the functionality of measuring systems - Google Patents

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Nicholas Tan Jerome
Stefan Rolf
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IMKO Micromodultechnik GmbH
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IMKO Micromodultechnik GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Mess-Systems für die Prozess-Automatisierung, insbesondere eines Mess-Systems zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes. Dabei muss das Mess-System zur Umsetzung des Verfahrens ausgelegt sein, um zumindest zwei korrelierende Messgrößen zu messen. Gemäß dem Verfahren wird ein Korrelations-Koeffizient zwischen den zumindest zwei Messgrößen auf Basis eines vordefinierten Korrelationsmusters berechnet und das Mess-Systems als funktionsunfähig eingestuft, sofern der Korrelations-Koeffizient einen vordefinierten ersten Grenzwert unterschreitet. Je nach Implementierung des Verfahrens kann die Funktionstüchtigkeit hierbei quasi verzögerungsfrei während des laufenden Messbetriebs ermittelt werden, wodurch potentiell gefährliche Zustände innerhalb der entsprechenden Prozess-Anlage verhindert werden.The invention relates to a method for checking the functionality of a measuring system for process automation, in particular a measuring system for determining the dielectric value. The measuring system must be designed to implement the method in order to measure at least two correlating measured variables. According to the method, a correlation coefficient between the at least two measured variables is calculated on the basis of a predefined correlation pattern and the measuring system is classified as inoperative if the correlation coefficient falls below a predefined first limit value. Depending on the implementation of the method, the functionality can be determined almost instantaneously during the ongoing measurement operation, which prevents potentially dangerous states within the corresponding process system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit von Mess-Systemen in der Automatisierungstechnik.The invention relates to a method for checking the functionality of measuring systems in automation technology.

In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder zur Beeinflussung verschiedener Messgrößen dienen. Bei der zu bestimmenden Messgröße kann es sich beispielsweise um einen Füllstand, einen Durchfluss, einen Druck, die Temperatur, den pH-Wert, das Redoxpotential, die Leitfähigkeit oder den Dielektrizitätswert eines Mediums handeln. Zur Erfassung der entsprechenden Messwerte umfassen die Feldgeräte jeweils geeignete Messwertaufnehmer-Einheiten bzw. basieren auf geeigneten Messprinzipien. Eine Vielzahl verschiedener Feldgeräte-Typen wird von der Firmen-Gruppe Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.In automation technology, in particular in process automation technology, field devices are often used that are used to record and / or influence various measured variables. The measured variable to be determined can be, for example, a level, a flow rate, a pressure, the temperature, the pH value, the redox potential, the conductivity or the dielectric value of a medium. To acquire the corresponding measured values, the field devices each include suitable measured value pickup units or are based on suitable measurement principles. A large number of different types of field devices are manufactured and sold by the Endress + Hauser group of companies.

Die Bestimmung des Dielektrizitätswertes (auch bekannt als „Dielektrizitätskonstante“ oder „Relative Permittivität“) diverser Medien ist sowohl im Falle von Feststoffen, als auch bei flüssigen Medien und Gasen, wie beispielsweise Treibstoffen, Abwässern, Gasen oder Chemikalien von großem Interesse, da dieser Wert einen zuverlässigen Indikator für Verunreinigungen, den Feuchtegehalt oder die Stoffzusammensetzung darstellt. Unter dem Begriff „Behälter“ werden im Rahmen der Erfindung auch nicht-abgeschlossene Behältnisse, wie beispielsweise Becken, Seen oder fließende Gewässer verstanden.The determination of the dielectric value (also known as "dielectric constant" or "relative permittivity") of various media is of great interest in the case of solids as well as liquid media and gases such as fuels, sewage, gases or chemicals, because this value represents a reliable indicator of impurities, the moisture content or the composition of the substance. In the context of the invention, the term “container” also includes non-closed containers, such as, for example, basins, lakes or flowing waters.

Zur Messung des Dielektrizitätswertes wird unter anderem das TDR-Prinzip (TDR ist ein Akronym für „Time Domain Reflectometry“; zu Deutsch „Zeitbereichsreflektometrie“) verwendet. Bei diesem Messprinzip sendet die Messwertaufnehmer-Einheit ein pulsförmiges Hochfrequenz-Signal mit einer Frequenz zwischen 0,1 GHz und 150 GHz entlang einer leitfähigen Mess-Sonde aus und misst die Laufzeit des Pulses bis zum Empfang des reflektierten Hochfrequenz-Signals. Dabei wird der Effekt genutzt, dass die Pulslaufzeit abhängig vom Dielektrizitätswert desjenigen Stoffes ist, der die Mess-Sonde umgibt. Beschrieben ist das Funktionsprinzip TDR-basierter Messwertaufnehmer-Einheiten werden beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift EP 0622 628 A2 . Entsprechende Feldgeräte werden in zahlreichen Ausführungsformen beispielsweise von der Firma IMKO Mikromodultechnik GmbH vertrieben. Vorteilhaft an TDR-basierten Messwertaufnehmer-Einheiten ist außerdem, dass neben dem Dielektrizitätswert potentiell auch der dielektrische Verlustfaktor bzw. die elektrische Leitfähigkeit des Mediums bestimmt werden kann. Dabei korrelieren der gemessene Dielektrizitätswert und die gemessene Leitfähigkeit bei einem funktionsfähigen TDR-basierten Messwertwertaufnehmer invers proportional zueinander.Among other things, the TDR principle (TDR is an acronym for “Time Domain Reflectometry”) is used to measure the dielectric value. With this measuring principle, the transducer unit sends a pulse-shaped high-frequency signal with a frequency between 0.1 GHz and 150 GHz along a conductive measuring probe and measures the duration of the pulse until the reflected high-frequency signal is received. This makes use of the effect that the pulse transit time depends on the dielectric value of the substance that surrounds the measuring probe. The functional principle of TDR-based transducer units is described, for example, in the publication EP 0622 628 A2 . Corresponding field devices are sold in numerous embodiments, for example by IMKO Mikromodultechnik GmbH. Another advantage of TDR-based transducer units is that, in addition to the dielectric value, the dielectric loss factor or the electrical conductivity of the medium can potentially also be determined. The measured dielectric value and the measured conductivity correlate inversely proportional to one another in a functioning TDR-based measured value recorder.

Durch Umwelteinflüsse, wie beispielsweise elektromagnetische Strahlung, können insbesondere Hochfrequenz-basierte Feldgeräte, wie beispielsweis bei TDR-basierter Dielektrizitätswert-Messung gestört werden, so dass die Funktionsfähigkeit des Feldgerätes verloren geht. Gleiches gilt auch für das gesamte Mess-System in Prozessanlagen, welches mehrere Feldgeräte bzw. Messwertaufnehmer-Einheiten umfassen kann und somit unterschiedliche Messgrößen erfasst. Sofern eine Messwertaufnehmer-Einheit bzw. entsprechende Teile des Mess-Systems nicht funktionsfähig sind, kann dies wiederum zu einer fehlerhaften Steuerung der Prozessanlage und somit potentiell auch zu Gefahrensituationen führen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn der Prozessleitstelle über die aktuelle Funktionsfähigkeit des Feldgerätes bzw. des Mess-Systems informiert werden kann.In particular, high-frequency-based field devices, such as, for example, TDR-based dielectric value measurement, can be disturbed by environmental influences, such as electromagnetic radiation, so that the functionality of the field device is lost. The same also applies to the entire measuring system in process plants, which can comprise several field devices or measured value pickup units and thus record different measured variables. If a measured value pickup unit or corresponding parts of the measuring system are not functional, this can in turn lead to faulty control of the process plant and thus potentially also to dangerous situations. Accordingly, it is advantageous if the process control center can be informed about the current functionality of the field device or the measuring system.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Funktionsfähigkeit von Mess-Systemen in entsprechenden Anlagen überprüft werden kann.The invention is therefore based on the object of providing a method with which the functionality of measuring systems in corresponding systems can be checked.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Mess-Systems für die Prozess-Automatisierung. Zur Anwendung dieses Verfahrens muss das Mess-System ausgelegt sein, zumindest zwei korrelierende Messgrößen, wie im Falle des TDR-Messprinzips den Dielektrizitätswert und die Leitfähigkeit messen zu können. Folgende Verfahrensschritte umfasst das Verfahren:

  • - Aufnahme einer ersten Mehrzahl an Messwert-Paaren während einer Messbetriebs-Phase,
  • - Berechnung eines Korrelations-Koeffizienten zwischen der ersten Mehrzahl an Messwert-Paaren auf Basis eines vordefinierten Korrelationsmusters, und
  • - Einstufung des Mess-Systems als funktionsunfähig, sofern der Korrelations-Koeffizient einen vordefinierten ersten Grenzwert unterschreitet.
The invention solves this problem with a method for checking the functionality of a measuring system for process automation. To use this method, the measuring system must be designed to be able to measure at least two correlating measured variables, as in the case of the TDR measuring principle, the dielectric value and the conductivity. The procedure comprises the following procedural steps:
  • - Recording of a first plurality of pairs of measured values during a measuring operation phase,
  • Calculation of a correlation coefficient between the first plurality of pairs of measured values on the basis of a predefined correlation pattern, and
  • - Classification of the measuring system as inoperable if the correlation coefficient falls below a predefined first limit value.

Die Erfindung beruht also darauf, die Korrelation der einzelnen Messgrößen zueinander zu überprüfen. Wird durch das Verfahren eine starke Korrelation zwischen den Messgrößen erkannt, so wird dies als Beleg für die Funktionsfähigkeit des Mess-Systems gewertet. Im anderen Fall ist von einer Störung des Mess-Systems auszugehen, so dass die gemessenen Messwerte als falsch bzw. zumindest nicht vertrauenswürdig einzustufen sind.The invention is therefore based on checking the correlation of the individual measured variables with one another. If the method detects a strong correlation between the measured variables, this is assessed as evidence of the functionality of the measuring system. In the other case, a malfunction of the measuring system can be assumed, so that the measured values can be classified as incorrect or at least not trustworthy.

Im Rahmen der Erfindung definiert sich ein Messwert-Paar korrespondierend zur Anzahl an Messgrößen als zumindest zwei Messwerte, wobei diese Messwerte aus jeweils einem Messwert pro Messgröße bestehen. Dabei weisen die Messwerte des jeweiligen Messwertpaares einen zeitlich definierten Bezug zueinander auf, im einfachsten Fall sind sie zeitgleich gemessen.In the context of the invention, a pair of measured values corresponding to the number of measured variables is defined as at least two measured values, with these measured values consist of one measured value for each measured variable. The measured values of the respective measured value pair have a time-defined relationship to one another; in the simplest case, they are measured simultaneously.

Prinzipiell ist die Wahl des Korrelationsmusters und der ersten Anzahl an Messwertpaaren im Rahmen der Erfindung nicht fest vorgeschrieben, sondern in Abhängigkeit des konkreten Mess-Systems zu wählen. Relevante Größen sind hierbei die Anzahl der korrelierenden Messgrößen und die Anzahl an Messwerten, die zur Korrelationswert-Berechnung herangezogen werden sollen bzw. können. Wenn zur Berechnung des Korrelations-Koeffizienten als erste Anzahl zumindest die letzten hundert Messwert-Paare herangezogen werden, kann die Korrelation durch solch große Anzahl mit vergleichsweise hoher Sicherheit bestimmt werden.In principle, the choice of the correlation pattern and the first number of pairs of measured values is not strictly prescribed within the scope of the invention, but rather is to be selected as a function of the specific measuring system. Relevant variables here are the number of correlating measured variables and the number of measured values that should or can be used to calculate the correlation value. If at least the last hundred pairs of measured values are used as the first number to calculate the correlation coefficient, the correlation can be determined by such a large number with a comparatively high degree of certainty.

Sofern lediglich zwei Messgrößen auf ihre Korrelation hin zu überprüfen sind, kann als Korrelationsmuster beispielsweise eine Pearson-Korrelation verwendet werden. Insbesondere, wenn die Anzahl an Messwerten, die zur Korrelationswert-Berechnung herangezogen werden, klein gewählt ist (also bspw. höchstens 10 Messwerte pro Messgröße), kann auf Basis des Pearson-Korrelations-Koeffizienten die Funktions-Überprüfung sehr schnell und somit während der laufenden Messbetriebs-Phase durchgeführt werden. Bei mehr als zwei Messgrößen, die auf Korrelation zu überprüfen sind, kann beispielsweise eine partielle Korrelation verwendet werden. Je nach Wahl des Korrelationsmusters werden der Korrelations-Koeffizient und der erste Grenzwert also als vektorielle Größe berechnet, bzw. können sie in vektorieller Form dargestellt werden. Beispielsweise kann der Korrelations-Koeffizient als Eigenvektor dargestellt werden.If only two measured variables are to be checked for their correlation, a Pearson correlation, for example, can be used as the correlation pattern. In particular, if the number of measured values that are used to calculate the correlation value is selected to be small (e.g. a maximum of 10 measured values per measured variable), the function check can be performed very quickly on the basis of the Pearson correlation coefficient and thus during the ongoing Measurement operation phase. If there are more than two measured variables to be checked for correlation, a partial correlation can be used, for example. Depending on the choice of the correlation pattern, the correlation coefficient and the first limit value are calculated as a vector quantity, or they can be represented in vector form. For example, the correlation coefficient can be represented as an eigenvector.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahingehend erweitert werden, dass anhand der Messwerte von zumindest einer der Messgrößen aus der ersten Anzahl an Messwert-Paaren zusätzlich eine Varianz berechnet wird. In diesem Fall wird das Mess-System nur dann als funktionsfähig eingestuft, sofern nicht nur eine Mindest-Korrelation überschritten ist, sondern auch die Varianz einen vordefinierten zweiten Grenzwert unterschreitet. Hierdurch wird die Sicherheit, mit der die Funktionstüchtigkeit ermittelt wird, weiter erhöht.The method according to the invention can be expanded to the effect that a variance is additionally calculated using the measured values of at least one of the measured variables from the first number of measured value pairs. In this case, the measuring system is only classified as functional if not only a minimum correlation is exceeded, but the variance also falls below a predefined second limit value. This further increases the reliability with which the functionality is determined.

Ein Mess-System, das zur Ausführung des Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungsvarianten geeignet ist, hat entsprechend zumindest folgende Komponenten zu umfassen:

  • - Eine erste Messwertaufnehmer-Einheit, die ausgelegt ist, über mehrere Mess-Zyklen hinweg zumindest die erste Messgröße zu messen,
  • - eine zweite Messwertaufnehmer-Einheit, die ausgelegt ist, die zweite Messgröße zu messen,
  • - eine Steuer-Einheit, die ausgelegt ist, um
    • o zumindest anhand der Messwerte der ersten Messgröße und anhand der Messwerte der zweiten Messgröße eine entsprechende erste Anzahl an Messwert-Paaren von vergangenen Mess-Zyklen zu bilden,
    • o den Korrelations-Koeffizienten zwischen der ersten Mehrzahl an Messwert-Paaren auf Basis des vordefinierten Korrelationsmusters zu berechnen, und
    • o das Mess-Systems als nicht funktionsfähig einzustufen, sofern der Korrelations-Koeffizient den vordefinierten ersten Grenzwert unterschreitet.
A measuring system that is suitable for carrying out the method according to one of the design variants described above must accordingly include at least the following components:
  • - A first transducer unit which is designed to measure at least the first measured variable over several measuring cycles,
  • - a second transducer unit, which is designed to measure the second measured variable,
  • - a control unit that is designed to
    • o to form a corresponding first number of pairs of measured values from previous measurement cycles at least on the basis of the measured values of the first measured variable and on the basis of the measured values of the second measured variable,
    • o calculate the correlation coefficient between the first plurality of pairs of measured values on the basis of the predefined correlation pattern, and
    • o classify the measuring system as non-functional if the correlation coefficient falls below the predefined first limit value.

Anstelle eines zweiten Messwertaufnehmers kann das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auch dann angewendet werden, wenn die erste Messwertaufnehmer-Einheit des Mess-Systems ausgelegt ist, neben der ersten Messgröße auch die zweite Messgröße zu messen. Das Verfahren kann somit also beispielsweise auch im Falle von TDR-basierter Dielektrizitätswert-Messung eingesetzt werden, bei welcher die erste Messwertaufnehmer-Einheit derart auf Basis des TDR-Messprinzips ausgelegt ist, dass als Messgrößen den Dielektrizitätswert und die Leitfähigkeit eines Mediums bestimmt werden.Instead of a second measured value sensor, the method according to the invention can of course also be used when the first measured value sensor unit of the measuring system is designed to measure the second measured variable in addition to the first measured variable. The method can therefore also be used, for example, in the case of TDR-based dielectric value measurement, in which the first transducer unit is designed on the basis of the TDR measurement principle in such a way that the dielectric value and the conductivity of a medium are determined as measured variables.

Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Begriff „Einheit“ im Rahmen der Erfindung prinzipiell jede elektronische Schaltung verstanden, die für den angedachten Einsatzzweck geeignet ausgelegt ist. Es kann sich also je nach Anforderung um eine Analogschaltung zur Erzeugung bzw. Verarbeitung entsprechender analoger Signale handeln. Es kann sich jedoch auch um eine Digitalschaltung wie einem FPGA oder einen Speichermedium in Zusammenwirken mit einem Programm handeln. Dabei ist das Programm ausgelegt, die entsprechenden Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen der jeweiligen Einheit anzuwenden. In diesem Kontext können verschiedene elektronische Einheiten des Füllstandsmessgerätes im Sinne der Erfindung potentiell auch auf einen gemeinsamen physikalischen Speicher zurückgreifen bzw. mittels derselben physikalischen Digitalschaltung betrieben werden.In the context of the invention, the term “unit” in the context of the invention is in principle understood to mean any electronic circuit that is designed to be suitable for the intended use. Depending on the requirement, it can therefore be an analog circuit for generating or processing corresponding analog signals. However, it can also be a digital circuit such as an FPGA or a storage medium in conjunction with a program. The program is designed to carry out the corresponding process steps or to apply the necessary arithmetic operations of the respective unit. In this context, different electronic units of the level measuring device in the sense of the invention can potentially also access a common physical memory or be operated by means of the same physical digital circuit.

Anhand der nachfolgenden Figur wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt: 1: Eine TDR-basierte Messwertaufnehmer-Einheit zur Messung des Dielektrizitätswertes und der Leitfähigkeit eines Mediums in einem Behälter.The invention is explained in more detail with the aid of the following figure. It shows: 1 : A TDR-based transducer unit for measuring the dielectric value and conductivity of a medium in a container.

Zum allgemeinen Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 1 ein Mess-System 1, 4 abgebildet, das zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes und zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit eines Mediums 2 dient. Dabei befindet sich das Medium 2 in einem entsprechenden Behälter 3, wobei es sich bei dem Medium 2 um Flüssigkeiten wie Getränke, Lacke, Zement oder Treibstoffe, wie Flüssiggase oder Mineralöle handeln kann. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung des Mess-Systems 1, 4 bei Schüttgut-förmigen Medien 2, wie bspw. Getreide.For a general understanding of the method according to the invention is in 1 a measuring system 1 , 4th shown, which is used to determine the dielectric value and to determine the electrical conductivity of a medium 2 serves. This is where the medium is located 2 in a suitable container 3 , where it is the medium 2 liquids such as beverages, paints, cement or fuels such as liquefied gases or mineral oils. However, it is also conceivable to use the measuring system 1 , 4th in the case of media in the form of bulk goods 2 such as grain.

Zur Bestimmung des Dielektrizitätswertes und der Leitfähigkeit des Mediums 2 umfasst das Mess-System 1, 4 eine Messwertaufnehmer-Einheit 1, die seitlich an einem Anschluss des Behälters 3, bspw. einem Flanschanschluss angeordnet ist. Dabei ist die Messwertaufnehmer-Einheit 1 in etwa formschlüssig zur Behälter-Innenwand angebracht. Zur Bestimmung von Dielektrizitätswert und elektrischer Leitfähigkeit basiert das in 1 dargestellte Messwertaufnehmer-Einheit 1 auf dem TDR-Prinzip, das beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift EP 0622 628 A2 beschrieben ist. Somit ist es möglich, während der regulären Messbetriebs-Phase zeitgleich die Messwerte der Leitfähigkeit und des Dielektrizitätswertes zu bestimmen und dies zyklisch beispielsweise in einem Abstand von maximal 100 ms zu wiederholen.To determine the dielectric value and the conductivity of the medium 2 includes the measuring system 1 , 4th a transducer unit 1 on the side of a connector on the container 3 , for example. A flange connection is arranged. Here is the transducer unit 1 attached roughly form-fitting to the inner wall of the container. The in 1 shown transducer unit 1 on the TDR principle, for example in the publication EP 0622 628 A2 is described. It is thus possible to determine the measured values of the conductivity and the dielectric value at the same time during the regular measuring operation phase and to repeat this cyclically, for example at a maximum interval of 100 ms.

Die Messwertaufnehmer-Einheit 1 ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform mit einer Steuer-Einheit 4 des Mess/Szstems, wie zum Beispiel einem Prozessleitsystem der Prozessanlage verbunden. Als Schnittstelle kann etwa „PROFIBUS“, „HART“, „Wireless HART“ oder „Ethernet“ implementiert sein. Hierüber können der Dielektrizitätswert und der Leitfähigkeits-Wert übermittelt werden. Es können aber auch anderweitige Informationen über den allgemeinen Betriebszustand der Messwertaufnehmer-Einheit 1 kommuniziert werden.The transducer unit 1 is at the in 1 embodiment shown with a control unit 4th of the measuring / system, such as a process control system of the process plant. "PROFIBUS", "HART", "Wireless HART" or "Ethernet" can be implemented as the interface. The dielectric value and the conductivity value can be transmitted via this. However, other information about the general operating state of the transducer unit can also be provided 1 communicated.

Anhand des Dielektrizitätswertes und des korrespondierenden, also des zeitgleich gemessenen Leitfähigkeits-Wertes bildet die Steuer-Einheit 4 pro Mess-Zyklus erfindungsgemäß jeweils ein Messwert-Paar. Dementsprechend kann die Steuer-Einheit 4 auf Basis der in vorangegangenen Mess-Zyklen gemessenen Messwert-Paaren einen Korrelations-Koeffizienten zwischen dem Dielektrizitätswert und der Leitfähigkeit berechnen. Je nachdem, wieviel Messwert-Paare bzw. wieviel vorangegangene Mess-Zyklen (beispielsweise die 100 vorangegangenen Mess-Zyklen) zur Berechnung herangezogen werden, kann der Korrelations-Koeffizient mit statistisch entsprechend hoher Sicherheit bestimmt werden.The control unit is based on the dielectric value and the corresponding, i.e. the conductivity value measured at the same time 4th According to the invention, one pair of measured values per measurement cycle. Accordingly, the control unit 4th Calculate a correlation coefficient between the dielectric value and the conductivity based on the pairs of measured values measured in previous measuring cycles. Depending on how many pairs of measured values or how many previous measuring cycles (for example the 100 previous measuring cycles) are used for the calculation, the correlation coefficient can be determined with a statistically correspondingly high degree of certainty.

Da bei dem anhand von 1 aufgezeigten Ausführungsbeispiel der Korrelations-Koeffizient zwischen lediglich zwei Messgrößen, also dem Dielektrizitätswert und der Leitfähigkeit berechnet wird, kann die Steuer-Einheit 4 den Korrelations-Koeffizienten beispielsweise auf Basis einer Pearson-Korrelation berechnen. Eine Pearson-Korrelation ist wiederum insbesondere dann von Vorteil, wenn nur 20 oder weniger vorangegangene Mess-Zyklen bzw. deren Messwert-Paare zur Korrelationswert-Berechnung herangezogen werden. In diesem Fall kann die Steuer-Einheit 4 den Korrelations-Koeffizienten so schnell berechnen, dass die Funktionstüchtigkeit des Mess-Systems quasi verzögerungsfrei während der laufenden Messbetriebs-Phase ermitteln kann: Sofern der Korrelations-Koeffizient einen vordefinierten ersten Grenzwert unterschreitet, wird das Mess-System als nicht mehr funktionstüchtig eingestuft und es kann beispielsweise ein entsprechendes Warn-Signal generiert werden. Im anderen Fall ist davon auszugehen, dass das Mess-System funktionsfähig ist.Since the 1 The embodiment shown, the correlation coefficient between only two measured variables, that is, the dielectric value and the conductivity is calculated, the control unit can 4th calculate the correlation coefficient on the basis of a Pearson correlation, for example. A Pearson correlation is in turn particularly advantageous if only 20 or fewer previous measurement cycles or their measurement value pairs are used to calculate the correlation value. In this case the control unit can 4th Calculate the correlation coefficient so quickly that the functionality of the measuring system can be determined almost without delay during the current measuring phase: If the correlation coefficient falls below a predefined first limit value, the measuring system is classified as no longer functional and can for example, a corresponding warning signal can be generated. Otherwise it can be assumed that the measuring system is functional.

Die Steuer-Einheit 4 ist in der gezeigten Darstellung als separate, übergeordnete Einheit dargestellt. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch ebenso denkbar, die Steurer-Einheit 4 nicht als externes Gerät, sondern als integrale Baugruppe der TDR-basierten Messwertaufnehmer-Einheit 1 auszulegen. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren anstelle von TDR-basierten Messwertaufnehmern auch bei jeglichem anderen System angewendet werden, mittels dem zwei oder mehr korrelierende Messgrößen in einer Prozess-Anlage gemessen werden.The control unit 4th is shown as a separate, higher-level unit in the illustration shown. In the context of the invention, however, it is also conceivable to use the control unit 4th not as an external device, but as an integral component of the TDR-based transducer unit 1 to interpret. Of course, the method according to the invention can also be used instead of TDR-based measured value recorders in any other system by means of which two or more correlating measured variables are measured in a process plant.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Messwertaufnehmer-EinheitTransducer unit
22
Mediummedium
33
Behältercontainer
44th
Steuer-EinheitControl unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 0622628 A2 [0004, 0018]EP 0622628 A2 [0004, 0018]

Claims (8)

Verfahren zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit eines Mess-Systems (1, 4) für die Prozess-Automatisierung, wobei das Mess-System (1, 4) ausgelegt ist, zumindest zwei korrelierende Messgrößen zu messen, folgende Verfahrensschritte umfassend: - Aufnahme einer ersten Mehrzahl an Messwert-Paaren, wobei ein Messwert-Paar korrespondierend zur Anzahl an Messgrößen aus zumindest zwei Messwerten mit jeweils einem Messwert pro Messgröße besteht, und wobei die zumindest zwei Messwerte des jeweiligen Messwertpaares mit einem zeitlich definierten Bezug zueinander, insbesondere zeitgleich, gemessen werden, - Berechnung eines Korrelations-Koeffizienten zwischen den zumindest zwei Messgrößen anhand der ersten Mehrzahl an Messwert-Paaren auf Basis eines vordefinierten Korrelationsmusters, und - Einstufung des Mess-Systems (1, 4) als funktionsunfähig, sofern der Korrelations-Koeffizient einen vordefinierten ersten Grenzwert unterschreitet.A method for checking the functionality of a measuring system (1, 4) for process automation, the measuring system (1, 4) being designed to measure at least two correlating measured variables, comprising the following method steps: Recording a first plurality of pairs of measured values, a pair of measured values corresponding to the number of measured variables consisting of at least two measured values, each with one measured value per measured variable, and the at least two measured values of the respective measured value pair with a time-defined relationship to one another, in particular at the same time to be measured - Calculation of a correlation coefficient between the at least two measured variables on the basis of the first plurality of measured value pairs on the basis of a predefined correlation pattern, and - Classification of the measuring system (1, 4) as inoperable if the correlation coefficient falls below a predefined first limit value. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Korrelationsmuster eine Pearson-Korrelation oder eine partielle Korrelation verwendet wird.Procedure according to Claim 1 , a Pearson correlation or a partial correlation being used as the correlation pattern. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Berechnung des Korrelations-Koeffizienten als erste Anzahl zumindest die letzten hundert Messwert-Paare herangezogen werden.Method according to one of the preceding claims, wherein at least the last hundred pairs of measured values are used as the first number for calculating the correlation coefficient. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei zur Berechnung des Korrelations-Koeffizienten als erste Anzahl höchstens die letzten zehn Messwert-Paare herangezogen werden, sofern als Korrelations-Muster eine Pearson-Korrelation verwendet wird.Procedure according to Claim 1 to 3 , the last ten pairs of measured values being used as the first number to calculate the correlation coefficient, provided that a Pearson correlation is used as the correlation pattern. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand der Messwerte von einer der zumindest zwei Messgrößen aus der ersten Anzahl an Messwert-Paaren eine Varianz berechnet wird, und wobei das Mess-System (1, 4) als funktionsfähig eingestuft wird, sofern die Varianz einen vordefinierten zweiten Grenzwert unterschreitet.Method according to at least one of the preceding claims, wherein a variance is calculated based on the measured values of one of the at least two measured variables from the first number of measured value pairs, and the measuring system (1, 4) is classified as functional if the variance falls below a predefined second limit value. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Korrelations-Koeffizient und der erste Grenzwert als vektorielle Größe berechnet werden.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the correlation coefficient and the first limit value are calculated as a vector quantity. Mess-System zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend: - Eine erste Messwertaufnehmer-Einheit (1), die ausgelegt ist, zumindest die erste Messgröße zu messen, - Eine zweite Messwertaufnehmer-Einheit, die ausgelegt ist, während der Betriebs-Phase die zweite Messgröße zu messen, oder wobei die erste Messwertaufnehmer-Einheit (1) ausgelegt ist, während der Betriebs-Phase die erste Messgröße und die zweite Messgröße zu messen, - Eine Steuer-Einheit (4), die ausgelegt ist, um o zumindest anhand der Messwerte der ersten Messgröße und anhand der Messwerte der der zweiten Messgröße eine entsprechende erste Anzahl an Messwert-Paaren zu bilden, o anhand der ersten Mehrzahl an Messwert-Paaren auf Basis des vordefinierten Korrelationsmusters den Korrelations-Koeffizienten zwischen den Messgrößen zu berechnen, und o das Mess-Systems als funktionsunfähig einzustufen, sofern der Korrelations-Koeffizient den vordefinierten ersten Grenzwert unterschreitet.Measuring system for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising: - A first transducer unit (1) which is designed to measure at least the first measured variable, - A second transducer unit, which is designed to measure the second measured variable during the operating phase, or wherein the first transducer unit (1) is designed to measure the first measured variable and the second measured variable during the operating phase, - A control unit (4) which is designed to o to form a corresponding first number of pairs of measured values at least on the basis of the measured values of the first measured variable and on the basis of the measured values of the second measured variable, o using the first plurality of pairs of measured values on the basis of the predefined correlation pattern to calculate the correlation coefficient between the measured variables, and o classify the measuring system as inoperable if the correlation coefficient falls below the predefined first limit value. Mess-System nach Anspruch 7, wobei die erste Messwertaufnehmer-Einheit (1) derart auf Basis des TDR-Messprinzips ausgelegt ist, um als Messgrößen den Dielektrizitätswert und die Leitfähigkeit eines Mediums (2) zu messen.Measuring system according to Claim 7 , wherein the first transducer unit (1) is designed on the basis of the TDR measuring principle in order to measure the dielectric value and the conductivity of a medium (2) as measured variables.
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