DE19983112B3 - Signalverarbeitungstechnik, die Signalkomponenten in einem Sensorsignal zur Signaldiagnose trennt - Google Patents

Signalverarbeitungstechnik, die Signalkomponenten in einem Sensorsignal zur Signaldiagnose trennt Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (40) in einem Prozeßsteuersystem (2) mit: einem Sensoreingang, der ein Sensorsignal von einem Prozeßgrößensensor (20) empfängt, wobei das Sensorsignal ein zusammengesetztes Signal aufweist, das ein Prozeßgrößensignal und ein Restsensorsignal in Beziehung zum Sensorbetrieb aufweist, mit einem Modell eines Prozeßbetriebs zum Erzeugen eines saisonalen Veränderungssignals, das vom Sensorsignal subtrahiert wird, um so das Restsensorsignal zu identifizieren; einen mit dem Sensoreingang gekoppelten Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau (14), der Signalkomponenten des zusammengesetzten Sensorsignals trennt und als Antwort ein getrenntes Sensorsignal zu einem Sensordiagnoseschaltungsaufbau (12) führt, wobei der Diagnoseschaltungsaufbau (12), der ein getrenntes Sensorsignal empfängt als Antwort eine Ausgabe in Beziehung zur Diagnose des Prozeßgrößensensors (20) liefert.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Prozeßgrößensensoren der in der Prozeßsteuerung verwendeten Art. Insbesondere betrifft die Erfindung die Lebenserwartungsabschätzung und Diagnose für einen solchen Prozeßgrößensensor.
  • Geber in der Prozeßsteuerung dienen zur Überwachung von Prozeßgrößen in industriellen Prozessen. Beispielsweise könnte ein Geber Druck, Temperatur oder Durchfluß (z. B. Prozeßgrößen) überwachen und solche Prozeßgrößen zurück zu einer Steuerwarte übertragen, wo eine Steuerung ein Steuersignal zurück zu einem Aktor (z. B. Ventil, Motor) zum Steuern des Prozesses sendet. Zur Überwachung einer Prozeßgröße muß der Geber eine gewisse Art von Sensor aufweisen. Zum Beispiel weisen Geber Sensoren mit Widerständen oder Kapazitäten auf, die als Reaktion auf Temperatur, Verformungen oder Dehnung variieren, wodurch der Geber beispielsweise Temperatur, Druck, Durchfluß, Pegel, pH-Wert oder Trübung messen kann.
  • Altern Sensoren oder sind sie rauhen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, verschlechtert sich die Genauigkeit des Sensors in der Tendenz. Letztendlich kommt es zum Sensorausfall. An einem Sensor kann eine Diagnose durch Überwachen des Sensorausgangssignals durchgeführt werden. Beispielsweise ist eine einfache Diagnosetechnik, die Sensorausgabe mit einem Höchst- oder Mindestwert zu vergleichen und eine Warnung zu erzeugen, wenn der Schwellwert überschritten wird. Allerdings ist eine Schwierigkeit bei Diagnosetechniken des Stands der Technik, daß die Veränderungen der erfaßten Prozeßgröße nicht unzutreffend als Sensorfehler interpretiert werden sollten.
  • Das Patent US 5,646,600 A offenbart eine Vorrichtung zur Detektion eines potentiellen Fehlbetriebs eines Ventils unter Verwendung einer Kleinwellenanalyse.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 21 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Insbesondere weist eine Vorrichtung in einem Prozeßsteuersystem einen Sensoreingang auf, der ein zusammengesetztes Sensorsignal von einem Prozeßgrößensensor empfängt. Das zusammengesetzte Sensorsignal weist ein Prozeßgrößensignal in Beziehung zur erfaßten Prozeßgröße und ein Restsensorsignal in Beziehung zum Sensorbetrieb auf. Ein mit dem Sensoreingang gekoppelter Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau trennt Komponenten des zusammengesetzten Sensorsignals und führt als Antwort die Komponenten des Sensorsignals zu einem Diagnoseschaltungsaufbau. Der Diagnoseschaltungsaufbau führt den Empfang durch und liefert als Antwort eine Ausgabe in Beziehung zur Sensorverfassung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Prozeßsteuersystem mit einem Geber gemäß der Erfindung.
  • 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Diagnoseschaltungsaufbaus.
  • 3 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Prozeßvorrichtung.
  • 4 ist ein Diagramm einer Nennbasissignatur für ein Sensorsignal.
  • 5 ist eine Darstellung einer einzelnen Kleinwellentransformation.
  • 6 ist ein Diagramm verschiedener Komponenten einer Prozeßgrößen-Sensorausgabe aus einer Kleinwellenzerlegung eines zusammengesetzten Sensorsignals.
  • NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist eine Darstellung eines Prozeßsteuersystems 2 mit einem am Einsatzort angeordneten Geber 40, der mit einer Steuerwarte 4 über eine Zweidraht-Prozeßsteuerschleife 6 gekoppelt ist. Der Geber 40 überwacht eine Prozeßgröße (z. B. Durchfluß, Druck, Temperatur) eines Prozeßfluids in einer Prozeßrohrleitung 8. Der Geber 40 sendet Informationen in Beziehung zur erfaßten Prozeßgröße zur Steuerwarte 4 über die Schleife 6 durch Steuern des durch die Schleife 6 fließenden Stroms. Zum Beispiel kann der durch die Schleife 6 fließende Strom zwischen 4 und 20 mA gesteuert und ordnungsgemäß kalibriert sein, um die Prozeßgröße anzuzeigen. Zusätzlich oder alternativ kann der Geber 40 digitale Informationen in Beziehung zur erfaßten Prozeßgröße über die Schleife 6 zur Steuerwarte 4 senden, z. B. in einem HART®- oder Fieldbus-Protokoll. Der Geber 40 weist einen hierin näher beschriebenen Schaltungsaufbau auf, der fortgeschrittene Diagnoseangaben liefert, u. a. Informationen zur Lebenserwartung (z. B. Verfassung) in Beziehung zum Sensorbetrieb. Realisiert werden kann die Erfindung beispielsweise in einem Druckgeber, einem magnetischen Durchflußmesser, einem Coriolis-Durchflußmesser, einem Pegelgeber mit einer leistungsarmen Radarmeßeinrichtung, einem Temperaturgeber auf Widerstandsbasis oder jeder anderen Art von Geber.
  • 2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Beispiels für einen Schaltungsaufbau zur Durchführung der erfindungsgemäßen Sensordiagnose. Gemäß 2 führen ein Prozeßgrößensensor 20 und eine Sensorkompensationsschaltung 22 ein zusammengesetztes Sensorsignal zu einem Meßschaltungsaufbau 11 und einer Vorverarbeitungsfunktion 14. Der Meßschaltungsaufbau 11 führt eine Ausgabe zu einem Ausgangsschaltungsaufbau 13 als Darstellung der gemessenen Prozeßgröße. Das vom Sensor 20 gelieferte zusammengesetzte Sensorsignal weist eine Komponente in Beziehung zur erfaßten Prozeßgröße und ein Restsensorsignal infolge von mechanischen oder elektrischen Kennwerten (z. B. Übertragungsfunktion, Prozeßrauschen usw.) des Sensors 20 auf. Ferner kann das mit der Prozeßgröße in Beziehung stehende Signal in zwei Komponenten getrennt werden, eine Komponente infolge von wiederholbaren Sensorveränderungen und eine weitere infolge von wiederholbaren Prozeßveränderungen.
  • Die Kleinwellen-Vorverarbeitungsfunktion 14 empfängt das zusammengesetzte Sensorsignal und trennt die einzelnen Signalkomponenten, u. a. saisonale Veränderungen. Diese getrennten Signale werden zu einem Diagnoseschaltungsaufbau 12 auf einem Datenbus 15 geführt. Wie später erläutert wird, kann dadurch der Diagnoseschaltungsaufbau 12 an den getrennten Einzelsignalen wirken, die das zusammengesetzte Sensorsignal bilden, und zum Beispiel eine Diagnoseausgabe als Anzeige für einen Ausfall des Sensors 20 liefern.
  • Der Ausgangsschaltungsaufbau 13 empfängt die Prozeßgröße vom Meßschaltungsaufbau 11 und formatiert die Ausgabe bedarfsgemäß. Zum Beispiel kann der Ausgang mit der Schleife 6 von 1 gekoppelt sein. Ferner empfängt der Ausgangsschaltungsaufbau 13 das Diagnosesignal vom Schaltungsaufbau 12, das beispielsweise auf der Schleife 6 ausgegeben werden kann und dazu dient, die Ausgabe der Prozeßgröße zu sperren oder eine Warnung zu erzeugen.
  • 3 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Gebers 40 mit einem Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau 32. Der Geber 40 weist den Sensor 20 auf, der ein Sensorsignal zum Sensorschaltungsaufbau 22 führt. Der Sensor 20 kann ein Sensor auf Widerstandsbasis zum Erfassen von Druck oder Temperatur (z. B. ein RTD- oder ein Dehnungsmesser), ein kapazitiver Drucksensor usw. sein. Wie diskutiert wurde, ist das Sensorsignal ein zusammengesetztes Signal, das ein Prozeßgrößensignal und ein Restsensorsignal aufweist. Der Sensorschaltungsaufbau 22 führt eine Anfangskompensation mit optionaler Skalierung am analogen Sensorsignal durch, und die Ausgabe des Sensorschaltungsaufbaus 22 wird durch einen Analog-Digital-Wandler 24 in ein digitales Format umgewandelt. Ein Mikroprozessor 26 empfängt das digitalisierte Prozeßsignal und ist ferner mit einem Speicher 28 und einem Systemtakt 30 gekoppelt. Der Mikroprozessor 26 arbeitet in Übereinstimmung mit Befehlen, die in einem Speicher 28 gespeichert sind, um verschiedene Funktionen durchzuführen. Zwei solche erfindungsgemäße Funktionen sind als Blöcke im Mikroprozessorblock 26 dargestellt. Insbesondere weist der Mikroprozessor 26 im wesentlichen den gesamten Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau 32 sowie einen Sensorlebenserwartungs- und Diagnoseschaltungsaufbau 34 auf. Ausgänge vom Mikroprozessor 26 sind mit einem Ein-/Ausgangsschaltungsaufbau 36 verbunden und mit der Prozeßsteuerschleife 6 gekoppelt. Der E/A-Schaltungsaufbau 36 liefert auch eine regulierte Spannungsausgabe, die in einigen bevorzugten Ausführungsformen den gesamten Schaltungsaufbau des Gebers 40 speist und über die Prozeßsteuerschleife 6 empfangen wird.
  • Oft ist ein Diagnoseschaltungsaufbau des Stands der Technik nicht fähig, das prozeßbedingte Signal vom aus dem Sensor hervorgehenden Signal und seiner Übertragungsfunktion zu trennen. Somit kann der Stand der Technik häufig nicht unterscheiden, ob ein erkanntes Problem durch den Sensor oder Prozeß verursacht ist. Im Gegensatz dazu trennt der Kleinwellen-Verarbeitungsschaltungsaufbau 32 der Erfindung das zusammengesetzte Signal in seine getrennten Komponenten. Die getrennten Sensorsignale werden zum Lebenserwartungs- und Diagnoseschaltungsaufbau 34 geführt, der dadurch genauer die Lebenserwartung bestimmen und den Sensorbetrieb diagnostizieren kann. Der Schaltungsaufbau 34 empfängt ein Signal, in dem ”Rauschen” aus dem Prozeß im wesentlichen eliminiert ist. Die Schaltungen 32 und 34 können als analoge Schaltungen, getrennte digitale Schaltungen oder über einen Mikroprozessor 26 gemäß 3 realisiert sein.
  • Der Mikroprozessor 26 liefert ein Signal in Beziehung zur Prozeßgröße sowie ein Lebenserwartungs- und Diagnosesignal zum E/A-Schaltungsaufbau 36. Der E/A-Schaltungsaufbau 36 überträgt Informationen über die Zweidrahtschleife 6 in Übereinstimmung mit bekannten Techniken als volldigitales Protokoll, z. B. Fieldbus oder WorldFIP, als analoges/digitales Hybridprotokoll, z. B. ein 4–20-mA-Signal mit einem überlagerten digitalen Signal (z. B. HART), oder sogar gemäß dem DE-Protokoll. Ferner kann der Mikroprozessor 26 von einem Handkommunikationsgerät oder von der Steuerwarte 4 über die Schleife 6 gesendete Befehle empfangen.
  • Praktizieren läßt sich die Erfindung auch in Software, die an einem beliebigen einer Anzahl von Orten in einem Prozeßsteuersystem resident ist, z. B. in einer am Einsatzort angeordneten Steuerung, einem abgesetzten PC oder einer abgesetzten Steuerung oder sogar einem Endstellglied, z. B. einem Ventil, Motor oder Schalter. Ferner ermöglichen moderne digitale Protokolle, z. B. Fieldbus, Profibus u. a., daß die erfindungspraktizierende Software zwischen Elementen in einem Prozeßsteuersystem übertragen wird, und sorgen auch dafür, daß Prozeßgrößen in einem Geber erfaßt und dann zur Software in einem anderen Ausrüstungsteil gesendet werden.
  • Die Kleinwellenanalyse ist eine Technik zum Transformieren eines Zeitbereichsignals in den Frequenzbereich, wodurch wie bei einer Fourier-Transformation die Frequenzkomponenten identifiziert werden können. Anders als eine Fourier-Transformation weist aber bei einer Kleinwellentransformation die Ausgabe zeitbezogene Informationen auf. Ausdrücken läßt sich dies in Form eines dreidimensionalen Diagramms mit Zeit auf einer Achse, Frequenz auf einer zweiten Achse und Signalamplitude auf einer dritten Achse. Eine Diskussion der Kleinwellenanalyse enthält On-Line Tool Condition Monitoring System With Wavelet Fuzzy Neural Network von L. Xiaoli et al., 8 JOURNAL OF INTELLIGENT MANUFACTURING, Seiten 271–276 (1997). Bei Durchführung einer kontinuierlichen Kleinwellentransformation wird ein Anteil des Sensorsignals einer Fenstertechnik unterzogen und mit einer Kleinwellenfunktion gefaltet. Diese Faltung erfolgt durch Überlagern der Kleinwellenfunktion zu Beginn einer Abtastung, Multiplizieren der Kleinwellenfunktion mit dem Signal und anschließendes Integrieren des Ergebnisses über der Abtastperiode. Das Ergebnis der Integration wird skaliert und liefert den ersten Wert für die kontinuierliche Kleinwellentransformation bei einer Zeit gleich null. Danach kann dieser Punkt auf einer dreidimensionalen Ebene abgebildet werden. Anschließend wird die Kleinwellenfunktion rechtsverschoben, und der Multiplikations- und Integrationsschritt werden wiederholt, um eine weitere Menge von Datenpunkten zu erhalten, die im 3-D-Raum abgebildet werden. Dieses Verfahren wird wiederholt, und die Kleinwelle wird durch das gesamte zusammengesetzte Signal bewegt (gefaltet). Danach wird die Kleinwelle skaliert, was die Frequenzauflösung der Transformation ändert, und die vorgenannten Schritte werden wiederholt.
  • Daten aus einer Kleinwellentransformation eines zusammengesetzten Sensorsignals vom Sensor 20 sind in 4 gezeigt. Die Daten sind in drei Dimensionen im Diagramm aufgetragen und bilden eine Oberfläche 41. Gemäß dem Diagramm von 4 weist das zusammengesetzte Sensorsignal eine kleine Signalspitze mit etwa 1 kHz bei einer Zeit t1 und eine weitere Spitze mit etwa 100 Hz bei einer Zeit t2 auf.
  • In einem Aspekt der Erfindung werden Kleinwellentransformationsdaten, z. B. die von 4, im Normalbetrieb des Sensors berechnet und im Speicher 28 gemäß 3 gespeichert. Diese Daten stellen eine Basis-”Ebene” des Normalbetriebs dar. Die Daten können zu verschiedenen Tageszeiten, während eines Prozeßzyklus und im Jahresverlauf erfaßt werden. Wird er in Normalbetrieb gesetzt, liest der Lebenserwartungs- und Diagnoseschaltungsaufbau 34 die gespeicherte Kleinwellentransformation aus dem Speicher 28 aus und vergleicht die Basisebenendaten mit Informationen, die durch Kleinwellenanalyse im Betrieb gesammelt wurden. Subtrahiert zum Beispiel der Schaltungsaufbau 34 die Basisebenendaten von einer aktuellen Kleinwellentransformation, stellen die resultierenden Daten nur die im Prozeß auftretenden Anomalien dar. Ein solches Subtraktionsverfahren trennt die Prozeßveränderungen vom Sensorsignal zusammen mit Tages- oder saisonalen Schwankungen im Signal. Beispielsweise kann sich das Sensorsignal im Laufe des Tages oder eines Jahres infolge von Umgebungstemperaturänderungen ändern. Somit ermöglicht dies die Trennung des Prozeßsignals vom sensorbedingten Signal.
  • Die zuvor beschriebene kontinuierliche Kleinwellentransformation erfordert umfangreiche Berechnungen. Daher führt in einer bevorzugten Ausführungsform die Kleinwellenverarbeitungsschaltung 32 eine diskrete Kleinwellentransformation (DWT) durch, die zur Implementierung in einem Mikroprozessor gut geeignet ist. Eine rationelle diskrete Kleinwellentransformation verwendet den Mallat-Algorithmus, bei dem es sich um einen Zweikanal-Seitenbandcodierer handelt. Der Mallet-Algorithmus liefert eine Folge von getrennten oder zerlegten Signalen, die einzelne Frequenzkomponenten des ursprünglichen Signals darstellen. 5 zeigt ein Beispiel für ein solches System, in dem ein ursprüngliches Sensorsignal S unter Verwendung eines Seitenbandcodierers mit einem Mallet-Algorithmus zerlegt wird. Das Signal S hat einen Frequenzbereich von 0 bis zu einem Maximum von fMAX. Das Signal wird gleichzeitig durch ein erstes Hochpaßfilter mit einem Frequenzbereich von 1/2fMAX bis fMAX und ein Tiefpaßfilter mit einem Frequenzbereich von 0 bis 1/2fMAX geführt. Dieses Verfahren bezeichnet man als Zerlegung. Die Ausgabe vom Hochpaßfilter liefert diskrete Kleinwellentransformationskoeffizienten der ”Ebene 1”. Die Koeffizienten der Ebene 1 stellen die Amplitude als Funktion der Zeit jenes Anteils des Eingangssignals dar, der zwischen 1/2fMAX und fMAX liegt. Die Ausgabe vom 0–1/2fMAX-Tiefpaßfilter wird bedarfsweise durch ein nachfolgendes Hochpaß-(1/4fMAX–1/2fMAX) und Tiefpaß-(0–1/4fMAX)Filter geführt, um zusätzliche Ebenen (über ”Ebene 1” hinaus) diskreter Kleinwellentransformationskoeffizienten zu liefern. Gemäß 5 können die Ausgaben von jedem Tiefpaßfilter bedarfsweise weiteren Zerlegungen unterzogen werden, die zusätzliche Ebenen diskreter Kleinwellentransformationskoeffizienten bieten. Dieses Verfahren setzt sich fort, bis die gewünschte Auflösung erreicht oder bis die Anzahl übriger Datenabtastungen nach einer Zerlegung zu klein ist, um weitere Informationen zu ergeben. Die Auflösung der Kleinwellentransformation kann so gewählt sein, daß sie etwa die gleiche wie die des Sensors oder die gleiche wie die minimale Signalauflösung ist, die zur Prozeßüberwachung erforderlich ist. Somit stellt jede Ebene von DWT-Koeffizienten die Signalamplitude als Funktion der Zeit für einen gegebenen Frequenzbereich dar. Koeffizienten für jeden Frequenzbereich können verknüpft werden, um ein solches Diagramm wie in 4 zu bilden.
  • 6 ist ein Beispiel für ein Signal S, das durch einen RTD-Temperatursensor erzeugt wird, und die erhaltenen resultierenden Annäherungssignale in sieben Ebenen mit der Bezeichnung Ebene 1 bis Ebene 7. In diesem Beispiel repräsentiert die Signalebene 7 das durch den Sensor selbst bedingte Signal, und jede weitere Zerlegung erzeugt Rauschen. In diesem speziellen Beispiel ist das sensorbedingte Signal als letztes Signal in der Zerlegung vor Erzeugung eines solchen Rauschsignals identifiziert. Bestimmen läßt sich dies z. B. durch Vergleichen der Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Zerlegungen und Identifizieren des Signals, das die kleinste Änderung relativ zum nächsten zerlegten Signal hat. Allerdings kann sich dies für unterschiedliche Arten von Sensoren oder Prozessen unterscheiden.
  • In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, dem Signal eine Auffüllung zuzufügen, indem Daten zum Sensorsignal nahe den Grenzen von in der Kleinwellenanalyse verwendeten Fenstern zugefügt werden. Dieses Auffüllen reduziert Verzerrungen in der Frequenzbereichausgabe. Verwenden läßt sich diese Technik mit einer kontinuierlichen Kleinwellentransformation oder einer diskreten Kleinwellentransformation. Definitionsgemäß ist ”Auffüllen” das Anhängen zusätzlicher Daten auf jeder Seite des aktuellen aktiven Datenfensters, z. B. werden zusätzliche Datenpunkte zugefügt, die sich um 25% des aktuellen Fensters über jede Fensterkante hinaus erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zusätzlichen Daten durch Wiederholen eines Teils der Daten im aktuellen Fenster erzeugt, so daß die zugefügten Daten das vorhandene Signal auf jeder Seite ”auffüllen”. Danach wird die gesamte Datenmenge in eine quadratische Gleichung eingefügt, die zum Extrapolieren des Signals 25% über das aktive Datenfenster hinaus dient.
  • In Prozeßsteuersystemen, in denen eine bekannte Prozeßveränderung vorliegt, zum Beispiel infolge von saisonalen Änderungen, läßt sich die Veränderung modellieren und dadurch aus dem Sensorsignal entfernen, um das Restsensorsignal zu erhalten. Wie zuvor beschrieben wurde, kann ein solches Modellieren durch Beobachten des Prozesses oder anderweitiges Vorhersagen erfolgen, wie sich der Prozeß zeitlich ändern wird. Ferner kann das Modell eine Funktion anderer Prozeßgrößen oder Steuersignale sein, die beim Vorhersagen des Prozeßgrößensignals verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Anzahl vorbestimmter Modelle im Speicher 28 gespeichert. Im Betrieb überwacht ein im Mikroprozessor 26 operierendes neurales Netzwerk den Prozeßbetrieb und wählt das im Speicher gespeicherte optimale Modell aus. Koeffizienten in Beziehung zum Betrieb des Modells können unter Verwendung eines neuralen Netzwerks erzeugt werden oder können über die Schleife 6 bei Installation des Gebers 40 empfangen werden, was in verschiedenen Kommunikationsprotokollen vorgesehen ist, z. B. Fieldbus. Zu Beispielen für Modelle gehören ein Modell erster Ordnung mit Totzeit, das normalerweise für schwingungsfreie Systeme geeignet ist, oder Modelle zweiter Ordnung mit Totzeit, die normalerweise für schwingende Prozesse ausreichen. Eine weitere Modellierungstechnik besteht in der Anwendung eines adaptiven neuralen Netzwerkmodels mit Fuzzy-Logik. Ein solches Hybridsystem weist ein neurales Netzwerk und eine Fuzzy-Logik auf. Durch die Fuzzy-Logik kann eine Modellanpassung an die Veränderlichkeit des Prozesses erfolgen, während das neurale Netzwerkmodell eine Flexibilität der Modellierung ermöglicht, um sich dadurch an sich ändernde Prozesse anzupassen. Dies sorgt für ein relativ robustes Modell. Ferner kann durch die Verwendung adaptiver Mitgliedschaftfunktionen im Fuzzy-Logik-Modell bestimmt werden, ob das spezielle Modell aktualisiert werden sollte.
  • Zudem ist der neue Gebrauch der Kleinwellenanalyse zum Analysieren von Signalen gut geeignet, die Transienten oder andere nichtstationäre Kennwerte im Zeitbereich haben. Im Gegensatz zu Fourier-Transformationen behält die Kleinwellenanalyse Informationen im Zeitbereich bei, d. h. wenn das Signal auftrat.
  • Die Erfindung kann mit jeder geeigneten Art von Lebenserwartungs- oder Diagnoseschaltungsaufbau arbeiten. Beispiele für solche Techniken sind in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. 08/744980 gezeigt, die am 7. November 1996 mit dem Titel ”DIAGNOSTICS FOR RESISTANCE BASED TRANSMITTER” eingereicht wurde und hierin durch Verweis eingefügt ist. Außerdem kann die Erfindung mit jeder Art von Prozeßsensor verwendet werden, u. a. mit Sensoren, die Temperatur, Druck, Pegel, Durchfluß, pH-Wert, Trübung usw. messen.
  • Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, daß Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann der Sensor jede Art von Prozeßgrößensensor sein, u. a. für Temperatur, Druck, Durchfluß, Pegel usw.

Claims (26)

  1. Vorrichtung (40) in einem Prozeßsteuersystem (2) mit: einem Sensoreingang, der ein Sensorsignal von einem Prozeßgrößensensor (20) empfängt, wobei das Sensorsignal ein zusammengesetztes Signal aufweist, das ein Prozeßgrößensignal und ein Restsensorsignal in Beziehung zum Sensorbetrieb aufweist, mit einem Modell eines Prozeßbetriebs zum Erzeugen eines saisonalen Veränderungssignals, das vom Sensorsignal subtrahiert wird, um so das Restsensorsignal zu identifizieren; einen mit dem Sensoreingang gekoppelten Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau (14), der Signalkomponenten des zusammengesetzten Sensorsignals trennt und als Antwort ein getrenntes Sensorsignal zu einem Sensordiagnoseschaltungsaufbau (12) führt, wobei der Diagnoseschaltungsaufbau (12), der ein getrenntes Sensorsignal empfängt als Antwort eine Ausgabe in Beziehung zur Diagnose des Prozeßgrößensensors (20) liefert.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem mit dem Sensoreingang gekoppelten Ausgangsschaltungsaufbau, der geeignet ist, eine Ausgabe in Beziehung zu einem Sensorsignal auf einer Zweidraht-Prozeßsteuerschleife zu senden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Prozeßgrößensensor, der das Sensorsignal zum Sensoreingang führt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem den Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau implementierenden Mikroprozessor.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sensorsignal eine Prozeßgröße darstellt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Temperatur, Druck, Durchfluß, Pegel, pH-Wert und Trübung besteht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung einen Geber aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Steuerung aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem mit einer Prozeßsteuerschleife gekoppelten Ein-/Ausgangsschaltungsaufbau, der eine Leistungsausgabe zum Speisen der Vorrichtung liefert, wobei die Leistungsausgabe vollständig aus Leistung erzeugt ist, die von der Prozeßsteuerschleife abgeleitet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau eine diskrete Kleinwellentransformation am Sensorsignal durchführt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau mehrere Signalzerlegungen durchführt, um das Restsensorsignal zu erhalten.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Geber mit einer 4–20-mA-Zweidrahtstromschleife gekoppelt ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau und Diagnoseschaltungsaufbau in einem mit einem Prozeßsteuersystem gekoppelten Mikroprozessor implementiert sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau über einem Datenfenster arbeitet, das einen Anteil des Sensorsignals und eine Signalauffüllung zwischen Kanten des Datenfensters und dem Anteil des Sensorsignals aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Signalauffüllung zum Anteil des Sensorsignals in Beziehung steht.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Signalauffüllung durch Kurvennachbildung anhand des Anteils des Sensorsignals gebildet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Kurvennachbildung eine quadratische Gleichung aufweist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Speicher, der eine Darstellung von Signalkomponenten aus einem Nennsensorsignal speichert.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Darstellung von Signalkomponenten frequenz- und zeitbezogene Informationen einer Signalkomponente aufweist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kleinwellen-Vorverarbeitungsschaltungsaufbau einen Zweikanal-Zwischenbandcodierer aufweist, der mehr als eine zerlegte Signalausgabe liefert.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Zweikanal-Zwischenbandcodierer mehrere Hochpaß- und Tiefpaßfilter aufweist.
  21. Verfahren in einer Prozeßsteuerung zum Diagnostizieren des Betriebs eines Prozeßgrößensensors mit den folgenden Schritten: Erhalten eines Sensorsignals von einem Prozeßgrößensensor, wobei das Sensorsignal ein zusammengesetztes Signal aufweist, das ein Prozeßgrößensignal und ein Restsensorsignal aufweist, wobei das Restsensorsignal zum Sensorbetrieb in Beziehung steht, mit dem Schritt des Subtrahierens saisonaler Veränderungen, die auf einem Modell eines Prozeßbetriebs basieren, von der mindestens einen der mehreren Sensorsignalkomponenten; Durchführen einer Kleinwellentransformation am Sensorsignal und als Antwort darauf erfolgendes Bereitstellen einer transformierten Ausgabe mit mehreren Sensorsignalkomponenten, von denen mindestens eine das Restsensorsignal aufweist; und Diagnostizieren des Sensorbetriebs als Reaktion auf mindestens eine der mehreren Sensorsignalkomponenten aus der Kleinwellentransformation.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Kleinwellentransformation über einem Datenfenster durchgeführt wird, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Zufügens einer Auffüllung zum Sensorsignal in der Nähe von Kanten des Datenfensters aufweist.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Diagnostizierens den Schritt des Vergleichens mindestens einer der mehreren Sensorsignalkomponenten mit mindestens einer Nenn-Sensorsignalkomponente aufweist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Vergleichens eine Subtraktion aufweist.
  25. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Durchführens einer Kleinwellentransformation eine diskrete Kleinwellentransformation aufweist.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die diskrete Kleinwellentransformation das Hochpaß- und Tiefpaßfiltern des Sensorsignals aufweist.
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