JP2004513338A - プロセス変量を測定及び／又は監視するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、プロセス変量を測定及び／又は監視する装置に関する。本発明の目的は、費用がかからず、操作性が良い、プロセス変量の測定及び／又は監視装置を提供することにある。本発明の装置は、次の要素を備えている。すなわち、センサと、測定又は監視すべき少なくとも１つのイベントを予め決定する計測／調整／制御ユニット（３）と、予め決定された上記少なくとも１つのイベントに応じたデータを格納する少なくとも１つのメモリユニット（４、５）である。上記のセンサ、計測調整／制御ユニット（３）、及びメモリユニット（４、５）は、コンパクトなユニット、又は自立した装置を形成している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、プロセス変量を測定及び／又は監視するための装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、産業計測技術における不定のプロセス変量（例えば、レベル、圧力、温度、流速）を測定及び／又は監視するための計測デバイスは、それぞれの電流計測値のみが記憶されて利用できるよう設計されている。しかし、診断、エラー検知、及び保守予測のためには、電流計測値を提供するだけではそれほど十分と言えない。診断や初期欠陥の検知にとっては、長時間に渡っての計測及び／又はシステム情報を記録しておき、必要な時に取得して評価できるようにすることが必要である。
【０００３】
これまでは、必要な時に所謂データロガー（データ自動記録装置）を計測デバイス自体に接続することが、唯一知られるようになってきている。データロガーは、将来に参照しうるよう所望の時間間隔に渡って計測データを記録することができる。一般向けのデータロガーは、例えば Ｅｎｄｒｅｓｓ＋Ｈａｕｓｅｒ Ｗｅｔｚｅｒ ＧｍｂＨ ＋Ｃｏ． ＫＧ で提供及び販売されている。これらのデータロガーは、例えば、デバイスが正常に機能していないと思われるような場合に使用される。時間をかけてデータロガーによって記録された計測及び／又はシステムデータを使用して、欠陥診断を実行することができる。しかし、欠陥が実際に探し出されるまでに、多くの時間が経過してしまいかねない。
【０００４】
機能異常が、例えば不規則な時間間隔で、断続的にしか発生しないような場合、エラー検知は特に困難となる。そのような場合、データロガーが計測及び／又はシステムデータを記録している電流計測期間中に、異常が検知されないという事態が起こるかもしれない。その時、計測デバイスは、計測データの記録期間中にエラーなしを指示する。しかし、異常がそのすぐ直後にまた発生し、極端な場合、データロガーでの２度目のチェックによっても検出できない、ということが起こるかもしれない。
【０００５】
よって、時折々にだけデータロガーを計測システムに接続するようにした公知の解析方法は、多数回のチェックを行うにもかかわらず、計測デバイスに断続的に発生する異常を検知できず、その結果、異常を修正できない、といった危険性を含んでいる。従って、従来の技術で採用される方法は、不経済であって、重要箇所への適用には危険でさえあるかもしれない。重要箇所への適用の例としては、健康に害のある化学薬品を蓄えたタンク内に取り付けられた溢れ出し防止装置において断続的に発生する欠陥などがある。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の目的は、低価格で、操作性も良く、かつ信頼性の高い、プロセス変量の測定／監視装置を提供することにある。
【０００７】
この目的は、センサと、測定又は監視すべき少なくとも１つのイベントを特定する計測／制御ユニットと、少なくとも１つの所定のイベントの関数としてのデータを格納する少なくとも１つのメモリユニットとを備えた装置によって達成される。特に、上記のセンサ、計測／制御ユニット、及びメモリユニットは、コンパクトなユニット又は自立したデバイスを形成する。本発明に係る装置は、計測及びシステムデータを継続的に記録するので、不定のイベントを診断することができる。そのようなイベントとは、例えば、計測デバイスの一時的な又は徐々にやってくる機能異常である。断続的な異常が発生するとすぐに、その異常を、記録されたデータに基づき高い信頼度で検出して、修正することができる。しかし、後に説明するように、上記のイベントは、現在の計測値又は時々刻々変化する計測値によって表される場合もある。
【０００８】
本発明に係る装置を更に発展させたものにおいては、上記プロセス変量は、満杯レベル、圧力、流速、温度、密度、導電率、或いは計測すべきその他の物理量又は化学量である。測定又は監視すべきイベントは、一般的に言えば、所定の時間間隔又は所定の時間計画である。更に、もう一度一般的に言えば、測定又は監視すべきイベントは、決められた計測値条件の達成、或いは決められたシステム条件又は欠陥条件の達成である場合もある。
【０００９】
本発明に係る装置の好ましい実施形態においては、現在の計測及び／又はシステム情報と、それに対応する、以前の決められた時間範囲内で生じた計測及び／又はシステム情報との両方が、上記メモリユニットに格納される。後者の計測及びシステム情報は、以後、“履歴データ”と呼ぶこととする。
【００１０】
本発明に係る装置を更に発展させたものにおいては、上記計測／制御ユニットが、遠隔制御ステーションとデータを交換したり、又はそのようなステーションと通信することを可能とするために、バスシステムが設けられている。データ交換のためには、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ ＰＡ ｓｔａｎｄａｒｄ　や　Ｆｉｅｌｄｂｕｓ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ　のような、いずれかの公知の通信規格を使用可能である。特に、現在データと履歴データの両方が、上記バスシステムを介して上記遠隔制御ステーションに伝送される。
【００１１】
本発明に係る装置の他の好ましい実施形態においては、履歴データ用の上記メモリユニットは取り外し可能なコンパクトなユニットとして設計されている。この実施形態により、多数の計測デバイスで１つのメモリユニット及びそれと同じメモリユニットを使用することが可能になる。これにより、本発明に係る装置のコストが低減される。コンパクトにされたメモリユニットとは、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ハードディスク、又は揮発性メモリデバイス等である。
【００１２】
本発明に係る装置を更に発展させたものにおいては、上記計測／制御ユニットが共同インターフェースを有しており、このインターフェースを介して、入力／出力ユニット又は上記履歴データ用のメモリユニットが上記計測／制御ユニットに選択的に結合できるようになされている。本発明のこの発展形態によれば、特に、メモリユニットを多数のプロセス変量測定及び／又は監視装置と共同して使用可能であるという利点が得られる。好ましい実施形態においては、上記計測／制御ユニットは、メモリユニットによって提供される履歴データを用いて欠陥解析や原因解析や予防解析を実行し、その解析の結果を操作者に利用できるようにしている。この解析データは、例えば、操作者に対し、そのオンサイトの画面上に表示される。
【００１３】
好ましくは、上記出力ユニットが、現在の計測データ、中間結果、履歴データ、及び／又は解析データを画素指向で表示するよう設計されているのがよい。走行時間技術を用いたレベル計測の場合、例えば、現在の計測データは所謂エコー曲線の形で操作者へ伝達される。このエコー曲線は、エコー信号の振幅の集まりを表したものであり、これは走行時間又は伝達距離の関数である。もちろん、走行時間技術によって得られた現在の計測データの表示には、エコー曲線から得られた数量の表示も含まれる。その一例としては、ディジタル的な包絡線がある。典型的なエコー曲線は、図６及び図７に示されている。
【００１４】
履歴データの表示の興味ある応用例としては、容器内の媒体レベルの時間変化への適用があげられる。履歴データを用いれば、計測妨害を検知及び追跡することも、もちろん可能になる。
【００１５】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
図１は、レベル計測デバイス１６を概略的に示している。このレベル計測デバイス１６は、容器１２の蓋１５中の開口１４に取り付けられている。容器１２内の媒体１１のレベルを測定するために、高周波計測信号が表面波伝送ライン１７に沿って媒体１１内へと案内される。計測信号は、図１中に、高周波パルスとしてフォルム化されて示されている。計測信号は、信号生成ユニット１８で生成され、結合ユニット１９を介して表面波伝送ライン１７に結合される。媒体１１の表面１３から反射されたエコー信号は、結合ユニット１９を介して計測／制御ユニット３に供給される。信号の走行時間と容器の高さとから、計測／制御ユニット３が、特に容器１２内の媒体１１のレベルを算出する。
【００１６】
図２は、本発明に係る装置の第１の実施形態を概略的に示している。計測／制御ユニット３は、例えば図１に示されたレベルセンサ１６のようなセンサ２によって入手され得るデータから、現在の計測値、すなわち例えば容器１２内の媒体１１の現在レベル等を測定する。それぞれの現在の計測データは、メモリユニット４に格納される。決められた時間間隔に渡って、それぞれの現在の計測データは履歴データ用のメモリユニット５（所謂履歴メモリ）に書き込まれる。この履歴データに基づき、例えば、レベル計測デバイスの短期及び長期の機能異常についての欠陥診断や原因解析を実行することが可能となる。更には、履歴データは保守予測の目的で使用されてもよい。
【００１７】
図示の実施形態において、計測／制御ユニット３はバスシステム６を介して遠隔制御ステーション７に接続されている。このバスシステム６を介して、センサ２又は計測／制御ユニット３と制御ステーション７とが互いに通信しあう。入力／出力ユニット８は、操作者へのインターフェースとして動作する。すなわちここでは、データが読み出され、新たなパラメータが入力される等々。
【００１８】
履歴データは、計測／制御ユニット３を介して履歴メモリ５から検索される。従って、図２に示された実施形態においては、履歴メモリ５に追加の端子を設ける必要がない。端子は、バスシステム６のいずれのポイントに配置されてもよい。図２に示された実施形態は、危険領域内での使用に向いている。上述のような通信が、そのような使用のために設計されているからである。しかし、この実施形態では、バスシステム６が履歴メモリ５との通信によって付加的に搭載されるものであるため、或る不都合も生じうる。
【００１９】
もし、通信速度を高める必要がある場合、すなわち、単位時間当たりにもっと多くのデータをバスシステム６を介して伝送しなければならないような場合、図３に示されている、本発明に係る装置１の第２の実施形態が適している。この実施形態では、履歴メモリ５は、別個のバスシステム６を介して制御ステーション７と通信する。よって、計測／制御ユニット３と制御ステーションとの間のバスシステム（これは図３に示されていない）が、履歴メモリ５との付加的な通信によって搭載されることはない。しかし、この実施形態の不都合なところは、追加のコネクタソケットを用意しなければならず、更には、センサ２への追加のアクセスが必要になるということである。しかも、この装置は、もし上記第２のバスシステム６が危険領域での使用のために設計されているのであれば、危険領域においてのみ使用可能である。よって、より高速の通信を可能にするためには、多くの経費をかける必要が生じる。
【００２０】
図４は、本発明に係る装置の第３の実施形態を概略的に示している。この装置は、データをオンラインで測定する必要がない場合に利用可能である。この実施形態では、履歴データ用のメモリユニット５が、取り外し可能なコンパクトなユニット９として設計されている。このようにすることで、記録されたデータを、測定や事後解析を行うためのあらゆる場所に送ることが可能になる。この実施形態のもう１つの利点は、バスシステム６を介しての通信が履歴データの伝送によって搭載されることがないということである。取り外し可能なコンパクトなユニット９としての履歴メモリ５の実施形態は、本発明に係る装置の他の実施形態と共に使用できる、ということは言うまでもない。
【００２１】
本発明に係る装置の第４の実施形態は、図５に示されている。ここで、履歴データ用のメモリユニット５や、例えばオンサイトの表示装置のような入力／出力ユニット８は、インターフェース１０を介して計測／制御ユニット３に選択的に接続可能である。この実施形態の利点は、履歴メモリ５用に追加のコネクタソケットを設ける必要がないということである。しかし、この実施形態の小さな不都合は、入力／出力ユニット８と履歴メモリ５とを同時に操作することができないということである。
【００２２】
上述したように、本発明に係る装置は多くの利点を提供するものであり、特にエラー検知や、初期エラーの検知（保守予測）等に関しての利点は大きい。しかし、まず初めに、計測データをグラフで示すことも可能になる。特に、エコー曲線の表示について述べる必要がある。このエコー曲線は、容器内の物質レベルを測定及び／又は監視するのに走行時間技術が使用される場合に、測定される。操作者は、オンサイトの表示装置８上で、又は遠隔制御ステーション７で、ｘ軸に沿って有用エコー信号のシフトを観測することによって、容器１２内のレベルの変化を視覚的に追跡することが可能である。このような視覚化が可能になることで、高周波計測信号や超音波信号の走行時間によってレベルを検出する技術における操作者の信頼性を高めることができる。
【００２３】
もちろん、本発明はまた、現在の計測データが入力／出力ユニット８で表示又は利用可能であるという事実のもとに成立している。現在の計測データは、エコー曲線であることが好ましい。
【００２４】
図６は、ＴＤＲセンサの典型的なエコー曲線を示している。このエコー曲線は、既に上述したように、表面波伝送ライン１７に沿った計測信号の走行距離の関数としての、又はそれに対応する走行時間の関数としての計測信号のエコー振幅を示している。
【００２５】
座標原点のすぐ近くにある第１のピークは、所謂基準の発射機（ｆｉｄｕｃｉａｌ ｌａｕｎｃｈｅｒ ）を示している。このピークは、インピーダンスの段階的な変化と、その結果生じる結合ユニット１９と表面波伝送ライン１７間の接点での計測信号の部分的反射とによって起こる。
【００２６】
原点から最も遠いピークは、ライン端ピーク、すなわち表面波伝送ライン１７の自由端で反射された計測信号の一部を示すピークである。基準の発射機とライン端ピークとの間にある鮮明なピークは、有用エコー信号を示している。この有用エコー信号は、容器１２内の媒体１１のレベル量である。２つの媒体間、すなわち通常は空気と容器１２内の固体物質又は液体物質との間、でインピーダンスが段階的に変化する結果、計測信号の一部が反射される。或る決められたスタートポイントと上記有用エコー信号のピークとの間の間隔から決定される走行時間又は走行距離によって、レベルを測定することができる。
【００２７】
基準の発射機とライン端ピークとはシステムに依存するエコー信号であり、各レベルに対して何ら依存性を示すものではないが、有用エコー信号の位置は各レベルによって変化する。すなわち、低いレベルでは、有用エコー信号はライン端ピークの方向へ移動し、レベルが上昇するにつれて、有用エコー信号は基準の発射機の方向へ移動する。
【００２８】
計測信号が自由に放射される場合には、エコー曲線にライン端ピークが生じないことは、言うまでもない。しかし、計測信号が容器の底で反射することに起因するピークが生じるかもしれない。その場合も、もちろん、有用エコー信号の位置は容器１２内の媒体１１のレベルで変化する。従って、有用エコー信号のピークは、ｘ軸に沿って移動し、それは走行時間と走行距離のどちらかを示している。アンテナを介して自由に放射される計測信号は、超音波信号であってもよく、又はマイクロ波信号であってもよい。もちろん、パルス走行時間技術又はＦＭ−ＣＷ技術に基づくレベル計測デバイス１６を使用することも可能である。
【００２９】
現在のエコー曲線が画素指向の出力ユニット８に表示される場合、レベルの変化が操作者に対して視覚的に示される。このことにより、多くの場合において、計測デバイスにおける操作者の信頼性が向上する。それは、レベル変化が数値変化として単純に示されるのでなく、変化するレベルの関数として空間的にシフトする信号によって示されるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
走行時間技術を用いたレベル計測デバイスを概略的に示す図である。
【図２】
本発明に係る装置の第１の実施形態を概略的に示す図である。
【図３】
本発明に係る装置の第２の実施形態を概略的に示す図である。
【図４】
本発明に係る装置の第３の実施形態を概略的に示す図である。
【図５】
本発明に係る装置の第４の実施形態を概略的に示す図である。
【図６】
計測信号を案内することによって得られた典型的なエコー曲線を示す図である。
【図７】
計測信号を自由に放射することによって得られた典型的なエコー曲線を示す図である。
【符号の説明】
１　本発明に係る装置
２　センサ
３　計測／制御ユニット
４　現在データ用のメモリユニット
５　履歴データ用のメモリユニット
６　バスシステム
７　制御ステーション
８　入力／出力ユニット
９　取り外し可能なコンパクトなユニット
１０　インターフェース
１１　媒体
１２　容器
１３　表面
１４　開口
１５　蓋
１６　レベル計測装置、レベルセンサ
１７　表面波伝送ライン
１８　信号生成ユニット
１９　結合ユニット

Claims (13)

1. センサと、測定又は監視すべき少なくとも１つのイベントを特定する計測／制御ユニット（３）と、前記少なくとも１つの特定されたイベントの関数としてのデータを格納する少なくとも１つのメモリユニット（４、５）とを備え、前記センサ、前記計測／制御ユニット（３）、及び前記メモリユニット（４、５）はコンパクトなユニット又は自立したデバイスを形成する、プロセス変量を測定及び／又は監視するための装置。
2. 前記プロセス変量は、満杯レベル、圧力、流速、温度、密度、導電率、或いは計測すべきその他の物理量又は化学量である請求項１に記載の装置。
3. 前記測定又は監視すべきイベントは、所定の時間間隔又は所定の時間計画である請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記測定又は監視すべきイベントは、決められた計測値条件の達成、或いは決められたシステム条件又は欠陥条件の達成である請求項１又は２に記載の装置。
5. 前記メモリユニット（４、５）は、現在の計測及び／又はシステム情報と、それに対応する、以前の決められた時間範囲内で生じた計測及び／又はシステム情報（履歴データ）とを、両方格納する請求項１、２、３、又は４に記載の装置。
6. バスシステム（６）が設けられており、該バスシステムを介して、前記計測／制御ユニット（３）又は前記メモリユニット（４、５）が遠隔制御ステーション（７）と通信する請求項１乃至５のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記現在のデータと前記履歴データの両方が前記バスシステム（６）を介して前記遠隔制御ステーション（７）に伝送される請求項６に記載の装置。
8. 前記履歴データ用の前記メモリユニット（５）は取り外し可能なコンパクトなユニットとして設計されている請求項１乃至５のいずれか１つに記載の装置。
9. 前記計測／制御ユニット（３）は、共同インターフェース
   （１０）を有しており、該インターフェースを介して、入力／出力ユニット（８）又は前記履歴データ用のメモリユニット（５）が前記計測／制御ユニット（３）に選択的に結合可能である請求項１乃至５のいずれか１つに記載の装置。
10. 前記計測／制御ユニット（３）は、前記メモリユニット
    （５）によって利用可能とされた前記履歴データを用いて欠陥解析及び／又は原因解析及び／又は予防解析を実行し、該解析の結果を操作者に利用可能にさせる請求項１乃至９のいずれか１つに記載の装置。
11. 前記出力ユニット（８）は、現在の計測データ、中間結果、履歴データ、及び／又は解析データを画素指向で表示するよう設計されている請求項１に記載の装置。
12. 前記現在の計測データの表示は、容器内の媒体のレベルを走行時間技術を用いて測定する計測デバイスによって利用可能とされたエコー曲線の表示であるか、又は、前記現在の計測データの表示は、前記エコー曲線から得られた数量の表示である請求項１１に記載の装置。
13. 前記履歴データの表示は、容器（１２）内の媒体（１１）のレベルの時間変化の表示である請求項１１又は１２に記載の装置。

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