过程现场设备、传感系统、控制系统及构造和使用高通滤波器的方法技术方案

本发明专利技术公开一种传感系统，包括滤波器构造模块，其构造用于对表示过程变量的传感器值进行滤波的高通滤波器，滤波器构造模块基于表示产生所述传感器值的传感器的温度的温度值设置滤波器的参数的值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种传感系统，包括滤波器构造模块，其构造用于对表示过程变量的传感器值进行滤波的高通滤波器，滤波器构造模块基于表示产生所述传感器值的传感器的温度的温度值设置滤波器的参数的值。【专利说明】归一化过程动态
技术介绍
在过程工厂中，气体和液体被发送通过各种管道和储罐。为了控制工厂的运作，必 须监控在工厂的各个部分中的液体和气体的当前状态，以及例如阀和燃烧器之类的受控装 置的状态。被监控以确定这些状态的变量统称为过程变量，并且可以包括压力、压差、温度、 罐的液位、阀的位置等等。使用产生表示过程变量的电信号的一个或多个传感器来确定这 些过程变量。因为过程工厂是动态的，为过程变量产生的电信号也是动态的，而且往往随着 时间的推移显著变化。 在过去，滤波已被用于去除或抑制过程信号中的变化。最近，统计过程监控（SPM) 已被引入，其中，过程变量的动态被用作过程变量的状态的量度。根据SPM，过程变量信号的 中值或平均值可以被确定为代表过程变量本身，而标准偏差或变量系数可以计算出来，以 提供过程变量的动态性质的量度。 有些过程变量具有正常变化量或正常标准偏差。当标准偏差增加高于或明显低于 标准偏差的正常量时，这可以表示在过程工厂的一部分中的异常情况。例如，如果压差传感 器的标准偏差下降，这可以表示堵塞的脉冲管线。 一般是由现场设备内的电子元件，例如定位在过程环境内的传感器、变送器和阀 控制器，确定统称为SPM数据的统计值。这些现场设备可以被配置为在SPM的数据超过表 示异常操作的阈值时产生警报。这些警报被发送到主机系统，主机系统可以使警报对于操 作者可见。可代替地，现场设备可以通过数字通信协议发送SPM数据到主机系统。主机系 统可以被配置为当SPM数据跨过多个阈值时产生警报。此外，可以在主机系统处对SPM数 据上进行多变量统计分析。
技术实现思路
-种过程现场设备，包括提供表示过程变量的信号的传感器和提供表示该传感器 的温度的信号的温度传感器。转换器电路用于将传感器信号转换成传感器值和将温度传感 器信号转换成温度值。处理器实现对传感器值进行滤波以生成滤波传感器值，并执行从滤 波传感器值计算统计值的统计过程监控指令，其中数字滤波器是随温度变化的，使得该滤 波器随着温度值变化而变化。 -种传感系统包括构造滤波器的滤波器构造模块，所述滤波器用于对表示过程变 量的传感器值进行滤波，滤波器构造模块基于温度值设定用于滤波器的参数的值，所述温 度值表示传感器的产生所述传感器值的温度。 在进一步的实施例中，控制系统包括随温度变化的滤波器，该响应于温度值对一 系列传感器值进行滤波以产生滤波后的值。控制系统进一步包括统计过程监控单元，该统 计过程监控单元从所述滤波后的值确定统计值，并且在统计值超过阈值时发出警报。 在一种方法中，调整用于随温度变化的滤波器参数的系数。接收传感器信号和温 度信号，并且使用随温度变化的滤波器参数和温度信号构造滤波器。将传感器信号应用到 滤波器以产生滤波信号，并且从滤波信号产生统计值。当统计值超过阈值时警报被激活。 【专利附图】【附图说明】 图1是过程工厂的框图。 图2是由三个变送器产生的原始压差传感器信号的曲线图。 图3是图2的压差信号的标准偏差的曲线图。 图4针对压差传感器的各种温度提供作为频率的函数的标准偏差的曲线图。 图5在不同温度处针对已经由高通差分滤波器滤波的压差信号提供作为频率的 函数的标准偏差的曲线图。 图6针对压差传感器的操作范围的集合提供作为频率的函数的标准偏差的曲线 图。 图7针对由高通差分滤波器滤波的压差传感器信号的操作范围的集合提供作为 频率的函数的标准偏差的曲线图。 图8是在现场设备和工作站中用于实现各种实施例的电路元件的框图。 图9是用于实现各种实施例的软件元件的框图。 图10是构造和使用高通滤波器的方法的流程图。 图11是用于压差信号的标准偏差的目标频率响应的曲线图。 图12是用于压差信号的标准偏差的第二目标频率响应的曲线图。 图13提供作为温度的函数的滤波器参数k的曲线图。 图14提供作为温度的函数的滤波器参数Id1的曲线图。 图15提供作为温度的函数的滤波器参数b2的曲线图。 【具体实施方式】 图1图不用于描述一个方式的目的的过程工厂的一部分50,在所述方式中，可以 由与异常情况预防系统35相关联的部件执行统计数据收集和处理以及在一些情况下进行 异常情况检测。该异常情况预防系统包括配置和数据采集应用程序38、可以包括统计数据 收集和处理模块的观看或界面应用程序40、以及规则引擎开发和执行应用程序42。情况预 防系统35还存储统计过程监控数据库43,统计过程监控数据库43存储从各种过程参数生 成的统计数据。 在图1中图示的过程工厂的该部分50包括分布式过程控制系统54,分布式过程 控制系统54具有通过输入/输出（I / 0)卡或设备68和70连接到一个或多个现场设备 64和66的一个或多个过程控制器60,所述输入/输出（I / 0)卡或设备68和70可以是 符合任何所需的通信或控制器协议的任何期望类型的I / 〇设备。现场设备64被图示为 HART现场设备，并且现场设备66图示为Fieldbus现场设备，虽然这些现场设备可以使用任 何其他期望的通信协议，并且例如可以通过诸如以太网、光纤和无线ΠΛΚ?'?之类的有线或 无线通信结构进行通信。此外，例如，现场设备64和66可以是任何类型的设备，如传感器、 阀、变送器、定位器等，并且可以符合任何期望的开放的、专有的或其他通信或编程协议，可 以理解，I / 〇设备68和70必须与由现场设备64和66所使用的目标协议兼容。 在任何情况下，可以由诸如配置工程师、过程控制操作者、维护人员、工厂管理者、 监督者等工厂人员访问的一个或多个用户界面或计算机72和74(其可以是任何类型的个 人计算机、工作站等）通过线路或总线76被连接到过程控制器60,可以使用任何期望的硬 连线或无线通信结构来实现通信，并且例如使用诸如以太网协议的任何期望的或合适的通 信协议。此外，数据库78可以连接到通信总线76以作为数据记录系统运行，该数据记录系 统收集并存储配置信息以及在线过程变量数据、参数数据、状态数据和与在过程工厂10中 的过程控制器60和现场设备64和66相关联的其它数据。因此，数据库78可以作为配置数 据库运行以存储当前配置，包括过程配置模块，以及如被下载并被存储在过程控制器60以 及现场设备64和66内的用于在过程控制系统54的控制配置信息。同样地，数据库78可 以存储历史异常情况预防数据，包括由在过程工厂内的现场设备64和66收集和/或产生 的统计数据或从由现场设备64和66收集的过程变量确定的统计数据。 虽然过程控制器60、I / 0设备68和70以及现场设备64和66通常定位在有时 恶劣的工厂环境内并且分布在有时恶劣的整个工厂环境中，但工作站72和74以及数据库 78通常定位在方便操作者、维修人员等访问的控制室、维修室或其他较少恶劣的环境下。 -般来说，过程控制器60存储并执行使用多个不同的、独本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过程现场设备，包括：传感器，该传感器提供表示过程变量的信号；提供表示该传感器的温度的信号的温度传感器；转换器电路，用于将传感器信号转换成传感器值和将温度传感器信号转换成温度值；处理器，实现数字滤波器，所述数字滤波器对传感器值进行滤波以生成滤波传感器值，并且该处理器执行从已被滤波的传感器值计算统计值的统计过程监控指令，其中数字滤波器是随温度变化的，使得该数字滤波器随着温度值变化而变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·菲利普·米勒，罗伯特·卡尔·海德克，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US