提供了一种具有诊断的过程变量变送器（６０，８２，２３０，２３２，２３４，２３８），该诊断基于过程变量传感器信号的功率谱密度（ＰＳＤ）分析。在一个实施例中，该过程变量变送器（６０，８２，２３０，２３２，２３４，２３８）是压力变送器（８２），而且诊断用于诊断导压管线阻塞或迫近阻塞。其它诊断方法也是有用的，例如诊断主元件的恶化。对传感器信号进行数字化，并且把数字化的信号变换为频域。检查传感器信号的频率处的功率以提供改进的诊断。在一个方面，直接利用传感器ＰＳＤ数据来产生诊断。在另一方面，使用ＰＳＤ分析来调谐滤波器，以改进传统的诊断算法。
Diagnostic process variable transmitter
Provides a process variable transmitter diagnosis (60, 82230232234238), the diagnosis process variable sensor signal based on power spectral density (PSD) analysis. In one embodiment, the process variable transmitter (60, 82230232234238) is a pressure transmitter (82), and the diagnosis for the diagnosis of pressure pipeline obstruction or impending obstruction. Other diagnostic methods are also useful, such as diagnosing the deterioration of the main components. The sensor signals are digitized, and the digitized signals are converted into frequency domain. Check the power at the frequency of the sensor signal to provide improved diagnostics. In one aspect, the sensor PSD data is used directly to generate the diagnosis. On the other hand, PSD analysis is used to tune the filter to improve the conventional diagnostic algorithm.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有诊断的过程变量变送器
技术介绍
过程变量变送器用于工业过程环境并耦合到过程流体，而且提供 关于过程的测量。过程变量变送器能够被配置以监控与加工厂中的流体 相关的一个或更多个过程变量，诸如化学、纸浆、石油、医药品、食品 和其它流体处理工厂中的泥浆、液体、蒸汽、气体。被监控的过程变量可以是流体的压力、温度、流量、水平、pH、传导率、浊度、浓度、密 度、化学组成或其它属性。取决于加工厂的安装需要，过程变量变送器 包括能够包括变送器内部或外部的一个或更多个传感器。过程变量变送 器产生表示所感测的过程变量的一个或更多个变送器输出。变送器输出 被配置为经由通信总线242长距离地传输到控制器或指示器。在典型 的流体加工厂中，通信总线242可以是为变送器供电的4-20 mA电流 环路，或是面向控制器、控制系统或读出装置的现场总线连接、HART 协议通信或光纤连接。在由2线环路供电的变送器中，电力必须保持 较低以提供在爆燃性空气中的固有安全性。一种类型的过程变量变送器被称作压力变送器。典型地，压力变 送器将通过导压管线(impulse line)耦合到过程流体。如果导压管线 的一条或两条发生阻塞，则压力变送器的操作容易发生恶化。拆卸和检查导压管线是一种用于检测和纠正管线阻塞的方法。另 一种用于检测阻塞的已知方法是周期地将"检验脉冲"加到来自压力变 送器的测量信号。这个检验脉冲导致与变送器相连的控制系统干扰流。 如果压力变送器未能精确感测流干扰，则产生指示管线阻塞的报警信 号。另一用于检测阻塞的已知方法是感测静压和差压。如果静压和差压 的摆动之间的相关性不足，则产生指示管线阻塞的报警信号。另一用于 检测管线阻塞的已知方法是感测静压，并使它们经过高通和低通滤波 器。把从滤波器获得的噪声信号与阀值进行比较，并且如果噪声变化小于阀值，则报警信号指示线路被阻塞。这些已知方法使用了会增加设备复杂性并减小设备可靠性的技 术。此外，虽然这些方法有时能够检测阻塞的导压管线，但它们通常无 法检测沉积物何时开始在导压管线内集中但还不致阻塞导压管线。因 此，即使压力变送器感测压力的能力在一定程度上被折衷，操作仍可能 继续。因此，存在对提供更多预测性、更少反应性维护以减小成本或提 高可靠性的更好的诊断技术的需要。
技术实现思路
提供了一种具有诊断的过程变量变送器，基于过程变量传感器信号的功率谱密度(PSD)分析。在一个实施例中，所述过程变量变送器 是压力变送器，并且所述诊断用于诊断导压管线的阻塞或即将发生的阻 塞。其他的诊断也是有用的，例如诊断主元件的恶化。对所述传感器信 号进行数字化，并且把数字化后的信号转换到频域。检查传感器信号的 频率处的功率，以提供增强的诊断。在一个方面，直接利用传感器PSD 数据产生诊断。在另一方面，PSD分析用于调谐滤波器，以增强传统的 诊断算法。附图说明图1是诊断压力变送器的典型流体处理环境的图示。 图2是用于诊断其导压管线和/或主元件的情况的流体流量计中的 差压变送器的实施例的图示。图3是根据本专利技术实施例的提供诊断的流体流量计的框图。 图4-6是示出指示导压管线阻塞的传感器数据的PSD分析的曲线图。图7是根据本专利技术实施例的用于训练过程变量变送器基于PSD的 诊断的方法的流程图。图8是根据本专利技术实施例的基于PSD分析来选择数字滤波器的特 性的方法的流程图。图9是根据本专利技术实施例的执行基于PSD的诊断的方法的流程图。图10是过程变量信号的幅度与频率和时间的关系的曲线图。 图11是离散小波变换的框图。图12是示出从离散小波变换输出的信号的曲线图。具体实施方式通常，本专利技术的实施例执行频谱分析以产生关于过程变量变送器 的诊断信息。这种分析被描述为在过程变量变送器内的微处理器系统内发生，但能够由任何适合的处理系统执行。该处理系统88能够执行小 波变换、离散小波变换、傅立叶变换，或使用其它技术以确定传感器信 号的频谱。通过监控这个转换后的信号随时间的变化来确定分布的频率 处的功率。其一个实例是功率谱密度(PSD)。功率谱密度可被定义为时 间序列的功率(或方差)，并能够被描述为时间序列的功率(或方差) 如何随频率而分布。例如，这能够被定义为时间序列的自相关序列的傅 立叶变换。功率谱密度的另一定义是由适合的常数项进行定标 (scale)的时间序列的傅立叶变换的平方模(squared modulus)。 在图1中，在220处示出了用于诊断流或压力测量的典型环 境。诸如流量计230、罐236上的水平(压力)变送器232和234 、 整体式管口流量计238的过程变量变送器被示出为与控制系统240相 连。在图1中，整体式管口流量计238设有诊断输出，该输出沿着与 之相连的通信总线242而耦合。控制系统240能够被编制为向操作员 显示诊断输出，或能够被编制为当存在来自流量计238的诊断警告时 更改其操作。控制系统240控制诸如控制阀244、泵电机或其它控制 设备的输出设备的操作。在图2中，大体示出了根据本专利技术的典型诊断变送器82的分解图。变送器82包括用于承受差压的凸缘83;差压传感器31;电子装置，包括模数转换器84、微处理器系统88、数模转换器96以及数字 通信电路100。变送器82被拧到凸缘适配器87。在这里显示的实施 例中，传感器31能够包括绝对压力传感器、计量(gage)传感器、差压传感器或其它类型的压力传感器。本专利技术的实施例可用于许多应用 中，但在过程设备经由导压管道耦合到过程的情况下尤其有利。微处理器88被编程有诊断算法，这将在下面更详细的说明。凸缘适配器87 连接到导压管道，而导压管道又连接到主要的流元件周围的流(未在图 2中示出)。图2中变送器82的布置在图3中进行了更详细的说明。图3是示出适合感测管24中的流体流22的流体流量计60的 框图。流体流量计60包括压力发生器26，压力发生器26包括主元 件28和导压管线30，导压管线30将围绕主元件28的流体流中产 生的压力耦合到压力变送器82中的差压传感器31。在本申请中使用 的术语"压力发生器"是指主元件(例如，管孔盘、空速管平均空速管 管道系统、喷嘴、文氏管、梭口杆(shedding bar)、管中的弯曲或适 于引起流中的压降的其它流间断)和把来自主元件附近位置的压降耦合 到流管之外的位置的导压管或导压通路。在面向所连接的压力变送器 82的流管之外的位置处，由这个所定义的"压力发生器"表示的该压 力的频谱特性会受到主元件的情况以及导压管的情况的影响。所连接的 压力变送器82可以是自包含单元，或它能够根据需要与远程密封 (remote seal)相适合以适于应用。压力变送器82 (或其远程密 封)上的凸缘83耦合到导压管线30上的凸缘适配器87 ，以完成压 力的连接。压力变送器82经由导压管线30耦合到主流元件28以感测 流。压力变送器82包括差压传感器31，差压传感器31适于经由凸 缘装置耦合到导压管线30。模数转换器84耦合到压力传感器31，并 产生所感测的压力的一系列数字表示。流电路34使用这些数字表示来 以计算流，并提供沿管线36的流指示。在本专利技术的一个实施例中，模数转换器是已知的Sigma-Delta转 换器，其提供每秒22次的转换。在这个实施例中，过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于耦合到过程并通过通信总线提供过程变量的指示的过程变量变送器，所述过程变量变送器包括： 过程变量传感器，可耦合到过程以提供变量的模拟指示； 模数转换器，耦合到所述过程变量传感器，并提供表示由所述传感器提供的模拟指示的数字信息；以及 输出电路，被配置为提供与过程变量有关的输出； 微处理器系统，耦合到所述模数转换器，并被配置为计算所述数字信息的功率谱密度，并基于所述功率谱密度做出响应地产生诊断信息。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴维E维克隆德，卡迪尔卡瓦克里格鲁，约翰P米勒，罗斯C拉莫兹，埃夫伦埃尔于雷克，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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