CN100533400C - 具有用户可见相对诊断输出的变送器 - Google Patents
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Abstract
一种提供表示与过程相关联的过程(14)变量的变送器输出的变送器(12)。所述变送器(12)还提供用户可见相对诊断输出(46),该输出根据表示与变送器(12)的操作有关的情况的一个或更多个输入(44)而变化。
Description
技术领域
本发明大体上涉及过程控制系统。更具体地,本发明涉及一种用于产生用户可见诊断输出的变送器,该输出表示变送器的操作。
背景技术
工业过程中使用现场变送器以获得与过程操作相关联的信息。采用位于现场变送器之内的、或与现场变送器有联系的传感器来测量表示与工业过程相关联的情况的过程变量。过程变量的示例包括压力、温度、流量、密度、粘性、pH、传导性、产量(product level)、浊度、振动、位置以及与过程相关联的任意其他化学或物理特性。
例如,现场变送器用于监测化学、燃气、石油和制药工厂中的过程变量。典型地,变送器安装在罐、管道或其他容器中,并可以通过脉冲线路(impulse line)与工业过程通信。变送器通常被配置为向控制室或其他过程系统发送表示过程变量的信号。变送器还可以包括用于传送过程变量的数值(magni tude)或其他信息的显示器。
随着变送器的老化,或经受苛刻的环境条件,变送器的操作会退化且变送器的组件会发生故障或损坏。所有的电子组件,包括传感器,都具有发生故障或损坏的潜在可能。另外,脉冲线路会干涸(dry out)或发生阻塞,这影响了过程变量测量的精确性。
变送器的制造者已经开始向变送器添加诊断能力,以助于评估变送器的操作并便于预防性的维护。对于以精确和易于理解的方式向用户显示增加的诊断信息来说,现场变送器的显示空间和电力是有限的。由此,需要一种增强接口,以传递表示现场变送器的操作的诊断信息。
发明内容
本发明包括一种用于提供变送器输出的变送器,所述变送器输出表示与过程相关联的过程变量。所述变送器包括:传感器输入,用于接收表示过程变量的传感器信号;以及根据所述传感器信号而提供变送器输出的装置。所述变送器还包括根据一个或更多个输入而提供用户可见相对诊断输出的装置,所述一个或更多个输入表示与变送器的操作有关的情况。
附图说明
图1是变送器装置的框图表示,该装置包括具有显示器的变送器。
图2是装备有显示器的图1的变送器的实施例的透视图。
图3是用于图1的变送器装置中的本发明的变送器的框图表示。
图4是用于产生相对诊断输出的本发明的方法的框图表示,所述相对诊断输出表示图1的变送器装置的操作。
图5是用于产生图3的相对诊断输出的算法的框图表示。
图6是在时间与诊断示数(index)关系上绘出的诊断中间值的数值的曲线图。
图7是本发明的显示器的实施例的主视图,其包括多个相对诊断指示器。
图8是本发明的一个相对诊断指示器的主视图。
图9是本发明的另一个相对诊断指示器的主视图。
虽然上面提到的附图提出了本发明的若干实施例,然而可根据讨论中所提到的来构想其他实施例。在所有情况下,本公开内容通过表示的方式而非限制地示出本发明。应当理解的是,本领域的技术人员可以设想多个其他的修改和实施例,其落入本发明的原理的范围和精神之内。附图未按比例绘制。所有附图中,相似的附图标记用于表示相似的部分。
具体实施方式
图1示出了普通现场变送器装置10的框图表示。装置10包括本发明的变送器12,其通过可选的脉冲线路16与工业过程14进行通信。过程14包含过程流体,其可以是液体、气体或液体和气体的混合。脉冲线路16使变送器12与过程14进行流体通信。
在图1的实施例中,变送器12包括显示器(或接口)18。通信工具20把变送器连接至控制系统22,控制系统22在某些实施例中是控制室或其他过程控制组件或系统。在一个实施例中,通信工具20是过程控制回路,例如为两线过程控制回路或四线过程控制回路。适合的过程控制回路标准的示例包括:4-20mA标准、HART通信协议、现场总线通信协议、profibus通信协议或技术领域中已知的任意其他过程控制回路标准。在其他实施例中,通信工具20是无线通信链路或技术领域中已知的任意其他通信工具。
图2示出了本发明的变送器12的实施例的透视图。如图2的实施例中所示,变送器12具有包括显示器18的外壳24。在其他实施例中,显示器18位于与变送器12空间上分离的位置,例如位于沿着图1中的通信工具20的位置,或位于图1的控制系统22中。适合的显示器的示例包括:液晶显示器(LCD)、模拟指示器、模拟型指针指示器、发光二极管(LED)、技术领域中已知的任意其他显示器装置,以及这些的任意组合。
不考虑显示器18的位置,本发明的显示器18的功能是:根据表示与变送器12的操作有关的情况的输入,传递由变送器12产生的诊断输出。与变送器操作有关的情况的示例包括:与单一变送器组件的操作有关的情况、与多个变送器组件的操作有关的情况、与作为整体的变送器的操作有关的情况、与和变送器通信的过程的操作有关的情况、与和变送器通信以向变送器供电或与变送器传送信息的任意过程控制系统或组件的操作有关的情况,或这些情况的任意组合。
图3是示出图1的变送器12的实施例的简化框图。如图3所示,变送器12包括多个传感器30、信号处理电路32、数据处理器34、通信电路36、显示器控制电路38和显示器40。
传感器30包括任意数目的独立传感器S1至Sn,每一个传感器都电连接至信号处理电路32。在一个实施例中,变送器12仅包括一个传感器30,或仅与一个传感器30进行通信。在一些实施例中,传感器30中的一些或全部位于变送器12之外。每一个传感器30产生表示所感测的参数的传感器信号,该信号由信号处理电路32进行调整,以发送至数据处理器34。
数据处理器34监测所调整的传感器信号,并根据所调整的传感器信号产生输出。这里使用的术语“数据处理器”包括能够执行如下功能或步骤的任意电路或电路的组合:执行逻辑或计数功能以控制变送器12的操作,或根据所调整的传感器信号执行指令或必需的步骤以产生输出。数据处理器的示例包括:微处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、精简指令集计算机、以及技术领域中已知的任意其他适合的计算装置。在典型实施例中,数据处理器34是具有相关存储器(未示出)的微处理器。
传感器S1至Sn中的一个或更多个用于感测与过程14相关联的过程变量。在一些实施例中,多个传感器S1至Sn用于感测与过程14相关联的过程变量。过程变量的示例包括压力、温度、流量、密度、粘性、pH、传导性、产量、浊度、振动、位置以及与过程14相关联的任意其他化学或物理特性。在一些实施例中,传感器S1至Sn中的一个或更多个被配置为监测表示如下操作的一个或多个参数:脉冲线路16的操作、通信工具20的操作、变送器12的操作、处理器14的操作和/或与变送器12相关联的电源的操作。在一些实施例中,传感器S1至Sn中的一个或更多个用于修正由不同传感器感测到的过程变量或其他参数。
图4是本发明的方法40的框图表示,该方法用于产生表示变送器12的操作的相对诊断输出。由变送器12的数据处理器34(图3)所执行的算法42监测一个或更多个诊断输入44,并根据诊断输入44产生相对(或标度)诊断输出46。在一些实施例中,算法42产生多个相对诊断输出46。
诊断输入44可以包括对如下操作产生影响或潜在地可能产生影响的任意类型的输入:变送器12的操作、变送器12的组件的操作、过程14的操作、或与变送器12通信的任意组件或系统的操作。诊断输入44可以包括与图3的传感器30产生的传感器信号有关的信息,和/或由图3的数据处理器34导出的信息。诊断输入44的示例包括:变送器诊断输入;脉冲线路诊断输入;过程变化诊断输入;电力诊断输入、技术领域中已知的任意其他诊断输入,其表示对与变送器12相关联的操作具有潜在影响的一个或多个情况;以及技术领域中已知的任意其他诊断输入,其表示与变送器12相关联的操作等级。
变送器诊断输入表示与变送器12相关联的一个或多个情况,其对与变送器12相关联的操作产生影响或可能产生影响。变送器诊断输入的示例包括:内部变送器温度、过压事件的出现、过压事件的持续时间、变送器电子设备诊断信息、传感器诊断信息、以及与变送器12的操作有关的任意其他输入。例如,参见美国专利No.6,701,274、No.5,828,567和No.6,473,710。
脉冲线路诊断输入表示与可选的脉冲线路16相关联的一个或多个情况。在一个实施例中,脉冲线路诊断输入表示脉冲线路16的闭塞、堵塞和/或干涸的情况(或数量)。在其他实施例中,脉冲线路诊断输入表示与脉冲线路16相关联的、对脉冲线路16的操作产生影响或潜在地产生影响的任意其他情况或多个情况。例如,参见美国专利No.6,654,697。
过程变化诊断输入表示过程14的操作。过程变化输入的示例包括:过程变量的标准差、过程变量的变化率、过程变量的采样方差、所感测的过程变量的范围、过程变量的均方根、技术领域中已知的过程变化的其他统计指示,以及这些的任意组合。例如,参见美国专利No.6,017,143、No.6,539,267和No.6,047,220。
电力诊断输入表示对与变送器12相关联的电源产生影响或潜在地产生影响的一个或多个情况。在变送器12与过程控制回路进行通信的实施例中,诊断输入44包括表示对沿着包括变送器12的过程控制回路的通信产生影响或潜在地产生影响的情况的电力诊断输入。这些情况可以是变送器12的内部或外部情况,或与变送器12有关的内部和外部情况的组合。电力诊断输入的示例包括:变送器旁路电流、过程回路电流、变送器端电压、以及变送器电路自检数据。例如,参见美国专利No.6,859,755和No.5,481,200。
诊断输入44可以是传感器输入、根据数据处理器34对传感器输入的分析而产生的输入、或这些的组合。在一个实施例中,诊断输入44包括一个或更多个变送器诊断输入、一个或更多个脉冲线路诊断输入、一个或更多个过程变化诊断输入、或是一个或更多个电力诊断输入。在其他实施例中,诊断输入44包括上述类型的诊断输入44的任意组合和任意数目,以及技术领域中已知的其他类型的诊断输入的任意组合和任意数目。在其他实施例中,仅使用单一的诊断输入44。
相对诊断输出46的示例包括:变送器12的操作的相对指示、过程14的操作的相对指示、脉冲线路16的操作的相对指示、通信工具20的操作的相对指示、与变送器12相关联的电源的操作的相对指示、或与技术领域中已知的能够影响变送器12的操作的任意其他操作有关的情况的相对指示。在一些实施例中,相对诊断输出46是两个或更多个上述相对指示的集合。
在图4的实施例中,算法42根据诊断输入44而自动产生相对诊断输出46。在其他实施例中,仅当算法42确定诊断输入44表示保证诊断输入44的产生的预定情况或情况集时,才会根据诊断输入44而产生相对诊断输出46。
用于产生相对诊断输出46的算法42的示例包括:一阶方程(equation)模型、回归模型、模糊逻辑系统、神经网络模型、多项式曲线拟合、阈值电路、技术领域中已知的指令或逻辑步骤的任意其他组合、以及这些的任意组合。美国专利No.6,701,274包括与这些概念中的一些的进一步讨论,在此将其引入作为参考。
图5示出了图4的算法42的实施例的框图表示。如块60所示,算法42访问诊断输入44(包括任意数目的输入1至输入x),并将诊断输入44进行综合以产生诊断中间值62。在一些实施例中,在产生诊断中间值62之前对每一个诊断输入44进行加权。在一些这样的实施例中,每一个诊断输入44相对于其他诊断输入相等地进行加权,而在其他这样的实施例中,至少对诊断输入44中的一些诊断输入不同地进行加权。如块64所示,算法42把诊断中间值62与变送器基线诊断示数进行比较,以产生相对诊断输出46。在一个实施例中,基线诊断示数通过经验性测试(例如高加速寿命测试)而建立并存储在变送器12中,从而其对于算法42来说是可以访问的。在一些实施例中,随着变送器12获得特定应用中的运行时间,变送器12随着时间对基线诊断示数进行修改。
图6是在时间与基线诊断示数68关系上绘出的诊断中间值62的数值的图形。诊断中间值62在特定时间点上的数值由图形72上的点70来表示。当诊断中间值62的数值超过诊断示数68时(例如图形72的部分74和76中),算法42产生表示退化(degraded)的变送器操作的相对诊断输出46。当诊断中间值62的数值低于诊断示数68时(例如图形72的部分78、80和82中),算法42产生表示可接受的或非退化的变送器操作的相对诊断输出46。
如上所述,相对诊断输出46显示在显示器18上以供用户查看。相对诊断输出46相对于某个标度盘(scale)(或参考)而显示,所以用户可以有效地获得与变送器12的操作有关的信息。然后,用户可以使用这个信息以确定(或预期)何时需要进行维修或预防性维护过程。在典型实施例中,相对诊断输出46相对于如下标度盘而显示:第一相对界限表示变送器操作的退化等级,而第二相对界限表示变送器操作的最佳等级。
在一些实施例中,标度盘与相对诊断输出46一同显示在显示器18上。在其他实施例中,相对诊断输出46显示在显示器18上,而相应的标度盘没有显示在显示器18上。当没有显示相应的标度盘时,该标度盘要么是已知的,要么是用户可以容易地确定的。例如,在一个实施例中,相对诊断输出46以已知相对数字标度盘(例如1至10)上的相对数字值而显示。在另一个实施例中,相对诊断输出46以已知相对标度盘(例如A至F)上的相对字母值而显示。在另一个实施例中,相对诊断输出46以已知相对标度盘0%至100%上的相对百分比而显示。
图7-9示出了本发明的不同实施例,用于在相应标度盘的环境下向观看显示器18的用户传递相对诊断输出46。图7-9的实施例以和图1的变送器12相关联的相对健康(relative health)的形式来传递相对诊断输出46。如这里所使用,术语“相对健康”是指与变送器12相关联的操作的当前和/或未来的质量、可靠性或等级的相对指示。
图7示出了显示器100,其包括诊断指示器102、诊断指示器103、可选的模拟过程变量指示器104、可选的LCD过程变量指示器105、可选的变送器标识符106、以及可选的警报器108。诊断指示器102和103每一个都包括指示元件110和标度盘112。如图7的实施例中所示,每一个指示元件110是指针114。在其他实施例中,每一个指示元件110包括图形构件、多个图形构件、发光元件阵列上的点亮图案、或相对于标度盘112移动或变化以指示相对健康的变化的任意其他指示元件110。
如图7所示,每一个指针114以轴116为枢轴,根据特定的相对诊断输出46的数值而相对于相应的标度盘112而移动。每一个指针114相对于相应的标度盘112的位置或配置指示相关联的相对健康。在本发明的一个实施例中,指针114、标度盘112或指针114和标度盘112是显示在LCD或其他视频显示装置上的图形表示。
在一些实施例中,刻度标记(graduation mark)(未示出)与标度盘112相关联,从而允许以额外(additional)的精度来查看相对健康。在其他实施例中,刻度标记由任意其他的标记所取代或补充,该标记进一步描述或指示指示元件110相对于标度盘112的位置关系。
如图7所示,诊断指示器102指示脉冲线路16的相对健康,而诊断指示器103指示过程14的相对健康。在其他实施例中,显示器18包括单一诊断指示器,其指示过程14的相对健康、脉冲线路16的相对健康、变送器12的相对健康、通信工具20的相对健康、与变送器12相关联的电源的相对健康、或这些中的一个或更多个的综合相对健康。在其他实施例中,显示器100包括具有任意组合形式的多个上述诊断指示器,以指示与变送器12相关联的多个相对健康。
图8示出了用于本发明的显示器的诊断指示器120。诊断指示器120具有标度盘112,其包括以阵列方式排列的多个发光元件122。诊断指示器120还包括具有点亮图案124形式的指示元件,该点亮图案124通过发光元件122的选择性点亮而产生。在一个实施例中,发光元件122是发光二极管。
如图8所示,通过根据相对诊断输出46有选择地点亮发光元件122来传递相对健康。例如,在一些实施例中,被点亮的发光元件122的数量越多,相对健康越差,而在其他实施例中,被点亮的发光元件122的数量越少,相对健康越好。
图9示出了用于本发明的显示器的诊断指示器130。诊断指示器130包括具有多个图形构件132形式的指示元件,所述多个图形构件132有选择地相对于标度盘112而显示,以指示相对健康。诊断指示器130是视频显示器134上的图形表示,所述视频显示器是LCD或技术领域中已知的任意其他类型的视频显示器或视频监视器。在一个实施例中,诊断指示器130显示在控制室中的计算机的屏幕上。
尽管已经参考优选实施例对本发明进行了描述,本领域的技术人员可以理解,在不背离本发明的精神和范围的前提下,可以在形式和细节上进行改变。
Claims (23)
1.一种用于提供表示与过程相关联的过程变量的变送器输出的变送器,所述变送器包括:
传感器输入,用于接收来自传感器的传感器信号,所述传感器信号表示所述过程变量;
根据表示所述过程变量的所述传感器信号而提供所述变送器输出的装置;
其特征在于,
根据表示与所述变送器的操作有关的情况的一个或更多个输入而提供用户可见相对诊断输出的装置;
其中,所述相对诊断输出表示关于标度盘的操作相对等级,所述标度盘包括第一相对界限和第二相对界限,其中第一相对界限表示操作的退化等级,而第二相对界限表示操作的最佳等级。
2.根据权利要求1所述的变送器,其中,根据表示与所述变送器的操作有关的情况的多个输入而提供所述相对诊断输出。
3.根据权利要求1所述的变送器,其中,所述用于提供变送器输出的装置包括数据处理器。
4.根据权利要求1所述的变送器,其中,所述用于提供相对诊断输出的装置包括使用用于导出所述相对诊断输出的算法的数据处理器。
5.根据权利要求4所述的变送器,其中,所述算法从包括如下内容的算法组中选择:神经网络、模糊逻辑、小波、傅立叶变换以及多项式曲线拟合。
6.根据权利要求1所述的变送器,还包括用于传递所述相对诊断输出的显示器,所述显示器与所述用于提供所述相对诊断输出的装置进行通信。
7.根据权利要求6所述的变送器,其中,所述显示器包括:
包括第一相对界限和第二相对界限的标度盘,其中第一相对界限表示操作的退化等级,而第二相对界限表示操作的最佳等级;以及
诊断指示器,用于传递与所述标度盘的第一和第二相对界限有关的相对诊断输出,其中所述相对诊断输出表示操作的相对等级。
8.根据权利要求7所述的显示器,其中,所述诊断指示器包括可相对于所述标度盘而定位以指示所述相对诊断输出的指示元件。
9.根据权利要求7所述的变送器,其中,所述指示元件包括以下之一:指针、显示在液晶显示器上的图形构件、以及发光二极管阵列。
10.根据权利要求7所述的变送器,其中,所述标度盘包括所述显示器上显示的用户可见标度盘。
11.根据权利要求1所述的变送器,还包括:
与所述用于提供用户可见相对诊断输出的装置进行通信的输出电路,所述输出电路用于把所述诊断输出传递给与所述变送器进行通信的系统。
12.根据权利要求1所述的变送器,其中,所述传感器位于所述变送器中。
13.根据权利要求1所述的变送器,其中,所述用户可见相对诊断输出根据以下至少一项而变化:(a)表示脉冲线路操作的输入,(b)表示过程变化的输入,(c)表示变送器电子设备操作的输入,以及(d)表示过程控制回路操作的输入。
14.根据权利要求1所述的变送器,其中,所述用于提供用户可见相对诊断输出的装置包括:
数据处理器,被配置为监测表示所述变送器操作的多个输入,并执行根据所述多个输入而导出标度后的诊断输出的算法,所述数据处理器与所述传感器输入进行通信。
15.一种用于产生表示与权利要求1所述的变送器的操作有关的情况的信号的方法,所述方法包括:
向所述变送器提供诊断输入,其中,所述诊断输入基于传感器信号并表示与所述变送器操作有关的情况;
处理所述诊断输入,以产生由变送器导出的根据所述诊断输入而变化的标度后的诊断输出;
把所述标度后的诊断输出发送至用户可见显示器;以及
其中,所述标度后的诊断输出相对于包括第一相对界限和第二相对界限的标度盘而显示,其中第一相对界限表示变送器操作的退化等级,而第二相对界限表示变送器操作的最佳等级。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,所述诊断输入中的一个或更多个包括基于一个或更多个传感器信号的由变送器导出的诊断输入。
17.根据权利要求15所述的方法,还包括:
在用户可见显示器上显示所述标度后的诊断输出。
18.根据权利要求15所述的变送器,其中,所述标度后的诊断输出根据以下至少一项而变化:(a)表示脉冲线路操作的诊断输入,(b)表示过程变化的诊断输入,(c)表示变送器电子设备操作的诊断输入,以及(d)表示过程控制回路操作的诊断输入。
19.一种用于显示从权利要求1所述的变送器接收到的相对诊断输出的显示器,所述显示器包括:
包括第一相对界限和第二相对界限的标度盘,其中,第一相对界限表示变送器操作的退化等级,而第二相对界限表示变送器操作的最佳等级;以及
诊断指示器,用于传递与所述标度盘的第一和第二相对界限有关的相对诊断输出,其中,所述相对诊断输出包括由变送器导出的输出并表示变送器操作的相对等级。
20.根据权利要求19所述的显示器,还包括:
过程变量指示器,用于指示所述过程变量的数值。
21.根据权利要求19所述的显示器,其中,所述诊断指示器包括可相对于所述标度盘而定位以指示所述相对诊断输出的指示元件。
22.根据权利要求19所述的显示器,其中,所述指示元件包括指针和图形构件之一。
23.根据权利要求19所述的显示器,其中,所述标度盘包括所述显示器上显示的用户可见标度盘。
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