用于運行場設備的方法以及相應的場設備的制造方法
【專利摘要】描述并介紹了一種用于運行場設備（1）的方法，其中產生測量值，其中為所述測量值分配一電流額定值，其中根據所述電流額定值來輸出額定電流信號，其中讀入實際電流信號并且將所述額定電流信號與所述實際電流信號進行比較。本發(fā)明的任務是給出一種用于運行場設備的方法，該方法能夠實現對信號進行更為精確的比較。所述任務對于所談及的方法來說通過以下方式得到解決：為了進行所述比較而形成所述額定電流信號與所述實際電流信號的互相關。本發(fā)明同樣涉及一種根據這種方法來運行的場設備。
【專利說明】
用于運行場設備的方法以及相應的場設備
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于運行場設備(Feldgerst)的方法，其中產生測量值，并且其中 為所述測量值分配一電流額定值。根據所述電流額定值來輸出額定電流信號。讀入實際電 流信號并且將所述額定電流信號與所述實際電流信號進行比較。除此以外，本發(fā)明涉及一 種具有至少一個信號輸出端并且具有至少一個控制組件的場設備。所述場設備產生測量值 并且所述控制組件為所述測量值分配一電流額定值。根據所述電流額定值，所述控制組件 產生額定電流信號。通過所述信號輸出端來輸出所述額定電流信號，并且所述控制組件讀 入實際電流信號。所述控制組件將所述額定電流信號與所述實際電流信號進行比較。
【背景技術】
[0002] 在現代的過程自動化的領域內，通常使用用于對過程參量進行監(jiān)控的場設備以及 用于影響所述過程的致動器。對于"場設備是對液位、流量、溫度或者pH值進行測量的測量 設備"這種情況來說，由所述場設備輸出的信號相應地與所獲取的測量值相對應。通過可能 專用的輸出端來輸出信號，這些信號也傳輸關于所述場設備的狀態(tài)的消息、例如故障信號。
[0003] 傳統(tǒng)上為了信號發(fā)送而使用4'"20mA-信號的標準。在此，將場設備通過4'"20mA電 流回路(標準信號）與上級的單元連接起來或連接到具有這樣的標準信號輸出端的調節(jié)器 和控制機構上。除了信號傳輸之外，這些電流信號對于雙導體技術來說用于向所述場設備 供給能量。為了分配信號，多數情況下為4mA和20mA的兩個極限值分配最小或最大可預料的 測量值。對于處于其之間的測量值來說，通常要進行線性的分配。在所述場設備中識別出故 障的情況下，按照標準要輸出處于在4mA與20mA之間的范圍之外的電流值。
[0004] 成問題的是，所述場設備雖然輸出處于4"_20mA之間的數值，但是這個數值在有錯 誤的情況下與所設定的、為相應的測量值所分配的數值不相符。
[0005] 為此，在現有技術中已知，讀回(riickgelesen)由所述場設備輸出的電流信號并且 將其與所設定的電流值進行比較。
[0006] DE 199 30 661 A1例如說明了一種具有計算單元的測量變換器。首先使由傳感器 檢測到的信號數字化并且而后將其輸送給所述計算單元。所述計算單元將所檢測到的信號 預處理成額定值。隨后將所述額定值轉換為模擬信號并且通過信號輸出端來輸出。讀回該 模擬信號并且將其以數字化的方式又傳輸給所述計算單元。所述計算單元求得所述額定值 與所述輸出信號之間的偏差。
[0007] 在傳輸協(xié)議的領域內，例如將信號與其它信號疊加或者對其進行濾波并且因此僅 僅在費勁的情況下才可與原來輸出的信號進行比較。
[0008] 得到廣泛傳播的HART通訊是一種實例。HART(可尋址遠程傳感器高速通道，英語： Highway Addressable Remote Transducer)是一種關于被總線定址的場設備的協(xié)議。它是 數字的場通訊的一種變型方案，所述數字的場通訊包含場總線的多個功能。對于所述HART 通訊來說，依照常規(guī)根據4-_20mA標準來連接場設備并且將其與上級的單元連接起來。以 FSK方法(頻率鍵移，英語frequency Shift Keying)將數字信號加調制給所述模擬的4… 20mA信號。由此可以額外地傳輸測量數據、調節(jié)數據和設備數據，而不影響所述模擬信號。 額外地，能夠通過HART協(xié)議將所述場設備廣泛地集成到過程控制系統(tǒng)中。
[0009] 對于所熟知的HART標準來說在低頻的模擬信號上疊加了高頻的信號，剛好對所述 HART標準來說，常見的是，將模擬的低通濾波器用于進行頻帶限制。由此濾出4'"20mA信號 的較高的頻率。對于根據HART標準使未經濾波的信號與高頻的信號疊加這種情況來說，困 難的是，將寬頻譜的較高的頻率與高頻的疊加區(qū)分開來。通過模擬的低通濾波器的使用在 總體上簡化所述通訊。
[0010] 如果現在讀回所述信號，那么就可能必須用數字濾波器來除去所疊加的信號。通 過將所述模擬信號轉化為數字信號并且通過所述模擬濾波器，在有待比較的信號之間出現 時間上的延遲，在對所述信號進行比較時必須對所述時間上的延遲加以考慮。

【發(fā)明內容】

[0011] 因此，本發(fā)明的任務是，說明一種用于運行場設備的方法以及一種相應的場設備， 所述方法和所述場設備能夠實現可靠的信號輸出并且尤其在使用所述HART協(xié)議時能夠實 現這一點。
[0012] 前面所引出的和所說明的任務以根據本發(fā)明的方法得到了解決，所述方法的特征 首先并且主要在于:為進行所述比較而形成額定電流信號與實際電流信號的互相關。通過 所述互相關，所述信號即使其在時間上被延遲也能夠容易并且精確地進行比較。
[0013] 所述互相關被定義為關于兩個彼此相乘的時間函數x(t)和y(t)的時間的積分， 其中所述函數之一相對于另一個函數在時間上延遲了一個所規(guī)定的數值T。如果現在所述 兩個函數基本上相同，但是僅僅在時間上延遲了數值Ti，那么所述相關函數對于來說就 具有最大值。
[0014] 在實際中，信號不是作為數學上的函數來存在，而是作為離散的時間信號、也就是 說在離散的時刻i=l~N的數值Xl、 yi來存在。由此可以將積分的轉化表示為總和（i相當于t 并且k相當于如果將結果除以各個信號的有效值，則談及標準化的互相關：
如果所述信號對于k來說相同，那么所述標準化的互相關就提供數值1。如果所述信號 反相，那么所述標準化的互相關就提供數值-1。如果所述標準化的相關的數值對所有k來說 都等于零，則談及無相互關系的信號。
[0015] 為了在根據本發(fā)明的、用于運行所述場設備的方法中對所輸出的和讀回的信號進 行測評和比較，要使用所述互相關。因此，可以對信號進行比較，所述信號可能由于通過轉 換、濾波或者其它措施引起的時間上的延遲而相對于彼此偏移。除此以外，還有效地對不相 同或者彼此不相類似的信號進行比較，使得所述互相關的結果允許就額定電流信號是否與 實際電流信號相符作出結論。
[0016] 由此，對于這種方法來說，可以在信號上疊加其它的信號，例如根據所述HART通信 協(xié)議的信號。為了進行準確的信號比較而在事后將所述HART信號濾出時，也可以通過所述 互相關來對由這樣的濾出處理所引起的、信號相對于彼此的時間上的偏移進行補償。
[0017] 在根據本發(fā)明的方法的一種設計方案中規(guī)定，形成所述額定電流信號或者實際電 流信號的自相關并且計算所述有相互關系的信號的偏差e，其中將所述實際電流信號與額 定電流信號的互相關的數值與所述電流額定值的自相關的數值或者所述實際電流信號的 自相關的數值彼此置于比例關系中。
[0018] 如果如上面所描述的那樣使信號與其本身有相互關系，則得到函數或者信號的自 相關。所述自相關是信號的一種自分析，并且例如可以用于在所述信號中找到周期性。 [0019]因此，在本發(fā)明的這種設計方案中，對所述額定電流信號偏離所述實際電流信號 的相對偏差進行確定。在此，可以在所述額定電流信號的自相關與所述實際電流信號的自 相關之間進行選擇。將所述互相關的結果與所述額定電流信號或者實際電流信號的自相關 的結果置于比例關系之中。所述除法的結果越接近數值1，額定電流信號和實際電流信號因 此就越類似。原則上，所述比例不必局限于實際電流信號或者額定電流信號的自相關。
[0020] 本
【申請人】的研究已經表明，所述方法甚至是在電流特性曲線中出現例如由于電流 脈沖所引發(fā)的、較大的瞬態(tài)時通過對所述相關性的計算也還可靠地進行工作。
[0021] 可以將其它事件或者條件與所求得的偏差e聯結起來?？梢钥紤]，所述偏差e不得 低于預先給定的第一極限值并且不得超過預先給定的第二極限值。在超過所述極限時，可 以輸出警報并且/或者可以對信號進行調整。警報可以以能夠在光學和/或聲學和/或觸覺 方面記錄的形式來輸出。
[0022] 在根據本發(fā)明的方法的另一種設計方案中規(guī)定，用第一采樣頻率或者說掃描頻率 (Abtastrate)使所述額定電流信號數字化并且用與所述第一采樣頻率處于固定的比例中 的第二采樣頻率使所述實際電流信號數字化。在本發(fā)明的一種設計方案中，也可以將這種 比例選擇為等于1，也就是說，所述采樣頻率相同。為了簡化對所述信號的比較，有利的是， 用相對于彼此處于固定的比例中的頻率來對所述信號進行采樣。不僅所述互相關而且所述 自相關都僅僅必須通過較少數目的采樣值來計算，由此降低了每次比較的計算開銷。
[0023]根據本發(fā)明的另一教導，前面所引出的和說明的任務對于開頭所提到的場設備來 說通過以下方式得到解決:所述控制組件為了所述比較而形成所述額定電流信號與所述實 際電流信號的互相關。
[0024] 所述場設備尤其是致動器或者測量設備。所述控制單元尤其用于實施根據權利要 求1至3中任一項所述的方法。以下關于根據本發(fā)明的場設備的設計方案所作的解釋相應地 也適用于已經介紹的方法。
[0025] 在根據本發(fā)明的場設備的一種設計方案中規(guī)定，存在一種用于將數字信號轉換為 模擬信號的轉換裝置、尤其是數模轉換器或者用于進行脈沖寬度調制的裝置，并且在所述 轉換裝置的后面連接了模擬濾波器、優(yōu)選是具有小于或者等于25Hz的極限頻率的低通濾波 器。不僅所述轉換裝置而且所述模擬濾波器都連接在所述信號輸出端的前面。
[0026] 如果由所述控制組件來產生所述額定電流信號，那么緊接著將其轉換為模擬信號 并且而后在通過所述信號輸出端將其輸出之前用所述低通濾波器對其進行濾波。在所述低 通濾波器之后，還可以使其它的信號與所述模擬信號疊加。例如可以考慮按照HART標準進 行疊加，從而使得所述信號配備了其它的信息。當然，這個過程不局限于所述HART通訊。 [0027]按照根據本發(fā)明的場設備的另一種設計方案規(guī)定，存在模數轉換器，所述模數轉 換器使所讀入的實際電流信號數字化。
[0028] 為了使所讀入的實際電流信號對所述控制組件來說能夠處理，要使所讀回的信號 數字化。在此，可以按照設計方案直接在所述信號輸出端的后面實現所述讀回或者不過在 其它被所述信號經過的位置上實現所述讀回。在進行了數字化之后，按照設計方案引入另 外的構件，所述另外的構件相應地對所述信號進行處理。因此，數字濾波器可以被用于將可 能存在的HART信號濾出。為此可以使用FIR濾波器(有限脈沖響應，英語:Finite Impulse Response)〇
[0029] 在根據本發(fā)明的場設備的一種設計方案中，使用數字濾波器，用于將所存在的 HART信號的高頻的疊加部分濾出。在先前的數字化中，所述實際電流信號的采樣頻率具有 比所述額定電流信號的采樣頻率高的頻率。有利地，對于較高的采樣頻率來說也檢測高頻 的信號份額并且隨后以數字的方式將這些信號份額濾出。對于較小的采樣頻率來說，則失 去尚頻彳目號的彳目息。
[0030] 在根據本發(fā)明的場設備的另一種實施例中規(guī)定，存在數字濾波器作為連接在轉換 裝置后面的模擬濾波器的功能上的復制或者說模擬(Nachbildung)，其中所述數字濾波器 對經過數字化的額定電流信號進行濾波。
[0031] 通過數字的低通濾波器來使所述額定電流信號與所述實際電流信號相適應。通過 額外的濾波器引起的時間上的延遲后來在實施所述互相關時又得到補償。盡管如此，有意 義的是，已經在所述轉換裝置之前截取了額定電流信號，以便保證，將所述額定電流信號與 實際電流信號相比較并且不是與可能通過不同線路的串擾所引起的干擾信號相比較。
【附圖說明】
[0032] 如前面詳細解釋的那樣，有不同的可行方案來設計并且改進根據本發(fā)明的、用于 運行場設備的方法或根據本發(fā)明的場設備。為此，要參照下述內容:形成所述額定電流信號 或者實際電流信號的自相關并且計算有相互關系的信號的偏差，方法是，將所述實際電流 信號與額定電流信號的互相關的數值與所述電流額定值的自相關的數值或者所述實際電 流信號的自相關的數值彼此置于比例關系中；用第一采樣頻率使所述額定電流信號數字化 并且用與所述第一采樣頻率處于固定的比例中的第二采樣頻率來使所述實際電流信號數 字化;存在一種用于將數字信號轉換為模擬信號的轉換裝置、尤其是數模轉換器或者用于 進行脈沖寬度調制的裝置;在所述轉換裝置的后面連接了模擬濾波器、優(yōu)選是具有小于或 者等于25Hz的極限頻率的低通濾波器;設置了數字濾波器作為所述模擬濾波器的功能上的 復制，其中所述數字濾波器對所述額定電流信號進行濾波;存在模數轉換器，該模數轉換器 使所讀入的實際電流信號數字化。并且要參照以下結合附圖對實施例所作的說明。在附圖 中示出： 圖1是所述場設備的一種實施例的示意圖； 圖2是用于運行場設備的方法的一種設計方案的示意圖；并且 圖3是所述場設備的一種設計方案的構造的示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 圖1示出了一種場設備1，該場設備具有電流輸出端2和處于該場設備1中的控制組 件3。在圖1中示出的場設備1是具有溫度傳感器的溫度測量裝置，所述溫度傳感器布置在具 有介質的容器中，應該對所述介質的溫度進行確定。通過所述信號輸出端2來輸出電流信 號，所述電流信號包含關于所述測量值的信息。由所述場設備1讀回所輸出的信號，從而可 以將額定電流信號與實際電流信號進行比較。所述控制組件3用于對所述信號進行比較，該 控制組件在出現太大的偏差時采取行動。這可能根據所述額定電流數值相對于所述實際電 流數值的偏差的、在量方面的水平而不同。對于較小的偏差來說，所述額定電流數值由所述 控制組件3來調整。對于較高的偏差來說，所述控制組件3則輸出能夠用聽覺和視覺感覺到 的信號，所述信號要求使用者采取行動，可對所述場設備1進行維修或者將其更換。
[0034] 圖2示出了用于運行場設備的方法的一種設計方案的示意性的流程。在步驟101中 由所述場設備產生測量值。這例如可以是液位測量、速度測量或者其它針對物理和/或化學 狀態(tài)的測量的結果。隨后在步驟102中按照DIN IEC 60381-1根據所熟知的4"_20mA標準將 所述測量值分配給一電流額定值，而后在步驟103中將所述電流額定值作為額定電流信號 來輸出。所述信號輸出端構造為模擬的電流輸出端。在步驟104中從所述信號輸出端來讀入 實際電流信號，并且在步驟105中將其與所述額定電流信號進行比較。所述步驟102至105由 所述場設備的控制組件來協(xié)調和執(zhí)行。
[0035] 用相同的采樣頻率來使所述信號數字化，以便在數字層面上簡化所述可比性。在 將所述額定電流信號與所述實際電流信號進行比較時，由所述控制組件來實施所述額定電 流信號與所述實際電流信號的互相關。因此，在不進行另外計算的情況下，可以僅僅從所述 互相關中計算實際電流信號與額定電流信號的偏差作為絕對誤差。
[0036] 不過，在該實施例中對相對誤差進行確定。為此，所述控制組件計算所述額定電流 信號的自相關，并且將互相關的結果與自相關的結果置于比例關系中，以用于求得偏差。
[0037] 在圖3中示出了用于實施按照圖2的方法的場設備1的示意性的構造。在該實施例 中，所述場設備1包括轉換裝置4,該轉換裝置在產生所述額定電流信號之后將所述數字的 額定電流信號轉換為模擬信號。在所述轉換裝置4的后面連接了模擬濾波器5。該模擬濾波 器5、在這里是低通濾波器具有25Hz的極限頻率。
[0038] 而后將經過濾波的信號通過所述信號輸出端2來輸出并且隨后讀回所述經過濾波 的信號信號。在讀回時，用模擬-數字-轉換器6來使所述信號數字化，以便能夠實現比較簡 單的測評或與所述額定電流信號進行比較簡單的比較。
[0039] 為了能夠更好地將所述信號彼此進行比較，設置了所述模擬濾波器5或低通濾波 器的數字的復制7,該數字的復制對所設定的額定電流信號進行濾波。在所述轉換裝置4之 前截取所述額定電流信號。隨后由所述控制組件3通過對所述互相關的計算來對所述兩個 信號一一經過數字濾波的額定電流信號以及讀回的實際電流信號一一進行比較，其中將所 述兩個信號輸送給計算單元8。
【主權項】
1. 用于運行場設備（1)的方法，其中產生測量值，其中為所述測量值分配一電流額定 值，其中根據所述電流額定值來輸出額定電流信號，其中讀入實際電流信號并且將所述額 定電流信號與所述實際電流信號進行比較，其特征在于，為了進行所述比較而形成所述額 定電流信號與所述實際電流信號的互相關。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述額定電流信號或者實際電流信號 的自相關并且計算有相互關系的信號的偏差(e)，方法是:將所述實際電流信號與額定電流 信號的互相關的數值與所述電流額定值的自相關的數值或者所述實際電流信號的自相關 的數值彼此置于比例關系中。3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，用第一采樣頻率使所述額定電流信號 數字化并且用與所述第一采樣頻率處于固定的比例中的第二采樣頻率來使所述實際電流 信號數字化。4. 具有至少一個信號輸出端（2)并且具有至少一個控制組件（3)的場設備（1)，其中所 述場設備（1)產生測量值，其中所述控制組件(3)為所述測量值分配一電流額定值，根據所 述電流額定值來產生額定電流信號，并且通過所述信號輸出端(2)來輸出所述額定電流信 號，并且其中，所述控制組件(3)讀入實際電流信號并且將所述額定電流信號與所述實際電 流信號進行比較，其特征在于，所述控制組件(3)為了進行所述比較而形成所述額定電流信 號與所述實際電流信號的互相關。5. 根據權利要求4所述的場設備（1)，其特征在于，存在一種用于將數字信號轉換為模 擬信號的轉換裝置(4)、尤其是數模轉換器或者用于進行脈沖寬度調制的裝置。6. 根據權利要求5所述的場設備（1)，其特征在于，在所述轉換裝置(4)的后面連接了模 擬濾波器(5)、優(yōu)選是具有小于或者等于25Hz的極限頻率的低通濾波器。7. 根據權利要求6所述的場設備（1)，其特征在于，設置了數字濾波器(7)作為所述模擬 濾波器(5)的功能上的復制，其中所述數字濾波器(7)對所述額定電流信號進行濾波。8. 根據權利要求4至7中任一項所述的場設備（1)，其特征在于，存在模數轉換器(6)，該 模數轉換器使所讀入的實際電流信號數字化。
【文檔編號】G01D3/032GK106052721SQ201610198625
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610198625.2, CN 106052721 A, CN 106052721A, CN 201610198625, CN-A-106052721, CN106052721 A, CN106052721A, CN201610198625, CN201610198625.2
【發(fā)明人】J.孔策
【申請人】克洛納測量技術有限公司