对双导体现场仪器的诊断

技术领域

本发明涉及一种对用于确定和/或监测贮藏器中的介质的至少一个过程变量的双导体现场仪器的诊断方法以及一种对应双导体现场仪器。介质是例如气体、液体或块状物品。贮藏器(containment)例如又是容器(container)或管线。

背景技术

自动化技术的现场装置用于记录和/或影响各种过程变量。在本发明的上下文中，所有装置都被称为现场仪器，其在过程附近应用且传递或处理过程相关信息。

就此而言，用于记录各种过程变量的测量装置包括物位测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、pH和/或pH氧化还原电位测量装置，且甚至包括电导率测量装置，这些测量装置用于记录对应过程变量、物位、流量、压力、温度、pH值、氧化还原电位和电导率。此类现场仪器的相关联的测量原理在现有技术中是熟知的，且在此处不进行单独阐述。取决于所应用的测量原理，例如在流量测量装置的情况下，人们可以将科里奥利(Coriolis)流量测量装置、超声流量测量装置、涡流流量测量装置、热流量测量装置和/或磁感应流量测量装置区分开。物位测量装置特别地包括微波物位测量装置、超声物位测量装置、时域反射物位测量装置(TDI)、辐射度物位测量装置、电容式物位测量装置、导电式物位测量装置和/或温度敏感性物位测量装置。相比而言，在压力测量装置的情况下，存在绝对压差测量装置、相对压差测量装置或压差测量装置，而温度测量装置时常具有用于判定温度的热电偶或温度依赖性电阻。

通常，用于影响过程变量的又是致动器、阀门和/或泵，例如，借助于致动器、阀门和/或泵，可以影响管线中的流量或容器中的物位。

在本发明的上下文中，原则上，布置于现场处的远程I/O、无线电适配器以及通常的电子组件被称为现场仪器。

大量这些现场仪器的示例由Endress+Hauser集团公司生产和销售。

在大型工业工厂中，现场仪器时常经由总线系统(诸如，例如Profibus总线系统或Foundation Fieldbus总线系统)与上级单元(例如控制系统或控制单元)连接。此类上级单元尤其用于过程控制、过程可视化、过程监测和/或用于现场仪器的启动。

在有危险的区域中，特别是在有爆炸危险的氛围中，优选地，使用所谓的双导体现场总线，诸如，例如Profibus PA或Foundation Fieldbus。在此类总线系统的情况下，双导体现场仪器的能量供应以及从现场仪器(从设备)到上级单元(主设备)的数据传输都经由相同导体对进行。为了将测量数据从现场仪器发送至上级单元，电流量由现场仪器调制。通过分析电流调制，上级单元可以从现场仪器获得各种数据，特别是测量数据。

用于数据传输的电流回路通常设计为针对4-20mA的接口，且甚至符合NAMUR标准。在4-20mA的接口的情况下，将测量数据映射至在4mA与20mA之间的范围内的电流。此外，故障信息也可以借助于电流回路传输。例如，可以评估特定回路电流是过大还是过小，并且对应地，不应再将其解释为测量值。如果电流对应于可预先确定的故障电流，那么输出警报。在这种情况下，选择为可预先确定的故障电流的是电流值，该电流值在4-20mA的范围外。对于所谓的“低警报”，典型值是例如3.6mA，且对于所谓的“高警报”，典型值是例如22mA。

对于许多应用，特别是在安全性关键应用的情况下，至关重要的是，测量值的传输以及故障信息的发送尽可能可靠地进行。为了确保此情况，例如，标准IEC 61508和IEC61511定义了现场仪器必须满足的不同要求。为了确保与双导体现场仪器有关的高功能安全性，在现有技术中已知的是，监测例如在电流回路中设置的电流是否对应于待表示的被测变量的实际值。就此而言，已经提出了诸如在例如文献EP1860513A1、US7098798B2和DE02008001832A1中描述的不同措施。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的是以简单的方式为双导体现场仪器提供高功能安全性。

该目的是通过根据权利要求1所述的方法以及通过根据权利要求5所述的双导体现场仪器来实现的。在从属权利要求中阐述了有利实施例。

就方法而言，本发明的基础目的是通过一种对用于确定和/或监测贮藏器中的介质的至少一个过程变量的双导体现场仪器的诊断方法来实现的。在正常操作模式下，提供输入电压并且输出输出电流。在诊断操作模式下，检查双导体现场仪器的功能性，其中，诊断操作模式至少包括如下方法步骤：

在第一时间间隔期间提供第一诊断输入电压并输出第一诊断输出电流，

在第二时间间隔期间提供第二诊断输入电压并输出第二诊断输出电流，

至少从第一时间间隔开始确定第二时间间隔，

根据第一诊断输出电流和/或第二诊断输出电流来记录第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压，以及

至少基于第一诊断输入电压和/或第二诊断输入电压、第一时间间隔和/或第二时间间隔、第一诊断输出电流和/或第二诊断输出电流、第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压、基于输入电压和/或基于输出电流来检查双导体现场仪器的功能性。

正常操作模式下的输入电压和/或输出电流表示感兴趣的过程变量。

例如，可替代地或间歇地，可以执行正常操作模式和诊断操作模式。然而，该方法和/或现场仪器也可以被实施为使得诊断操作模式例如由于通过操作者致动切换元件而为可手动触发的。同样，有可能与正常操作模式几乎同时执行诊断操作模式。有利地，就此而言，优选地，将诊断操作模式的两个时间间隔选择为短的，以使得时间间隔在从几毫秒到约100毫秒的范围内。因此，可以利用向其传输输出电流的上级单元的主要考虑因素。然后，原则上，上级单元不会注意到现场仪器有时在诊断操作模式下运行。

可以例如基于第一时间间隔和至少一个附加变量(例如第一诊断输入电压和/或第二诊断输入电压和/或在正常操作模式下的输入电压)来计算第二时间间隔。

有利地，可以借助于本发明的方法来检查现场仪器的不同功能性。以这种方式，可以确保现场仪器的高功能安全性。例如，可以检查是否正确地传输故障信息或在电流回路中设置的电流(输出电流)是否对应于待表示的被测变量的实际值。而且，在给定情况下，可以得出关于现场仪器的单独组件的功能性的推论。

在优选实施例中，检查双导体现场仪器是否可以针对输出电流输出可预先确定的故障电流，特别是可预先确定的最大值或可预先确定的最小值。例如，因此可以检查上文所提及的“高警报”和/或“低警报”是否为可争论的。

可替代地或补充地，另一优选实施例规定，检查属于可预先确定的输入电压的输出电流是否受到误差的影响。就此而言，因此可以检查例如在电流回路中设置的电流(输出电流)是否对应于待表示的被测变量的实际值。

此外，可以检查在电子设备中，特别是在电子设备的组件中是否存在缺陷。例如，可以基于第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压或基于在第一时间间隔和/或第二时间间隔期间的第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压的行为来得到关于电子设备，特别是电子设备的组件的功能性的信息。

检查双导体现场仪器的功能性可以例如基于与一个或多个参考值的比较，例如通过直接检查第一诊断输入电压和/或第二诊断输入电压、第一时间间隔和/或第二时间间隔、第一诊断输出电流和/或第二诊断输出电流，和/或第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压而进行。另一方面，然而，还可以在判定至少一个所确定的变量(例如第二时间间隔)的哪些期望值的情况下执行间接检查，借助于该间接检查，例如，执行与在正在进行的操作中判定的值的比较，并且确定在给定情况下出现的偏差。此处应注意，除了所描述的选项以外，用于检查双导体现场仪器的功能性的若干其它方法(其同样落在本发明的范围内)是可能的。

该方法的另一特别优选的实施例规定，从第一时间间隔开始确定第二时间间隔，以使得在第一时间间隔上的输入电压与第一诊断输入电压之间的差的第一积分的值和在第二时间间隔上的输入电压与第二诊断输入电压之间的差的第二积分的值的大小基本上相等。

在诊断操作模式期间，在这种情况下，有利地造成对电流输出的无DC部分调制。因此，在诊断操作模式的持续时间上(在第一时间间隔和第二时间间隔上)的时间积分为零。

附加地，本发明的方法的实施例包括：根据输入电压来确定第二时间间隔。

此外，本发明的基础目的通过用于确定和/或监测贮藏器中的介质的至少一个过程变量的双导体现场仪器来实现，该双导体现场仪器包括具有诊断单元的电子设备。在正常操作模式下实施电子设备以提供输入电压并且输出输出电流，并且在诊断操作模式下实施电子设备以检查双导体现场仪器的功能性。诊断单元被实施为，

在第一时间间隔期间提供第一诊断输入电压和输出第一诊断输出电流，

在第二时间间隔期间提供第二诊断输入电压和输出第二诊断输出电流，

至少从第一时间间隔开始确定第二时间间隔，

根据第一诊断输出电流和/或第二诊断输出电流，记录第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压，以及

基于第一诊断输入电压和/或第二诊断输入电压、第一时间间隔和/或第二时间间隔、第一诊断输出电流和/或第二诊断输出电流、第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压、基于输入电压和/或基于输出电流，来检查双导体现场仪器的功能性。

在实施例中，电子设备包括至少一个切换元件。例如，可以提供至少一个切换元件以便启动或禁用诊断操作模式。补充地或此外，切换元件可以用于在第一诊断输入电压与第二诊断输入电压之间来回切换。当然，可以存在其它切换元件，该其它切换元件承担其它切换功能。

附加地，现场仪器的实施例包括：电子设备包括至少一个电阻器，该电阻器用于产生第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压。

在附加实施例中，诊断单元包括计算单元，实施该计算单元以至少基于第一时间间隔来判定第二时间间隔。存储在计算单元中的可以是例如用于确定第二时间间隔的公式。借助于计算单元判定的第二时间间隔还可以例如充当预期值。

可替代地或此外，然而，在另一实施例中，第二时间间隔还可以在不借助计算单元的情况下通过模拟手段来确定。

因此，另一实施例包括：诊断单元具有控制单元，该控制单元具有至少一个减法器单元、积分器单元和比较器。借助于控制单元，可以从第一时间间隔开始确定第二时间间隔。

就此而言，积分器单元有利地包括至少一个电容器和一个电阻器。同样，有利的是，积分器单元包括至少一个切换元件，该至少一个切换元件例如被布置和/或实施为使得在通过致动切换元件开始诊断操作模式之前可以将积分器单元置于可预先确定的启动状态。

就减法器单元而言，有利地实施减法器单元以判定参考信号与输入电压之间的差。就此而言，又有利的是，参考信号涉及第一诊断输入电压和/或第二诊断输入电压、或第一诊断输出电压和/或第二诊断输出电压。

就比较器而言，又有利的是，实施比较器以基于积分器单元的输入电压来判定第二时间间隔。特别地，可以在第一时间间隔开始时基于达到了施加至比较器的输入电压的预先确定的值(例如基于达到了施加至比较器的输入电压的值)来确定第二时间间隔。

最终，本发明的双导体现场仪器的另一实施例包括：电子设备包括单稳态多谐振荡器。

此处应注意，结合本发明的方法所描述的实施例可以在稍作修改之后应用于本发明的现场仪器中，反之亦然。

附图说明

现在将基于附图更详细地描述本发明及其有利实施例，附图中的各图(图1至图6)示出如下：

图1是以双导体现场仪器的形式实现的根据现有技术的电子振动传感器的示意图，

图2是以双导体现场仪器的形式实现的根据现有技术的电容式物位测量装置和/或导电式物位测量装置的示意图，

图3是本发明的诊断单元的第一实施例，

图4是本发明的诊断单元的第二实施例，

图5是本发明的诊断单元的第三实施例，以及

图6是对于在正常操作模式下的输出电流的不同值，用第一诊断输入电压和第二诊断输入电压调制的随时间而变的电流输出的示意图。

在图中，相同元件被设置有相同的附图标记。

具体实施方式

本发明一般涉及双导体现场仪器。此类现场仪器可以极大地改变，诸如上文已在说明书的介绍中指示的。借助于示例，在下文中将简要地说明电子振动传感器和电容式现场仪器和/或导电式现场仪器的操作，这些装置分别以双导体现场仪器的形式加以实施。然而，本发明不限于这两种类型的现场仪器。

图1示出了呈电子振动传感器的形式的现场仪器1，借助于该现场仪器，例如可以监测容器2a中的介质2的预定物位，且甚至可以判定介质2的密度和/或黏度。传感器单元3包括呈振荡叉的形式的可机械振荡的单元4，该可机械振荡的单元部分地延伸至介质2中。已知的且落入本发明的范围内的可机械振荡的单元4的其它实施例例如由单个杆或薄膜表示。借助于驱动/接收单元5激励可机械振荡的单元4，该驱动/接收单元5供应有激励信号，以使得能够执行机械振荡。例如，该驱动/接收单元5可以是四象限驱动器或双压电晶片驱动器。另外，示出的是电子设备6，借助于该电子设备，进行信号评估和/或馈送。

图2示出了根据现有技术的基于电容式测量原理的典型现场仪器1的示意图。该示例示出了具有两个圆柱形地实施的电极7和8的传感器单元3。传感器单元3经由过程连接2b从上方向内突出到部分填充有介质2的容器2a中。电容式测量装置和/或导电式测量装置的其它实施例当然可以具有另一数量的电极7、8和/或电极7、8的不同实施例。另外，除了此类测量装置1以外，在传感器单元3从上方突出到容器2a中(诸如图2中所示的)的情况下，还可以使用传感器单元3，该传感器单元通过容器2a的侧壁被引入到容器2a中。

电子振动和电容式测量装置和/或导电式测量装置的基本测量原理本身在现有技术中是熟知的，且因此在此处不再另外进行说明。

在本发明的现场仪器1的情况下，电子设备6包括诊断单元10，该诊断单元用于执行本发明的诊断操作模式的实施例。在下文中，通过示例说明了本发明的电子单元和本发明的诊断操作模式的三个特别优选的实施例。此处应注意，可以自由地采用针对单独实施例示出的元件以便在其它实施例中使用。

在图3的示意性电路图中示出了第一可能的实施例。在正常操作模式M

在诊断操作模式M

同时，借助于控制单元13确定第二时间间隔t

借助于减法器单元14，形成在正常操作模式M

在第一时间间隔t

在比较器16的帮助下，确定该时间点，在该时间点，施加至比较器16的电压的值对应于该电压在第一时间间隔t

在第一时间间隔t

另外，在本示例中的诊断单元10包括监督单元20。然而，这并不是绝对必要的。可以利用监督单元20触发各种措施。例如，时间间隔t

在图4中示出了诊断单元10的第二可能的实施例。不再针对图4详细地探讨已结合图3说明的元件。与图3中所示的实施例相比，图4的实施例中的参考信号U

最后，借助于图5中的示例示出了诊断单元10的第三优选实施例。而且，在图5的情况下，不再针对图5详细地探讨已结合图3和图4说明的元件。在该实施例中，代替控制单元，诊断单元10包括计算单元21，该计算单元可以是例如微控制器。然后，通过计算单元21确定两个时间间隔t

除了检查现场仪器1输出故障信息的能力的机会以外，还可以检查现场仪器1的其它功能性。例如，可以检查在电流回路中设置的输出电流I

基于第一时间间隔t

该公式可以针对U

当U

图6中示出的是针对在正常操作模式M

在诊断操作模式的第一时间间隔t

附图标记列表

1 现场仪器

2 介质

2a 容器

3 传感器单元

4 呈振荡叉的形式的可振荡单元

5 驱动/接收单元

6 电子设备

7 电极

8 电极

9 电压控制电流源

10 诊断单元

11a至11c 切换元件

12 单稳态振荡器

13 控制单元

14 减法器单元

15 积分器单元

16 比较器

17 电阻器

18 减法器单元

19 比较器

20 监督单元(20a至20d是监督单元的功能)

21 计算单元

M

M

U

I

U

I

U

t

U

U