用于監(jiān)測信號的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于監(jiān)測模擬信號的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)過程可以由傳感器來測量。傳感器可以輸出模擬信號。特別地，模擬信號可以包括一系列脈沖?？梢员O(jiān)測模擬信號以根據(jù)模擬信號確定工業(yè)過程的一個或更多個屬性。例如，可以通過對模擬信號中的脈沖進行計數(shù)來監(jiān)測模擬信號。
[0003]期望以故障安全方式來監(jiān)測模擬信號。例如，期望提供一種以能夠監(jiān)測和診斷在模擬信號的監(jiān)測中的錯誤由此發(fā)送高級安全完整性(safety integrity)的方式來監(jiān)測模擬系統(tǒng)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)第一方面，提供了一種監(jiān)測從傳感器輸出的模擬信號的方法，該方法包括:將模擬信號的幅度與第一閾值對進行比較，其中，該第一閾值對包括第一高閾值和第一低閾值；當模擬信號的幅度超過第一高閾值時，將主要監(jiān)測信號設(shè)置成第一值；當模擬信號的幅度減小到第一低閾值以下時，將主要監(jiān)測信號設(shè)置成第二值；將模擬信號的幅度與第二閾值對進行比較，其中，該第二閾值對包括第二高閾值和第二低閾值，并且其中，第二高閾值大于第一高閾值，并且第二低閾值小于第一低閾值；當模擬信號的幅度超過第二高閾值時，將輔助監(jiān)測信號設(shè)置成第一值；當模擬信號的幅度減小到第二低閾值以下時，將輔助監(jiān)測信號設(shè)置成第二值；將主要監(jiān)測信號與輔助監(jiān)測信號進行比較并且根據(jù)該比較來確定對模擬信號的監(jiān)測是否存在錯誤。
[0005]根據(jù)第二方面，提供了一種信號監(jiān)測系統(tǒng)，該信號監(jiān)測系統(tǒng)包括:輸入接口、第一比較器、第二比較器和控制器。該輸入接口被配置成從傳感器接收模擬信號。該第一比較器被配置成:將模擬信號的幅度與包括第一高閾值和第一低閾值的第一閾值對進行比較；當模擬信號的幅度超過第一高閾值時，將主要監(jiān)測信號的值設(shè)置成第一值；以及當模擬信號的幅度減小到第一低閾值以下時，將主要監(jiān)測信號的值設(shè)置成第二值。該第二比較器被配置成:將模擬信號的幅度與包括第二高閾值和第二低閾值的第二閾值對進行比較，其中，第二高閾值大于第一高閾值，并且第二低閾值小于第一低閾值；當模擬信號的幅度超過第二高閾值時，將輔助監(jiān)測信號的值設(shè)置成第一值；以及當模擬信號的幅度減小到第二低閾值以下時，將輔助監(jiān)測信號的值設(shè)置成第二值。該控制器被配置成:接收主要監(jiān)測信號和輔助監(jiān)測信號；將該主要監(jiān)測信號和該輔助監(jiān)測信號進行比較；以及根據(jù)該比較來確定信號監(jiān)測系統(tǒng)是否存在錯誤。
【附圖說明】
[0006]現(xiàn)在將參照附圖僅通過示例的方式來描述發(fā)明的實施方式，在附圖中:
[0007]圖1是由傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測并且由過程控制系統(tǒng)控制的工業(yè)過程的示意圖；
[0008]圖2是監(jiān)測系統(tǒng)的實施方式的示意圖；
[0009]圖3a是從圖1的傳感器輸出的示例性模擬信號的幅度的示意性表示；
[0010]圖3b是從圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口輸出的主要監(jiān)測信號的示意性表示；
[0011]圖3c是從圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口輸出的輔助監(jiān)測信號的示意性表示；
[0012]圖4a是從圖1的傳感器輸出的模擬信號的另一示例的示意性表示；
[0013]圖4b是從圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口輸出的主要監(jiān)測信號的另一示例的示意性表不;
[0014]圖4c是從圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口輸出的輔助監(jiān)測信號的另一示例的示意性表不;
[0015]圖5a是從圖1的傳感器輸出的模擬信號的另一示例的示意性表示；
[0016]圖5b是從圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口輸出的主要監(jiān)測信號的另一示例的示意性表不;
[0017]圖5c是從圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的輸入接口輸出的輔助監(jiān)測信號的另一示例的示意性表示；以及
[0018]圖6是在圖1的監(jiān)測系統(tǒng)的第一監(jiān)測信道和第二監(jiān)測信道上輸出的信號的示意性
【具體實施方式】
[0019]圖1示意性地描繪了由傳感器3和監(jiān)測系統(tǒng)I監(jiān)測并且由過程控制系統(tǒng)4控制的工業(yè)過程2。傳感器3被配置成測量或感測工業(yè)過程2并且輸出模擬信號5。從傳感器3輸出的模擬信號5可以對應于與工業(yè)過程2的屬性，諸如例如工業(yè)過程2的一些元件的速度或頻率。監(jiān)測系統(tǒng)I可以用于監(jiān)測從傳感器3輸出的模擬信號5中的脈沖的頻率。
[0020]在一個實施方式中，傳感器3可以例如被配置成測量旋轉(zhuǎn)體，如渦輪。在這樣的實施方式中，模擬信號5中的脈沖的頻率可以對應于渦輪機的旋轉(zhuǎn)頻率。
[0021]在替選實施方式中，傳感器3可以例如被配置成測量流體流動。在這樣的實施方式中，模擬信號5中的脈沖的頻率可以對應于流體流動的屬性，例如特定體積的流體經(jīng)過傳感器3的頻率。
[0022]一般地，傳感器3可以被配置成測量任何工業(yè)過程2，并且產(chǎn)生與工業(yè)過程2的屬性相對應的模擬信號5。通過利用監(jiān)測系統(tǒng)I監(jiān)測模擬信號5來監(jiān)測工業(yè)過程2。監(jiān)測系統(tǒng)I可以例如對模擬信號5中的脈沖進行計數(shù)，以確定工業(yè)過程2的一個或更多個屬性，例如渦輪機的旋轉(zhuǎn)頻率。
[0023]期望以故障安全的方式來監(jiān)測模擬信號5以確定工業(yè)過程2的一個或更多個屬性。也就是說，期望施行考慮到監(jiān)測傳感器3和/或監(jiān)測系統(tǒng)I中的錯誤(eiror)或故障的系統(tǒng)和/或程序。特別地，期望確定在模擬信號5的監(jiān)測中是否存在錯誤。
[0024]工業(yè)過程2可以由過程控制系統(tǒng)4來控制(如在圖1中所描繪的)。過程控制系統(tǒng)4可以根據(jù)從監(jiān)測系統(tǒng)I發(fā)送至過程控制系統(tǒng)4的信息6來控制工業(yè)過程2。例如，監(jiān)測系統(tǒng)I可以向過程控制系統(tǒng)4發(fā)送如由傳感器3和監(jiān)測系統(tǒng)I確定的與工業(yè)過程2的速度和/或頻率有關(guān)的信息6。過程控制系統(tǒng)4可以被配置成使用所接收的與工業(yè)過程2的速度和/或頻率有關(guān)的信息6來控制工業(yè)過程2的速度和/或頻率。
[0025]在這樣的實施方式中，特別地，期望監(jiān)測系統(tǒng)I以故障安全的方式來監(jiān)測模擬信號5。如果在模擬信號5的監(jiān)測中出現(xiàn)錯誤，則這可能會對過程控制系統(tǒng)4安全控制工業(yè)過程2的能力產(chǎn)生不利影響。例如，按照來自監(jiān)測系統(tǒng)I的錯誤信息6動作的過程控制系統(tǒng)4可能會使工業(yè)過程2以可能會損害執(zhí)行工業(yè)過程2的裝置的模式或速度來進行操作。例如，可能會使渦輪機加速至可能會損害渦輪機的超速狀態(tài)。因此，期望檢測在模擬信號5的監(jiān)測中的任何這樣的故障或錯誤，使得可以相應地控制工業(yè)過程2。
[0026]在一些實施方式中，特別地，期望確保監(jiān)測系統(tǒng)I不遺漏工業(yè)過程2中的任何事件。例如，在一個實施方式中，工業(yè)過程2可以是穿過邊界的流體流動，在所述邊界處流體的所有權(quán)發(fā)生改變。在這樣的實施方式中，期望精確地確定穿過邊界并且改變所有權(quán)的流體的量。模擬信號5中的脈沖可以與特定體積的流體穿過邊界相對應。因此，重要的可能是確保不遺漏模擬信號5中的脈沖，以確保不遺漏穿過邊界的流體。
[0027]圖2示意性地描繪了監(jiān)測系統(tǒng)I的實施方式。監(jiān)測系統(tǒng)I接收例如可能從圖1所示的傳感器3輸出的模擬信號5。模擬信號5輸入至監(jiān)測系統(tǒng)I的輸入接口 7。如下文將進一步描述的，輸入接口 7接收模擬信號5，并且將模擬信號5轉(zhuǎn)換成主要監(jiān)測信號和輔助監(jiān)測信號。主要監(jiān)測信號和輔助監(jiān)測信號被輸入至監(jiān)測系統(tǒng)I的控制器17。
[0028]圖3a是被輸入至輸入接口7的模擬信號5的的幅度隨時間變化的表示。模擬信號5的幅度可以例如是在輸入接口 7的輸入端處的電壓的幅度。如在圖3a中看到的，模擬信號包括一系列脈沖。如圖3a所示，該一系列脈沖可以包括具有正幅度的脈沖20a和具有負幅度的脈沖20b。一般地，模擬信號5可以包括正脈沖20a和/或負脈沖20b的任何組入口 ο
[0029]在圖3a中描繪的模擬信號5可以例如與從監(jiān)測旋轉(zhuǎn)體(如渦輪機)的傳感器3輸出的電壓相對應。旋轉(zhuǎn)體可以包括在本體旋轉(zhuǎn)時經(jīng)過傳感器3的一個或更多個磁體。當磁體經(jīng)過傳感器3時，可以在傳感器3處產(chǎn)生磁場，該磁場在傳感器3中感生出電壓。在傳感器3中感生的電壓與傳感器3中的磁場的變化率成比例。當磁體朝向傳感器3移動時，傳感器中的磁場增大，并且因此信號5的幅度也增大。磁場的增加率達到峰值，該峰值引起信號5中的正脈沖20a。一旦磁體經(jīng)過傳感器3并且遠離傳感器3移動，則傳感器3中的磁場減小，這使得在傳感器3中感生出負電壓。負電壓引起在信號5中的負脈沖20b。
[0030]跟隨有負脈沖20b的正脈沖20a可以被認為是模擬信號5中的單個脈沖事件20。因此，在圖3a中描繪的三個正脈沖20a和三個負脈沖20b可以被認為是三個單獨的脈沖事件20，其中每個脈沖事件20與磁體經(jīng)過傳感器3的單獨事件相對應。期望確定出現(xiàn)脈沖事件20的頻率和/或監(jiān)測在給定時間段中出現(xiàn)的脈沖事件20的總數(shù)目。這使得能夠確定工業(yè)過程2的一個或更多個屬性。例如，在上述實施方式中，脈沖事件20的頻率可以用于確定由傳感器3測量的旋轉(zhuǎn)渦輪的旋轉(zhuǎn)頻率。在給定時間段出現(xiàn)的脈沖事件20的總數(shù)目可以例如用于確定在該時間段期間渦輪機旋轉(zhuǎn)的總數(shù)目。
[0031]輸入接口 7可以被配置成接收許多不同形式的模擬信號5，該模擬信號通?？梢园ǔ孰s亂波形的脈沖事件20。輸入接口 7使用模擬信號5生成主要監(jiān)測信號9和輔助監(jiān)測信號11。如在下文將更詳細描述的，主要監(jiān)測信號9和輔助監(jiān)測信號11的值可以根據(jù)模擬信號的幅度與第一閾值對和第二閾值對之間的比較來設(shè)置?？刂破?7接收主要監(jiān)測信號和輔助監(jiān)測信號，并且使用監(jiān)測信號來對模擬信號5中的脈沖事件20進行計數(shù)。這使得能夠確定脈沖事件20出現(xiàn)的頻率并且使得累計值能夠保持為已經(jīng)出現(xiàn)的脈沖事件20的數(shù)目。
[0032]輸入接口 7可以被配置成設(shè)置主要監(jiān)測信號和輔助監(jiān)測信號的值，使得可以使用主要監(jiān)測信號和輔助監(jiān)測信號來確定模擬信號5中出現(xiàn)脈沖事件20的時刻。輸入接口 7可以通過檢測以下時刻來實現(xiàn)這一點:在該時刻，檢測信號5的幅度與在模擬信號5中未出現(xiàn)脈沖事件20時所預期的模擬信號的幅度不同。然而，如在圖3a和圖4a中看到的，模擬信號5的幅度在脈沖事件20之間可能完全穩(wěn)定。相反，在脈沖事件20之間的時刻處，模擬信號5的幅度可能與期望幅度偏離。該偏離可能是例如由于模擬信號5中的噪聲成分引起的，該噪聲成分例如是由監(jiān)測系統(tǒng)與傳感器3之間的不良連接引起的。信號5與期望值的較小偏離還可能是由于例如在工業(yè)過程2的速度較低的時刻處不良地限定的模擬信號5產(chǎn)生的。因此，通過檢測模擬信號5何時不為期望值來檢測脈沖事件20可能會導致做出假脈沖檢測，原因是與期望值的偏離可能只是信號5中噪聲的結(jié)果，而可能不是由于出現(xiàn)脈沖事件20。
[0033]為了避免由于信號噪聲和/或不良限定的信號導致的假脈沖檢測，可以通過檢測模擬信號5的幅度超過第一高閾值22a和第一低閾值22b的時刻來檢測脈沖事件20，該第一高閾值22a和該第一低閾值22b組成第一閾值對22。
[0034]在圖2描繪的輸入接口 7的第一實施方式中，模擬信號5在節(jié)點6處被分裂使得模擬信號5被承載在第一線路8和第二線路10上。第一線路8和第二線路10可以例如包括承載電壓形式的模擬信號5的導線。第一線路8輸入至第一比較器12中。同樣輸入至第一比較器12的是承載有指示第一閾值對22的信號的線路13。第一閾值對22從控制器17傳送至線路13。第一比較器12將模擬信號5的幅度與第一閾值對22進行比較，并且根據(jù)模擬信號5的幅度超過第一閾值對22的高閾值和低閾值的時刻來設(shè)置主要監(jiān)測信號9的值。主要監(jiān)測信號9在第一監(jiān)測信道28上傳送至控制器17。
[0035]圖3b是主要監(jiān)測信號9示意圖，其中該主要監(jiān)測信號9的值根據(jù)在圖3a中示出的模擬信號5來設(shè)置。主要監(jiān)測信號9的值被初始地設(shè)置成等于‘0’。在模擬信號5中的正脈沖20a期間，模擬信號5的幅度增大直到其超過第一高閾值22a為止。在模擬信號5的