[发明专利]具有诊断的过程变量变送器

说明书

背景技术

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4-20mA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。

发明内容

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是根据本发明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是根据本发明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是根据本发明实施例的基于PSD分析来选择数字滤波器的特性的方法的流程图。

图9是根据本发明实施例的执行基于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，本发明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)。