用于运行场设备的方法以及相应的场设备的制造方法
【专利摘要】描述并介绍了一种用于运行场设备（1）的方法，其中产生测量值，其中为所述测量值分配一电流额定值，其中根据所述电流额定值来输出额定电流信号，其中读入实际电流信号并且将所述额定电流信号与所述实际电流信号进行比较。本发明的任务是给出一种用于运行场设备的方法，该方法能够实现对信号进行更为精确的比较。所述任务对于所谈及的方法来说通过以下方式得到解决：为了进行所述比较而形成所述额定电流信号与所述实际电流信号的互相关。本发明同样涉及一种根据这种方法来运行的场设备。
【专利说明】
用于运行场设备的方法以及相应的场设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于运行场设备(Feldgerst)的方法，其中产生测量值，并且其中 为所述测量值分配一电流额定值。根据所述电流额定值来输出额定电流信号。读入实际电 流信号并且将所述额定电流信号与所述实际电流信号进行比较。除此以外，本发明涉及一 种具有至少一个信号输出端并且具有至少一个控制组件的场设备。所述场设备产生测量值 并且所述控制组件为所述测量值分配一电流额定值。根据所述电流额定值，所述控制组件 产生额定电流信号。通过所述信号输出端来输出所述额定电流信号，并且所述控制组件读 入实际电流信号。所述控制组件将所述额定电流信号与所述实际电流信号进行比较。
【背景技术】
[0002] 在现代的过程自动化的领域内，通常使用用于对过程参量进行监控的场设备以及 用于影响所述过程的致动器。对于"场设备是对液位、流量、温度或者pH值进行测量的测量 设备"这种情况来说，由所述场设备输出的信号相应地与所获取的测量值相对应。通过可能 专用的输出端来输出信号，这些信号也传输关于所述场设备的状态的消息、例如故障信号。
[0003] 传统上为了信号发送而使用4'"20mA-信号的标准。在此，将场设备通过4'"20mA电 流回路(标准信号）与上级的单元连接起来或连接到具有这样的标准信号输出端的调节器 和控制机构上。除了信号传输之外，这些电流信号对于双导体技术来说用于向所述场设备 供给能量。为了分配信号，多数情况下为4mA和20mA的两个极限值分配最小或最大可预料的 测量值。对于处于其之间的测量值来说，通常要进行线性的分配。在所述场设备中识别出故 障的情况下，按照标准要输出处于在4mA与20mA之间的范围之外的电流值。
[0004] 成问题的是，所述场设备虽然输出处于4"_20mA之间的数值，但是这个数值在有错 误的情况下与所设定的、为相应的测量值所分配的数值不相符。
[0005] 为此，在现有技术中已知，读回(riickgelesen)由所述场设备输出的电流信号并且 将其与所设定的电流值进行比较。
[0006] DE 199 30 661 A1例如说明了一种具有计算单元的测量变换器。首先使由传感器 检测到的信号数字化并且而后将其输送给所述计算单元。所述计算单元将所检测到的信号 预处理成额定值。随后将所述额定值转换为模拟信号并且通过信号输出端来输出。读回该 模拟信号并且将其以数字化的方式又传输给所述计算单元。所述计算单元求得所述额定值 与所述输出信号之间的偏差。
[0007] 在传输协议的领域内，例如将信号与其它信号叠加或者对其进行滤波并且因此仅 仅在费劲的情况下才可与原来输出的信号进行比较。
[0008] 得到广泛传播的HART通讯是一种实例。HART(可寻址远程传感器高速通道，英语： Highway Addressable Remote Transducer)是一种关于被总线定址的场设备的协议。它是 数字的场通讯的一种变型方案，所述数字的场通讯包含场总线的多个功能。对于所述HART 通讯来说，依照常规根据4-_20mA标准来连接场设备并且将其与上级的单元连接起来。以 FSK方法(频率键移，英语frequency Shift Keying)将数字信号加调制给所述模拟的4… 20mA信号。由此可以额外地传输测量数据、调节数据和设备数据，而不影响所述模拟信号。 额外地，能够通过HART协议将所述场设备广泛地集成到过程控制系统中。
[0009] 对于所熟知的HART标准来说在低频的模拟信号上叠加了高频的信号，刚好对所述 HART标准来说，常见的是，将模拟的低通滤波器用于进行频带限制。由此滤出4'"20mA信号 的较高的频率。对于根据HART标准使未经滤波的信号与高频的信号叠加这种情况来说，困 难的是，将宽频谱的较高的频率与高频的叠加区分开来。通过模拟的低通滤波器的使用在 总体上简化所述通讯。
[0010] 如果现在读回所述信号，那么就可能必须用数字滤波器来除去所叠加的信号。通 过将所述模拟信号转化为数字信号并且通过所述模拟滤波器，在有待比较的信号之间出现 时间上的延迟，在对所述信号进行比较时必须对所述时间上的延迟加以考虑。
【发明内容】
[0011] 因此，本发明的任务是，说明一种用于运行场设备的方法以及一种相应的场设备， 所述方法和所述场设备能够实现可靠的信号输出并且尤其在使用所述HART协议时能够实 现这一点。
[0012] 前面所引出的和所说明的任务以根据本发明的方法得到了解决，所述方法的特征 首先并且主要在于:为进行所述比较而形成额定电流信号与实际电流信号的互相关。通过 所述互相关，所述信号即使其在时间上被延迟也能够容易并且精确地进行比较。
[0013] 所述互相关被定义为关于两个彼此相乘的时间函数x(t)和y(t)的时间的积分， 其中所述函数之一相对于另一个函数在时间上延迟了一个所规定的数值T。如果现在所述 两个函数基本上相同，但是仅仅在时间上延迟了数值Ti，那么所述相关函数对于来说就 具有最大值。
[0014] 在实际中，信号不是作为数学上的函数来存在，而是作为离散的时间信号、也就是 说在离散的时刻i=l~N的数值Xl、 yi来存在。由此可以将积分的转化表示为总和（i相当于t 并且k相当于如果将结果除以各个信号的有效值，则谈及标准化的互相关：
如果所述信号对于k来说相同，那么所述标准化的互相关就提供数值1。如果所述信号 反相，那么所述标准化的互相关就提供数值-1。如果所述标准化的相关的数值对所有k来说 都等于零，则谈及无相互关系的信号。
[0015] 为了在根据本发明的、用于运行所述场设备的方法中对所输出的和读回的信号进 行测评和比较，要使用所述互相关。因此，可以对信号进行比较，所述信号可能由于通过转 换、滤波或者其它措施引起的时间上的延迟而相对于彼此偏移。除此以外，还有效地对不相 同或者彼此不相类似的信号进行比较，使得所述互相关的结果允许就额定电流信号是否与 实际电流信号相符作出结论。
[0016] 由此，对于这种方法来说，可以在信号上叠加其它的信号，例如根据所述HART通信 协议的信号。为了进行准确的信号比较而在事后将所述HART信号滤出时，也可以通过所述 互相关来对由这样的滤出处理所引起的、信号相对于彼此的时间上的偏移进行补偿。
[0017] 在根据本发明的方法的一种设计方案中规定，形成所述额定电流信号或者实际电 流信号的自相关并且计算所述有相互关系的信号的偏差e，其中将所述实际电流信号与额 定电流信号的互相关的数值与所述电流额定值的自相关的数值或者所述实际电流信号的 自相关的数值彼此置于比例关系中。
[0018] 如果如上面所描述的那样使信号与其本身有相互关系，则得到函数或者信号的自 相关。所述自相关是信号的一种自分析，并且例如可以用于在所述信号中找到周期性。 [0019]因此，在本发明的这种设计方案中，对所述额定电流信号偏离所述实际电流信号 的相对偏差进行确定。在此，可以在所述额定电流信号的自相关与所述实际电流信号的自 相关之间进行选择。将所述互相关的结果与所述额定电流信号或者实际电流信号的自相关 的结果置于比例关系之中。所述除法的结果越接近数值1，额定电流信号和实际电流信号因 此就越类似。原则上，所述比例不必局限于实际电流信号或者额定电流信号的自相关。
[0020] 本
【申请人】的研究已经表明，所述方法甚至是在电流特性曲线中出现例如由于电流 脉冲所引发的、较大的瞬态时通过对所述相关性的计算也还可靠地进行工作。
[0021] 可以将其它事件或者条件与所求得的偏差e联结起来。可以考虑，所述偏差e不得 低于预先给定的第一极限值并且不得超过预先给定的第二极限值。在超过所述极限时，可 以输出警报并且/或者可以对信号进行调整。警报可以以能够在光学和/或声学和/或触觉 方面记录的形式来输出。
[0022] 在根据本发明的方法的另一种设计方案中规定，用第一采样频率或者说扫描频率 (Abtastrate)使所述额定电流信号数字化并且用与所述第一采样频率处于固定的比例中 的第二采样频率使所述实际电流信号数字化。在本发明的一种设计方案中，也可以将这种 比例选择为等于1，也就是说，所述采样频率相同。为了简化对所述信号的比较，有利的是， 用相对于彼此处于固定的比例中的频率来对所述信号进行采样。不仅所述互相关而且所述 自相关都仅仅必须通过较少数目的采样值来计算，由此降低了每次比较的计算开销。
[0023]根据本发明的另一教导，前面所引出的和说明的任务对于开头所提到的场设备来 说通过以下方式得到解决:所述控制组件为了所述比较而形成所述额定电流信号与所述实 际电流信号的互相关。
[0024] 所述场设备尤其是致动器或者测量设备。所述控制单元尤其用于实施根据权利要 求1至3中任一项所述的方法。以下关于根据本发明的场设备的设计方案所作的解释相应地 也适用于已经介绍的方法。
[0025] 在根据本发明的场设备的一种设计方案中规定，存在一种用于将数字信号转换为 模拟信号的转换装置、尤其是数模转换器或者用于进行脉冲宽度调制的装置，并且在所述 转换装置的后面连接了模拟滤波器、优选是具有小于或者等于25Hz的极限频率的低通滤波 器。不仅所述转换装置而且所述模拟滤波器都连接在所述信号输出端的前面。
[0026] 如果由所述控制组件来产生所述额定电流信号，那么紧接着将其转换为模拟信号 并且而后在通过所述信号输出端将其输出之前用所述低通滤波器对其进行滤波。在所述低 通滤波器之后，还可以使其它的信号与所述模拟信号叠加。例如可以考虑按照HART标准进 行叠加，从而使得所述信号配备了其它的信息。当然，这个过程不局限于所述HART通讯。 [0027]按照根据本发明的场设备的另一种设计方案规定，存在模数转换器，所述模数转 换器使所读入的实际电流信号数字化。
[0028] 为了使所读入的实际电流信号对所述控制组件来说能够处理，要使所读回的信号 数字化。在此，可以按照设计方案直接在所述信号输出端的后面实现所述读回或者不过在 其它被所述信号经过的位置上实现所述读回。在进行了数字化之后，按照设计方案引入另 外的构件，所述另外的构件相应地对所述信号进行处理。因此，数字滤波器可以被用于将可 能存在的HART信号滤出。为此可以使用FIR滤波器(有限脉冲响应，英语:Finite Impulse Response)〇
[0029] 在根据本发明的场设备的一种设计方案中，使用数字滤波器，用于将所存在的 HART信号的高频的叠加部分滤出。在先前的数字化中，所述实际电流信号的采样频率具有 比所述额定电流信号的采样频率高的频率。有利地，对于较高的采样频率来说也检测高频 的信号份额并且随后以数字的方式将这些信号份额滤出。对于较小的采样频率来说，则失 去尚频彳目号的彳目息。
[0030] 在根据本发明的场设备的另一种实施例中规定，存在数字滤波器作为连接在转换 装置后面的模拟滤波器的功能上的复制或者说模拟(Nachbildung)，其中所述数字滤波器 对经过数字化的额定电流信号进行滤波。
[0031] 通过数字的低通滤波器来使所述额定电流信号与所述实际电流信号相适应。通过 额外的滤波器引起的时间上的延迟后来在实施所述互相关时又得到补偿。尽管如此，有意 义的是，已经在所述转换装置之前截取了额定电流信号，以便保证，将所述额定电流信号与 实际电流信号相比较并且不是与可能通过不同线路的串扰所引起的干扰信号相比较。
【附图说明】
[0032] 如前面详细解释的那样，有不同的可行方案来设计并且改进根据本发明的、用于 运行场设备的方法或根据本发明的场设备。为此，要参照下述内容:形成所述额定电流信号 或者实际电流信号的自相关并且计算有相互关系的信号的偏差，方法是，将所述实际电流 信号与额定电流信号的互相关的数值与所述电流额定值的自相关的数值或者所述实际电 流信号的自相关的数值彼此置于比例关系中；用第一采样频率使所述额定电流信号数字化 并且用与所述第一采样频率处于固定的比例中的第二采样频率来使所述实际电流信号数 字化;存在一种用于将数字信号转换为模拟信号的转换装置、尤其是数模转换器或者用于 进行脉冲宽度调制的装置;在所述转换装置的后面连接了模拟滤波器、优选是具有小于或 者等于25Hz的极限频率的低通滤波器;设置了数字滤波器作为所述模拟滤波器的功能上的 复制，其中所述数字滤波器对所述额定电流信号进行滤波;存在模数转换器，该模数转换器 使所读入的实际电流信号数字化。并且要参照以下结合附图对实施例所作的说明。在附图 中示出： 图1是所述场设备的一种实施例的示意图； 图2是用于运行场设备的方法的一种设计方案的示意图；并且 图3是所述场设备的一种设计方案的构造的示意图。
【具体实施方式】
[0033] 图1示出了一种场设备1，该场设备具有电流输出端2和处于该场设备1中的控制组 件3。在图1中示出的场设备1是具有温度传感器的温度测量装置，所述温度传感器布置在具 有介质的容器中，应该对所述介质的温度进行确定。通过所述信号输出端2来输出电流信 号，所述电流信号包含关于所述测量值的信息。由所述场设备1读回所输出的信号，从而可 以将额定电流信号与实际电流信号进行比较。所述控制组件3用于对所述信号进行比较，该 控制组件在出现太大的偏差时采取行动。这可能根据所述额定电流数值相对于所述实际电 流数值的偏差的、在量方面的水平而不同。对于较小的偏差来说，所述额定电流数值由所述 控制组件3来调整。对于较高的偏差来说，所述控制组件3则输出能够用听觉和视觉感觉到 的信号，所述信号要求使用者采取行动，可对所述场设备1进行维修或者将其更换。
[0034] 图2示出了用于运行场设备的方法的一种设计方案的示意性的流程。在步骤101中 由所述场设备产生测量值。这例如可以是液位测量、速度测量或者其它针对物理和/或化学 状态的测量的结果。随后在步骤102中按照DIN IEC 60381-1根据所熟知的4"_20mA标准将 所述测量值分配给一电流额定值，而后在步骤103中将所述电流额定值作为额定电流信号 来输出。所述信号输出端构造为模拟的电流输出端。在步骤104中从所述信号输出端来读入 实际电流信号，并且在步骤105中将其与所述额定电流信号进行比较。所述步骤102至105由 所述场设备的控制组件来协调和执行。
[0035] 用相同的采样频率来使所述信号数字化，以便在数字层面上简化所述可比性。在 将所述额定电流信号与所述实际电流信号进行比较时，由所述控制组件来实施所述额定电 流信号与所述实际电流信号的互相关。因此，在不进行另外计算的情况下，可以仅仅从所述 互相关中计算实际电流信号与额定电流信号的偏差作为绝对误差。
[0036] 不过，在该实施例中对相对误差进行确定。为此，所述控制组件计算所述额定电流 信号的自相关，并且将互相关的结果与自相关的结果置于比例关系中，以用于求得偏差。
[0037] 在图3中示出了用于实施按照图2的方法的场设备1的示意性的构造。在该实施例 中，所述场设备1包括转换装置4,该转换装置在产生所述额定电流信号之后将所述数字的 额定电流信号转换为模拟信号。在所述转换装置4的后面连接了模拟滤波器5。该模拟滤波 器5、在这里是低通滤波器具有25Hz的极限频率。
[0038] 而后将经过滤波的信号通过所述信号输出端2来输出并且随后读回所述经过滤波 的信号信号。在读回时，用模拟-数字-转换器6来使所述信号数字化，以便能够实现比较简 单的测评或与所述额定电流信号进行比较简单的比较。
[0039] 为了能够更好地将所述信号彼此进行比较，设置了所述模拟滤波器5或低通滤波 器的数字的复制7,该数字的复制对所设定的额定电流信号进行滤波。在所述转换装置4之 前截取所述额定电流信号。随后由所述控制组件3通过对所述互相关的计算来对所述两个 信号一一经过数字滤波的额定电流信号以及读回的实际电流信号一一进行比较，其中将所 述两个信号输送给计算单元8。
【主权项】
1. 用于运行场设备（1)的方法，其中产生测量值，其中为所述测量值分配一电流额定 值，其中根据所述电流额定值来输出额定电流信号，其中读入实际电流信号并且将所述额 定电流信号与所述实际电流信号进行比较，其特征在于，为了进行所述比较而形成所述额 定电流信号与所述实际电流信号的互相关。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述额定电流信号或者实际电流信号 的自相关并且计算有相互关系的信号的偏差(e)，方法是:将所述实际电流信号与额定电流 信号的互相关的数值与所述电流额定值的自相关的数值或者所述实际电流信号的自相关 的数值彼此置于比例关系中。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用第一采样频率使所述额定电流信号 数字化并且用与所述第一采样频率处于固定的比例中的第二采样频率来使所述实际电流 信号数字化。4. 具有至少一个信号输出端（2)并且具有至少一个控制组件（3)的场设备（1)，其中所 述场设备（1)产生测量值，其中所述控制组件(3)为所述测量值分配一电流额定值，根据所 述电流额定值来产生额定电流信号，并且通过所述信号输出端(2)来输出所述额定电流信 号，并且其中，所述控制组件(3)读入实际电流信号并且将所述额定电流信号与所述实际电 流信号进行比较，其特征在于，所述控制组件(3)为了进行所述比较而形成所述额定电流信 号与所述实际电流信号的互相关。5. 根据权利要求4所述的场设备（1)，其特征在于，存在一种用于将数字信号转换为模 拟信号的转换装置(4)、尤其是数模转换器或者用于进行脉冲宽度调制的装置。6. 根据权利要求5所述的场设备（1)，其特征在于，在所述转换装置(4)的后面连接了模 拟滤波器(5)、优选是具有小于或者等于25Hz的极限频率的低通滤波器。7. 根据权利要求6所述的场设备（1)，其特征在于，设置了数字滤波器(7)作为所述模拟 滤波器(5)的功能上的复制，其中所述数字滤波器(7)对所述额定电流信号进行滤波。8. 根据权利要求4至7中任一项所述的场设备（1)，其特征在于，存在模数转换器(6)，该 模数转换器使所读入的实际电流信号数字化。
【文档编号】G01D3/032GK106052721SQ201610198625
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月1日 公开号201610198625.2, CN 106052721 A, CN 106052721A, CN 201610198625, CN-A-106052721, CN106052721 A, CN106052721A, CN201610198625, CN201610198625.2
【发明人】J.孔策
【申请人】克洛纳测量技术有限公司