用于监测信号的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于监测模拟信号的方法和装置。
【背景技术】
[0002]工业过程可以由传感器来测量。传感器可以输出模拟信号。特别地，模拟信号可以包括一系列脉冲。可以监测模拟信号以根据模拟信号确定工业过程的一个或更多个属性。例如，可以通过对模拟信号中的脉冲进行计数来监测模拟信号。
[0003]期望以故障安全方式来监测模拟信号。例如，期望提供一种以能够监测和诊断在模拟信号的监测中的错误由此发送高级安全完整性(safety integrity)的方式来监测模拟系统的方法。
【发明内容】
[0004]根据第一方面，提供了一种监测从传感器输出的模拟信号的方法，该方法包括:将模拟信号的幅度与第一阈值对进行比较，其中，该第一阈值对包括第一高阈值和第一低阈值；当模拟信号的幅度超过第一高阈值时，将主要监测信号设置成第一值；当模拟信号的幅度减小到第一低阈值以下时，将主要监测信号设置成第二值；将模拟信号的幅度与第二阈值对进行比较，其中，该第二阈值对包括第二高阈值和第二低阈值，并且其中，第二高阈值大于第一高阈值，并且第二低阈值小于第一低阈值；当模拟信号的幅度超过第二高阈值时，将辅助监测信号设置成第一值；当模拟信号的幅度减小到第二低阈值以下时，将辅助监测信号设置成第二值；将主要监测信号与辅助监测信号进行比较并且根据该比较来确定对模拟信号的监测是否存在错误。
[0005]根据第二方面，提供了一种信号监测系统，该信号监测系统包括:输入接口、第一比较器、第二比较器和控制器。该输入接口被配置成从传感器接收模拟信号。该第一比较器被配置成:将模拟信号的幅度与包括第一高阈值和第一低阈值的第一阈值对进行比较；当模拟信号的幅度超过第一高阈值时，将主要监测信号的值设置成第一值；以及当模拟信号的幅度减小到第一低阈值以下时，将主要监测信号的值设置成第二值。该第二比较器被配置成:将模拟信号的幅度与包括第二高阈值和第二低阈值的第二阈值对进行比较，其中，第二高阈值大于第一高阈值，并且第二低阈值小于第一低阈值；当模拟信号的幅度超过第二高阈值时，将辅助监测信号的值设置成第一值；以及当模拟信号的幅度减小到第二低阈值以下时，将辅助监测信号的值设置成第二值。该控制器被配置成:接收主要监测信号和辅助监测信号；将该主要监测信号和该辅助监测信号进行比较；以及根据该比较来确定信号监测系统是否存在错误。
【附图说明】
[0006]现在将参照附图仅通过示例的方式来描述发明的实施方式，在附图中:
[0007]图1是由传感器和监测系统监测并且由过程控制系统控制的工业过程的示意图；
[0008]图2是监测系统的实施方式的示意图；
[0009]图3a是从图1的传感器输出的示例性模拟信号的幅度的示意性表示；
[0010]图3b是从图1的监测系统的输入接口输出的主要监测信号的示意性表示；
[0011]图3c是从图1的监测系统的输入接口输出的辅助监测信号的示意性表示；
[0012]图4a是从图1的传感器输出的模拟信号的另一示例的示意性表示；
[0013]图4b是从图1的监测系统的输入接口输出的主要监测信号的另一示例的示意性表不;
[0014]图4c是从图1的监测系统的输入接口输出的辅助监测信号的另一示例的示意性表不;
[0015]图5a是从图1的传感器输出的模拟信号的另一示例的示意性表示；
[0016]图5b是从图1的监测系统的输入接口输出的主要监测信号的另一示例的示意性表不;
[0017]图5c是从图1的监测系统的输入接口输出的辅助监测信号的另一示例的示意性表示；以及
[0018]图6是在图1的监测系统的第一监测信道和第二监测信道上输出的信号的示意性
【具体实施方式】
[0019]图1示意性地描绘了由传感器3和监测系统I监测并且由过程控制系统4控制的工业过程2。传感器3被配置成测量或感测工业过程2并且输出模拟信号5。从传感器3输出的模拟信号5可以对应于与工业过程2的属性，诸如例如工业过程2的一些元件的速度或频率。监测系统I可以用于监测从传感器3输出的模拟信号5中的脉冲的频率。
[0020]在一个实施方式中，传感器3可以例如被配置成测量旋转体，如涡轮。在这样的实施方式中，模拟信号5中的脉冲的频率可以对应于涡轮机的旋转频率。
[0021]在替选实施方式中，传感器3可以例如被配置成测量流体流动。在这样的实施方式中，模拟信号5中的脉冲的频率可以对应于流体流动的属性，例如特定体积的流体经过传感器3的频率。
[0022]一般地，传感器3可以被配置成测量任何工业过程2，并且产生与工业过程2的属性相对应的模拟信号5。通过利用监测系统I监测模拟信号5来监测工业过程2。监测系统I可以例如对模拟信号5中的脉冲进行计数，以确定工业过程2的一个或更多个属性，例如涡轮机的旋转频率。
[0023]期望以故障安全的方式来监测模拟信号5以确定工业过程2的一个或更多个属性。也就是说，期望施行考虑到监测传感器3和/或监测系统I中的错误(eiror)或故障的系统和/或程序。特别地，期望确定在模拟信号5的监测中是否存在错误。
[0024]工业过程2可以由过程控制系统4来控制(如在图1中所描绘的)。过程控制系统4可以根据从监测系统I发送至过程控制系统4的信息6来控制工业过程2。例如，监测系统I可以向过程控制系统4发送如由传感器3和监测系统I确定的与工业过程2的速度和/或频率有关的信息6。过程控制系统4可以被配置成使用所接收的与工业过程2的速度和/或频率有关的信息6来控制工业过程2的速度和/或频率。
[0025]在这样的实施方式中，特别地，期望监测系统I以故障安全的方式来监测模拟信号5。如果在模拟信号5的监测中出现错误，则这可能会对过程控制系统4安全控制工业过程2的能力产生不利影响。例如，按照来自监测系统I的错误信息6动作的过程控制系统4可能会使工业过程2以可能会损害执行工业过程2的装置的模式或速度来进行操作。例如，可能会使涡轮机加速至可能会损害涡轮机的超速状态。因此，期望检测在模拟信号5的监测中的任何这样的故障或错误，使得可以相应地控制工业过程2。
[0026]在一些实施方式中，特别地，期望确保监测系统I不遗漏工业过程2中的任何事件。例如，在一个实施方式中，工业过程2可以是穿过边界的流体流动，在所述边界处流体的所有权发生改变。在这样的实施方式中，期望精确地确定穿过边界并且改变所有权的流体的量。模拟信号5中的脉冲可以与特定体积的流体穿过边界相对应。因此，重要的可能是确保不遗漏模拟信号5中的脉冲，以确保不遗漏穿过边界的流体。
[0027]图2示意性地描绘了监测系统I的实施方式。监测系统I接收例如可能从图1所示的传感器3输出的模拟信号5。模拟信号5输入至监测系统I的输入接口 7。如下文将进一步描述的，输入接口 7接收模拟信号5，并且将模拟信号5转换成主要监测信号和辅助监测信号。主要监测信号和辅助监测信号被输入至监测系统I的控制器17。
[0028]图3a是被输入至输入接口7的模拟信号5的的幅度随时间变化的表示。模拟信号5的幅度可以例如是在输入接口 7的输入端处的电压的幅度。如在图3a中看到的，模拟信号包括一系列脉冲。如图3a所示，该一系列脉冲可以包括具有正幅度的脉冲20a和具有负幅度的脉冲20b。一般地，模拟信号5可以包括正脉冲20a和/或负脉冲20b的任何组入口 ο
[0029]在图3a中描绘的模拟信号5可以例如与从监测旋转体(如涡轮机)的传感器3输出的电压相对应。旋转体可以包括在本体旋转时经过传感器3的一个或更多个磁体。当磁体经过传感器3时，可以在传感器3处产生磁场，该磁场在传感器3中感生出电压。在传感器3中感生的电压与传感器3中的磁场的变化率成比例。当磁体朝向传感器3移动时，传感器中的磁场增大，并且因此信号5的幅度也增大。磁场的增加率达到峰值，该峰值引起信号5中的正脉冲20a。一旦磁体经过传感器3并且远离传感器3移动，则传感器3中的磁场减小，这使得在传感器3中感生出负电压。负电压引起在信号5中的负脉冲20b。
[0030]跟随有负脉冲20b的正脉冲20a可以被认为是模拟信号5中的单个脉冲事件20。因此，在图3a中描绘的三个正脉冲20a和三个负脉冲20b可以被认为是三个单独的脉冲事件20，其中每个脉冲事件20与磁体经过传感器3的单独事件相对应。期望确定出现脉冲事件20的频率和/或监测在给定时间段中出现的脉冲事件20的总数目。这使得能够确定工业过程2的一个或更多个属性。例如，在上述实施方式中，脉冲事件20的频率可以用于确定由传感器3测量的旋转涡轮的旋转频率。在给定时间段出现的脉冲事件20的总数目可以例如用于确定在该时间段期间涡轮机旋转的总数目。
[0031]输入接口 7可以被配置成接收许多不同形式的模拟信号5，该模拟信号通常可以包括呈杂乱波形的脉冲事件20。输入接口 7使用模拟信号5生成主要监测信号9和辅助监测信号11。如在下文将更详细描述的，主要监测信号9和辅助监测信号11的值可以根据模拟信号的幅度与第一阈值对和第二阈值对之间的比较来设置。控制器17接收主要监测信号和辅助监测信号，并且使用监测信号来对模拟信号5中的脉冲事件20进行计数。这使得能够确定脉冲事件20出现的频率并且使得累计值能够保持为已经出现的脉冲事件20的数目。
[0032]输入接口 7可以被配置成设置主要监测信号和辅助监测信号的值，使得可以使用主要监测信号和辅助监测信号来确定模拟信号5中出现脉冲事件20的时刻。输入接口 7可以通过检测以下时刻来实现这一点:在该时刻，检测信号5的幅度与在模拟信号5中未出现脉冲事件20时所预期的模拟信号的幅度不同。然而，如在图3a和图4a中看到的，模拟信号5的幅度在脉冲事件20之间可能完全稳定。相反，在脉冲事件20之间的时刻处，模拟信号5的幅度可能与期望幅度偏离。该偏离可能是例如由于模拟信号5中的噪声成分引起的，该噪声成分例如是由监测系统与传感器3之间的不良连接引起的。信号5与期望值的较小偏离还可能是由于例如在工业过程2的速度较低的时刻处不良地限定的模拟信号5产生的。因此，通过检测模拟信号5何时不为期望值来检测脉冲事件20可能会导致做出假脉冲检测，原因是与期望值的偏离可能只是信号5中噪声的结果，而可能不是由于出现脉冲事件20。
[0033]为了避免由于信号噪声和/或不良限定的信号导致的假脉冲检测，可以通过检测模拟信号5的幅度超过第一高阈值22a和第一低阈值22b的时刻来检测脉冲事件20，该第一高阈值22a和该第一低阈值22b组成第一阈值对22。
[0034]在图2描绘的输入接口 7的第一实施方式中，模拟信号5在节点6处被分裂使得模拟信号5被承载在第一线路8和第二线路10上。第一线路8和第二线路10可以例如包括承载电压形式的模拟信号5的导线。第一线路8输入至第一比较器12中。同样输入至第一比较器12的是承载有指示第一阈值对22的信号的线路13。第一阈值对22从控制器17传送至线路13。第一比较器12将模拟信号5的幅度与第一阈值对22进行比较，并且根据模拟信号5的幅度超过第一阈值对22的高阈值和低阈值的时刻来设置主要监测信号9的值。主要监测信号9在第一监测信道28上传送至控制器17。
[0035]图3b是主要监测信号9示意图，其中该主要监测信号9的值根据在图3a中示出的模拟信号5来设置。主要监测信号9的值被初始地设置成等于‘0’。在模拟信号5中的正脉冲20a期间，模拟信号5的幅度增大直到其超过第一高阈值22a为止。在模拟信号5的