WO2004006199A2 - Verfahren zur überwachung einer durchflussmesseinrichtung - Google Patents

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Axel Rossberg
Jens Timmer
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Definitions

  • Flow measuring device as well as a measuring device itself.
  • the invention relates to a method for monitoring a measuring device, in particular a flow measuring device, and a measuring device itself, according to the preamble of claims 1 and 8.
  • Measuring device monitors are widely known. This applies in particular to measuring devices that are connected to a bus system, via which measurement data are transported in one direction and control data in another direction.
  • the invention relates in particular to flow measuring devices, and such a control mode can also be applied to other measuring devices, provided that these measuring devices determine measurement data from an analysis or a process.
  • measuring devices determine the flow velocity in a pipeline in a known manner based on the principle of the Karman vortex street:
  • a flow obstacle in the pipeline segment of the measuring device generates periodic vortices downstream, the frequency of which is a measure of the flow velocity.
  • tapping of the periodic vortices eg using a paddle or an ultrasonic sensor
  • Flow measuring devices strongly depend on the physical state of the fluid. For example, have
  • Installation instructions do not guarantee that reliability will not be affected by such effects. Furthermore, it is sometimes difficult for experienced professionals to recognize the presence of disruptive effects. For example, even relatively slight canting during installation leads to additional eddy formation in the fluid, which overlap with the actual, desired, measurement signal and influence the measurement accuracy.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a method and a measuring device itself with which such measurement errors due to incorrect installation can be reliably avoided.
  • the essence of the method according to the method is that a characteristic quantity is calculated from a time series s (t) of the measurement signal of a measuring device, which parameter is compared with previously recorded reference values, and a message is automatically generated based on this whether the measuring device has been installed properly or incorrectly.
  • An advantageous embodiment of the invention is that the reference values are previously recorded in relation to the respective measuring device and are correspondingly assigned to the device. In this way, even with a plurality of such measuring devices in operation, the reference values associated with the respective measuring device can be reliably assigned.
  • the installed state determined by comparison is automatically created as a message and displayed on the measuring device. In this way, the operator is automatically shown a message about the correct installation or, if it occurs, about the incorrect installation.
  • the installed state determined by comparison is automatically generated as a message and sent to a higher-level system by means of information transmission and displayed there. This means that the installation errors, if they occur, can be displayed at a control center. These are then displayed so that the affected device can be located and the installation error can be remedied.
  • one or more measuring devices operating in this way are connected to the higher-level system via a bus system.
  • a suitable information technology connection of all connected measuring devices and devices takes place via this.
  • the message is generated automatically as a full text message. Thus, a safe and understandable message is transmitted to possibly inexperienced personnel and understood by them.
  • the message automatically generates a corresponding additional full-text message with troubleshooting instructions. In this way, maintenance or rectification of the installation error is particularly simple.
  • the essence of the invention is that from a time series s (t) of the measuring signal of the measuring device in a calculation unit, a parameter can be calculated in a microprocessor that is comparable to reference values previously recorded and stored in a data memory, and based on this, a message can be generated automatically as to whether the measuring device has been installed correctly or incorrectly. In this way, any and all installation errors are reliably and, above all, automatically indicated, so that measurement errors caused by incorrect installation can be reliably avoided.
  • the measuring device has a comparator which compares the time series s (t) of the measurement signal with the data from the data memory.
  • the measuring device contains a display on which said messages can be displayed.
  • the display is one of the actual ones
  • Measuring device is located remotely located display. In a further advantageous embodiment, it is indicated that the individual elements of the measuring device are housed compactly in one device.
  • the individual elements of the measuring device are at least partially spatially separated, but are connected to one another via an information system.
  • the device is advantageously implemented as a microprocessor with a memory unit (e.g. for the temporary storage of parameters).
  • the time series s (t) is digitized for processing if this has not already been done by the transmitter.
  • the reference values (4) are stored in a database.
  • the characteristic (2) is, for example, the diffusion constant D of the phase angle ⁇ of the signal s.
  • D ( ⁇ ) is chosen as a parameter
  • typical values of D ( ⁇ ) are disadvantageous as reference values (4) Installation conditions filed.
  • the reference values were determined experimentally using the described method under specific disadvantageous installation conditions (eg from the manufacturer) and are stored in a non-volatile memory. They serve as "fingerprints”: if, for example, a parameter D ( ⁇ ) determined during operation is comparable to that generated under tilted installation, this is recognized by the comparator (3) and an error message of the type "tilted installation” is output accordingly. If, on the other hand, the parameter D ( ⁇ ) is comparable to the parameter stored under "error-free installation", no error message is generated or the status message "error-free installation” is output.
  • the comparator calculates the similarity of the current parameter with the reference values using a suitable metric. Average square distance, difference or similar sizes are suitable for this.
  • the error message can be output on a display on the transmitter or transmitted to a downstream system (e.g. control system or handheld device) for further processing (e.g. via fieldbus or wireless).
  • a downstream system e.g. control system or handheld device
  • further processing e.g. via fieldbus or wireless

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Messeinrichtung, insbesondere Durchflussmesseinrichtung, sowie eine Messeinrichtung selbst. Um hierbei Messfehler durch Falscheinbau zuverlässig zu vermeiden ist erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass aus einer Zeitreihe s(t) des Messsignales einer Messeinrichtung eine Kenngrösse errechnet wird, die mit zuvor aufgenommenen Referenzwerten verglichen, und davon ausgehend eine Meldung automatisch generiert wird, ob ein ordnungsgemässer oder ein fehlerhafter Einbau der Messeinrichtung vorliegt.

Description

Verfahren zur Überwachung einer Wiesseinrichtung, insbesondere einer
Durchfiussmesseinrichtung, sowie eine Messeinrichtung selbst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Messeinrichtung, insbesondere einer Durchfiussmesseinrichtung, sowie eine Messeinrichtung selbst, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 8.
Messeinrichtungsüberwachungen sind vielfach bekannt. Dies gilt insbesondere für Messgeräte, die an ein Bussystem angeschlossen sind, über welches Messdaten in einer Richtung und Steuerungsdaten in anderer Richtung transportiert werden.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Durchflussmesseinrichtungen, wobei eine solche Steuerungsweise auch auf andere Messeinrichtungen angewendet werden kann, sofern diese Messeinrichtungen Messdaten aus einer Analyse oder einem Prozess ermittelt.
Bei den Durchflussmesseinrichtungen unterscheidet man zwischen verschiedenen Messeffekten oder -prinzipien. So gibt es Messeinrichtungen die den Durchfluss eines Fluides kapazitiv, magnetisch oder durch Verwirbelungen an einem Strömungskörper ermitteln. Einrichtungen die die letztgenannte Messmethode verwenden sind sogenannte Vortex-Durchflussmesseinrichtungen.
Diese Messgeräte bestimmen die Flussgeschwindigkeit in einer Rohrleitung in bekannter Weise basierend auf dem Prinzip der Karmanschen Wirbelstraße: Ein Strömungshindemis im Rohrleitungssegment des Messgerätes erzeugt stromabwärts periodische Wirbel, deren Frequenz ein Maß für die Flussgeschwindigkeit ist. Durch geeignetes Abgreifen der periodischen Wirbel (z.B. durch ein Paddel oder einen Ultraschallsensor) wird das Wirbelsignal in ein elektrisches Signal gewandelt, dessen Frequenz als Maß der Flussgeschwindigkeit bestimmt wird.
Aufgrund ihrer Wirkungsweise hängt die Zuverlässigkeit solcher Vortex-
Durchflussmesseinrichtungen stark vom physikalischen Zustands des Fluids ab. Zum Beispiel haben
• verkanteter Einbau des Messgerätes,
• Krümmungen in der Rohrleitung, • pulsierender Fluidstrom,
• Vibration der Rohrleitungen und
• Turbulenzen vor dem Strömungshindernis
Einfluss auf die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Messgeräte. Zwar werden Einbauvorschriften vorgegeben, die den funktionsgerechten Einsatz von Vortex- Durchflussmesseinrichtungen sicherstellen sollen. Allerdings ist selbst bei Erfüllen der
Einbauvorschriften nicht garantiert, dass die Zuverlässigkeit nicht von solchen Effekten beeinflusst wird. Weiterhin ist es auch für erfahrene Fachleute zum Teil schwer, das Vorliegen von störenden Effekten zu erkennen. Beispielsweise führen schon relativ geringe Verkantungen beim Einbau zu zusätzlicher Wirbelbildung im Fluid, die sich mit dem eigentlichen, gewünschten, Messsignal überlagern und die Messgenauigkeit beeinflussen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Messeinrichtung selbst aufzuzeigen, mit dem solche Messfehler durch Falscheinbau zuverlässig vermieden werden.
Die gestellte Aufgabe ist hinsichtlich eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüche 2 bis 7 angegeben.
Im Hinblick auf eine Messeinrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass aus einer Zeitreihe s(t) des Messignales einer Messeinrichtung eine Kenngröße errechnet wird, die mit zuvor aufgenommenen Referenzwerten verglichen, und davon ausgehend eine Meldung automatisch generiert wird, ob ein ordnungsgemäßer oder ein fehlerhafter Einbau der Messeinrichtung vorliegt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die Referenzwerte zuvor auf die jeweilige Messeinrichtung bezogen aufgenommen und entsprechend einrichtungsbezogen zugeordnet werden. So können auch bei einer betriebenen Mehrzahl solcher Messeinrichtungen die zu der jeweiligen Messeinrichtung dazugehörigen Referenzwerten sicher zugeordnet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist angegeben, dass der durch Vergleich ermittelte Einbauzustand als Meldung automatisch erstellt und an der Messeinrichtung angezeigt wird. Auf diese Weise wird dem Bediener automatisch eine Meldung über den ordnungsgemäßen, oder wenn vorkommend auch über den fehlerhaften Einbau angezeigt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der durch Vergleich ermittelte Einbauzustand als Meldung automatisch erstellt und mittels Informationsübertragung an ein übergeordnetes System gesendet und dort angezeigt wird. Somit können die Einbaufehler, falls vorkommend an einer Leitstelle angezeigt werden. Diese werden dann so angezeigt, dass das betroffene Gerät lokalisiert, und der Einbaufehler behoben werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist weiterhin angegeben, dass eine oder mehrere, auf diese Weise arbeitende Messeinrichtungen über ein Bussystem mit dem übergeordneten System informationstechnisch verbunden sind. Hierüber findet eine geeignete informationstechnische Verbindung aller verbunden Messeinrichtungen und -gerate statt. In vorteilhafter Ausgestaltung ist ferner angegeben, dass die Meldung als Volltextmeldung automatisch generiert wird. Somit wird eine sichere und verständliche Meldung an ggfs ungeübtes Personal übermittelt und von denjeneigen verstanden.
In letzter vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass mit der Meldung automatisch eine entsprechende zusätzliche Volltextmeldung mit Fehlerbehebungsanweisungen generiert wird. Auf diese Weise ist die Wartung bzw die Behebung des Einbaufehlers besonders einfach.
Im Hinblick auf eine Messeinrichtung selbst besteht der Kern der Erfindung darin, dass aus einer Zeitreihe s(t) des Messignales der Messeinrichtung in einer Berechnungseinheit eine Kenngröße in einem Mikroprozessor errechenbar ist, die mit zuvor aufgenommenen und in einem Datenspeicher abgespeicherten Referenzwerten vergleichbar ist, und davon ausgehend eine Meldung automatisch generierbar ist, ob ein ordnungsgemäßer oder ein fehlerhafter Einbau der Messeinrichtung vorliegt. So wird zuverlässig und vor allem völlig automatisch auf das etwaige Vorliegen von Einbaufehlern direkt hingewiesen, so dass fehleinbaubedingte Messfehler zuverlässig vermieden werden können.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Messeinrichtung einen Komparator aufweist, der die Zeitreihe s(t) des Messignales mit den Daten aus dem Datenspreicher vergleicht. Damit sind gerätetechnisch alle Voraussetzungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Messeinrichtung eine Anzeige enthält auf der besagte Meldungen angezeigbar sind.
Alternativ hierzu ist ausgestaltet, dass die Anzeige eine von der eigentlichen
Messeinrichtung entfernt angeordete Anzeige ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Einzelelemente der Messeinrichtung kompakt in einem Gerät untergebracht sind.
Alternativ dazu kann aber in einer vorteilhaften Ausgestaltung auch angegeben sein, dass die Einzelelemente der Messeinrichtung zumindest teilweise räumlich vereinzelt, aber über ein Informationssystem miteinander verbunden sind.
Im Hinblick auf das Softwareprogrammprodukt, bei welchem die funktionalen Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 durch ein Softwareprogramm realisiert sind, und das Softwareprogramm in die Messeinrichtung implementierbar ist, ergibt sich, dass die erfindungsgemäße Funktion auch nachträglich in ein bestehendes System oder eine bestehende Messeinrichtung implementiert werden kann.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Die Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise als Mikroprozessor mit Speichereinheit (u.a. zum Zwischenspeichern von Kenngrößen) realisiert. Zur Verarbeitung wird die Zeitreihe s(t) digitalisiert, wenn dies nicht ohnehin vom Messumformer bewerkstelligt wurde. Die Referenzwerte (4) sind in vorteilhafter Ausführung in einer Datenbank abgelegt.
Als Kenngröße (2) eignet sich beispielsweise die Diffusionskonstante D des Phasenwinkels φ des Signals s. Zu Berechnung von D wird
• s(t) in das komplexwertige Signal z(t) überführt, • z gemäß z=lzl exp(i φ) in Amplitude und Phase zerlegt
• und D gemäß D(τ) = 1/τ <[ Δφ(t0+τ) - Δφ (tO) f) bestimmt. Dabei ist tO der Anfangszeitpunkt des Messsignals, τ eine Zeitverzögerung, ω=(dφ/dt), Δφ=φ - ω t die Fluktuation der Phase. Das Symbol (...) bezeichnet eine Mittelung über tO, wozu eine geeignete Zahl von Zeitreihen der Länge T herangezogen wird, bzw. eine Zeitreihe in eine geeignete Zahl von aufeinanderfolgenden Teilreihen der Länge T zerlegt wird. Die Intervalllänge T und die Verzögerung τ werden geeignet gewählt. Von Vorteil ist dabei ein Verhältnis τ/T<1/2.
Wird D(τ) als Kenngröße gewählt, dann sind als Referenzwerte (4) typische Werte von D(τ) (eventuell zusammen mit einem Schwankungsmaß) unter nachteiligen Einbaubedingungen abgelegt. Die Referenzwerte wurden nach dem beschriebenen Verfahren unter konkreten nachteiligen Einbaubedingungen (z.B. vom Hersteller) experimentell ermittelt und sind in einem nichtvolatilen Speicher abgelegt. Sie dienen als „fingerprints": Ist beispielsweise eine während des Betriebs ermittelt Kenngröße D(τ) vergleichbar mit der unter verkantetem Einbau erzeugten, so wird dies vom Komparator (3) erkannt und entsprechend eine Fehlermeldung der Art „verkanteter Einbau" ausgegeben. Ist dagegen die Kenngröße D(τ) vergleichbar mit der unter „fehlerfreier Einbau" abgelegten Kenngröße vergleichbar, wird keine Fehlermeldung erzeugt bzw. die Statusmeldung „fehlerfreier Einbau" ausgegeben.
Der Komparator berechnet die Ähnlichkeit der aktuellen Kenngröße mit den Referenzwerten durch eine geeignete Metrik. Hierzu eignen sich mittlerer quadratische Abstand, Differenz oder ähnliche Größen.
Die Ausgabe der Fehlermeldung kann über ein Display am Transmitter ausgegeben werden oder zu weiteren Verarbeitung an eine nachgeordnetes System (z.B. Leitsystem oder handheld device) übermittelt werden (z.B. via Feldbus oder drahtlos).

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Überwachung einer Messeinrichtung, insbesondere einer Durchfiussmesseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Zeitreihe s(t) des Messignales einer Messeinrichtung eine Kenngröße errechnet wird, die mit zuvor aufgenommenen Referenzwerten verglichen, und davon ausgehend eine Meldung automatisch generiert wird, ob ein ordnungsgemäßer oder ein fehlerhafter Einbau der Messeinrichtung vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte zuvor auf die jeweilige Messeinrichtung bezogen aufgenommen und entsprechend einrichtungsbezogen zugeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Vergleich ermittelte Einbauzustand als Meldung automatisch erstellt und an der Messeinrichtung angezeigt angezeigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Vergleich ermittelte Einbauzustand als Meldung automatisch erstellt und mittels Informationsübertragung an ein übergeordnetes System gesendet und dort angezeigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere, auf diese Weise arbeitende Messeinrichtungen über ein Bussystem mit dem übergeordneten System informationstechnisch verbunden sind.
6. Verfahren nach einem dem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meldung als Volltextmeldung automatisch generiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Meldung automatisch eine entsprechende zusätzliche Volltextmeldung mit Fehlerbehebungsanweisungen generiert wird.
8. Messeinrichtung insbesondere Durchfiussmesseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Zeitreihe s(t) des Messignales der Messeinrichtung (1) in einer Berechnungseinheit (2) eine Kenngröße in einem Mikroprozessor errechenbar ist, die mit zuvor aufgenommenen und in einem Datenspeicher (4) abgespeicherten Referenzwerten vergleichbar ist, und davon ausgehend eine
Meldung automatisch generierbar ist, ob ein ordnungsgemäßer oder ein fehlerhafter Einbau der Messeinrichtung vorliegt.
9. Messeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1) einen Komparator (3) aufweist, der die Zeitreihe s(t) des Messignales mit den Daten aus dem Datenspreicher (4) vergleicht.
10. Messeinrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Anzeige (5) enthält auf denen besagte Meldungen angezeigbar sind.
11. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (5) eine von der eigentlichen Messeinrichtung entfernt angeordete Anzeige ist.
12. Messeinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (1 , 2, 3, 4, 5) der Messeinrichtung kompakt in einem Gerät untergebracht sind.
13. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (1 , 2, 3, 4, 5) der Messeinrichtung zumindest teilweise räumlich vereinzelt, aber über ein Informationssystem miteinander verbunden sind.
14. Softwareprogrammprodukt, bei welchem die funktionalen Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 durch ein Softwareprogramm realisiert sind, und das Softwareprogramm in die Messeinrichtung implementierbar ist.
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