具有自我学习环诊断的过程变量变送器制造技术

一种在工业过程中使用的两线过程变量变送器，包括过程变量传感器，被配置为感测工业过程的过程流体的过程变量。输出电路在两线过程控制环上提供与感测到的过程变量有关的输出。端子电压测量电路测量在过程变量变送器的端子处的电压。端子电压是在两线过程变量变送器与两线过程控制环的电连接两端上测量的电压。微处理器基于环电流和测量的端子电压来对两线过程控制环进行环诊断。微处理器确定与两线过程变量变送器正常操作期间的环电流和端子电压有关的多项式的系数，并基于多项式的系数来执行后续的诊断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于监视工业过程中的过程变量的两线工业过程控制变送器。具体地，本专利技术涉及能够对两线过程控制环(loop)执行诊断的过程变量变送器。
技术介绍
过程变量变送器在工业过程中使用，用于测量在“区域”中的远距离位置处的一个或多个过程变量，并且中心位置(控制室)发送回与过程变量有关的信息。示例过程变量包括压力、温度、流量、液位等。在一个配置中，过程变量在两线过程控制环上发送。两线过程控制环将过程变量变送器连接到控制室，并且除了输送通信之外，还可以用于向过程变量变送器提供电能。一个示例两线过程控制环是电流电平在4mA与20mA之间的4-20mA过程控制环，并且可以控制来表现感测到的过程变量。另一个示例过程控制环根据通信协议来操作。在使用通信技术的过程控制环中，将数字信号叠加在环上输送的直流电流电平上。这允许过程控制环输送模拟信号和数字信号二者。数字信号可以用于从过程变量变送器向控制室发送附加信息，或者从控制室向过程变量变送器发送数据。另一个示例两线过程控制环根据通常所有的数据以数字格式输送的Fieldbus通信协议来操作。如果过程控制环不是最优地操作，则过程变量变送器可能发送错误内容，或者环可以向过程变量变送器的操作提供不充足的电能。还可能出现由与两线过程控制环相关联的问题导致的包括部分故障或完全故障的其它故障。因此，人们期望对两线过程控制环执行诊断，以确保恰当的操作。在以下文献中示出并描述了这样的诊断的示例以及有关方案：美国专利No.5,481,200，1996年1月2日公告，授予Voegle等人，以及美国专利公开No.US2011/0010120，2011年1月13日公布，Wehrs，美国专利No.7,018,800，2006年3月28日公告，授予Huisena等人，美国专利No.7,321,846，2008年1月22日公告，授予Huisenga等人，以及美国专利No.7,280,048，2007年10月9日公告，授予Longsdorf等人，以上全部转让给RosemountInc。
技术实现思路
一种在工业过程中使用的两线过程变量变送器，包括过程变量传感器，被配置为感测工业过程的过程流体的过程变量。输出电路在两线过程控制环上提供与感测到的过程变量有关的输出。端子电压测量电路测量在过程变量变送器的端子处的电压。端子电压是在两线过程变量变送器与两线过程控制环的电连接两端上测量的电压。微处理器基于环电流和测量的端子电压来对两线过程控制环进行环诊断。微处理器确定将两线过程变量变送器正常操作期间的环电流与端子电压相关的多项式的系数，并基于多项式的系数来执行后续的诊断。
技术实现思路
和说明书摘要提供了将在具体实施方式中详细说明的简化形式的本专利技术的理念的选择。
技术实现思路
和说明书摘要不意图标明所请求保护主题的关键特征或基本特征，也不意图用于确定所请求保护主题的范围。附图说明图1是示出了包括过程变量变送器的过程控制系统的简化框图。图2是图1的变送器的组件的框图。图3是示出了图1的变送器中的诊断电路的简化示意图。图4A是端子电压相对于环电流的曲线图。图4B是示出了关于确定的多项式的上限和下限的、与环电流相对的端子电压的曲线图。图4C是示出了后续的多项式与基线多项式的比较的、与环电流相对的端子电压的曲线图。图5是示出了用于生成与过程控制环的正常操作期间的系数相匹配的曲线的简化框图。图6是示出了用于基于在图5的步骤中生成的系数来执行诊断的步骤的简化框图。具体实施方式耦合到两线过程控制环的工业过程变量变送器测量环的端子电压，并且基于测量出的端子电压和流过环的环电流来执行诊断。这样的诊断包括：检测例如当在接线端(terminalblock)或其它接线盒中存在水汽或其它污染物是可能出现的高泄漏电流或分路电流。此外，可以检测明显的电源电压偏离。图1是工业过程控制或监视系统10的简化框图。系统10包括具有过程变量传感器14的过程变量变送器12，过程变量传感器14被布置用于感测过程流体的过程变量。在该示例中，过程流体示出为包含在过程管道16中。过程变量可以是与过程流体有关的任意适当的属性，例如流量、温度、压力、液位、pH等。过程变量变送器12耦合到输送环电流I的两线过程控制环18。在示例装置中，过程变量变送器位于工业过程的“区域”中的远距离位置，并且通过两线过程控制环18耦合到位于中心位置的控制室20。在该示例中，控制室20示出为感测电阻器22和电压源24。变送器12控制环电流I，使得环电流表示感测的过程变量。例如，环电流可以在4mA到20mA的范围内。根据通信协议，除了模拟电流电平以外，过程控制环18上还可以传输数字信息。这允许在过程变量变送器12与控制室20之间的可选择的两种通信方式。提供了自动/自我学习环特征化(characterization)功能，被配置为生成并存储与电源和环电阻有关的基线信息。基线信息可以用于确定电源、相关联的环线路、负载电阻和电连接是否全部正常运作，使得变送器12可以输出处于用于例如指示警告条件的最小输出电平和最大输出电平的正确的电流值。该能力确保变送器能够提供在电流I的值的期望范围上的输出。图2是示出了过程变量变送器12的简化框图。过程变量变送器12包括根据存储在存储器32中的指令来操作的微处理器。微处理器30通过测量电路34来从过程变量传感器14接收输出。测量电路34可以包括模拟组件和/或数字组件以处理来自传感器14的输出。应当认识到的是，传感器14可以定位为与变送器电子外壳分离，但仍构成变送器的一部分。此外，过程变量变送器12包括耦合到两线过程控制环18的I/O与诊断电路36。微处理器30耦合到I/O与诊断电路，并且被配置为使用电路36在两线过程控制环18上通信。该通信可以是模拟的和/或数字的，并且可以选择的是双向的。一个示例通信技术是4mA至20mA通信技术，其中，过程控制环18输送范围在4mA至20mA之间的信号，来表示与来自过程变量14的输出有关的值。在该范围之外的电流电平可以用于表示警告条件。该通信协议的变化是将数字信息调制到两线过程控制环18上输送的模拟电流电平上的通信协议。根据一个实施例，图3是I/O与诊断电路的更详细地框图。I/O与诊断电路通过端子40耦合到两线过程控制环18。这向两线过程控制环18提供了Loop+连接和Loop-连接。微处理器30(图3中未示出)耦合到控制器42中的数模转换器，该控制器42用于控制流过环18的电流。数模转换器和控制器42提供模拟控制信号。环回读(readback)和感测电阻器66还与两线过程控制环18串联耦合，并且在下文中更详细地描述。R传感器64向HART控制器42提供反馈，以设置环电流。保护二极管70连接环端子40两端。TERMINAL_VOLTAGE测量电路80被配置为耦合到端子40，并且提供表示端子40两端上的电压的TERMINAL_VOLTAGE输出。电路80包括由电阻器82和84形成的电阻分压器网络。组件86、88和70用于安全和滤波。放大器92连接到分压器网络，并且反馈网络96和94对分压的电压进行缩放，用于向210输入。在操作期间，从差分放大器92输出的TERMINAL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在工业过程中使用的两线过程变量变送器，包括：过程变量传感器，被配置为感测所述工业过程的过程流体的过程变量；输出电路，被配置为在两线过程控制环上提供与感测到的过程变量有关的输出；端子电压测量电路，被配置为测量与所述过程变量变送器的端子电压有关的电压，所述端子电压包括在所述两线过程变量变送器与所述两线过程控制环的电连接的两端上测量的电压；微处理器，被配置为基于确定的环电流和测量的端子电压来对所述两线过程控制环执行环诊断，其中，所述微处理器确定将所述两线过程变量变送器的正常操作期间的环电流与端子电压相关的多项式方程的系数，并且基于所述多项式的系数来执行后续诊断。

【技术特征摘要】
2015.09.30 US 14/871,8501.一种在工业过程中使用的两线过程变量变送器，包括：过程变量传感器，被配置为感测所述工业过程的过程流体的过程变量；输出电路，被配置为在两线过程控制环上提供与感测到的过程变量有关的输出；端子电压测量电路，被配置为测量与所述过程变量变送器的端子电压有关的电压，所述端子电压包括在所述两线过程变量变送器与所述两线过程控制环的电连接的两端上测量的电压；微处理器，被配置为基于确定的环电流和测量的端子电压来对所述两线过程控制环执行环诊断，其中，所述微处理器确定将所述两线过程变量变送器的正常操作期间的环电流与端子电压相关的多项式方程的系数，并且基于所述多项式的系数来执行后续诊断。2.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，其中，所述诊断包括确定所述两线过程控制环的电阻。3.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，其中，所述诊断包括确定所述两线过程控制环的电源的电压。4.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，包括温度传感器，其中，基于感测到的温度对所述诊断进行补偿。5.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，其中，所述环电流和端子电压的测量是同步执行的。6.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，其中，所述微处理器还确定用于执行诊断的多个多项式方程的额外系数。7.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，其中，获得端子电压测量的至少两个值以确定所述多项式方程的系数。8.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，其中，当环电流的范围超过所述环电流的总范围的百分比时，在环电流的范围中测量端子电压并且确定所述多项式方程的系数。9.根据权利要求8所述的两线过程变量变送器，其中，所述百分比
\t至少是大约15％。10.根据权利要求8所述的两线过程变量变送器，其中，环电流的范围至少是在大约3.6mA与6mA之间。11.根据权利要求1所述的两线过程变量变送器，其中，所述微处理器基于所述多项式方程的系数来检测所述过程控制环中的变化。12.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂文·约翰·迈考尔，大卫·理查德·劳兹，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US