DE102020134068A1

DE102020134068A1 - Verfahren zur Überprüfung eines Feldgeräts der Mess- und Automatisierungstechnik und ein solches Feldgerät

Info

Publication number: DE102020134068A1
Application number: DE102020134068.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Sprenger; Stephan Konrad; Harald Freimark; Michael Karolzak
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Überprüfen und zur Verifikation einer Funktion eines Feldgeräts (1) der Mess- und Automatisierungstechnik,wobei das Feldgerät eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (10) mit einer Betriebselektronik (11) und einer Auswerteelektronik (12) sowie mindestens einen Sensor (21) und/oder mindestens einen Aktor (22) aufweist,wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung den Sensor und/oder den Aktor betreibt sowie Messsignale des Sensors empfängt und auswertet,wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Diagnoseelektronik (13) aufweist, mittels welcher Diagnoseelektronik eine Funktion von mindestens einem Element der folgenden Liste geprüft wird:Sensor, Aktor, Betriebselektronik, Auswerteelektronik, Betriebssoftware der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung;dadurch gekennzeichnet, dassdie Diagnoseelektronik Werte von mindestens zwei verschiedenen Observablen (O) ermittelt, wobei jeweils mindestens zwei Observablen durch einen funktionalen Zusammenhang miteinander verknüpft sind,wobei bei einer Abweichung der Werte verschiedener Observablen von einem funktionalen Zusammenhang eine Feststellung einer Fehlfunktion der Diagnoseelektronik stattfindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Feldgeräts sowie ein solches Feldgerät. Übliche Verfahren, wie sie beispielsweise aus der EP2111533B1 hervorgehen, betreffen beispielsweise die Überprüfung eines Betriebs eines Messwertgebers. Jedoch kann das Verfahren an sich fehlerhaft sein. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ausfallsicherheit eines Feldgeräts der Mess- und Automatisierungstechnik zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Feldgerät gemäß dem unabhängigen Anspruch 7.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Überprüfen und zur Verifikation einer Funktion eines Feldgeräts der Mess- und Automatisierungstechnik,
weist das Feldgerät eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung mit einer Betriebselektronik und einer Auswerteelektronik sowie mindestens einen Sensor und/oder mindestens einen Aktor auf,
wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung den Sensor und/oder den Aktor betreibt sowie Messsignale des Sensors empfängt und auswertet,
wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Diagnoseschaltung mit einer Diagnoseelektronik aufweist, mittels welcher Diagnoseelektronik eine Funktion von mindestens einem Element der folgenden Liste geprüft wird:

Sensor, Aktor, Betriebselektronik, Auswerteelektronik, Mess-/Betriebssoftware der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung;
wobei die Diagnoseelektronik in einem ersten Verfahrensschritt Werte von mindestens zwei verschiedenen Observablen ermittelt, wobei jeweils mindestens zwei Observablen durch einen funktionalen Zusammenhang miteinander verknüpft sind,
wobei bei einer Abweichung der Werte verschiedener Observablen von einem funktionalen Zusammenhang in einem zweiten Verfahrensschritt eine Feststellung einer Fehlfunktion der Diagnoseelektronik stattfindet.

Durch Ausnutzung eines funktionalen Zusammenhangs zwischen verschiedenen Observablen kann überprüft werden, ob eine Diagnose an sich korrekt arbeitet oder nicht. Dies kann unabhängig davon geschehen, ob die Werte der Observablen in einem Sollbereich liegen oder nicht.
In einer Ausgestaltung bestimmt die Diagnoseelektronik jeweils mindestens einen Wert von einer Anzahl A Observablen, wobei A mindestens 3 ist, wobei jeweils A - N der A Observablen durch einen funktionalen Zusammenhang miteinander verknüpft sind,
wobei N mindestens zwei und höchstens A-1 ist, wobei A und N natürliche Zahlen sind,
wobei aus einer Abweichung von funktional verknüpften Werten eine Aussage dazu getroffen wird, bezüglich welcher Observable die Diagnoseelektronik fehlerhaft ist.
Auf diese Weise lässt sich eine Fehlfunktion der Diagnoseelektronik lokalisieren.
In einer Ausgestaltung sind Werte der Observablen Messwerte von Messgrößen oder von Messwerten von Messgrößen abgeleitet.
In einer Ausgestaltung sind die Observablen Diagnosegrößen.
In einer Ausgestaltung wird bei Feststellung einer Fehlfunktion der Diagnoseelektronik eine Warnmeldung ausgegeben.
In einer Ausgestaltung wird Werten von Observablen durch eine Fehlerschaltung der Diagnoseschaltung jeweils ein Fehler aufgeprägt, wobei mittels einer Prüfelektronik der Diagnoseschaltung geprüft wird, ob die Diagnoseelektronik den jeweils aufgeprägten Fehler erkennt,
wobei bei Nichterkennen eine Warnmeldung gegeben wird.
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Mess-/Automatisierungstechnik eingerichtet zur Umsetzung des Verfahrens gemäß einem der vorigen Ansprüche umfasst:

eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung mit einer Betriebselektronik und einer Auswerteelektronik;
mindestens einen Sensor und/oder mindestens einen Aktor;
eine Diagnoseelektronik eingerichtet zur Überprüfung einer Funktion von mindestens einem Element der folgenden Liste:
- Sensor, Aktor, Betriebselektronik, Auswerteelektronik, Betriebssoftware der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

1 skizziert ein beispielhaftes Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik;
2 skizziert den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 zeigt eine beispielhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 skizziert den Aufbau eines beispielhaften Feldgeräts der Mess- und Automatisierungstechnik 1 umfassend eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 10, einen Sensor 21 und einen Aktor 22. Die elektronische Mess-/Betriebsschaltung weist eine Betriebs-/Auswerteelektronik 11 zum Betreiben des Aktors sowie zum Erfassen und Auswerten von Messsignalen des Sensors auf. Die Anzahlen von Sensoren und Aktoren sind dabei nicht auf Eins beschränkt und unabhängig voneinander. Beispielsweise kann ein Sensor einen Ultraschallwandler oder ein Paar Messelektroden zur Messung einer Leitfähigkeit einer Flüssigkeit aufweisen. Dies ist nicht einschränkend auszulegen. Beispielsweise kann ein Aktor einen Magnetfelderzeuger oder einen Ultraschallerzeuger aufweisen. Dies ist nicht einschränkend auszulegen. Beispielsweise kann die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Kommunikationselektronik 12 zum Kommunizieren mit einem anderen elektronischen Gerät aufweisen. Die elektronische Mess-/Betriebsschaltung weist eine Diagnoseschaltung 13 mit einer Diagnoseelektronik 13.1 auf, welche Diagnoseelektronik dazu eingerichtet ist eine Funktion von mindestens einem Element der folgenden Liste zu überprüfen:

Sensor, Aktor, Betriebs-/Auswerteelektronik, Kommunikationselektronik, Betriebssoftware der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung. Die Diagnoseschaltung 13 kann wie hier gezeigt, eine Fehlerelektronik 13.2 zur Beaufschlagung beispielsweise der Auswerteelektronik mit einem Testmesssignal mit einem aufgeprägten Fehler und eine Prüfelektronik 13.3 zur Überprüfung eines Erkennens des Fehlers durch die Diagnoseelektronik 13.1 aufweisen. Bei Nichterkennen kann dabei eine Warnmeldung oder Feststellung des Nichterkennens ausgegeben werden.

Die hier gezeigte Struktur der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung ist rein beispielhaft und nicht beschränkend auszulegen.
2 skizziert den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens 100, wobei in einem ersten Verfahrensschritt 101 die Diagnoseelektronik Werte von mindestens zwei verschiedenen Observablen O ermittelt, wobei jeweils mindestens zwei Observablen durch einen funktionalen Zusammenhang miteinander verknüpft sind,
wobei bei einer Mindestabweichung der Werte verschiedener Observablen von einem funktionalen Zusammenhang in einem zweiten Verfahrensschritt 102 eine Feststellung einer Fehlfunktion der Diagnoseschaltung stattfindet.
Bei einer Bemessung bzw. Abschätzung eines sinnvollen Werts der Mindestabweichung werden beispielsweise typische Messunsicherheiten berücksichtigt, um Fehlalarme zu vermeiden.
3 zeigt eine beispielhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät wird mittels einem Magnetsystem mit Spulen ein Medium in einem Messrohr des Durchflussmessgeräts mit einem Magnetfeld beaufschlagt, und mittels Messelektroden ein induzierter Messstrom zwecks Durchflussmessung abgegriffen. Um verschiedene Störeinflüsse zu minimieren, wird das Magnetfeld von Zeit zu Zeit umgepolt, was durch Richtungswechsel eines durch die Spulen fließenden Spulenstroms geschieht. Dieser Richtungswechsel geht mit einer gewissen Einschwingphase einher, in welcher der Spulenstrom gegen einen neuen Endwert konvergiert.
In diesem Beispiel weist der Spulenstrom I ab einem Zeitpunkt t0 eine Abklingphase auf, wobei der Spulenstrom zunächst in guter Näherung mit einer Exponentialfunktion beschreibbar ist. In einem Zeitintervall t1 bis t2 kann der Spulenstrom auch durch eine Gerade beschrieben werden. Ab dem Zeitpunkt t2 ist der Endwert erreicht.
Erfindungsgemäß können nun Werte von verschiedenen Observablen, die in funktionalem Zusammenhang stehen, dazu genutzt werden, eine Funktion der Diagnoseschaltung, hier zum Beispiel einer Auswertesoftware der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung, zu überprüfen.
Verschiedene Observable sind in diesem Beispiel:

Verlauf der Exponentialfunktion, Verlauf der Gerade, Endwert,
wobei zumindest der Endwert eine Diagnosegröße darstellen kann bzw. für eine Diagnose des magnetisch-induktiven Durchfluss-Messgeräts herangezogen werden kann.

Die Observablen sind funktional dadurch miteinander verknüpft, dass eine Fortsetzung der Exponentialfunktion sowie der Gerade beim Zeitpunkt t2 erwartungsgemäß jeweils in einen Bereich des Endwerts münden.
Falls dieser Fall eintritt, kann ein sachgemäßes Funktionieren der Diagnoseschaltung festgestellt werden. Falls zumindest eine der Observablen nicht zu einem funktionalen Zusammenhang passt, kann eine Fehlfunktion der Diagnoseschaltung festgestellt werden.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass eine Diagnose der Diagnoseschaltung unabhängig von einer Diagnose anderer Bestandteile des Feldgeräts ist. So kann beispielsweise der Endwert an sich außerhalb eines Sollwertebereichs sein und Grundlage für eine Diagnosewarnmeldung sein, weil beispielsweise aus dem Endwert ein zu hoher Spulenwiderstand hervorgeht und gegebenenfalls beispielsweise eine Korrosion der Spule vorliegt. Bei korrekt funktionierender Diagnose der Diagnoseschaltung, also hier beispielsweise bei korrekt funktionierender Auswertesoftware und/oder Auswerteelektronik würde die Fortsetzung der Exponentialfunktion sowie der Gerade beim Zeitpunkt t2 jeweils in einen Bereich des Endwerts des Spulenstroms außerhalb des Sollwertebereichs münden und ein korrektes Funktionieren der Diagnose feststellen. Mit dieser Feststellung kann dann eine Diagnosewarnmeldung beispielsweise bzgl. des Spulenwiderstands ausgegeben werden.
Beispielsweise kann jedoch auch der Endwert im Sollwertebereich liegen und die Diagnose der Diagnose eine Fehlfunktion der Diagnose feststellen.
Falls die Diagnose fehlerhaft ist, kann eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben werden.
In einer Ausgestaltung ist mindestens eine der Observablen O eine Diagnosegröße eines Feldgeräts.
Die hier aufgeführte Anzahl drei der Observablen ist beispielhaft. Es können auch zwei Observable oder auch mehr als drei Observable herangezogen werden.
Für den Fall dass die Diagnoseschaltung 13 jeweils mindestens einen Wert von einer Anzahl A Observablen O bestimmt, wobei A mindestens 3 ist, wobei jeweils A - N der A Observablen durch einen funktionalen Zusammenhang miteinander verknüpft sind, wobei N mindestens eins und höchstens A-2 ist, wobei A und N natürliche Zahlen sind, dann kann aus einer Abweichung von funktional verknüpften Werten eine Aussage dazu getroffen werden, bezüglich welcher Observable die Diagnoseschaltung fehlerhaft ist.
Beispielsweise für A gleich 3 und N gleich 2 sind es drei Observablenpaare. Falls Werte einer Observablen X fehlerbehaftet sind, dann wird in zwei von drei Fällen ein funktionaler Zusammenhang nicht bestätigt, nämlich in den Fällen mit Beteiligung von X und daher eine Lokalisierung eines Fehlers möglich.
Der Fachmann kann dieses Prinzip auch auf andere Anwendungen und andere Messgeräte übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Feldgerät
10: elektronische Mess-/Betriebsschaltung
11: Betriebs-/Auswerteelektronik
12: Kommunikationselektronik
13: Diagnoseschaltung
13.1: Diagnoseelektronik
13.2: Fehlerelektronik
13.3: Prüfelektronik
21: Sensor
22: Aktor
100: Verfahren
101: erster Verfahrensschritt
102: zweiter Verfahrensschritt
I: Spulenstrom
O: Observable

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2111533 B1 [0001]

Claims

Verfahren (100) zum Überprüfen und zur Verifikation einer Funktion eines Feldgeräts (1) der Mess- und Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (10) mit einer Betriebs-/Auswerteelektronik (11) sowie mindestens einen Sensor (21) und/oder mindestens einen Aktor (22) aufweist, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung den Sensor und/oder den Aktor betreibt sowie Messsignale des Sensors empfängt und auswertet, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Diagnoseschaltung (13) mit einer Diagnoseelektronik (13.1) aufweist, mittels welcher Diagnoseelektronik eine Funktion von mindestens einem Element der folgenden Liste geprüft wird: Sensor, Aktor, Betriebs-/Auswerteelektronik, Mess-/Betriebssoftware der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung; dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseelektronik in einem ersten Verfahrensschritt (101) Werte von mindestens zwei verschiedenen Observablen (O) ermittelt, wobei jeweils mindestens zwei Observablen durch einen funktionalen Zusammenhang miteinander verknüpft sind, wobei bei einer Abweichung der Werte verschiedener Observablen von einem funktionalen Zusammenhang in einem zweiten Verfahrensschritt (102) eine Feststellung einer Fehlfunktion der Diagnoseschaltung stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Diagnoseschaltung (13) jeweils mindestens einen Wert von einer Anzahl A Observablen (O) bestimmt, wobei A mindestens 3 ist, wobei jeweils A - N der A Observablen durch einen funktionalen Zusammenhang miteinander verknüpft sind, wobei N mindestens 1 und höchstens A-2 ist, wobei A und N natürliche Zahlen sind, wobei aus einer Abweichung von funktional verknüpften Werten eine Aussage dazu getroffen wird, bezüglich welcher Observable die Diagnoseschaltung fehlerhaft ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Werte der Observablen (O) Messwerte von Messgrößen sind oder von Messwerten von Messgrößen abgeleitet sind.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei mindestens eine der Observablen (O) eine Diagnosegrößen ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei bei Feststellung einer Fehlfunktion der Diagnoseschaltung (13) eine Warnmeldung ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei Werten von Observablen (O) durch eine Fehlerelektronik (14) der Diagnoseschaltung jeweils ein Fehler aufgeprägt wird, wobei mittels einer Prüfelektronik (15) der Diagnoseschaltung geprüft wird, ob eine Diagnoseelektronik den jeweils aufgeprägten Fehler erkennt, wobei bei Nichterkennen eine Warnmeldung gegeben wird.
Feldgerät (1) der Mess- und Automatisierungstechnik eingerichtet zur Umsetzung des Verfahrens (100) gemäß einem der vorigen Ansprüche umfassend: eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (10) mit einer Betriebs-/Auswerteelektronik (11), mindestens einen Sensor (21) und/oder mindestens einen Aktor (22); wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Diagnoseelektronik (13) eingerichtet zur Überprüfung einer Funktion von mindestens einem Element der folgenden Liste aufweist: Sensor, Aktor, Betriebs-/Auswerteelektronik, Betriebssoftware der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung.