RU2627984C1 - Device and method for controlling wireless sensor performability - Google Patents
Device and method for controlling wireless sensor performability Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627984C1 RU2627984C1 RU2016117854A RU2016117854A RU2627984C1 RU 2627984 C1 RU2627984 C1 RU 2627984C1 RU 2016117854 A RU2016117854 A RU 2016117854A RU 2016117854 A RU2016117854 A RU 2016117854A RU 2627984 C1 RU2627984 C1 RU 2627984C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- wireless sensor
- readings
- unit
- signals
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/80—Arrangements for signal processing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
- G01K15/007—Testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
- G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
- G01L23/225—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor
- G01L23/227—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines circuit arrangements therefor using numerical analyses
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
- G05B23/02—Electric testing or monitoring
- G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
- G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
- G05B23/0224—Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
- G05B23/0227—Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions
- G05B23/0235—Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions based on a comparison with predetermined threshold or range, e.g. "classical methods", carried out during normal operation; threshold adaptation or choice; when or how to compare with the threshold
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области регулирования и управления в системах автоматизации, в частности к устройству и способу контроля работоспособности беспроводного датчика.The invention relates to the field of regulation and control in automation systems, in particular to a device and method for monitoring the health of a wireless sensor.
Уровень техникиState of the art
Известно решение: US 4844038 A, в котором предлагается способ обнаружения неправильной работы датчика концентрации выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания, оснащенного системой управления подачи топлива, которая управляет количеством топлива, подаваемого в двигатель с учетом обратной связи, связанной со значением коррекции соотношения воздух-топливо, установленным в ответ на выходной сигнал от датчика. Выходной сигнал датчика отслеживается с момента первого заданного периода времени, прошедшего с момента от запуска двигателя. Датчик диагностируется как неисправный, если выходной сигнал имеет по существу постоянное значение в течение второго заданного периода времени, прошедшего после первого заранее определенного периода времени. Первый заданный период времени соответствует временной задержке в росте выходного сигнала. Второй заданный период времени устанавливается таким образом, что сумма периода первого и второго заранее заданного промежутка времени короче, чем период времени, в течение которого датчик должен полностью активироваться после запуска двигателя.Known solution: US 4844038 A, which proposes a method for detecting improper operation of the exhaust gas concentration sensor in an internal combustion engine equipped with a fuel supply control system that controls the amount of fuel supplied to the engine taking into account the feedback associated with the correction value of the air-fuel ratio set in response to the output from the sensor. The output signal of the sensor is monitored from the moment of the first specified period of time elapsed since the moment the engine was started. The sensor is diagnosed as faulty if the output signal has a substantially constant value during a second predetermined period of time elapsed after the first predetermined period of time. The first predetermined period of time corresponds to a time delay in the growth of the output signal. The second predetermined period of time is set in such a way that the sum of the period of the first and second predetermined period of time is shorter than the period of time during which the sensor must be fully activated after starting the engine.
Но в данном решении не задаются условия, при которых считается, что «выходной сигнал имеет по существу постоянное значение», что приводит к неопределенности в контроле неисправности, в частности обледенения, то есть снижается эффективность определения неисправности датчика.But in this solution, conditions are not specified under which it is believed that the “output signal has a substantially constant value,” which leads to uncertainties in the control of a malfunction, in particular icing, that is, the efficiency of determining a malfunction of the sensor is reduced.
Известно выбранное в качестве прототипа решение RU 2266555, в котором предлагаются способ и устройство для контроля датчика, наиболее предпочтительно датчика для измерения величины, характеризующей давление подаваемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) воздуха. Согласно изобретению неисправность датчика выявляют по отсутствию изменения его выходной величины в ответ на соответствующее изменение некоторого рабочего параметра, например количества впрыснутого топлива. При этом контроль датчика могут осуществлять, например, только при наличии каких-либо определенных режимов работы. В случае выхода датчика из строя для управления двигателем используют эквивалентное значение. Такое эквивалентное значение может быть сформировано на основании величин, характеризующих режим работы ДВС, например вычислено на основании частоты вращения и/или количества впрыснутого топлива. Также в качестве указанного эквивалентного значения может быть использовано значение, полученное и сохраненное ранее, до неисправности датчика.A known solution RU 2266555 is selected as a prototype, which proposes a method and apparatus for monitoring a sensor, most preferably a sensor for measuring a value characterizing the pressure supplied to the internal combustion engine (ICE) of air. According to the invention, a sensor malfunction is detected by the absence of a change in its output value in response to a corresponding change in some operating parameter, for example, the amount of injected fuel. In this case, the sensor can be monitored, for example, only in the presence of any specific operating modes. In the event of a sensor failure, an equivalent value is used to control the engine. Such an equivalent value can be generated based on values characterizing the mode of operation of the internal combustion engine, for example, calculated on the basis of the speed and / or amount of injected fuel. Also, the value obtained and stored before the sensor malfunction can be used as the indicated equivalent value.
Но в данном решении не задаются условия, при которых считается, что имеет место «отсутствие изменения его (датчика) выходной величины», что приводит к неопределенности в контроле неисправности, в частности обледенения, то есть снижается эффективность определения неисправности датчика.But in this solution, conditions are not specified under which it is believed that there is “no change in its (sensor) output value”, which leads to uncertainty in the control of a malfunction, in particular icing, that is, the efficiency of determining a malfunction of the sensor is reduced.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В одном аспекте изобретения раскрыто устройство контроля работоспособности беспроводного датчика, содержащее:In one aspect of the invention, a wireless sensor health monitoring device is disclosed, comprising:
- блок опроса, выполненный с возможностью запрашивания показаний от беспроводного датчика и сохранения их в блоке памяти, причем блок опроса выполнен с возможностью осуществления опроса с первой частотой опроса в начальный период времени и с возможностью осуществления опроса со второй частотой опроса в последующие периоды времени, причем вторая частота опроса является более низкой, чем первая частота опроса;- a polling unit configured to request readings from a wireless sensor and storing them in a memory unit, wherein the polling unit is configured to interrogate with a first interrogation frequency in an initial period of time and to interrogate with a second interrogation frequency in subsequent periods of time, wherein the second polling frequency is lower than the first polling frequency;
- блок памяти, выполненный с возможностью хранения показаний от беспроводного датчика;- a memory unit configured to store readings from a wireless sensor;
- блок анализа, выполненный с возможностью выявления шумового компонента в сохраненных показаниях от беспроводного датчика и вычисления значения СКО (среднеквадратического отклонения) шумового компонента и записи этого значения в блок памяти;- an analysis unit configured to detect the noise component in the stored readings from the wireless sensor and calculate the standard deviation (standard deviation) of the noise component and record this value in the memory unit;
- блок контроля, выполненный с возможностью определения изменений запрошенных показаний от беспроводного датчика и выдачи сигнала неисправности, если изменения запрошенных показаний от беспроводного датчика не выходят за 6 СКО в течение предварительно определенного времени Тконт,- a control unit configured to detect changes in the requested readings from the wireless sensor and issue a fault signal if the changes in the requested readings from the wireless sensor do not go beyond 6 standard deviations for a predetermined time Tcont ,
причем блок опроса, блок памяти, блок анализа, блок контроля функционально связаны друг с другом непосредственно или опосредовано посредством линий связи.moreover, the interrogation unit, the memory unit, the analysis unit, the control unit are functionally connected to each other directly or indirectly via communication lines.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором беспроводной датчик представляет собой по меньшей мере один из датчика давления, датчика плотности, датчика уровня.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which the wireless sensor is at least one of a pressure sensor, a density sensor, a level sensor.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок опроса, блок памяти, блок анализа, блок контроля функционально объединены в одном корпусе.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which a polling unit, a memory unit, an analysis unit, a control unit are functionally combined in one housing.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок анализа выполнен с возможностью определять СКО на основании предварительно заданного количества первых значений запрошенных показаний от беспроводного датчика.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which an analysis unit is configured to determine an RMSE based on a predetermined number of first values of requested readings from a wireless sensor.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок анализа выполнен с возможностью определять СКО на основании запрошенных показаний от беспроводного датчика в течение предварительно заданного временного интервала.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which an analysis unit is configured to determine an RMSE based on requested readings from a wireless sensor for a predetermined time interval.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок анализа выполнен с возможностью выявлять шумовой компонент в предварительно заданные периоды времени.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which an analysis unit is configured to detect a noise component at predetermined time periods.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок контроля выполнен с возможностью определения изменения запрошенных показаний от беспроводного датчика и выдачи сигнала неисправности, если изменение запрошенных показаний от беспроводного датчика не выходит за 8 СКО в течение предварительно определенного времени.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which a control unit is configured to detect a change in requested readings from a wireless sensor and issue a malfunction signal if the change in requested readings from a wireless sensor does not exceed 8 MSEs within a predetermined time.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок контроля выполнен с возможностью увеличивать Тконт в случае, если сигнал неисправности был впоследствии определен как ложный, причем Тконт увеличивают до величины временной продолжительности, при которой запрошенные показания от беспроводного датчика впервые превысили 6 СКО.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which the control unit is configured to increase T contact if the fault signal was subsequently determined to be false, and T contact is increased to a time duration at which the requested readings from the wireless sensor for the first time exceeded 6 SD.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок контроля выполнен с возможностью выдачи сигнала неисправности при условии отрицательной температуры беспроводного датчика.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which a control unit is configured to provide a fault signal provided that the temperature of the wireless sensor is negative.
В дополнительном аспекте изобретения раскрыто устройство, в котором блок контроля выполнен с возможностью игнорировать изменения запрошенных показаний от беспроводного датчика, выходящие за 6 СКО, единожды в течение предварительно определенного времени Тошиб.In an additional aspect of the invention, a device is disclosed in which the control unit is configured to ignore changes in the requested readings from the wireless sensor that go beyond 6 standard deviations once for a predetermined time T error .
В другом аспекте изобретения раскрыт способ контроля работоспособности беспроводного датчика, содержащий этапы на которых:In another aspect of the invention, a method for monitoring the health of a wireless sensor is disclosed, comprising the steps of:
- посредством блока опроса опрашивают беспроводной датчик, принимают и сохраняют полученные сигналы в блоке памяти, причем опрос датчика осуществляют с первой частотой опроса;- by means of the polling unit, the wireless sensor is interrogated, the received signals are received and stored in the memory unit, and the sensor is interrogated with the first interrogation frequency;
- выявляют шумовой компонент в сохраненных сигналах от беспроводного датчика и вычисляют значение СКО (среднеквадратическое отклонение) шумового компонента посредством блока анализа;- identify the noise component in the stored signals from the wireless sensor and calculate the value of standard deviation (standard deviation) of the noise component through the analysis unit;
- сохраняют вычисленное значение СКО в блоке памяти;- save the calculated value of the standard deviation in the memory block;
- далее посредством блока опроса опрашивают беспроводной датчик, принимают и сохраняют полученные сигналы в блоке памяти, причем опрос датчика осуществляют со второй частотой опроса более низкой, чем первая частота опроса;- further, by means of the polling unit, the wireless sensor is interrogated, the received signals are received and stored in the memory unit, moreover, the interrogation of the sensor is carried out with a second interrogation frequency lower than the first interrogation frequency;
- определяют изменения принимаемых сигналов от беспроводного датчика и выдают сигнал неисправности, если изменения сигналов от беспроводного датчика не выходят за 6 СКО в течение предварительно определенного времени Тконт посредством блока контроля.- determine the changes in the received signals from the wireless sensor and issue a fault signal if the changes in the signals from the wireless sensor do not go beyond 6 standard deviations for a predetermined time Tcont through the control unit.
Основной задачей, решаемой заявленным изобретением, является обеспечение контроля работоспособности датчика.The main task solved by the claimed invention is to ensure monitoring of the health of the sensor.
Сущность изобретения заключается в том, что контролируют, имеются ли изменения показаний датчика на определенную величину в течение заранее заданного периода времени, если нет, то делают вывод, что датчик неисправен, то есть имеет место «застывание» (фиксация датчика в одном положении, приводящая к отсутствию изменения его показаний даже при изменении измеряемого им параметра) датчика вследствие обледенения, коррозии, загрязнения, заклинивания и т.п. При этом для повышения энергоэффективности упомянутую пороговую величину определяют, первоначально опрашивая датчик с высокой частотой, а затем уменьшают частоту опроса датчика.The essence of the invention lies in the fact that they control whether there are changes in the sensor readings by a certain amount over a predetermined period of time, if not, they conclude that the sensor is faulty, that is, there is a "freezing" (fixing the sensor in one position, leading the absence of a change in its readings even when the sensor’s measured parameter) changes due to icing, corrosion, pollution, jamming, etc. In order to improve energy efficiency, the said threshold value is determined by initially interrogating the sensor with a high frequency, and then the frequency of interrogation of the sensor is reduced.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении надежности и точности определения неисправности, в частности застывания датчика энергоэффективным способом.The technical result achieved by the solution is to increase the reliability and accuracy of determining the malfunction, in particular, the solidification of the sensor in an energy-efficient way.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В любых автоматизированных или автоматических производственных процессах используется множество датчиков, контролирующих параметры протекания процесса, например датчики давления, температуры, уровня, тока, напряжения, вибрации, ускорения и т.д.In any automated or automatic production processes, many sensors are used that monitor the process parameters, for example, pressure, temperature, level, current, voltage, vibration, acceleration sensors, etc.
В некоторых условиях датчик может быть исправен, сигнал от него поступает, но из-за механического «застывания» преобразователя датчика сигнал от датчика остается постоянным. Преобразователь датчика может «застыть» вследствие обледенения, заклинивания, попадания грязи или из-за начавшегося коррозионного процесса.In some conditions, the sensor may be operational, the signal from it arrives, but due to the mechanical “freezing” of the sensor converter, the signal from the sensor remains constant. The transmitter may “freeze” due to icing, jamming, ingress of dirt, or due to a corrosion process that has begun.
Не все датчики подвержены такому виду неисправности, однако датчики, которые находятся на открытом воздухе, и преобразователи которых являются механическими, чаще всего подвержены риску ошибочных показаний вследствие застывания преобразователя.Not all sensors are susceptible to this type of malfunction, however, sensors that are outdoors and whose transducers are mechanical are most often at risk of erroneous readings due to the curing of the transducer.
В некоторых исполнениях датчики могут иметь функцию самодиагностики, но самодиагностика, как правило, не покажет, что датчик замерз или загрязнился, она может лишь показать неисправность внутренних элементов датчика, тогда как причина его неисправности во внешних причинах.In some versions, the sensors may have a self-diagnosis function, but self-diagnostics, as a rule, will not show that the sensor is frozen or dirty, it can only show a malfunction of the internal elements of the sensor, while the cause of the malfunction is external reasons.
Например, поплавковый датчик уровня может обледенеть при понижении температуры ниже нуля или иной температуры замерзания технологической жидкости и не показывать изменение уровня жидкости, оставаясь примерзшим в одном положении.For example, a float level sensor can freeze when the temperature drops below zero or a different freezing temperature of the process fluid and not show a change in the level of the fluid, remaining frozen in one position.
Оптический датчик может загрязниться так, что на его преобразователь не будет поступать световой сигнал, и он будет всегда выдавать одно значение.The optical sensor may become contaminated so that there will be no light on its converter, and it will always output a single value.
Пружину пружинного манометра может заклинить, например, вследствие начавшегося под действием агрессивной среды коррозионного процесса, в таком случае датчик будет всегда выдавать один и тот же сигнал вне зависимости от давления окружающей среды.The spring of the spring pressure gauge can be jammed, for example, due to the corrosion process that started under the influence of an aggressive environment, in which case the sensor will always give the same signal regardless of the ambient pressure.
Для обнаружения такого «застывания» датчика авторами предложено проверять датчик на отсутствие изменений в его показаниях в течение заданной продолжительности времени. То есть если контролируемый при помощи датчика процесс идет, а изменения показаний датчика ниже определенного порога, то можно сделать вывод, что датчик неисправен, в частности он застыл.To detect such a “freezing” of the sensor, the authors proposed to check the sensor for any changes in its readings over a given length of time. That is, if the process controlled by the sensor is in progress, and the sensor readings are below a certain threshold, then we can conclude that the sensor is faulty, in particular, it froze.
В идеальных условиях без шума застывший датчик выдавал бы абсолютно одинаковые показания, но в реальных условиях из-за наличия шума, показания датчика меняются в некоторых пределах, соответственно, можно сделать вывод о работоспособности датчика в зависимости от того, в каких пределах меняются показания датчика. Если показания меняются в некотором пределе, определяемом параметрами шумового компонента, то справедливо сделать вывод, что датчик измеряет лишь шум, если такая ситуация имеет место длительное время, то справедливо сделать вывод, что преобразователь датчика «застыл» в одном положении.In ideal conditions without noise, a frozen sensor would give exactly the same readings, but in real conditions, due to the presence of noise, the sensor readings vary within certain limits, respectively, we can conclude that the sensor works depending on the extent to which the sensor readings change. If the readings vary in a certain limit determined by the parameters of the noise component, then it is fair to conclude that the sensor measures only noise, if this situation takes a long time, then it is fair to conclude that the sensor transducer has "frozen" in one position.
В некоторых вариантах предлагаемой методикой среди прочих можно успешно контролировать датчики, которые измеряют некоторые параметры, которые условно можно назвать постоянными. Например, датчик температуры, реализованный как пирометр, измеряющий температуру охлаждаемого технологического объекта в идеале (при хорошей работе системы охлаждения этого объекта), должен выдавать одно и то же значение, и лишь в случае неисправности системы охлаждения его показания будут повышаться. Если же датчик по каким-то причинам «застыл», например оказался случайно чем-то закрыт или загрязнен, то его показания «застынут». Без должного контроля такой неисправности возможна ситуация, в которой на технологическом объекте произойдет авария.In some cases, the proposed method, among others, can successfully control sensors that measure some parameters, which can conditionally be called constant. For example, a temperature sensor, implemented as a pyrometer, measuring the temperature of a cooled technological object, ideally (if the cooling system of this object works well), should give the same value, and only in case of a malfunction of the cooling system will its readings increase. If, for some reason, the sensor “froze”, for example, it turned out to be accidentally closed or contaminated with something, then its readings will “freeze”. Without proper control of such a malfunction, a situation is possible in which an accident occurs at a technological facility.
Но измеряемые параметры лишь условно можно назвать постоянными, так как в силу естественным образом изменяющихся условий окружающей среды, по сути, любой датчик в течение дня изменяет свои показания в диапазоне, большем, чем ЗСКО шумового компонента. На это влияет изменение освещенности, связанное со сменой дня и ночи, изменение температуры, вызванное притоком солнечного света, естественные колебания атмосферного давления, суточные изменения влажности и т.п. Кроме того, как правило, изменения в технологическом процессе, как правило, приводят к изменениям условно постоянных параметров, уменьшение нагрузки на двигатель приводит к меньшему его нагреву, остывание технологической жидкости или газа приводит к уменьшению давления и т.п. Таким образом, правильно настроив предложенное устройство, можно контролировать работоспособность датчика, измеряющего условно постоянные параметры.But the measured parameters can only conditionally be called constant, since due to naturally changing environmental conditions, in fact, any sensor during the day changes its readings in a range greater than the ZSCO of the noise component. This is affected by a change in illumination associated with a change in day and night, a change in temperature caused by the influx of sunlight, natural fluctuations in atmospheric pressure, daily changes in humidity, etc. In addition, as a rule, changes in the technological process, as a rule, lead to changes in conditionally constant parameters, a decrease in the load on the engine leads to less heat, cooling of the process fluid or gas leads to a decrease in pressure, etc. Thus, by correctly setting up the proposed device, it is possible to control the operability of a sensor measuring conditionally constant parameters.
Очевидно, что частота, с которой получают показания датчиков, с одной стороны, должна быть настолько высокой, чтобы достаточно оперативно определить, что датчик застыл, а с другой стороны, не настолько высокой, чтобы изменения между соседними показаниями датчиков были очень малы в силу инерционности контролируемого датчиком процесса. В одном варианте осуществления частота получения показаний больше или равна обратной величине времени переходного процесса в контролируемом датчиком технологическом процессе и меньше обратной величины времени технологического процесса или этапа технологического процесса.Obviously, the frequency with which the readings of the sensors are obtained, on the one hand, must be so high as to determine quickly enough that the sensor has frozen, and on the other hand, not so high that the changes between adjacent readings of the sensors are very small due to inertia sensor controlled process. In one embodiment, the frequency of reading is greater than or equal to the reciprocal of the transient time in the sensor-controlled process and less than the reciprocal of the time of the process or process step.
Аналогичная ситуация и с датчиками, которые отслеживают технологически меняющиеся параметры: может возникнуть ситуация, когда в какой-то момент датчик «застынет» (из-за обледенения, загрязнения, заклинивания) и технологический процесс пойдет некорректно, что может привести к аварийной ситуации. Например, пирометр оказался случайно закрыт, стал показывать неверные значения, и это привело к чрезмерному нагреву или охлаждению контролируемого им объекта.A similar situation is with sensors that monitor technologically changing parameters: a situation may arise when at some point the sensor “freezes” (due to icing, contamination, jamming) and the process goes wrong, which can lead to an emergency. For example, the pyrometer was accidentally closed, began to show incorrect values, and this led to excessive heating or cooling of the object controlled by it.
Например, если пирометром контролируется процесс приготовления расплава, то очевидно, что в начале процесса температура емкости для вмещения расплава будет низкой, затем она будет повышаться, а при удалении расплава из емкости, снова понизится.For example, if the melt preparation process is controlled by a pyrometer, it is obvious that at the beginning of the process the temperature of the vessel for containing the melt will be low, then it will increase, and when the melt is removed from the vessel, it will decrease again.
Если в какой-то момент пирометр окажется неработоспособным (его показания застынут) из-за случайного загрязнения или закрытия приемника излучения, то контроль приготовления расплава будет некорректным, что может привести к аварии или неполучению расплава с предполагаемыми свойствами.If at some point the pyrometer turns out to be inoperative (its readings freeze) due to accidental contamination or the closure of the radiation receiver, then the control of the melt preparation will be incorrect, which can lead to an accident or failure to obtain a melt with the expected properties.
Предложенное изобретение отслеживает показания пирометра, и если его показания в течение заданного времени почти не меняются (меняются в пределах диапазона, определяемого белым гаусовским шумом), выдает сигнал неисправности пирометра.The proposed invention monitors the readings of the pyrometer, and if its readings are almost unchanged for a given time (vary within the range determined by the white Gaussian noise), it gives a pyrometer fault signal.
Для определения изменения сигнала сравниваются два последовательно полученных показания сигнала, если их разность меньше 6 СКО заранее определенного для этого сигнала, делается вывод, что изменения обусловлены лишь шумом, если такой вывод получают на протяжении предварительно заданного времени, например времени, требующегося на нагрев расплава, времени, требующегося на его остывание, предварительно заданной длительности, например, 1, 2, 3, 4, 8, 12, 24 часов, то делают вывод о неисправности датчика. Конкретное время для каждого процесса выбирается индивидуально, исходя из особенностей конкретного контролируемого процесса и конкретного контролируемого в рамках процесса параметра.To determine the signal change, two successively obtained signal readings are compared, if their difference is less than 6 standard deviations of the signal predefined for this signal, it is concluded that the changes are caused only by noise, if such a conclusion is obtained over a predetermined time, for example, the time required to heat the melt, time required for its cooling, a predetermined duration, for example, 1, 2, 3, 4, 8, 12, 24 hours, then make a conclusion about the malfunction of the sensor. The specific time for each process is selected individually, based on the characteristics of a particular controlled process and a specific parameter controlled within the process.
Время между последовательными измерениями сигналов выбирается таким, чтобы за это время контролируемый параметр мог измениться на достаточно большое значение (достаточно больше в данном случае – значение, превышающее 6 СКО). Очевидно, что расплав не может поменять свою температуру мгновенно, еще большую временную инерционность имеет температура емкости для расплава, поэтому если измерять температуру емкости слишком часто, то изменения сигнала будут определяться в основном шумовым компонентом сигнала, а не информационным.The time between consecutive measurements of the signals is chosen so that during this time the monitored parameter can change to a sufficiently large value (more than in this case, a value exceeding 6 standard deviations). It is obvious that the melt cannot change its temperature instantly, the temperature of the capacitance for the melt has an even greater temporary inertia, so if you measure the temperature of the capacitance too often, the signal changes will be determined mainly by the noise component of the signal, and not by the information component.
Время между последовательными измерениями сигналов может быть оценено теоретически или определено эмпирически на основании ранее полученных с работоспособного датчика данных. Например, заранее измеряется зависимость температуры емкости от времени, определяется скорость изменения температуры на этапах нагрева, остывания, поддержания постоянной температуры. Определяется время изменения температуры емкости на 6 СКО, это время для каждого упомянутого этапа принимается минимальным временем между последовательными измерениями сигналов. В другом варианте самое меньшее, самое большее или среднее время изменения температуры емкости на 6 СКО принимаются минимальным временем между последовательными измерениями сигналов.The time between successive measurements of signals can be estimated theoretically or determined empirically based on data previously obtained from a workable sensor. For example, the dependence of the temperature of the tank on time is measured in advance, the rate of temperature change at the stages of heating, cooling, and maintaining a constant temperature is determined. The time for changing the temperature of the capacitance at 6 standard deviations is determined, this time for each mentioned stage is taken as the minimum time between successive measurements of signals. In another embodiment, the smallest, largest or average time of the change in the temperature of the capacitance by 6 RMSEs is accepted by the minimum time between successive measurements of signals.
Максимальное время между последовательными измерениями сигналов определяется временем безопасной неработоспособности датчика.The maximum time between consecutive measurements of signals is determined by the time of safe inoperability of the sensor.
Если время безопасной неработоспособности датчика меньше времени изменения температуры емкости на 6 СКО, то необходимо уменьшать шумы, воздействующие на датчик, или использовать более сложную математическую обработку сигнала с датчика (например, усреднение, интерполяцию сигнала датчика).If the time of safe inoperability of the sensor is less than the time of changing the temperature of the capacitance by 6 standard deviations, then it is necessary to reduce the noise affecting the sensor or use more complex mathematical processing of the signal from the sensor (for example, averaging, interpolation of the sensor signal).
Конкретные значения времени контроля, времени между последовательными измерениями сигналов (периодичности выборки), а также подходы к их определению или выбору не относятся к сущности заявленного решения, которая заключается в анализе изменений показаний сигнала с датчика на фоне всегда имеющего место аддитивного белого гаусовского шума. Определение СКО шума и последующее сравнение изменений сигнала со значением 6 СКО обеспечивает надежный и точный контроль конкретного вида неисправности датчика, кроме того, сравнение именно с СКО данного конкретного датчика, а не некоторой задаваемой величиной приводит к самоадаптации заявленного устройства к особенностям работы конкретного датчика, что упрощает настройку устройства и повышает удобство его использования.Specific values of the monitoring time, the time between successive measurements of signals (sampling frequency), as well as approaches to their determination or selection do not relate to the essence of the claimed solution, which consists in analyzing changes in the signal readings from the sensor against the background of always occurring white Gaussian noise. The determination of the standard deviation of the noise and the subsequent comparison of signal changes with a value of 6 standard deviations provides reliable and accurate control of a specific type of sensor malfunction, in addition, a comparison with the standard deviation of a given sensor, rather than some set value, leads to self-adaptation of the claimed device to the specific operation of a particular sensor, which simplifies device setup and enhances usability.
В одном варианте осуществления устройство для контроля работоспособности датчика представляет собой контроллер, который при помощи линии связи присоединен к одному или более датчикам, принимает от них сигналы, анализирует их, сохраняет во встроенной или внешней памяти, делает вывод о наличии неисправности, выводит сигнал в случае обнаружения неисправности.In one embodiment, the device for monitoring the operability of a sensor is a controller that is connected to one or more sensors via a communication line, receives signals from them, analyzes them, stores in internal or external memory, makes a conclusion about a malfunction, outputs a signal in case of fault detection.
Предложенное устройство функционирует следующим образом.The proposed device operates as follows.
Работающий датчик формирует сигнал, который передает на контроллер, контроллер принимает сигнал датчика, оцифровывает его и сохраняет в памяти, встроенной или внешней, далее блок анализа выявляет параметры шумового компонента в сохраненных сигналах.The working sensor generates a signal that transmits to the controller, the controller receives the sensor signal, digitizes it and stores it in the memory, internal or external, then the analysis unit reveals the parameters of the noise component in the stored signals.
Предполагается, что сигнал с датчика содержит информационный компонент и шумовой компонент, который является аддитивным белым гаусовским шумом, то есть его значения распределены во времени по нормальному закону. Известно, что практически все значения нормально распределенной случайной величины лежат в интервале 3 СКО (среднеквадратичной отклонение). Точнее говоря, с вероятностью 0,9973 значение нормально распределенной случайной величины лежит в указанном интервале.It is assumed that the signal from the sensor contains an information component and a noise component, which is an additive white Gaussian noise, that is, its values are distributed in time according to the normal law. It is known that almost all values of a normally distributed random variable lie in the range of 3 standard deviations (standard deviation). More precisely, with a probability of 0.9973, the value of a normally distributed random variable lies in the indicated interval.
Основным параметром шума, который необходимо выявить, является СКО, для его нахождения используется стандартная формула:The main parameter of the noise that needs to be identified is the standard deviation, the standard formula is used to find it:
где xi - i-й элемент выборки; n - объем выборки;
Так как в случае присутствия в измеряемом сигнале только шумового компонента почти все значения лежат в пределах 3 СКО, то максимальное изменение (разность) двух соседних величин с вероятностью более чем 0,9973 лежит в пределах 6 СКО.Since in the case when only the noise component is present in the measured signal, almost all values lie within 3 RMSEs, the maximum change (difference) of two adjacent values with a probability of more than 0.9973 lies within 6 RMSEs.
Контроллер (блок управления) вычисляет значение 6 СКО и вычисляет значения разности между каждой парой последовательно снятых с датчика сигналов, получая совокупность значений разности последовательно снятых сигналов (совокупность значений изменения сигналов). Далее блок управления каждое вычисленное значение изменения сигналов сравнивает со значением 6 СКО. При этом если все значения изменения сигналов от датчика меньше 6 СКО, то с вероятностью 0,9973 можно сделать вывод о том, что измеряется только шумовой компонент, на фоне некоторой постоянной величины. В этом случае блок управления выдает сигнал о неисправности. Если же по меньшей мере одно из вычисленных значений изменения сигналов от датчика больше значения 6 СКО, то с вероятностью более 0,9973 можно сделать вывод о том, что в измеряемом сигнале кроме шумового компонента присутствует меняющийся во времени информационный компонент, то есть можно сделать вывод, что датчик не застыл. В этом случае сигнал о неисправности не идет.The controller (control unit) calculates the value of 6 standard deviations and calculates the difference between each pair of sequentially taken signals from the sensor, obtaining a set of difference values of sequentially taken signals (set of values of signal changes). Next, the control unit compares each calculated signal change value with a value of 6 MSE. Moreover, if all values of the change in the signals from the sensor are less than 6 standard deviations, then with a probability of 0.9973 we can conclude that only the noise component is measured, against the background of a certain constant value. In this case, the control unit gives a fault signal. If at least one of the calculated values of the change in the signals from the sensor is greater than the value of 6 standard deviations, then with a probability of more than 0.9973, we can conclude that in the measured signal, in addition to the noise component, there is a time-varying information component, that is, we can conclude that the sensor is not frozen. In this case, a malfunction is not signaled.
Возможны варианты с мультипликативным шумом, узкополосным шумом, импульсным шумом и т.д., эти вопросы отдельно не рассматриваются в данной заявке, но очевидно, что любой из этих факторов может быть дополнительно учтен при анализе и выявлении шумового компонента в сигнале датчика.There are options with multiplicative noise, narrow-band noise, impulse noise, etc., these issues are not considered separately in this application, but it is obvious that any of these factors can be additionally taken into account when analyzing and identifying the noise component in the sensor signal.
Сетевые помехи, имеющие периодический характер, предпочтительно должны отфильтровываться и при анализе характеристик шумового сигнала и при сравнении значений принимаемого сигнала.Network interference having a periodic nature should preferably be filtered out both when analyzing the characteristics of the noise signal and when comparing the values of the received signal.
Если при измерении шумового компонента имеет место изменение среднего значения принимаемого сигнала, то это можно учесть посредством линейной аппроксимации принимаемого сигнала, или используя иную подходящую известную в уровне техники математическую методику.If, when measuring the noise component, there is a change in the average value of the received signal, this can be taken into account by linearly approximating the received signal, or using another suitable mathematical technique known in the art.
В контроллере блок опроса, блок памяти, блок анализа, блок контроля могут быть реализованы на одной микросхеме, связаны друг с другом посредством шин данных, и могут быть реализованы посредством множества микросхем, объединенных на одной плате или находящихся в одном корпусе. Связь между упомянутыми блоками осуществляется через линии передачи данных любого вида по любому известному в уровне техники протоколу связи.In the controller, a polling unit, a memory unit, an analysis unit, and a control unit can be implemented on a single chip, connected to each other via data buses, and can be implemented using multiple chips integrated on one board or in the same housing. Communication between the said blocks is carried out via data lines of any kind using any communication protocol known in the art.
В одном варианте осуществления блок анализа выявляет шумовой компонент до того, как блок контроля начинает определять изменения значений принимаемого сигнала относительно друг друга, то есть блок анализа анализирует первые N значений сигнала, находит из них СКО, и затем начинает работу блок контроля. В другом варианте блок анализа выполнен с возможностью работать в течение предварительно заданного времени, например, М минут после включения оборудования, а затем начинает работу блок контроля. В одном варианте блок анализа прекращает анализ новых выборок после того, как найдено СКО и активируется только после выполнения предварительно заданного условия, например, повторного включения питания.In one embodiment, the analysis unit detects the noise component before the control unit begins to determine changes in the values of the received signal relative to each other, that is, the analysis unit analyzes the first N signal values, finds the RMS from them, and then the control unit begins to work. In another embodiment, the analysis unit is configured to operate for a predetermined time, for example, M minutes after turning on the equipment, and then the control unit begins to operate. In one embodiment, the analysis unit stops the analysis of new samples after the RMSE is found and is activated only after the fulfillment of a predefined condition, for example, re-power-up.
Так как внешние условия могут изменяться, и, соответственно, может изменяться и СКО, то предпочтительно, чтобы СКО постоянно вычислялось на основе актуальных данных и его значение постоянно обновлялось. Возможны варианты, что в ходе технологического процесса включается или выключается дополнительное оборудование, которое приводит к увеличению или уменьшению уровня шума в принимаемом с датчика сигнале, то есть изменению его СКО.Since the external conditions can change, and, accordingly, the standard deviation can change, it is preferable that the standard deviation is constantly calculated on the basis of current data and its value is constantly updated. It is possible that during the process additional equipment is turned on or off, which leads to an increase or decrease in the noise level in the signal received from the sensor, that is, a change in its standard deviation.
В одном варианте блок анализа и блок контроля работают по существу одновременно. При этом блок анализа может постоянно дополнять полученные данные и вычислять СКО, используя все сохраненные в памяти данные или же постоянно обновлять СКО, используя выборки, полученные за последнее время или последние по очередности выборки, что позволяет адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Например, при повышении температуры окружающей среды или вследствие особенностей технологического процесса актуальное СКО датчика температуры повышается, соответственно, если использовать устаревшее значение СКО, то можно пропустить застывание датчика из-за того, что актуальный шумовой компонент с высокой вероятностью превышает значение, равное 6, устаревшим СКО.In one embodiment, the analysis unit and the control unit operate substantially simultaneously. At the same time, the analysis unit can constantly supplement the obtained data and calculate the standard deviation using all the data stored in memory or constantly update the standard deviation using the samples obtained recently or last in the order of sampling, which allows you to adapt to changing environmental conditions. For example, if the ambient temperature rises or due to the characteristics of the technological process, the actual standard deviation of the temperature sensor increases, respectively, if you use the outdated standard deviation, then you can skip the curing of the sensor due to the fact that the current noise component is more likely to exceed the value of 6, outdated SKO.
Если технологический процесс поэтапный, то блок анализа предпочтительно выполнен с возможностью выявлять шумовой компонент в предварительно заданные периоды времени, в которые технологический процесс меняется, чтобы адаптировать значение СКО датчика к изменению технологического процесса.If the process is phased, then the analysis unit is preferably configured to detect the noise component at predetermined time periods during which the process changes to adapt the sensor RMS value to the process change.
В одном варианте осуществления блок контроля выполнен с возможностью выдачи сигнала неисправности, даже если изменения сигналов от датчика выходят за 6 СКО в течение предварительно определенного времени Тконт, но только в небольшом предварительно заданном числе измерений или однократно в течение времени Тошиб более короткого, чем время Тконт. Например, если изменения сигналов от датчика выходят за 6 СКО только несколько раз, что определяется мощностью других составляющих шума, кроме белого гаусовского (например, импульсных помех), количеством измерений, принятых от датчика (понятно, что в случае снятия тысячи показаний довольно велика вероятность, что случайное значение белого гаусовского шума превысит единожды 3 СКО), блок контроля делает вывод, что эти данные случайны и датчик застыл. Тошиб может быть выбрано в зависимости от частоты, с которой оцифровываются показания датчика. Если показания датчика снимаются раз в минуту, то очевидно, что Тошиб должно быть не менее 5-10 минут, это время может быть определено, в частности, экспериментально или оценено на основании общего уровня шума кроме аддитивного белого гаусовского.In one embodiment, the control unit is configured to issue a fault signal, even if changes in the signals from the sensor go beyond 6 standard deviations for a predetermined time Tcont , but only in a small predetermined number of measurements or once during a time T error shorter than time T cont . For example, if changes in the signals from the sensor go beyond 6 standard deviations only a few times, which is determined by the power of other noise components, except for the Gaussian white (for example, pulsed interference), the number of measurements received from the sensor (it is clear that in the case of taking a thousand readings, the probability is quite high that the random value of white Gaussian noise will exceed once 3 SD), the control unit concludes that this data is random and the sensor froze. T error can be selected depending on the frequency with which the sensor readings are digitized. If the sensor readings are taken once a minute, then it is obvious that the T error should be at least 5-10 minutes, this time can be determined, in particular, experimentally or estimated on the basis of the total noise level in addition to the additive white Gaussian.
Предварительно определенное время Тконт выбирается таким, чтобы не вызывать ложных срабатываний устройства контроля работоспособности датчика, то есть если контролируемый при помощи датчика процесс длится час, то время Тконт задается сравнимым с часом и т.д. Если время Тконт будет слишком коротким, то велика вероятность того, что показания датчика и не должны за такое короткое время меняться, поэтому предложенное изобретение часто будет определять неработоспособность исправного датчика. Если время Тконт будет слишком длинным, то можно пропустить момент, когда датчик вышел из строя. Целесообразно выбирать время Тконт равным по длительности продолжительности контролируемого технологического процесса или одного или нескольких этапов технологического процесса, предпочтительно, на этих этапах технологически должно быть предусмотрено изменение показаний датчика больше чем на 6 СКО.The predetermined time Tcont is selected so as not to cause false alarms of the sensor health monitoring device, that is, if the process controlled by the sensor lasts an hour, then the time Tcont is set comparable to the hour, etc. If the time T contact is too short, then it is likely that the sensor readings should not change in such a short time, so the proposed invention will often determine the inoperability of a working sensor. If the time Tcont will be too long, then you can skip the moment when the sensor is out of order. It is advisable to choose the time Тcont equal to the duration of the duration of the controlled technological process or one or more stages of the technological process, preferably, at these stages, the sensor readings should be provided with a change of more than 6 standard deviations.
В одном варианте если предложенное устройство выдает сигнал неисправности, который впоследствии оказался ложным, то значение времени Тконт увеличивают до величины временной продолжительности, при которой сигнал от датчика впервые превысит 6 СКО. Что позволяет уменьшить частоту ложных сигналов о неисправности датчика от предложенного устройства.In one embodiment, if the proposed device gives a malfunction signal, which subsequently turned out to be false, then the time value Tcont is increased to the value of the time duration at which the signal from the sensor for the first time exceeds 6 standard deviations. This allows you to reduce the frequency of false signals about the malfunction of the sensor from the proposed device.
В случае цифровой реализации предложенного устройства частота получения сигнала от датчика также является важным параметром, влияющим на работоспособность предложенного изобретения, так как при частоте получения сигнала намного выше скорости изменения сигнала, относительные изменения информационного сигнала будут значительно меньше 6 СКО. Поэтому частоту получения сигнала от датчика подбирают такой, чтобы она была больше времени переходных процессов в контролируемом объекте.In the case of a digital implementation of the proposed device, the frequency of receiving the signal from the sensor is also an important parameter affecting the operability of the proposed invention, since when the frequency of receiving the signal is much higher than the rate of change of the signal, the relative changes in the information signal will be significantly less than 6 standard deviations. Therefore, the frequency of receiving the signal from the sensor is selected such that it is longer than the transient time in the controlled object.
Предложенный подход приводит к самоадаптации устройства контроля работоспособности датчика, во-первых, устройство само находит те диапазоны изменения сигнала, в которых можно оценивать работоспособность датчика, в аспекте того не застыл ли он, во-вторых, устройство само обновляет время, в течение которого сигнал датчика может меняться в диапазоне изменения лишь шумового компонента. Что повышает эффективность работы предложенного устройства, так как не требует его настройки.The proposed approach leads to self-adaptation of the sensor operability monitoring device, firstly, the device itself finds those signal change ranges in which it is possible to evaluate the sensor’s operability, in terms of whether it has frozen, and secondly, the device itself updates the time during which the signal the sensor can vary in the range of variation of only the noise component. Which increases the efficiency of the proposed device, since it does not require its configuration.
В одном из вариантов осуществления устройство контроля работоспособности датчика выполнено с возможностью определения изменения принимаемых сигналов от датчика и выдачи сигнала неисправности, если изменение сигналов от датчика не выходит за 8 СКО в течение предварительно определенного времени, что уменьшает вероятность неверного вывода о работоспособности датчика вследствие большого количества случайных шумов отличных от белого аддитивного гаусовского шума, приводящих к выходу измеряемого от датчика за пределы 6 СКО.In one embodiment, the sensor operability monitoring device is configured to determine a change in the received signals from the sensor and issue a fault signal if the change in the signals from the sensor does not exceed 8 standard deviations for a predetermined time, which reduces the likelihood of an incorrect conclusion about the sensor’s health due to the large random noise other than white additive Gaussian noise, leading to the output measured from the sensor beyond 6 RMS.
Очевидно, что при очень большом уровне шумов и малых изменениях в параметрах контролируемого процесса возможен вариант, что предложенные способ и устройство будут с большой частотой выдавать ложные сигналы о неисправности датчика. В таком случае необходимо предпринимать меры для уменьшения общего уровня шумов на объекте и датчике, вводить дополнительные критерии оценки работоспособности датчика либо использовать предложенное изобретение лишь на тех датчиках, изменения показаний которых вследствие особенностей технологического процесса значительно больше, чем изменения вследствие шумов.It is obvious that with a very large noise level and small changes in the parameters of the controlled process, it is possible that the proposed method and device will give false signals about the sensor malfunction with a high frequency. In this case, it is necessary to take measures to reduce the overall noise level at the object and the sensor, introduce additional criteria for evaluating the sensor's operability, or use the proposed invention only on those sensors whose changes in readings due to the characteristics of the process are much larger than changes due to noise.
В одном из вариантов осуществления устройство контроля работоспособности датчика получает сигнал о температуре окружающей среды, в которой находится контролируемый датчик, и выдает сигнал о неисправности только в случае понижения температуры ниже нуля градусов по Цельсию, что актуально для датчиков, для которых имеется риск замерзания (обледенения) прежде всего. Такое решение позволяет уменьшить частоту ложных сигналов о неисправности.In one embodiment, the sensor operability monitoring device receives a signal about the ambient temperature in which the sensor is located, and gives a fault signal only if the temperature drops below zero degrees Celsius, which is important for sensors for which there is a risk of freezing (icing ) primarily. This solution reduces the frequency of false alarms.
Часто технологические процессы связаны друг с другом, например повышение температуры газа приводит к повышению его давления, повышение температуры твердого тела или жидкости - к увеличению его объема, поэтому в одном варианте осуществления устройство контроля работоспособности принимает сигналы от по меньшей мере двух датчиков, измеряемые параметры которых коррелированы друг с другом, и если показания первого датчика изменяются больше чем на 6 СКО первого датчика, а показания второго датчика не изменяются больше чем на 6 СКО второго датчика, то блок контроля выдает сигнал неисправности второго датчика. В другом варианте осуществления заявленное устройство представляет собой функциональный блок, содержащий корпус, в котором посредством сборочных операций заключены средства приема сигналов от по меньшей мере одного датчика (входные терминалы (разъемы, клеммы), линии связи, порты ввода в средства обработки), средства обработки сигналов (процессор(ы), контроллер(ы), микроконтроллер(ы),), выполненные с возможностью выявления шумовых компонентов, информационных компонентов, контроля изменений показаний в принятых сигналах, средства хранения сигналов (оптическое, или магнитное запоминающее устройство, ОЗУ или ПЗУ и т.п.), средство индикации (акустический индикатор, световой индикатор, механический индикатор и т.п.). Причем все упомянутые средства находятся в функциональном и конструктивном единстве, объединены друг с другом напрямую или опосредовано посредством линий связи.Often, technological processes are related to each other, for example, an increase in the temperature of a gas leads to an increase in its pressure, an increase in the temperature of a solid or liquid leads to an increase in its volume, therefore, in one embodiment, the operability monitoring device receives signals from at least two sensors, the measured parameters of which correlated with each other, and if the readings of the first sensor change by more than 6 standard deviations of the first sensor, and the readings of the second sensor do not change by more than 6 standard deviations of the second date chic, the control unit generates a fault signal of the second sensor. In another embodiment, the claimed device is a functional unit comprising a housing in which, through assembly operations, means are received for receiving signals from at least one sensor (input terminals (sockets, terminals), communication lines, input ports to processing means), processing means signals (processor (s), controller (s), microcontroller (s),) configured to detect noise components, information components, control changes in readings in received signals, storage means signals (optical, or magnetic storage device, RAM or ROM, etc.), indicating means (acoustic indicator, light indicator, mechanical indicator, etc.). Moreover, all of the mentioned tools are in functional and constructive unity, combined with each other directly or indirectly through communication lines.
Устройство работает следующим образом: посредством блока опроса запрашиваются показания датчика, осуществляется прием сигналов от датчика и принятые сигналы сохраняются в блоке памяти; посредством блока анализа выявляется шумовой компонент в сохраненных сигналах от датчика и вычисляется значение СКО (среднеквадратическое отклонение) шумового компонента; в блок памяти записывается вычисленное значение СКО; посредством блока контроля определяется изменение принимаемых сигналов от датчика и выдается сигнал неисправности, если изменения сигналов от датчика не выходят за 6 СКО в течение предварительно определенного времени Тконт.The device operates as follows: by means of a polling unit, sensor readings are requested, signals from the sensor are received and received signals are stored in the memory unit; through the analysis unit, the noise component in the stored signals from the sensor is detected and the standard deviation (standard deviation) of the noise component is calculated; the calculated MSE value is written to the memory block; by means of the control unit, a change in the received signals from the sensor is determined and a fault signal is issued if the changes in the signals from the sensor do not go beyond 6 standard deviations for a predetermined time Tcont .
В случае использования беспроводных датчиков, время работы которых сильно ограничено аккумуляторами, для экономии энергии целесообразно уменьшать частоту их опроса. Однако если частота опроса будет низкой, то для достоверного получения СКО сигнала с датчика необходимо ожидать длительное время, в течение которого можно пропустить момент появления неисправности датчика.In the case of using wireless sensors, the operating time of which is very limited by batteries, it is advisable to reduce the frequency of their polling to save energy. However, if the polling frequency is low, then in order to reliably obtain the standard deviation of the signal from the sensor, it is necessary to expect a long time during which it is possible to miss the moment the sensor malfunctions.
Для вычисления СКО с приемлемой точностью необходимо получить по меньшей мере 100 показаний, если показания снимают, например, раз в минуту, то только по истечении 100 минут будет получено СКО, которое в дальнейшем может использоваться для анализа работоспособности датчика. Для большей точности необходимо больше 100 показаний, соответственно, повышается время, после которого по факту начнется контроль работоспособности.To calculate the standard deviation with acceptable accuracy, it is necessary to obtain at least 100 readings, if the readings are taken, for example, once a minute, then only after 100 minutes the standard deviation will be obtained, which can later be used to analyze the operability of the sensor. For greater accuracy, more than 100 readings are required, respectively, increases the time after which, in fact, performance monitoring begins.
Для устранения этого эффекта было предложено в начальный период времени, например, после подачи питания на устройство контроля работоспособности или в момент начала контролируемого технологического процесса, опрашивать датчик с более высокой частотой опроса, например 100 раз в секунду, чтобы собирать выборку для вычисления СКО за короткое время, около 1 секунды.To eliminate this effect, it was proposed in the initial period of time, for example, after supplying power to the health monitoring device or at the moment of the beginning of the controlled technological process, to interrogate a sensor with a higher polling frequency, for example 100 times per second, to collect a sample for calculating the standard deviation time, about 1 second.
Длительность начального периода времени не является существенной, ее наибольшая величина определяется длительностью контролируемого процесса, понятно, что длительность начального периода времени должна быть намного меньше длительности контролируемого процесса. На практике длительность начального периода времени определяется исходя из количества показаний для вычисления СКО и частоты опроса. В одном из вариантов количество показаний выбирают из диапазона 100-10000, предпочтительно 100-1000, еще более предпочтительно 200-500, еще более предпочтительно 250. Частоту опроса в начальный период времени можно задавать максимальной поддерживаемой датчиком.The duration of the initial period of time is not significant, its largest value is determined by the duration of the controlled process, it is clear that the duration of the initial period of time should be much less than the duration of the controlled process. In practice, the length of the initial time period is determined based on the number of indications for calculating the standard deviation and the polling frequency. In one embodiment, the number of readings is selected from the range of 100-10000, preferably 100-1000, even more preferably 200-500, even more preferably 250. The polling frequency in the initial period of time can be set to the maximum supported by the sensor.
Дальнейший опрос датчика может осуществляться с любой подходящей для данного процесса частотой, например определенное число раз за технологический цикл или определенное число раз в минуту, час, сутки.Further interrogation of the sensor can be carried out at any frequency suitable for the given process, for example, a certain number of times per technological cycle or a certain number of times per minute, hour, day.
Такое решение позволяет сэкономить энергию датчика с одной стороны и обеспечить большую скорость выхода предложенного устройства в режим контроля из режима предварительного сбора данных, то есть обеспечивает энерго- и временную эффективность контроля работоспособности беспроводного датчика.This solution allows you to save the energy of the sensor on the one hand and to ensure a greater speed of the proposed device in the monitoring mode from the preliminary data collection mode, that is, it provides energy and time efficiency of monitoring the health of the wireless sensor.
Возможен вариант, в котором с первой частотой опроса получают показания датчика в течение заданного времени или, например, получают определенное количество показаний, что определяется особенностями технологического процесса и особенностями работы беспроводного датчика.A variant is possible in which, with the first polling frequency, the sensor reads for a predetermined time or, for example, a certain number of readings is obtained, which is determined by the features of the process and the features of the wireless sensor.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании и знаний уровня техники, станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.Embodiments are not limited to the embodiments described herein, for a person skilled in the art based on the information set forth in the description and knowledge of the prior art, other embodiments of the invention will become apparent without departing from the spirit and scope of the present invention.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.The elements mentioned in the singular do not exclude the plurality of elements, unless specifically indicated otherwise.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.The functional connection of elements should be understood as a connection that ensures the correct interaction of these elements with each other and the implementation of one or another functionality of the elements. Particular examples of functional communication may be communication with the possibility of exchanging information, communication with the possibility of transmitting electric current, communication with the possibility of transmitting mechanical motion, communication with the possibility of transmitting light, sound, electromagnetic or mechanical vibrations, etc. The specific type of functional connection is determined by the nature of the interaction of the mentioned elements, and, unless otherwise indicated, is provided by well-known means using principles well known in the art.
В одном варианте осуществления блоки предложенного устройства находятся в общем корпусе, связаны друг с другом конструктивно и функционально посредством монтажных (сборочных) операций. В одном варианте осуществления все блоки предложенного устройства реализованы в одном программно-аппаратном средстве, например, таком как микроконтроллер, контроллер, плата ввода/вывода, специализированная микросхема, компьютер или иное вычислительное средство, имеющее возможность приема, обработки и вывода сигналов.In one embodiment, the blocks of the proposed device are in a common housing, are connected to each other constructively and functionally through installation (assembly) operations. In one embodiment, all the blocks of the proposed device are implemented in a single hardware-software tool, for example, such as a microcontroller, controller, input / output board, specialized microcircuit, computer or other computing device having the ability to receive, process and output signals.
Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы изобретения.The methods disclosed herein comprise one or more steps or actions to achieve the described method. The steps and / or actions of the method can replace each other without going beyond the scope of the claims. In other words, unless a specific order of steps or actions is defined, the order and / or use of specific steps and / or actions can be changed without departing from the scope of the claims.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.The application does not indicate specific software and hardware for the implementation of the blocks in the drawings, but one skilled in the art should understand that the invention is not limited to a specific software or hardware implementation, and therefore, any software and hardware known in the art may be used to implement the invention. prior art. So the hardware can be implemented in one or more specialized integrated circuits, digital signal processors, digital signal processing devices, programmable logic devices, user programmable gate arrays, processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, electronic devices, and other electronic modules configured to carry out the functions described in this document, a computer or a combination of the above.
Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.Although not specifically mentioned, it is obvious that when it comes to storing data, programs, and the like, a computer-readable storage medium is meant, examples of computer-readable storage media include read-only memory, random-access memory, register, cache semiconductor storage devices, magnetic media such as internal hard drives and removable drives, magneto-optical media and optical media such as CD-ROMs and digital versatile disks (DVDs), as well as any other Gia known in the prior art storage media.
Несмотря на то что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.Although exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it should be understood that such embodiments are merely illustrative and not intended to limit the broader invention, and that the present invention should not be limited to the particular arrangements and structures shown and described, since various other modifications may be apparent to those skilled in the art.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.The features mentioned in the various dependent claims, as well as the implementations disclosed in various parts of the description, can be combined to achieve beneficial effects, even if the possibility of such a combination is not explicitly disclosed.
Любые числовые значения, изложенные в материалах настоящего описания или на фигурах, предназначены для включения всех значений от нижнего значения до верхнего значения приращениями в один единичный элемент, при условии что есть интервал по меньшей мере в два единичных элемента между любым нижним значением и любым верхним значением. В качестве примера, если изложено, что величина составляющей или значения технологического параметра, например, такого как температура, давление, время, и тому подобное, например, имеет значение от 1 до 90, предпочтительно от 20 до 80, более предпочтительно от 30 до 70, подразумевается, что значения, такие как от 15 до 85, от 22 до 68, от 43 до 51, от 30 до 32, и т.д., в прямой форме перечислены в этом описании изобретения. Что касается значений, которые являются меньшими, чем единица, при необходимости, один единичный элемент считается имеющим значение 0,0001, 0,001, 0,01 или 0,1. Таковые являются всего лишь примерами того, что определенно подразумевается, и все возможные комбинации многочисленных значений между перечисленными самым низким значением и самым высоким значением должны считаться изложенными в прямой форме в этой заявке подобным образом.Any numerical values set forth in the materials of the present description or in the figures are intended to include all values from the lower value to the upper value in increments in one unit element, provided that there is an interval of at least two unit elements between any lower value and any upper value . As an example, if it is stated that the value of the component or the value of a process parameter, for example, such as temperature, pressure, time, and the like, for example, has a value from 1 to 90, preferably from 20 to 80, more preferably from 30 to 70 , it is understood that values such as from 15 to 85, from 22 to 68, from 43 to 51, from 30 to 32, etc., are expressly listed in this description of the invention. As for values that are smaller than one, if necessary, one unit element is considered to have a value of 0.0001, 0.001, 0.01 or 0.1. These are merely examples of what is specifically implied, and all possible combinations of the multiple meanings between the lowest value listed and the highest value should be considered expressly set forth in this application in a similar manner.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117854A RU2627984C1 (en) | 2016-05-05 | 2016-05-05 | Device and method for controlling wireless sensor performability |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016117854A RU2627984C1 (en) | 2016-05-05 | 2016-05-05 | Device and method for controlling wireless sensor performability |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2627984C1 true RU2627984C1 (en) | 2017-08-14 |
Family
ID=59641902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016117854A RU2627984C1 (en) | 2016-05-05 | 2016-05-05 | Device and method for controlling wireless sensor performability |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2627984C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4844038A (en) * | 1985-12-25 | 1989-07-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Abnormality detecting method for exhaust gas concentration sensor for internal combustion engines |
| EP0769612A2 (en) * | 1995-10-20 | 1997-04-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Apparatus for detecting intake pressure abnormalities in an engine |
| RU2266555C2 (en) * | 2000-08-05 | 2005-12-20 | Роберт Бош Гмбх | Method and device for controlling a sensor |
| RU111675U1 (en) * | 2011-01-25 | 2011-12-20 | Александр Михайлович Баранов | AUTONOMOUS WIRELESS GAS SENSOR |
| RU2540449C1 (en) * | 2013-10-09 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Method to generate status of intelligent sensor measurement results |
-
2016
- 2016-05-05 RU RU2016117854A patent/RU2627984C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4844038A (en) * | 1985-12-25 | 1989-07-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Abnormality detecting method for exhaust gas concentration sensor for internal combustion engines |
| EP0769612A2 (en) * | 1995-10-20 | 1997-04-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Apparatus for detecting intake pressure abnormalities in an engine |
| RU2266555C2 (en) * | 2000-08-05 | 2005-12-20 | Роберт Бош Гмбх | Method and device for controlling a sensor |
| RU111675U1 (en) * | 2011-01-25 | 2011-12-20 | Александр Михайлович Баранов | AUTONOMOUS WIRELESS GAS SENSOR |
| RU2540449C1 (en) * | 2013-10-09 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Method to generate status of intelligent sensor measurement results |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9170144B2 (en) | Multifunctional fluid level and quality sensing device | |
| US10691117B2 (en) | Method for monitoring an electronic control unit and control unit for a motor vehicle | |
| KR20140147621A (en) | Apparatus and Method for Fault Control of Water Quality Sensor | |
| RU2654807C2 (en) | Method for monitoring valve of aircraft engine | |
| KR20160128294A (en) | Device for reading and transmitting measured temperature values | |
| WO2015048981A1 (en) | A method for monitoring the operation of a sensor | |
| CN116907727B (en) | Method and device for detecting fault of pressure sensor before vortex, vehicle and storage medium | |
| US10031501B2 (en) | Apparatus and method for detecting degradation in climate control system performance | |
| CN110660199A (en) | Ship monitoring alarm system | |
| SE536552C2 (en) | Diagnostics of starter motor | |
| CN112629709A (en) | Temperature sensor fault detection method and device and electric vehicle controller | |
| RU2627984C1 (en) | Device and method for controlling wireless sensor performability | |
| CN116380291A (en) | Vehicle temperature sensor diagnosis method, device, equipment and storage medium | |
| CN109243652B (en) | System and method for judging validity of compressed air flow data of nuclear power station system | |
| RU2627976C1 (en) | Device and method for controlling sensor performability | |
| US8844341B2 (en) | Data collector for an internal engine component | |
| RU121944U1 (en) | AUTOMATED SYSTEM FOR IDENTIFYING FAULT SENSORS AMONG SENSORS INTENDED FOR CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES | |
| CN111103071B (en) | Fault diagnosis method and system for air inlet temperature sensor of vehicle and engine | |
| US10676206B2 (en) | System and method for heat exchanger failure detection | |
| RU2565341C2 (en) | Method of troubleshooting of de-icing devices of physical parameter measuring probe | |
| CN111721542B (en) | System and method for detecting faults or model mismatch | |
| CN118176408A (en) | Method, system and computer program for monitoring the status of a machine | |
| CN203769760U (en) | Corrosion monitoring system for gas well equipment | |
| CN118965237B (en) | A flame extinguishing device state monitoring and early warning method, system and storage medium | |
| US20230366941A1 (en) | Method for ascertaining a state of charge of an energy storage unit and/or a probable remaining operating time of a measuring device, and measuring device |