Wirkdruckleitungen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Differenzdruckmessanordnung mit

Wirkdruckleitungen und ein Verfahren zum Erkennen von verstopften Wirkdruckleitungen. Differenzdruckmessanordnungen mit Wirkdruckleitungen dienen insbesondere zur Durchflussmessung oder Filterüberwachung wobei je eine Wirkdruckleitung in

Strömungsrichtung oberhalb und unterhalb eines Wirkdruckgebers, beispielsweise einer Blende oder einer Venturi Düse, oder eines Filters an eine medienführende Leitung angeschlossen sind, um den Wirkdruck mittels des Mediums zu einem

Differenzdruckmesswandler der Differenzdruckmessanordnung zu übertragen. Beim Betrieb dieser Messanordnungen kann es zu Verstopfungen der Wirkdruckleitungen kommen, wodurch eine zuverlässige Messung beeinträchtigt wird. Es sind daher

Bemühungen bekannt, die Verstopfung von Wirkdruckleitungen frühzeitig zu erkennen.

Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2013 1 10 059 A1 beschreibt eine

Differenzdruckmessanordnung und ein Verfahren, welche es ermöglichen eine verstopfte Wirkdruckleitung zu erkennen und zu identifizieren. Hierzu sieht die Patentanmeldung eine Verarbeitungseinheit vor, die dazu eingerichtet ist, anhand des

Differenzdruckmesssignales und des Temperatursignales eine Korrelation zwischen einer Veränderung des Temperatursignals und dem Differenzdruckmesssignal festzustellen, und die Feststellung der Korrelation als Hinweis auf eine verstopfte Wirkdruckleitung zu werten. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass der in der DE 10 2013 1 10 059 A1

beschriebene Ansatz schwächen hinsichtlich der Aussagekraft der festzustellenden Wirkdruckleitung aufweist, wenn die Differenzdruckmessanordnung und/oder Prozess in einem zur Feststellung einer verstopfte Wirkdruckleitung ungeeigneten Zustand ist bzw. sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Differenzdruckmessanordnung und ein

Verfahren vorzuschlagen, welche eine erhöhte Zuverlässigkeit hinsichtlich der

Feststellung einer verstopften Wirkdruckleitung ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Differenzdruckmessanordnung gemäß Patentanspruch 1 sowie das Verfahren gemäß Patentanspruch 4 gelöst.

Die erfindungsgemäße Differenzdruckmessanordnung umfasst: einen Differenzdruckmesswandler zum Ermitteln wenigstens eines

Differenzdruckwertes, welcher eine Differenz zwischen einem ersten Mediendruck und einem zweiten Mediendruck innerhalb eines Prozesses repräsentiert;

eine erste Wirkdruckleitung, welche an einen ersten Druckeingang des

Differenzdruckmesswandlers angeschlossen ist, um den

Differenzdruckmesswandler mit dem ersten Mediendruck zu beaufschlagen;

eine zweite Wirkdruckleitung, welche an einen zweiten Druckeingang des

Differenzdruckmesswandlers angeschlossen ist um den

Differenzdruckmesswandler mit dem zweiten Mediendruck zu beaufschlagen; eine Diagnoseeinheit die dazu eingerichtet ist, die folgenden Verfahrensschritte auszuführen:

a) Erfassen einer festgelegte Anzahl von ersten Differenzdruckwerten;

b) Überprüfen, ob die Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt;

c) Zurückkehren zu Verfahrensschritt a) in dem Fall, dass festgestellt wird, dass die Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess nicht in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt, wobei im Verfahrensschritt a) die ersten Differenzdruckwerte erneut erfasst werden, so dass die zuvor erfassten ersten Differenzdruckwerte gelöscht bzw. überschrieben werden;

d) Ausführen einer Diagnosefunktion zur Feststellung, ob eine Wirkdruckleitung verstopft ist, in dem Fall, dass festgestellt wird, dass die

Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt.

Die Erfindung geht prinzipiell von der Annahme aus, dass ein Prozess immer einem Rauschen unterliegt, welches für jeden Prozess individuell aber im Wesentlichen konstant ist, wenn der Prozess sich in einem definierten Zustand befindet und dass der Prozess darüber hinaus Störsignale aufgrund von Störeinflüssen aufweisen kann, die über das normale Rauschen hinausgehen. Darüber hinaus kann sich auch die

Differenzdruckmessanordnung in einem Zustand befinden, welcher eine Diagnose, ob eine Wirkdruckleitung verstopft ist, nicht zulässt.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass der Prozess und/oder die

Differenzdruckmessanordnung vor der eigentlichen Diagnose überprüft werden, ob aktuell ein Zustand vorliegt, der eine Diagnose zulässt. Hierfür wird durch die

Differenzdruckmessanordnung eine festgelegte Anzahl von Differenzdruckwerten, bspw. 100 Druckwerte, aufgenommen und anschließend überprüft, ob die

Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt. In dem Fall, dass die

Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der keine Diagnose zulässt, werden die aktuell aufgenommenen Druckmesswerte verworfen, d.h. gelöscht und insbesondere nicht gespeichert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Diagnoseeinheit ferner dazu eingerichtet ist, zu überprüfen, ob die Differenzdruckmessanordnung in einem stabilen Zustand ist, um festzustellen, ob die Differenzdruckmessanordnung in einem Zustand ist, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Diagnoseeinheit ferner dazu eingerichtet ist, zu überprüfen, ob der Prozess keine signifikante Änderung aufweist, um festzustellen, ob der Prozess in einem Zustand ist, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Diagnose einer Wirkdruckleitung einer Differenzdruckmessanordnung, welches erfindungsgemäß wenigstens die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

a) Erfassen einer festgelegte Anzahl von ersten Differenzdruckwerten, welche eine Differenz zwischen einem ersten Mediendruck und einem zweiten Mediendruck innerhalb eines Prozesses repräsentieren;

b) Überprüfen, ob die Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt;

c) Zurückkehren zu Verfahrensschritt a) in dem Fall, dass festgestellt wird, dass die Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess nicht in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt, wobei im Verfahrensschritt a) die Differenzdruckwerte erneut erfasst werden, so dass die zuvor erfassten ersten Differenzdruckwerte gelöscht bzw. überschrieben werden;

d) Ausführen einer Diagnosefunktion zur Feststellung, ob eine Wirkdruckleitung

verstopft ist, in dem Fall, dass festgestellt wird, dass die

Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zum Überprüfen, ob die Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt, zumindest überprüft wird, ob die Differenzdruckmessanordnung in einem stabilen Zustand ist. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass zur Überprüfung, ob die

Differenzdruckmessanordnung in einem stabilen Zustand ist, überprüft wird, ob die festgelegte Anzahl von ersten Differenzdruckwerten innerhalb eines definierten ersten Bereiches mit einer festgelegten Häufigkeit liegen. Ferner kann die Ausführungsform vorsehen, dass der definierte erste Bereich eine einfache Standardabweichung, die über eine festgelegte Anzahl von zweiten Differenzdruckwerten gebildet wird, umfasst. Ebenso kann die Ausführungsform vorsehen, dass die festgelegte Anzahl von zweiten

Differenzdruckwerten durch die Differenzdruckmessanordnung erfasst wurde, während sich der Prozess in einem stabilen Zustand befindet und/oder in dem Fall, dass die festgelegte Anzahl von ersten Differenzdruckwerten nicht innerhalb des definierten ersten Bereiches mit der festgelegten Häufigkeit liegen, zu Verfahrensschritt a) zurückgekehrt wird, wobei im Verfahrensschritt a) die ersten Differenzdruckwerte erneut erfasst werden, so dass die zuvor erfassten Differenzdruckwerte, vorzugsweise vollständig gelöscht bzw. überschrieben werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zum Überprüfen, ob die Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand sind, der eine Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt, zumindest überprüft wird, ob der Prozess keine signifikante Änderung aufweist. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass zum Überprüfen, ob der Prozess keine signifikante Änderung aufweist, eine festgelegte Anzahl von weiteren Differenzdruckwerten erfasst und ein Mittelwert über die weiteren Differenzdruckwerte gebildet wird, wobei

anschließend überprüft wird, ob der Mittelwert innerhalb eines definierten zweiten Bereiches liegt. Die Ausführungsform kann insbesondere vorsehen, dass der definierte zweite Bereich durch einen Bediener oder Prozessbetreiber festgelegt wird, so dass der definierte zweite Bereich auf die Gegebenheiten des Prozess anpassbar ist. So sieht die Ausführungsform insbesondere auch vor, dass als definierter zweiter Bereich eine dreifache Standardabweichung über die zuvor erfassten Differenzdruckwerte verwendet wird, wenn der Bediener oder Prozessbetreiber keinen Wert festgelegt hat. Hierbei hat sich die dreifache Standardabweichung als ein geeigneter Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und allgemeinem Prozessrauschen herausgestellt. Die Ausführungsform kann insbesondere auch vorsehen, dass in dem Fall, dass der Mittelwert nicht innerhalb des definierten zweiten Bereiches liegt, zu Verfahrensschritt a) zurückgekehrt wird, wobei im Verfahrensschritt a) erneut eine festgelegte Anzahl von weiteren Differenzdruckwerten erfasst wird, wobei vorzugsweise die zuvor erfassten weiteren Differenzdruckwerte gelöscht bzw. überschrieben werden und/oder dass beim erstmaligen Ausführen zumindest der Verfahrensschritte a) bis b) davon ausgegangen wird, dass der Prozess keine signifikante Änderung aufweist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Differenzdruckmessanordnung, und

Fig. 2: ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Differenzdruckmessanordnung umfasst einen Differenzdruckmesswandler 2, welcher ein Sensormodul 1 1 , das zwischen einem ersten, hochdruckseitigen Druckeingang 4 und einem zweiten, niederdruckseitigen Druckeingang 6 angeordnet ist, und ein

Elektronikmodul 8 aufweist, das von dem Sensormodul 1 1 gehalten wird, das

Sensormodul 1 1 mit Energie versorgt und Signale der Sensormoduls 1 1 verarbeitet.

Das Elektronikmodul 8 ist über eine Zweidrahtleitung 9 an ein Prozessleitsystem 10 angeschlossen, wobei das Elektronikmodul 8 über die Zweidrahtleitung 9 kommuniziert und mit Energie versorgt wird. Die Zweidrahtleitung 9 kann insbesondere als Feldbus nach dem Profibus- bzw. Foundation Fieldus-Standard oder nach dem HART-Standard betrieben werden. Derartige Differenzdruckmesswandler sind an sich bekannt und werden beispielsweise unter der Marke Deltabar von der Anmelderin hergestellt und in Verkehr gebracht. Die Differenzdruckmessanordnung umfasst weiterhin einen

Wirkdruckgeber 12 zum Einbau in eine Rohrleitung 13. Der Wirkdruckgeber 12 umfasst eine Blende 14, einen ersten Druckabgriffkanal 15 auf einer Hochdruckseite der Blende 14 und einen zweiten Druckabgriffkanal 16 auf einer Niederdruckseite der Blende 14. Der erste hochdruckseitige Druckeingang 4 ist über eine erste hochd rückseitige

Wirkdruckleitung 3 an den hochdruckseitigen Druckabgriffkanal 15 angeschlossen, und der zweite niederdruckseitige Druckeingang 6 ist über eine zweite niederdruckseitige

Wirkdruckleitung 5 an den niederdruckseitigen D ruckabgriff kanal 16 angeschlossen. Die Begriffe„hochdruckseitig" und„niederdruckseitig" beziehen sich auf eine durch einen Durchfluss (in der Zeichnung von links nach rechts) erzeugte Druckdifferenz, wobei diese proportional zum Quadrat der Durchflussgeschwindigkeit ist und beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 bis 100 mbar beträgt. Der statische Druck, dem diese durchflussabhängige Druckdifferenz überlagert ist, kann beispielsweise von 1 bar bis zu einigen 100 bar betragen.

Die Druckdifferenz wird mit einem Sensorelement des Sensormoduls 1 1 erfasst, wobei das Sensormodul 1 1 ein von der erfassten Druckdifferenz abhängiges Sensormodulsignal an das Elektronikmodul 8 ausgibt, wobei eine Verarbeitungsschaltung des

Elektronikmoduls 8 anhand des Sensormodulsignals einen die Druckdifferenz

repräsentierenden Differenzdruckwert generiert und über die Zweidrahtleitung 9 an das Prozessleitsystem 10 ausgibt. Zeitreihen des Differenzdruckwertes können in einem Datenspeicher des Elektronikmoduls 8 und/oder im Prozessleitsystem 10 gespeichert werden. Der Datenspeicher ist dabei derartig ausgebildet, dass er eine definierte Anzahl von Differenzdruckwerten speichern kann. Beispielsweise kann der Datenspeicher dazu ausgelegt sein, dass er 100 Differenzdruckwerte aufnehmen kann, so dass diese zur weiteren Verarbeitung vorgehalten werden. Vorzugsweise ist der Datenspeicher in Form eines Ringspeichers ausgebildet.

Weiterhin umfasst die Differenzdruckmessanordnung eine Diagnoseeinheit 7 die dazu eingerichtet ist, das nachfolgend beschriebene und in Fig. 2 dargestellte Verfahren auszuführen:

In einem ersten Verfahrensschritt a) wird eine festgelegte Anzahl von

aufeinanderfolgenden ersten Differenzdruckwerten x-| ...x _n des Prozesses aufgenommen und diese zur weiteren Überprüfung in dem Datenspeicher gespeichert. Beispielsweise können 100 aufeinander folgende erste Differenzdruckwerte x-ι ...x ₀ o erfasst und kurzfristig gespeichert werden. Die 100 Differenzdruckwerte werden nacheinander in den Speicher, vorzugsweise den Ringspeicher geschrieben.

Im nächsten Verfahrensschritt b) überprüft die Diagnoseeinheit, ob die

Differenzdruckmessanordnung und/oder der Prozess in einem Zustand ist, der eine

Diagnose hinsichtlich der Verstopfung einer oder ggfl. auch beider Wirkdruckleitungen zulässt.

Hierzu wird zunächst überprüft, ob die Differenzdruckmessanordnung in einem stabilen Zustand ist. Zum Feststellen, ob die Differenzdruckmessanordnung in einem stabilen Zustand ist, wird berechnet mit welcher Häufigkeit die zuvor erfassten ersten

Differenzdruckwerte x-| ...x _n in einem ersten Bereich μ ± σ liegen. In dem Fall, dass die erfassten ersten Differenzdruckwerte x-| ...x _n mit einer Häufigkeit oberhalb einer festlegbaren Häufigkeit H _n in dem ersten Bereich μ ± σ liegen, wird davon ausgegangen, dass die Differenzdruckmessanordnung in einem stabilen Zustand ist. Sowohl der erste Bereich μ ± σ als auch die festgelegte Häufigkeit H _n , die erreicht werden muss, damit von einem stabilen Zustand ausgegangen wird, können prinzipiell individuell, bspw. durch den Betreiber der Differenzdruckmessanordnung, gewählt werden. Als vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, wenn der erste Bereich μ ± σ ebenfalls mit Hilfe von erfassten Differenzdruckwerten des Prozesses ermittelt wird. Hierfür sieht die Erfindung vor, dass eine festgelegte Anzahl von zweiten Differenzdruckwerten x ₀ . . .Xo,n bei einem stabilen Prozess, d.h. einem Zustand des Prozess, bei dem davon

ausgegangen wird, dass keine ungewollten bzw. unerwünschten Prozessänderungen auftreten, erfasst werden. Beispielsweise können die zweiten Differenzdruckwerte x ₀ . . .Xo,n unmittelbar nach der Inbetriebnahme der Differenzdruckmessanordnung aufgenommen werden. Mit Hilfe der festgelegten Anzahl von zweiten

Differenzdruckwerten x ₀ . . .xo,n lässt sich eine einfache Standardabweichung o(xo,i . . .xo, _n ) berechnen und somit der erste Bereich festlegen. Vorzugsweise kann der erste Bereich die einfache Standardabweichung umfassen, so dass der erste Bereich μ ( x ₀ ,i . . .xo, _n ) ± o(x ₀ . . .Xo,n) ist. Die Häufigkeit H _n wird vorzugsweise zu 68% festgelegt, so dass in diesem Fall, die Diagnoseeinheit 7 überprüft, ob die ersten Differenzdruckwerte x-| ...x _n mit einer Häufigkeit H _n von wenigstens 68% in dem ersten Bereich von μ( x ₀ ,i ...x _0,n ) ± o(x ₀ ,i . . .Xo, _n ) liegen.

In dem Fall, dass die Diagnoseeinheit 7 feststellt, dass die Werte der festgelegten Anzahl von ersten Differenzdruckwerten x-| ...x _n nicht innerhalb des definierten ersten Bereiches mit der festgelegten Häufigkeit liegen, kehrt die Diagnoseeinheit 7 in Verfahrensschritt c) zu Verfahrensschritt a) zurück und die festgelegte Anzahl von ersten

Differenzdruckwerten werden vollständig aus dem Speicher gelöscht, so dass keinerlei historische Daten hinsichtlich des Prozess gespeichert werden.

In dem Fall, dass die Diagnoseeinheit 7 feststellt, dass die Werte der festgelegten Anzahl von ersten Differenzdruckwerten x-| ...x _n innerhalb des definierten ersten Bereiches mit der festgelegten Häufigkeit liegen, stellt die Diagnoseeinheit 7 fest, dass die

Differenzdruckmessanordnung in einem Zustand ist, der die Diagnose der

Wirkdruckleitung bzw. der Wirkdruckleitungen zulässt. Zur Diagnose der Wirkdruckleitung bzw.-leitungen, ob eine Verstopfung vorliegt, kann die Diagnoseeinheit 7 im Verfahrensschritt d) ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren anwenden, welches die Bestimmung der Verstopfung einer oder ggfl. auch beider Wirkdruckleitungen vorsieht. Beispielsweise kann die Diagnoseeinheit das in der eingangs erwähnten deutschen Patentanmeldung DE 10 2013 1 10 059 A1 beschriebene Verfahren hierfür ausführen.

Alternativ oder auch zusätzlich zum Feststellen, ob die Differenzdruckmessanordnung 1 in einem Zustand ist, der die Diagnose der Wirkdruckleitung zulässt, kann vorgesehen sein, dass die Diagnoseeinheit 7 überprüft, ob der Prozess keine signifikante Änderung aufweist und somit auch aus Prozesssicht eine Diagnose der Wirkdruckleitungen 3, 5 sinnvoll ist.

Hierfür erfasst die Diagnoseeinheit 7 eine festgelegte Anzahl von weiteren

Differenzdruckwerten χγ ..χ ^' _η und berechnet einen Mittelwert von den weiteren Differenzdruckwerten. Anschließend überprüft die Diagnoseeinheit 7, ob der Mittelwert μ(χγ . .χ ^' _η ) innerhalb eines definierten zweiten Bereichs μ ± 3 o liegt. Dieser zweite definierte Bereich μ ± 3 o kann bspw. durch den Betreiber bzw. Bediener der

Differenzdruckmessanordnung festgelegt werden. Zusätzlich kann ein Standardwert in der Diagnoseeinheit hinterlegt sein, der verwendet wird, wenn der Betreiber bzw.

Bediener keinen Wert für den zweiten definierten Bereich eingibt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass der Standardwert aus den ersten

Differenzdruckwerten x-ι . . .x _n ermittelt wird. Vorzugsweise umfasst der zweite definierte Bereich einen Mittelwert und eine dreifache Standardabweichung 3 o, die beide aus den ersten Differenzdruckwerten gebildet werden, so dass der zweite definierte Bereich μ(χ·ι . . .χ _η ) ± 3 o(x-| . . .x _n ) ist.

In dem Fall, dass der Mittelwert μ(χγ . .χ ^' _η ) der weiteren Differenzdruckwerten xY . .x ^' _n nicht innerhalb des definierten zweiten Bereiches μ(χ-| . . .χ _η ) ± 3 o(x-| . . .x _n ) liegt, kehrt die Diagnoseeinheit zu Verfahrensschritt a) zurück, wobei zur erneuten Feststellung, ob der Prozess eine signifikante Änderung aufweist, als neuer Standardwert die dreifache Standardabweichung 3 o(xi . . .x _n ) der Werte der weiteren Differenzdruckwerten xY . .x ^' _n hinterlegt wird. In dem Fall, dass der Mittelwert μ(χΥ . . _n ) innerhalb des definierten zweiten Bereiches μ(χ·ι . . .χ _η ) ± 3 o(x-| . . .x _n ) liegt, stellt die Diagnoseeinheit 7 fest, dass der Prozess keine signifikante Änderung aufweist, so dass eine Diagnose der Wirkdruckleitungen 3, 5 aus Sicht des Prozesses zu diesem Zeitpunkt möglich ist. Das zuvor beschriebene Verfahren wird vorzugsweise während des Betriebes der Differenzdruckmessanordnung 1 in regelmäßigen zeitlichen Abständen durch die Diagnoseeinheit 7 ausgeführt. Die zeitlichen Abstände können dabei von Prozess zu Prozess variieren.

Bezugszeichenliste

1 Differenzdruckmessanordnung

2 Differenzdruckmesswandler

3 Erste Wirkdruckleitung

4 Erster Druckeingang

5 Zweite Wirkdruckleitung

6 Zweiter Druckeingang

7 Diagnoseeinheit

8 Elektronikmodul

9 Zweidrahtleitung

10 Prozessleitsystem

1 1 Sensormodul

12 Wirkdruckgeber

13 Rohrleitung

14 Blende

15 Erster Druckabgriffkanal

16 Zweiter Druckabgriffkanal

(xo,i . . .Χο Zweite festgelegte Anzahl von Differenzdruckwerten, die erfasst wurden, während der Prozess in einem stabilen Zustand ist

(x-i . . .x _n ) Erste festgelegte Anzahl von Differenzdruckwerten

(χγ ..χ ^' _η ) Weitere festgelegte Anzahl von Differenzdruckwerten

p1 Erster Mediendruck

p2 Zweiter Mediendruck