(57)【要約】  本発明は、特に化学プラントまたは航空機内に配置された少なくとも２つの冗長センサを監視する方法に関し、第１のセンサの第１のセンサ信号を提供し、第１のセンサ信号は、少なくとも１つの測定値を含み；さらなるセンサから少なくとも１つのさらなるセンサ信号を提供し、さらなるセンサ信号は、少なくとも１つのさらなる測定値を含み；第１のセンサ信号から第１の分析信号を生成し；さらなるセンサ信号から少なくとも１つのさらなる分析信号を生成し；少なくとも第１の分析信号とさらなる分析信号とに依存して、時間の地平線にわたって、第１のセンサ信号とさらなるセンサ信号との間の少なくとも１つの関係を決定し；この関係を少なくとも１つ許容範囲と比較し；この比較結果に応じて、２つの冗長センサの内の少なくとも１つのセンサが故障しているかどうかを判定する；ことを含む。
2019505888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に化学プラント（１００、２００）または航空機（２５０）内に配置された少なくとも２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）を監視するコンピュータ実装方法であって、
ａ）前記２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）の第１のセンサ（１０２．１、２０２．１、２５２．１）の第１のセンサ信号を提供し、前記第１のセンサ信号は、少なくとも１つの測定値を含み、
ｂ）前記２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５１．１、２５２．２）のさらなるセンサ（１０２．２、２０２．２、２５２．２）から少なくとも１つのさらなるセンサ信号を提供し、前記さらなるセンサ信号は、少なくとも１つのさらなる測定値を含み、
ｃ）前記第１のセンサ信号から少なくとも１つの第１の分析信号を生成し、
ｄ）前記さらなるセンサ信号から少なくとも１つのさらなる分析信号を生成し、
ｅ）ｃ）およびｄ）からの前記分析信号を、前記センサ信号の分散、定常性、およびダイナミクスのための所定の限界と比較することによって、ａ）、ｂ）からの前記センサ信号のために時間の地平線を選択し、
ｆ）前記第１のセンサの前記第１の分析信号と前記さらなるセンサの前記分析信号との間の少なくとも１つの相関を決定し、
ｇ）前記相関を少なくとも１つの許容可能な相関範囲と比較し、または差を許容可能な差範囲と比較し、
ｈ）ｇ）による比較結果に応じて、前記２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）の少なくとも１つのセンサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）が故障しているか否かを決定し、
ｉ）ｈ）に従って前記決定を発行する、
ことを含む方法。
【請求項２】
ステップｃ）において、前記第１のセンサ信号の標準偏差が生成され、かつ
ステップｄ）において、前記さらなるセンサ信号の標準偏差が生成され、かつ
ステップｅ）において、前記地平線は、移動する地平線であり、前記第１のセンサ信号の前記標準偏差と前記さらなるセンサ信号の前記標準偏差とはそれぞれ、同じ時間帯の間または同じ時点対の間に、指定された定常限界を超えず、ステップｆ）において、前記第１のセンサ信号の前記少なくとも１つの測定値と前記さらなるセンサ信号の前記少なくとも１つの測定値との間の平均偏差が決定され、ステップｇ）において、前記平均偏差は、許容可能な平均偏差と比較される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップｃ）において、前記第１のセンサ信号の二次導関数が生成され、かつ
ステップｄ）において、前記さらなるセンサ信号の二次導関数が生成され、かつ
ステップｅ）において、データポイントの最小数が存在する地平線が確認され、前記地平線は第２時間導関数によって特徴付けられ、前記第２時間導関数の絶対値は、前記二次導関数の指定されたダイナミクス限界値を上回る、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップｃ）において、前記第１のセンサ信号の標準偏差がさらに生成され、かつ
ステップｄ）において、前記さらなるセンサ信号の標準偏差がさらに生成され、かつ
ステップｆ）において、前記第１のセンサ信号の前記標準偏差と前記さらなるセンサ信号の前記標準偏差とから差信号が決定され、その後
前記決定された差信号と前記第１のセンサ信号の前記標準偏差との間の第１の相互相関が決定され、
前記決定された差信号と前記さらなるセンサ信号の前記標準偏差との間のさらなる相互相関が決定され、
前記第１の相互相関と前記さらなる相互相関との比率が決定され、
ステップｇ）において、前記決定された比率は、許容可能な比率範囲と比較される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記計算された比率が、前記許容可能な比率範囲外にある場合、故障したセンサは、相互相関の小さい絶対値を有するセンサであり、対応する通知が発行される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップｃ）において、前記第１のセンサ信号のさらなる分析信号として、前記第１のセンサ信号の標準偏差が生成され、かつ
ステップｄ）において、前記さらなるセンサ信号のさらなる分析信号として、前記さらなるセンサ信号の標準偏差が生成され、かつ
ステップｆ）において、前記相関の決定は、前記第１のセンサ信号の前記標準偏差と前記さらなるセンサ信号の前記標準偏差との間の相互相関を最大化することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のセンサ信号１の前記標準偏差と前記さらなるセンサ信号の前記標準偏差との間の共分散を異なる時間変位（ΔＴ）によって最大化することによって、前記相互相関は最大化される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
実施された前記時間変位からの前記相関として、汚れ時間が決定され、
前記汚れ時間は、許容可能な汚れ時間範囲と比較され、
前記比較結果に応じて、故障したセンサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）が存在するか否かが決定される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のセンサ（１０２．１、２０２．１、２５２．１）と前記さらなるセンサ（１０２．２、２０２．２、２５２．２）との間の空間距離が決定され、
容積流量測定と前記センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）間の前記空間距離とに応じて、提供された前記センサ信号の少なくとも１つは時間ベースで処理される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のセンサ（１０２．１、２０２．１、２５２．１）と前記さらなるセンサ（１０２．２、２０２．２、２５２．２）との間の前記空間距離に応じて、提供された前記センサ信号の１つは、少なくとも一次の遅延素子によって時間ベースで処理され、および／または
前記容積流量測定と、前記センサ（１０２．１、２０２．１、２５２．１）と前記さらなるセンサ（１０２．２、２０２．２、２５２．２）との間の前記空間距離とに応じて、提供された前記センサ信号の１つが、デッドタイム要素により時間ベースで処理される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の分析信号および／または前記さらなる分析信号の前記決定の前に、少なくとも測定ノイズが前記センサ信号からフィルタリングされるように、記録されたセンサ信号の少なくとも１つがフィルタリングステップでフィルタリングされる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
特に化学プラント（１００、２００）または航空機（２５０）内に配置された少なくとも２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）を監視する監視装置（１０４、２０４、２５４、３０４）であって、
前記２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）の第１のセンサ（１０２．１、２０２．１、２５２．１）の第１のセンサ信号と、前記２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）のさらなるセンサ（１０２．２、２０２．２、２５２．２）からの少なくとも１つのさらなるセンサ信号と、を受信するように設計された少なくとも１つの受信デバイス（３１４．１、３１４．２）と、
前記第１のセンサ信号は少なくとも１つの測定値を含み、前記さらなるセンサ信号は少なくとも１つの測定値を含み、
前記第１のセンサ信号から第１の分析信号を生成し、前記さらなるセンサ信号から少なくとも１つのさらなる分析信号を生成するように設計された少なくとも１つの処理装置（３１６）と、
少なくとも前記第１の分析信号と前記さらなる分析信号とに依存して、請求項１に記載の前記方法によって、前記第１のセンサ信号と前記さらなるセンサ信号との間の少なくとも１つの相関条件を決定するように設計された前記処理装置（３１６）と、
前記相関条件を少なくとも１つの許容可能な相関範囲と比較するように設計された少なくとも１つの比較装置（３１８）と、
前記比較結果に応じて、少なくとも１つのセンサ（１０２．１、１０２．２；２０２．１、２０２．２；２５２．１、２５２．２）が故障しているか否かを決定するように設計された少なくとも１つの評価装置（３２０）と、
を含む監視装置。
【請求項１３】
少なくとも２つの冗長センサ（１０２．１、１０２．２、２０２．１、２０２．２）と、
請求項１２に記載の少なくとも１つの監視装置（１０４、２０４、３０４）と、
を含む化学プラント（１００、２００）。
【請求項１４】
少なくとも２つの冗長センサ（２５２．１、２５２．２）と、
請求項１２に記載の少なくとも１つの監視装置（２５４、３０４）と、
を含む航空機（２５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に化学プラントに配置された少なくとも２つの冗長センサを監視する方法に関する。本発明は、例えば、化学プラントまたは航空機内で、少なくとも２つの冗長なセンサを監視する監視装置を含む。
【背景技術】
【０００２】
化学工業では、これらの化学プラントで処理される物質のために、厳しい安全要件を満たさなければならない多くの化学プラントが存在する。例として１つだが、１つのみではない化学プラントは、トルエン−２、４−ジイソシアン酸エステル（ＴＤＩ）プラントである。特に、保護安全機能の一部として、または、オートパイロットによる航空機の重要な飛行パラメータの自動チェックの一部として、そのような化学プラントを監視するために、プラント内で実行される少なくとも１つの（化学的）プロセスに関する現在のデータを常に得るために、監視装置およびセンサが、特に、プロセス変数の測定に使用される。センサによって記録された現在のプロセスデータまたはプロセス変数は、通常、監視装置に送信され、後者によって評価される。評価では、少なくとも１つの記録されたプロセス変数のために、値の指定された範囲、例えば、許容範囲があってもよい。監視装置が、センサによって記録された値が、値の許容範囲外と判断した場合、プロセスは、中断されてもよく、および／またはアラームが出力されてもよい。センサによって記録された物理変数を設定値に戻すために、自動制御が行われてもよい。化学プラントからの環境に有害な物質の放出がその時に検出され、それ以上の放出、即ち、危害が防止されることが保証される。
【０００３】
例として挙げられる冗長センサの応用は、航空機内にある。例えば、安定した飛行位置のために重要なパラメータが、航空機内でチェックされる。センサは、チェックを実行し、例えば、飛行速度を記録するために使用される。記録された飛行パラメータは、オートパイロットに送信され、外乱が発生した場合には、飛行位置を安定に保つために、オートパイロットは制御対策をとる。
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、そのような監視の１つの問題は、故障したセンサのために、点検それ自体が不完全なことである。言い換えれば、正確な監視が保証されるのは、使用されるセンサが完璧に機能し、正しい実際の値、すなわち、正しい物理的プロセス変数を供給した場合のみである。この時点では、特に、故障したセンサを検出することに困難が生じる。一般的に、故障したセンサが検出されるのは、センサによって供給されるセンサ信号またはセンサ信号からの測定値が上記特定の許容範囲外にあり、化学プラント全体がシャットダウンされた後にチェックされ、および／または航空機が着陸後にチェックされる場合のみである。しかし、これは、かなりの時間のロス、コストおよび労力を含む。実際のプロセス値が、許容範囲内にあっても、故障したセンサが、許容範囲内の誤ったセンサ信号を供給した場合、さらに大きな危害が生じる可能性がある。言い換えれば、機能不全、例えば、プラントからの有害物質の逃避は、故障したセンサのために、検出されないままである。
【０００５】
航空機の監視の場合、アイシングのために、センサは、例えば、オートパイロットに誤って測定された速度値を提供する。その後、航空機が衝突する可能性がある。故障したセンサが検出されない場合には、実際には、航空機の速度が遅すぎて、失速しようとしており、結果的に衝突するとしても、これは、例えば、誤った速度測定が、オートパイロットに、充分に大きな飛行速度を示唆することを意味する。
【０００６】
したがって、本発明は、故障したセンサの信頼性の高い検出を可能にするセンサ監視方法を提供する目的に基づく。
【０００７】
上記で、推論され提示された目的は、本発明の第１の態様に従って、請求項１に記載の方法により達成される。方法は、少なくとも２つの冗長センサの使用およびセンサによって記録された測定信号のコンピュータ実装比較に基づいている。本出願の主題は、対応して、特に化学プラントまたは航空機内に配置された少なくとも２つの冗長センサを監視する方法であり、方法は、
ａ）２つの冗長センサのうちの第１のセンサの第１のセンサ信号を提供し、第１のセンサ信号は、少なくとも１つの測定値を含み、
ｂ）２つの冗長センサのうちのさらなるセンサからの少なくとも１つのさらなるセンサ信号を提供し、さらなるセンサ信号は、少なくとも１つの測定値を含み、
ｃ）第１のセンサ信号から少なくとも１つの第１の分析信号を生成し、
ｄ）さらなるセンサ信号から少なくとも１つのさらなる分析信号を生成し、
ｅ）ｃ）およびｄ）からの分析信号を、センサ信号の分散、定常性、およびダイナミクスのための所定の限界（limit）と比較することによって、ａ）、ｂ）からのセンサ信号の地平線（horizon）を選択し、
ｆ）第１のセンサの第１の分析信号とさらなるセンサの分析信号との間の少なくとも１つの相関、または第１のセンサの第１のセンサ信号とさらなるセンサのセンサ信号との間の差を決定し、
ｇ）相関を少なくとも１つの許容可能な相関範囲と比較し、差を許容可能な差範囲と比較し、
ｈ）ｇ）による比較結果に応じて、２つの冗長センサの少なくとも１つのセンサが故障しているかどうかを決定する、
ステップを含む。
【０００８】
本発明による方法は、典型的には、ステップを実行するために設計されたコンピュータによって実行される。
【０００９】
従来技術とは対照的に、２つの冗長センサのセンサ信号が評価され、少なくとも２つの対応する分析信号に依存して、センサ信号間の少なくとも１つの相関または差が導出されるので、故障したセンサを確実に検出することができ、センサの誤った動作に注目を集めることができる。監視されているプロセスの安全性を高めることができる。故障したセンサは、大きな労力なく交換することができ、結果として、低コストで交換することができる。３つ以上のセンサからのセンサ信号は、それぞれ、対で評価される。
【００１０】
本発明によれば、冗長センサは、第１のセンサには、少なくとも１つのさらなる（隣接する）センサが割り当てられていると理解され、センサは、測定の意味で、少なくとも１つの類似の、好ましくは同じプロセス変数を記録する。仮に、プロセスのシーケンスのために、２つのプロセス変数は、互いに類似の動作、例えば、時間とともに類似の動的変化を有し、または第１のプロセス変数が、計算により、さらなるプロセス変数（逆もまた同様）に変換される場合、第１のプロセス変数は、本発明の場合には、さらなるプロセス変数に類似すると考えられる。
【００１１】
一実施形態において、少なくとも１つのセンサは、プロセス変数として、圧力、質量流量、温度、ｐＨ等の質、粘度、流量、飛行高度などを記録するように設計される。しかしながら、測定値から計算された変数であってもよい。好ましくは、冗長センサは、同じプロセス変数を測定することができる。言うまでもなく、３つ以上の冗長センサを提供して、監視してもよく、センサ信号の比較、即ち、相関または差の確認は、この方法のステップｆ）に従って、ペアで行われる。
【００１２】
少なくとも２つの冗長センサのそれぞれから、少なくとも１つのセンサ信号がそれぞれ提供される。特に、第１のセンサが、適切な通信リンクを介して、第１のセンサ信号を監視装置に供給し、さらなるセンサが、適切な通信リンクを介して、さらなるセンサ信号を監視装置に供給する。センサ信号は、応用の目的のために、非常に多数の測定値を含み、測定値は、好ましくは、（ほぼ）連続的に、時間間隔にわたって（間隔とも称される）センサによって記録される。
【００１３】
応用の目的のために、センサの検査のための地平線は、現時点から過去までの時間あるいは、多数の利用可能な測定によって、現在の測定までの時間によって画成される。通常、地平線は、時間（時間の地平線としても知られる）によって画成される。応用の目的のために、地平線は、移動する地平線または時間間隔であってもよい。
【００１４】
信頼性のある評価または故障検出のためには、最初に、分析信号は、提供された少なくとも２つのセンサ信号から、それぞれ決定され、特に計算されるべきであることが認識されてきた。応用の目的のために、分析信号は、センサによって最後に記録されたデータまたは測定値の分散、定常性またはダイナミクスの測定を再現する信号である。
【００１５】
故障したセンサの信頼できる判定のためには、常に、最新の測定値を含む一方、分析信号は、十分な数の測定を有している必要があることが認識されてきた。このことは、移動する地平線上で生成される分析信号によって達成することができる。仮に新しい測定値がある場合、これに対して、分析信号に余裕ができ、最も古い測定値が分析信号から除去される。
【００１６】
地平線の画成または選択は、検査の質にとって決定的な要素であることがさらに認識されている。したがって、本発明によると、ステップｅ）において、ａ）、ｂ）からのセンサ信号の地平線の選択は、ｃ）およびｄ）からの分析信号を、センサ信号の分散、定常性およびダイナミクスのための所定の限界と比較することによって行われる。
【００１７】
少なくとも１つの故障したセンサを決定するために、少なくとも２つの分析信号の間の相関または２つの冗長センサからのセンサ信号間の差が決定されるか、地平線上で確認される。相関が小さい場合、方法の信頼性も低いというデメリットがある状態で、地平線上の少なくとも２つのセンサ信号間の相関を直接的に確立することも可能である（センサ信号からの分析信号の計算なしで）。決定された少なくとも１つの相関または差は、次に、（指定可能な）許容できる相関範囲または差範囲と比較される。言うまでもなく、特に複数の異なる相関または差の場合、対応する異なる許容できる相関範囲または差範囲が、指定されてもよい。許容できる相関範囲は、黙示的に、明示的な許容できる相関範囲および／または少なくとも１つの限界値によって与えられてもよい。これは、差範囲にも適用される。
【００１８】
故障したセンサの検出または決定のために、決定された相関または差は、許容できる相関範囲または差範囲と比較される。相関または差が、許容範囲内の場合、故障したセンサは存在しない。相関または差が、許容範囲内でない場合には、故障したセンサが存在する。例えば、アラームが出力されてもよい。例えば、センサの交換等、障害を整流するための措置を開始することができる（自動的にを含む）。誤ったアラームを回避するために、好ましくは、比較結果は、少なくとも１つの点検ステップで検証される。例えば、まず、警告を出力し、許容できる相関範囲または差範囲が残っていることが検出された場合のみ、回数（例えば、３回）は、アラーム出力であってもよい。
【００１９】
様々な障害が起こりえることが認識されている。本発明による実施形態によって検出される障害、およびその結果としての故障したセンサの、１つではない一例は、オフセット障害、凍結障害および／または汚れ障害（fouling fault）である。本発明の場合には、オフセット障害は、少なくとも２つの冗長センサのうちの他のセンサの測定値と比較して、１つのセンサの測定値の一定の不正確さを意味すると理解されるべきである。冗長センサ間の測定値の一定の偏差は、センサの定常的な不正確さとして解釈されてもよい。凍結は、本発明の場合には、センサ信号の凍結を指す。言い換えれば、他のセンサは、測定されたプロセス変数の動的変動を（正確に）示す一方、センサ信号は、常に、一定の（誤りのある）値を指してよい。汚れは、本発明の場合には、少なくとも２つの冗長センサの他のセンサの測定信号に関して、１つのセンサの測定信号の動的挙動における時間遅延を特に意味すると理解される。これは、例えば、インクラステーション等のセンサの汚れに起因する。汚れは、センサの（動的な）慣性につながる可能性がある。
【００２０】
方法の第１の実施形態において、移動する地平線上の平均値に関する、それぞれのセンサ信号の計算された標準偏差が、分析信号として使用される。標準偏差は、測定データまたはセンサ信号の測定値の分散、定常性およびダイナミクスの（良好な）測定である。
【００２１】
特に、オフセット障害を検出するためには、方法のステップｅ）において、各センサ信号の標準偏差は、分析信号として使用される。各センサ信号に対して、地平線上の現在の測定データポイントのダイナミクスの測定（言い換えれば、分析信号）が充分小さいか、すなわち、プロセスが静止しているかがチェックされる。センサ信号の定常性は、典型的には、移動時間の地平線にわたって確認される（移動する地平線とも称される）。仮に、第１のセンサ信号の標準偏差およびさらなるセンサ信号の標準偏差が、それぞれ、同じ時間帯（period of time）の間または同じ時点対（points in time）の間に、許容可能な、または十分な定常性を有していた場合、すなわち、対応する限界値を超えない場合、データまたは測定値は、オフセット故障検出のために、充分に静止している。さもなければ、短期的なダイナミクスのためにリスクがある、例えば、化学プロセスまたは航空機の速度において、事実上存在しないオフセット障害のレポートが、誤ったアラームとして与えられる。オフセット点検のための分析信号の移動する地平線は、通常、数分である。仮に、２つのセンサの測定データポイントのそれぞれが、移動する地平線上にほとんどダイナミクスを持たない場合、この方法のステップｆ）の後に、測定信号の差（一連の測定データポイント）または現在の２つのセンサの測定データポイントの差の一方が計算され、差は、オフセット値とも称され、最大オフセット限界値を比較される。比較結果に応じて、故障したセンサが存在するかが決定される。比較が、決定された差が、許容できる（指定可能な）差範囲になく、差限界値を下回っていることを示す場合、比較結果から、オフセット障害が存在すると推論される。言い換えれば、比較結果に応じて、故障したセンサが存在するか否かを容易に且つ確実に決定することができる。
【００２２】
更なる実施形態において、本発明による方法は、典型的には、以下のステップを有する凍結および／または汚れチェックを含む。
【００２３】
これらのチェックのステップｃ）およびｄ）において、各センサ信号の標準偏差および第１および／または第２導関数が、時間とともに、各センサ信号の分析信号として、生成され／計算される。ステップｅ）において、それぞれのチェックのための適切な地平線が確認され、典型的には、各センサ信号の記録された測定データポイントが動的挙動を有するチェック間隔（間隔とも称される）である。動的挙動を有するデータポイントは、局所的であり、（隣接するデータポイントに関して）静止しておらず、また、一定の傾向を特徴としないデータポイントを指し、即ち、各センサ信号の勾配（一次導関数）が時間とともに、チェック間隔で十分に変化することが確認されるチェック間隔である。これは、各センサ信号の計算された二次導関数の絶対値が、充分に大きい（限界値を超える）場合のケースである。これを以下、動的挙動と称する。一方で、仮に、センサ信号が、非動的挙動を示す場合、指定された最小数の動的測定データポイントを含むまで、新しい測定データポイントが、検討中のチェック間隔に追加される。
【００２４】
凍結チェックのために、ステップｆ）において、ｃ）およびｄ）からの分析信号が、チェックに使用されて、第１の分析信号（Ａ１）および更なる分析信号（Ａ２）から差信号（ΔＡ）が決定される。好ましくは、ステップｆ）において、センサ信号の標準偏差はそれぞれ分析信号として使用される。しかしながら、凍結チェックのために、センサ信号を直接的に使用することあるいは導関数を分析信号として使用することが可能である。決定された差信号と、第１の分析信号との間の第１の相互相関（crosscorrelation）Ｃｏｖ（Ａ１、ΔＡ）を決定する。決定された差信号と、さらなる分析信号との間のさらなる相互相関Ｃｏｖ（Ａ２、ΔＡ）が決定される。さらなる相互相関に対する第１の相互相関の比率が決定される。ステップｇ）において、この比率は、許容できる相関範囲、特に、許容できる（指定可能な）比率の範囲と比較される。仮に、相互相関が、大きさの順で異なる場合、即ち、計算された比率が指定された比率の範囲外である場合、凍結が存在し、故障したセンサが決定される。仮に、相互相関Ｃｏｖ（Ａ１、ΔＡ）の絶対値が、他の相互相関Ｃｏｖ（Ａ２、ΔＡ）未満である場合、センサ１は、凍結の影響を受け、逆もまた同様である。
【００２５】
本発明による方法の特定の実施形態による汚れチェックのために、少なくとも１つの相関の決定は、（この方法における（ステップｆ））は、下記を含む；異なる時間変位（ΔＴ）によって、第１の分析信号と、さらなる分析信号の間の相互相関を最大化すること。このため、典型的には、第１の分析信号と、チェック間隔にわたる、さらなる分析信号との間の共分散Ｃｏｖ（Ａ１、Ａ２（ΔＴ））は、さらなる分析信号の時間変位Ａ２（ΔＴ）によって最大化される。言い換えれば、ステップｆ）において、２つのセンサ信号間の相関として、汚れ時間（fouling time）とも称される遅延時間が計算される。汚れ時間は、許容遅延時間制限値と比較される。仮に、汚れ時間が、最大許容限界値を上回る場合、故障したセンサは存在する。好ましくは、ステップｆ）において、センサ信号の標準偏差は、分析信号としてそれぞれ使用される。汚れチェックのために、センサ信号を直接的に使用することも、また、派生物を分析信号として使用することも可能である。
【００２６】
監視される少なくとも２つのセンサは、冗長センサである。これらのセンサは、例えば、化学プラントの装置内で、互いにすぐ近くに配置される。例えば、これらのセンサは、直接的に互いに隣接し、および／または、共通のハウジング等を含んでいてもよい。一実施形態によると、冗長センサは、互いにある距離に配置されてもよい。例えば、第１のセンサは、流体ラインの始端に位置してもよく、さらなるセンサは、流体ラインの終端に配置されてもよい。別の例の場合、装置は、２つのセンサの間に配置されてもよく、または、センサは、順次配置された異なる装置に配置されてもよい。第１のセンサと、第２のセンサとの間の構造的関係は、更なる実施形態に従って決定されてもよい。例えば、この決定は、センサの設置中に（１回）行われる。前処理ステップでは、提供されたセンサ信号の少なくとも１つが、時間ベースで、センサの構造的関係に依存した方法で処理されてもよい。特に、このようにして、第１のセンサ信号と、さらなるセンサ信号との間の（既知の）プラント関連遅延が許可される。仮に、センサが直接的に隣接せず、互いにある距離に配置されたとしても、これにより、少なくとも２つの冗長センサの故障したセンサを検出することができる。
【００２７】
好ましい実施形態によると、提供されたセンサ信号の少なくとも１つは、一次時間遅れ要素により、時間ベースで、センサの構造的関係に依存した方法で処理されてもよい。加えてまたは代替として、デッドタイム要素により、提供されたセンサ信号の少なくとも１つが、時間ベースで、センサの構造的関係に依存した方法で処理されてもよい。特に、２つの冗長センサの間に配置されたプロセスエンジニアリング装置は、一次遅れ要素（ＰＴ１）、高次遅延要素（ＰＴｎ）またはデッドタイム要素（ＰＴｔ）によって記述できることが認識されている。仮に、プロセスエンジニアリング装置の動的挙動が、デッドタイム要素（ＰＴｔ）に関係する場合、下流の測定信号は、時間変位によって遅延させることができる。
【００２８】
故障検出が基づくデータの質を向上するために、更なる実施形態によると、第１の分析信号および／またはさらなる分析信号の決定の前に、記録されたセンサ信号の少なくとも１つは、慣習的なローパスフィルタによって、フィルタリングステップで、フィルタリング（前処理）され、測定ノイズは、（対応する）センサ信号からフィルタリングされる。ノイズが正規分布している場合は、フィルタリングステップを省略してもよい。
【００２９】
本発明の更なる態様は、特に化学プラントに配置された少なくとも２つの冗長なセンサを監視する監視装置である。監視装置は、２つの冗長センサのうちの第１のセンサの第１のセンサ信号を受信して、２つの冗長センサのうちのさらなるセンサからの少なくとも１つのさらなるセンサ信号を受信するように設計された少なくとも１つの受信デバイスを含む。第１のセンサ信号は、少なくとも１つの測定値を含み、さらなるセンサ信号は、少なくとも１つの測定値を含む。監視装置は、第１のセンサ信号から第１の分析信号を生成し、さらなるセンサ信号から少なくとも１つのさらなる分析信号を生成するように設計された少なくとも１つの処理装置を含む。処理装置は、第１のセンサの第１の分析信号と、さらなるセンサの分析信号との間の少なくとも１つの相関または第１のセンサの第１のセンサ信号と、さらなるセンサのセンサ信号との間の差を決定するように設計されている。監視装置は、相関または差を少なくとも１つの許容できる相関または差の範囲または限界と比較するように設計された少なくとも１つの比較装置を含む。監視装置は、比較結果に応じて、少なくとも１つのセンサが故障しているか否かを決定するように設計されている少なくとも１つの評価装置を含む。
【００３０】
監視装置は、上述の方法を実施するのに特に適している。
【００３１】
本発明のさらに別の態様は、少なくとも２つの冗長センサと、上述した少なくとも１つの監視装置を含む化学プラントである。
【００３２】
本発明のさらに別の態様は、少なくとも２つの冗長センサと、上記の少なくとも１つの監視装置を含む航空機である。
【００３３】
方法、装置およびプラントの特徴は互いに自由に組み合わせることができる。特に、記載および／または従属請求項の特徴は、互いに自由に組み合わせられる場合、独立請求項の特徴を完全にまたは部分的に回避しながらも、それ自体独立して発明であってもよい。
【００３４】
本発明による監視装置、本発明による方法および本発明による化学プラントを精製し、さらに開発するための多数の可能性がある。この点において、一方で、独立請求項に従属する請求項を参照し、図面と関連して、例示的な実施形態の記載を参照すべきである。図面において：
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明による化学プラントの例示的な実施形態の模式的な部分図を示す；
【図２】図２は、本発明によるさらなる化学プラントの例示的な実施形態の模式的な部分図を示す；
【図２ａ】図２ａは、本発明による航空機の例示的な実施形態の模式的な部分図を示す；
【図３】図３は、本発明による監視装置の例示的な実施形態の概略図を示す；
【図４】図４は、本発明による方法の例示的な実施形態の略図を示す；
【図５】図５は、センサ信号の変形例を示す略図である；
【図６】図６は、分析信号の変形例を示す略図である；そして
【図７】図７は、さらなる分析信号の変形例を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、同じ符号が同じ要素には使用される。
【００３７】
図１は、本発明による化学プラント１００の例示的な実施形態の模式的な部分図を示す。特に、この例示的な実施形態において、化学プラント１００の流体ライン１０６の一部が示されている。流体ライン１０６を通って、流体が流れ、流体は冗長センサ１０２．１、１０２．２によって監視される。
【００３８】
本発明の場合には、流体ライン１０６に２つの冗長センサ１０２．１、１０２．２が配置される。この例示的な実施形態において、センサ１０２．１、１０２．２は、互いにある距離にある。以下で説明するように、故障したセンサ１０２．１、１０２．２の検出におけるセンサ１０２．１、１０２．２間の構造的関係が許される。しかしながら、センサ１０２．１、１０２．２は、互いに直接隣接して配置されてもよい。冗長センサ１０２．１、１０２．２は、少なくとも１つの類似のプロセス変数を測定するように設計されていてもよい。例えば、プロセス変数は、流体の温度、流体ライン１０６内の圧力、流量、流体のｐＨなどであってもよい。
【００３９】
第１のセンサ信号は、通信リンク１０８を介して、第１のセンサ１０２．１によって監視装置１０４に利用可能にされてもよい。さらなるセンサ信号は、監視装置１０４の通信リンク１０８を介して、さらなるセンサ１０２．２によって利用可能にされてもよい。各センサ信号は、複数の測定値により形成されてもよい。監視装置１０４は、特に故障したセンサ１０２．１、１０２．２を検出するように設計される。故障したセンサ１０２．１、１０２．２が検出された場合、対応する情報は、出力１１０を介して、監視装置１０４から発行（issue）される。
【００４０】
監視装置１０４は、処理手段、記憶手段などを含むコンピュータ装置の少なくとも一部であってもよい。
【００４１】
図２は、本発明による化学プラント２００のさらなる例示的な実施形態の模式的な部分図を示す。上記の例示的な実施形態と比較して、この例示的な実施形態において、化学装置２１２が提供され、冗長センサ２０２．１および２０２．２の間に配置される。化学装置２１２は、物質または流体を処理するように設計されてもよい。故障したセンサ２０２．１、２０２．２の検出における冗長センサ２０２．１および２０２．２の間の構造的関係が許可されてもよい。第１のおよびさらなるセンサ２０２．１、２０２．２のそれぞれのセンサ信号は、監視装置２０４に供給されてもよい。
【００４２】
図２ａは、本発明による航空機２５０の例示的な実施形態の模式的な部分図を示す。本発明の場合には、航空機の速度がセンサ２５２．１、２５２．２により監視される。第１のセンサ信号が、通信リンク２５８を介して、第１のセンサ２５２．１によって監視装置２５４へ利用可能にされてもよい。さらなるセンサ信号が、通信リンク２５８を介して、さらなるセンサ２５２．２によって監視装置２５４に利用可能にされてもよい。各センサ信号は、複数の測定値から形成されてもよい。監視装置２５４は、特に、故障したセンサ２５２．１、２５２．２を検出するように設計される。故障したセンサ２５２．１、２５２．２が検出された場合、対応する情報は、出力２６０を介して、監視装置２５４から発行される。
【００４３】
監視装置１０４、２０４、２５４の例示的な実施形態は、以下により詳細に説明される。
【００４４】
図３は、本発明による監視装置３０４の例示的な実施形態の概略図を示す。図から分かるように、本発明の場合には、監視装置３０４は、第１のセンサ信号を受信するように設計された第１の受信デバイス３１４．１と、さらなるセンサ信号を受信するように設計されたさらなる受信デバイス３１４．２とを有する。言うまでもなく、共通受信デバイスが提供されてもよい。
【００４５】
本発明の場合には、処理装置３１６のために、２つのセンサ信号が提供される。処理装置３１６は、第１のセンサ信号から第１の分析信号を生成し、さらなるセンサ信号から少なくとも１つのさらなる分析信号を生成するように設計される。さらに、処理装置３１６は、第１のセンサの第１の分析信号と、さらなるセンサの分析信号との間の少なくとも１つの相関または第１のセンサの第１のセンサ信号と、さらなるセンサのセンサ信号との間の差を決定するように構成される。
【００４６】
相関または差は、比較装置３１８に利用可能にされてもよく、比較装置３１８は、少なくとも１つの許容できる（指定された）相関または差範囲または限界との比較を行うように設計される。比較結果は、評価装置３２０に利用可能にされてもよい。評価装置３２０は、少なくとも１つのセンサが故障しているか否かを決定するように設計されている。比較結果に依存する方法で、決定は行われる。仮に、評価装置３２０が、少なくとも１つの監視センサが誤って動作していると判断した場合、例えば、出力３１０によって、警告および／またはアラームを与えるために、これを出力装置３２２に渡すことができる。
【００４７】
化学プラントまたは航空機の上記の監視装置は、図４を参照して以下により詳細に記載される。図４は、本発明による方法の例示的な実施形態の略図を示す。以下の説明では、センサをインデックスｓで表し、センサの測定値をｍで表すことに留意されたい。
【００４８】
第１のステップ４０１において、センサ信号はそれぞれ、少なくとも２つの冗長センサによって利用可能にされる。特に、監視装置は、第１のセンサの少なくとも１つの第１のセンサ信号と、さらなるセンサのさらなるセンサ信号を受信する。さらなるセンサは、調査される第１のセンサの基準を形成する。
【００４９】
逆に、第１のセンサは、さらなるセンサのための基準である。その結果として、常に、少なくとも２つのセンサを、一対のセンサとして一緒に調査することが可能である。障害の検出は、一対のセンサに関係してもよい。障害は、特に、相対的な障害として解釈されるべきである。検出された障害は、その結果として、１つのセンサのための正の障害または他のセンサのための負の障害に何れかと解釈される。
【００５０】
オプションの次のステップ４０２において、冗長センサ間の構造的関係、特に、第１のセンサ信号と、さらなるセンサ信号との間のプラント関連遅延が許可される。プラント関連遅延は、例えば、流体ラインの第１の端部、および、さらなるセンサ、例えば、流体ラインの他端（図１参照）など、例えば、第１のセンサの異なる測定位置から生じてもよい。更なる例において、第１のセンサが、化学装置の上流に配置され、さらなるセンサが、化学装置の下流に配置される（図２参照）。
【００５１】
好ましくは、ステップ４０２において、結果として得られる動的挙動のための構造的関係は、（大まかに）、一次遅れ要素（ＰＴ１）および／またはデッドタイム要素（ＰＴｔ）によって記述される。上記の例において、特に、２つのセンサの測定は、同じ時間的に適合されたプロセスダイナミクスによって特徴付けられるという効果を達成するために、上流センサは、一次遅れ要素（ＰＴ１）、高次遅延要素（ＰＴｎ）、またはデッドタイム要素（ＰＴｔ）によって遅延される。これにより、センサ動作のより信頼性の高い分析が可能になる。
【００５２】
容積流量測定（volumetric flow measurement）を用いて
【００５３】
【数１】
2019505888.tif 000003
【００５４】
２つの測定位置の間で、時定数Ｔｄｅｌａｙは、第１のおよびさらなるセンサ２つの測定位置の間の遅延時間として計算される。
【００５５】
【数２】
2019505888.tif 000004
【００５６】
ここで、Ｖは、既知と想定される流体ラインの体積、または化学装置等の充填体積である。
【００５７】
仮に、測定位置間に位置する装置の動的挙動が、一次遅れ要素（ＰＴ１）に関係する場合、上流測定信号は、特にＰＴ１フィルタによって時間的に遅延される：
【００５８】
【数３】
2019505888.tif 000005
【００５９】
ここで、ｍｏｒｉｇは、オリジナルの測定値を示し、Ｔｓａｍｐは、測定値または測定されたデータポイント間のサンプリング時間を示し、ｔｋは、現時点を示す。
一般的に、測定信号のフィルタリングは、以下のように定式化することができる：
【００６０】
【数４】
2019505888.tif 000006
【００６１】
仮に、測定位置間に位置する装置の動的挙動が、デッドタイム要素（ＰＴｔ）に関係する場合、下流の測定信号は、好ましくは、時間変位によって遅延される。
【００６２】
【数５】
2019505888.tif 000007
【００６３】
ここで、ｍｏｒｉｇは、オリジナルの測定値である。
【００６４】
言うまでもなく、実質的に同一の測定位置のため、プラント関連遅延等のセンサ間の構造的関係を許可する必要がなければ、このステップ４０２は省略されてもよい。
【００６５】
オプションのステップ４０３において、センサ信号をフィルタリングして、信号の質を改善してもよい。例えば、測定ノイズおよび／または短期動的傾向をフィルタリングするために、１次フィルタＰＴ１等のフィルタによって、第１および／またはさらなるセンサ信号を前処理することが想定されてもよい。
【００６６】
【数６】
2019505888.tif 000008
【００６７】
ここで、ｍ（ｔｋ）は、時点ｔｋにおけるそれぞれのセンサの測定であり、ｍｆ（ｔｋ）は、フィルタリングされた測定であり、Ｔｆｉｌは、フィルタリング時間であり、Ｔｓａｍｐは、測定のサンプリング時間である（例えば、プロセス制御システムまたは別個の分析コンピュータ内で）。
【００６８】
一般的に、測定信号のフィルタリングは、以下のように定式化される：
【００６９】
【数７】
2019505888.tif 000009
【００７０】
オプションのステップ４０２および４０３に続いて、ステップ４０４において、第１のセンサ信号およびさらなる分析信号から第１の分析信号、好ましくは標準偏差が生成され、計算されてもよく、好ましくは、さらなるセンサ信号から、標準偏差が生成され計算されてもよい。既に記載されているように、センサ信号は、ステップ４０２および４０３で前処理されている。例えば、ステップ４０４において、フィルタリングされたセンサ信号の標準偏差ｘ（ｔｋ）またはｓｔｄ（ｔｋ）は、移動する地平線上で計算されてもよい：
【００７１】
【数８】
2019505888.tif 000010
【００７２】
ここで、
【００７３】
【数９】
2019505888.tif 000011
【００７４】
は、下記のように計算できる平均値である：
【００７５】
【数１０】
2019505888.tif 000012
【００７６】
移動する地平線は、特に、現時点から最後のｎ個のデータポイントのデータポイントまたは測定値を許容する。名前が既に暗示しているように、移動する地平線は、時間とともに、特に、リアルタイムで移動する。仮に新しい測定値が利用可能の場合、最後のデータポイントは、地平線から落とされ、残りのデータポイントは、１つの時間増分だけバック変位し、新しい測定値を含む現在のデータポイントが追加される。一般的に、分析信号（（７）および（８））の計算は、下記のように定式化できる：
【００７７】
【数１１】
2019505888.tif 000013
【００７８】
ステップ４０４において、オフセット障害および／または凍結障害の検出の出発点に特に適切な分析信号を生成することができる。特に、汚れ障害の検出の場合より、より少ないデータ値を有する分析信号が、信頼性の高いオフセット障害および／または凍結障害の検出に必要とされることが認識されてきた。後に記載するオフセットおよび凍結計算のために、分析信号ｘ（ｔｋ）は、比較的短い水平線ｎにわたって評価することができる。汚れ障害の監視は、より大きな地平線を必要とする可能性がある一方、センサの監視は、起こり得るオフセットおよび凍結障害の発生時に行われ、汚れ障害は、したがって、遅れてしか検出されない。オフセット計算のためには、プロセスが短時間安定していれば、十分である。比較的短い水平線を有する分析信号に基づく凍結計算は、充分に、確実に機能する。頑強な汚れ計算のためには、長期的なダイナミックな傾向がより重要であり、以下で説明するように、ステップ４２２において、別個の分析信号ｘ（ｔｋ）が、より長い水平線ｎにわたって決定されてもよい。
【００７９】
オフセット障害を検出するために、オプションのステップ４０６において、少なくとも１つのプラント関連プロセス偏差が許容されてもよい。特に、少なくとも１つのプラント関連プロセス偏差を許容する補正値Δｍｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎが決定される。補正値Δｍｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎは、特にプラント関連の理由のために必要とされ、さらなるセンサでの測定ｍ２のプロセス値は、上流の第１のセンサでの測定ｍ１のプロセス値と異なる。補正値は、既知であり、特に指定されていてもよい。
【００８０】
次のオプションのステップ４０８において、分析データ（分析信号）が、オフセットチェックのために充分に安定しているか否かがチェックされる。すべての化学プラントは、（連続的に）動的変化を経験し、動的変化は、例えば、外乱または設定値の変化により生じる。言い換えれば、化学プラントは、静止状態では、連続的に動作していない。仮に、センサが隣接して配置されたとしても、調査されるセンサは、正確に化学プラントの同じ場所には配置されていない。これは、プラント関連の理由により、２つのセンサによって記録される物理変数の間の時間遅延につながる。これらの短期的な動的変化は、例えば、外乱または設定値の変化のため、事前に予測することができず、したがって、ステップ４０２に対応する方法でまたは類似の方法でフィルタリングすることができない。それにもかかわらず、誤検出を防止するために、オフセット検出において、それらを許可しなければならない。言い換えれば、２つのセンサの間のオフセットとして、冗長センサの位置で、短時間で、互いにそれる物理的な値につながる動的変化の発生を解釈することが目的ではない。非常に信頼性の高いオフセット故障検出のために、ステップ４０８において、第１の、およびさらなる分析信号が充分に静止しているか否か、即ち、プラント内の動的変化が比較的小さいか否かをチェックすることが好ましい。
【００８１】
既に記載されたように、標準偏差の形式の分析信号は、データの分散の寸法、またはデータの定常性の寸法、すなわち、対応するセンサ信号である。充分に静止した分析信号のみが、更なるオフセット障害の決定に使用されることを保証するために、第１の分析信号ｘ１（ｔｋ）および、さらなる分析信号ｘ２（ｔｋ）は、少なくとも１つの（指定された）限界値ｓｔｄｌｉｍと比較されてもよい。以下の比較は、ステップ４０８で実施される：
【００８２】
【数１２】
2019505888.tif 000014
【００８３】
（１０）からの比較結果が肯定的な場合、ステップ４１０に進むことができる。特に、センサ信号間の差（＝平均偏差Δｍ）は、分析信号に依存して決定することができる。（１０）からの比較で否定的な結果が得られた場合、チェックが十分に肯定的な結果を生ずるのに必要な時間だけ長く手順を中断してもよい。
【００８４】
ステップ４１０において、平均偏差Δｍ、特に、センサ信号の測定値ｍの平均偏差Δｍの絶対値を決定してもよい。この場合、ステップ４０６で決定された補正値Δｍｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎが許容される。好ましくは、以下の計算は、ステップ４１２の処理装置によって実施される：
【００８５】
【数１３】
2019505888.tif 000015
【００８６】
ステップ４１２において、比較装置は、平均偏差Δｍ、特にステップ４１０において決定された平均偏差Δｍの絶対値を、許容偏差と比較する。好ましくは、偏差Δｍは、センサの測定範囲に事前スケーリングされていてもよい。以下の比較動作を行うことができる：
【００８７】
【数１４】
2019505888.tif 000016
【００８８】
特に、（１２）に従って、平均偏差Δｍが許容範囲内か否か、すなわち、（指定された）限界値ｏｆｆｌｉｍを超えていないかがチェックされる。比較結果に応じて、特に、評価装置は、故障したセンサが存在するか否かを決定する。仮に、限界値ｏｆｆｌｉｍを超えた場合、即ち、センサ信号間の偏差が許容範囲外にある場合、２つの冗長センサの内の１つは、障害、特に、オフセット障害を有する。
【００８９】
次のステップ４１４において、そのような比較結果の場合、警告および／またはアラームが出力されてもよい。例えば、誤ったアラームを回避するために、最初に、警告のみが出力される。仮にこの警告が、連続サンプリング増分、ｒｅｐｅａｔｏｆｆｓｅｔにわたり繰り返される場合、（プロセスは、それぞれのサンプリング増分（１０）にわたって静止し続けるべき）、一対のセンサの誤った動作に関するアラームが発生する。
【００９０】
図５は、第１のセンサ信号５３２およびさらなるセンサ信号５３４の変形例の略図を示す。指定５３６は、オフセット障害が発生す時点を識別する。言うまでもなく、示されている変形例は、概略的な変形例である。
【００９１】
既に記載されたように、加えてまたは代替として、センサの凍結障害は、ステップ４０４において生成された分析信号に応じて、相関が下記に示すように決定される方法により検出される。特に、凍結計算は、２つの分析信号の相互相関の評価によって行われる。
ステップ４１６において、差信号Δｘは、第１の分析信号ｘ１（ｔｋ）およびさらなる分析信号ｘ２（ｔｋ）から決定される。
【００９２】
【数１５】
2019505888.tif 000017
【００９３】
既に記載されたように、本発明の場合には、凍結は、センサからのセンサ信号は、一定値で凍結しており、その結果として、標準偏差、すなわち、分析信号はゼロになることを意味すると理解されるべきである。
【００９４】
ステップ４１６において、第１のセンサからの差信号Δｘおよび分析信号ｘ１（ｔｋ）と、さらなるセンサからの差信号Δｘおよび分析信号ｘ２（ｔｋ）との間の相互相関が分析されてもよい。分析のために、それぞれの分析信号（９）は、例えば、長さｎｆｒｅｅｚｅ（例えば、１０００個の測定値）の間隔ｐにわたって収集することができる。間隔ｐが、分析信号のデータポイントで満たされると、差信号Δｘと分析信号ｘ１（ｔｋ）との間の相互相関は計算される。これは、分析信号ｘ１、ｐと差信号Δｘｐとの間の共分散ｃｏｖｘ１、Δｘ、ｐに対応する。
【００９５】
【数１６】
2019505888.tif 000018
【００９６】
差信号Δｘと分析信号ｘ２（ｔｋ）との間の相互相関は、対応する方法で計算することができる。これは、分析信号ｘ２、ｐと差信号Δｘｐとの間の共分散ｃｏｖｘ２、Δｘ、ｐに対応する。
【００９７】
【数１７】
2019505888.tif 000019
共分散を決定する可能性のある詳細な方法を以下に記載する。差信号Δｘと分析信号ｘ１（ｔｋ）との間の共分散は、以下のように計算できる：
【００９８】
【数１８】
2019505888.tif 000020
【００９９】
差信号Δｘと分析信号ｘ２（ｔｋ）との間の相互相関は、対応して計算できる：
【０１００】
【数１９】
2019505888.tif 000021
【０１０１】
計算のために、平均値
【０１０２】
【数２０】
2019505888.tif 000022
【０１０３】
第１の分析信号ｘ１（ｔｋ）の
【０１０４】
【数２１】
2019505888.tif 000023
【０１０５】
平均値
【０１０６】
【数２２】
2019505888.tif 000024
【０１０７】
さらなる分析信号ｘ２（ｔｋ）の
【０１０８】
【数２３】
2019505888.tif 000025
【０１０９】
および平均値
【０１１０】
【数２４】
2019505888.tif 000026
【０１１１】
差信号Δｘの
【０１１２】
【数２５】
2019505888.tif 000027
【０１１３】
が計算される。現在の間隔がｎｆｒｅｅｚｅデータまたは測定値で満たされるとすぐに、この計算は行われる。インターバルと、凍結計算が完了すると、再びｎｆｒｅｅｚｅデータが存在するまで、現在のデータ（現時点の）を次の間隔のために収集することができる。
【０１１４】
後に、ステップ４１６において、２つの相互相関ｃｏｖｘ１、Δｘ、ｐおよびｃｏｖｘ２、Δｘ、ｐの間の比率が相関として決定される。比率は、比較ステップ４１８において、許容できる（指定された）比率の範囲と比較される。例えば、限界値比ｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｔｏｌ（例えば、比率ｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｔｏｌ＝１０００）が指定されてもよい。仮に、比率が、許容可能な比率範囲内の場合、障害はない。さもなければ、故障したセンサが存在すると推論される。仮に障害がある場合、特に、欠陥センサが以下のように識別されることが可能である。仮に、
【０１１５】
【数２６】
2019505888.tif 000028
【０１１６】
比率は、許容できないサブレンジ内にある。さらなるセンサは、欠陥がある（凍結している）。仮に、
【０１１７】
【数２７】
2019505888.tif 000029
【０１１８】
比率は、第１の許容できないサブレンジ内にある。第１のセンサは、欠陥がある（凍結している）。
【０１１９】
この場合、ステップ４２０において、警告および／またはアラームが出力されてもよい。例えば、誤ったアラームを回避するために、最初に、警告のみが出力される。特に、仮に（２１）または（２２）が満たされると、それぞれのセンサのための警告が出力されてもよい。仮に、この警告が、（指定可能な）連続した間隔で、ｒｅｐｅａｔｆｒｅｅｚｉｎｇにわたって繰り返された場合、識別されたセンサの誤った動作に関するアラームが発生する可能性がある。
【０１２０】
図６は、一例として与えられる第１の分析信号６３８、一例として与えられるさらなる分析信号６４０、および信号６３８、６４０から生じる差信号６４２の略図を示す。指定６４４は、さらなるセンサが凍結される時点を表わし、結果として得られる分析信号は、したがって、０である。図から分かるように、さらなる信号の分析信号は、分析信号の差信号を相関する。これからも、第１のセンサは凍結していると推論される。言うまでもなく、示される変形例は、概略的な変形例である。
【０１２１】
既に記載されたように、加えてまたは代替として、センサの汚れ障害は、方法により検出される。同様に、汚れ障害の検出は、２つの分析信号の相互相関の評価によって行われてもよい。これは、分析信号間の共分散の最大化に基づく。２つの冗長センサの上記の分析信号は、長さ（ｎｆｏｕｌｉｎｇ＋２＊ｚｍａｘ）の間隔ｑにわたって格納されてもよい。特に、間隔ｑは、データ２＊ｚｍａｘだけ延長されている。本発明の場合には、２＊ｚｍａｘは、以下に示す汚れ計算の検索ドメインを表す。本発明の場合には、ｎｆｏｕｌｉｎｇは、間隔ｑの実際のコアの長さを表す。汚れ分析は、間隔ｑがデータで満たされるとすぐに実行されてもよい。データの十分なダイナミクスによって特徴付けられる、間隔ｑに意味のあるデータのセットがあることが汚れ計算にとって重要である。従って、間隔ｎｆｏｕｌｉｎｇのコアは、充分に長く選択されなければならず、プロセスが静止状態で実行されている時間間隔をブリッジすることができる。間隔のコアの長さｎｆｏｕｌｉｎｇが一定になるように選択されている。あるいは、長さｎｆｏｕｌｉｎｇを可変に保ってもよい。長さは、ステップ４２４で実行することができるオプションの計算によって計算されてもよく、より信頼性の高いファウリング故障検出を可能にするために、データが十分なダイナミクスによって励起される。
特に、第１の分析信号と、さらなる分析信号を生成した後に、ステップ４２２において、下記の決定が実行される。
【０１２２】
決定の目的は、特に、両方の分析信号において、間隔内に、十分なダイナミクスを有するデータポイントがそれぞれ存在することである。隣接する測定データポイントと比較して、動的測定データポイントは、動的挙動によって特徴付けられる、即ち、考慮されるデータポイントにおける時間に対する一次導関数は、一定ではなく、プロセス値または測定値は、一定の傾きで上昇（あるいは下降）せず、静止している。二次導関数は、考慮されるデータポイントにおける時間に対する一次導関数が一定である寸法である。
【０１２３】
インターバルの長さを計算するためのステップ４２４における決定は、特に、データポイントの二次導関数または時間に対する測定値を調査する。これは、フィルタリングされた測定値ｍｆ、ｋ（６）の信号の使用を含む。
【０１２４】
時点ｔｋでのデータポイントｍｆ、ｋのために、時点ｔｋ−１およびｍｆ、ｋ−２、時点ｔｋ−２での隣接するデータポイントｍｆ、ｋ−１を使用して、サンプリング時間Ｔｓａｍｐでの二次導関数Δ２ｍｆ、ｋを計算することができる。
【０１２５】
【数２８】
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非動的挙動の条件を満たすデータポイントは、例えば：
【０１２６】
【数２９】
2019505888.tif 000031
【０１２７】
データセットｎｆｏｕｌｉｎｇ，ｎｏｎ−ｄｙｎに収集することができる。
εｄｙｎは、小さな正の（指定可能な）公差であり、本発明の場合には、動的挙動の尺度として機能する。
【０１２８】
【数３０】
2019505888.tif 000032
【０１２９】
間隔ｑのｎｆｏｕｌｉｎｇ，ｎｏｎ−ｄｙｎデータポイントは、特に、汚れの検出に適切ではない。充分にダイナミックなデータ、すなわち、条件（２４）を満たさないデータは、データセットｎｆｏｕｌｉｎｇ，ｄｙｎに収集される。
【０１３０】
【数３１】
2019505888.tif 000033
【０１３１】
仮に非動的データポイントが、間隔ｑで検出された場合、間隔ｑのコアの長さｎｆｏｕｌｉｎｇが増加し、少なくとも１つのセンサについて、少なくともｎｆｏｕｌｉｎｇ，ｄｙｎ，ｍｉｎ動的データポイントが間隔ｑに含まれる（指定された）動的条件がみたされる。式（２７）に示すように、好ましくは、動的条件は、両方のセンサに要求される。
【０１３２】
【数３２】
2019505888.tif 000034
【０１３３】
ここでは、インデックスｓは、第１のセンサまたはさらなるセンサを指す。言い換えれば、間隔ｑ内の両方のセンサについて、十分な動的データポイントまたは測定値が存在しなければならない。
【０１３４】
２つの分析信号が一致するよう、第１のセンサからの第１の分析信号が、さらなるセンサのさらなる分析信号と比較して、変位されるという点で、ステップ４２６において、２つのセンサの間の相互相関は、処理装置によって、最大化することができる。
【０１３５】
特に、相互相関の最大化は、第１の分析信号と、さらなる分析信号の変位に基づいて最大化される間隔ｑにわたるさらなる分析信号との間の共分散によって達成することができる。さらなる分析信号の変位は、負の方向または正の方向のｚ時間増分によって行うことができる。間隔ｑにおける共分散ｃｏｖｑは、ｚを用いて、自由度として最大化することができ、ｚは、さらなる分析信号が変位される時間増分の数である。変位ｚは、［−ｚｍａｘ、ｚｍａｘ］によって制限されてもよい。間隔ｑにおいて、共分散ｃｏｖｑは、分析信号を用いて計算される。
【０１３６】
【数３３】
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【０１３７】
特に、第１の分析信号ｘ１およびさらなる分析信号のための最大化は、以下のように行われる：
【０１３８】
【数３４】
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【０１３９】
ここで、
【０１４０】
【数３５】
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【０１４１】
および
【０１４２】
【数３６】
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【０１４３】
汚れ時間τは、実行された変位ｚ、すなわち、さらなる分析信号ｘ２が変位されたデータポイントの数、およびサンプリング時間Ｔｓａｍｐｌｅからの相関条件として決定されてもよい。例えば、汚れ時間τは、下記のように計算される。
【０１４４】
【数３７】
2019505888.tif 000039
【０１４５】
比較ステップ４２８において、相関条件は、許容される汚れ時間範囲と比較されてもよい。
【０１４６】
【数３８】
2019505888.tif 000040
【０１４７】
比較結果に応じて、故障したセンサが存在するか否かが決定される。仮に限界値τｗａｒｎを超える場合、相関条件は、許容範囲内であり、２つの冗長センサの内の１つは、障害、特に汚れ障害を有する。
【０１４８】
次のステップ４３０において、警告および／またはアラームが出力されてもよい。例えば、誤ったアラームを回避するために、最初に、警告のみが出力される。仮に、この警告が（指定可能な）ｒｅｐｅａｔｆｏｕｌｉｎｇ連続した間隔にわたって繰り返される場合、一対のセンサの誤った動作に関するアラームが発生する可能性がある。
【０１４９】
図７は、第１の分析信号７４６、さらなる分析信号７５０および分析信号７４８が７５２によって置き換えられた一例を示す略図を示す。ここで、７５２は、計算結果の時定数であり、汚れ時間と称される。言うまでもなく、示される変形例は、概略的な変形例である。指定７５４は、検索ドメインを示す。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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