用于监测气体分析仪的样品处置系统的状况的方法和系统

摘要

本发明公开了用于监测连接到气体分析仪的样品处置系统的状况的方法和系统。样品处置系统包括样品处置装置和用于将气体样品供应到气体分析仪的样品线路。用于监测状况的系统从连接到样品线路的温度和压力传感器接收测量并且基于样品处置系统的模型和测量来获得样品处置装置的操作特性；以及基于样品处置装置的操作特性和与样品处置装置相关联的多个参考值的比较来确定样品处置系统的状况。

说明书

技术领域

本发明一般涉及气体分析仪，并且更特定地涉及气体分析仪的样品处置系统的状况监测。

背景技术

对于气体分析，从过程管线对气体样品进行收集，并且该气体样品供应到例如气相色谱仪之类的气体分析仪。这由气体分析仪的样品处置子系统（也被称为取样系统）执行。取样系统设备持续地使气体的样品（或气体样品）净化，以移除气体样品中的固体和流体污染物。经净化的气体样品由取样系统递送到气体分析仪。如果固体和流体污染物未高效地减少，并且被允许经过气体分析仪，则气体分析仪的剩余使用寿命可能缩短。这样的固体和流体污染物（如灰尘、冷凝物以及腐蚀性物质）进一步干扰气体分析并且引起气体分析测量不准确。

取样系统能够典型地被视为由两个部分组成：a）主取样系统；和b）辅取样系统。来自过程管线的气体样品首先进入主取样系统。主取样系统使用高压过滤器来对气体进行过滤。经过滤的气体经过气体冷却器，所述气体冷却器使存在于气体样品中的任何湿气或其它可冷凝气体分离。经分离的湿气或冷凝物将被收集于冷凝物容器中。辅取样系统典型地被提供有快速环路/旁通系统，以缩短总体系统的响应时间。来自主取样系统的经调节的样品气体进入辅取样系统。冷凝物监测器进一步移除气体样品中的任何残余湿气。在冷凝物监测之后，气体样品通过流量计前往气体分析仪。流速率应当针对处于对于气体分析仪的可接受的范围内的值来设置，并且典型地为大约60（+/-10）升每小时（LPH）。气体分析仪然后在气体样品上执行测量和分析。继在气体样品上进行测量和分析之后，气体样品安全地排出到大气或出于此目的所提供的气体排放区或返回到过程管线。

主或辅处置系统中的任何组件的失效将导致测量值的错误指示或分析仪传感器将被损坏并且停止运作。目前，大部分的样品处置系统已被设计成如下方式：在样品未满足流速率、温度、湿度等等的要求的情况下，由控制器（诸如，可编程逻辑控制器）控制的互锁将不允许样品进入分析仪内部，以防止分析仪的失效。一般仅在发生异常状况时得知异常状况。为了避免发生这样的事故，目前在每一次轮班实施日常例行维护。这并不高效并且因此不理想。

发明内容

在本文中解决上文提到的缺陷、缺点以及问题，将通过阅读并且理解下文说明书来理解所述缺陷、缺点以及问题。

在一个方面，本发明提供用于监测连接到气体分析仪的样品处置系统的状况的方法。样品处置系统包括用于将气体样品供应到气体分析仪的样品线路(sample line)和用于在气体样品上操作的样品线路上的至少一个样品处置装置，该方法包括：接收利用在样品线路中提供的多个传感器所获得的与样品处置系统相关联的所测量的操作参数；基于与样品线路的物理尺寸和关于至少一个样品处置装置的操作特性中的至少一个相关的所测量的操作参数和数据来确定与样品处置系统相关联的所估计的操作参数；将所测量的操作参数和所估计的操作参数和与至少一个样品处置装置相关联的操作参数的参考值比较；基于比较结果并且基于所测量的操作参数中的至少一个的改变率的取样处置系统的至少一个操作状况；以及基于所确定的至少一个操作状况来生成警报，其中警报包括与故障相关的至少一个事件、关于失效的警示、至少一个样品处置装置的寿命的估计、至少一个样品处置装置的状况的估计以及对于至少一个样品处置装置的维护的调度。

在实施例中，取样处置装置包括用于调节气体样品的温度的一个或多个温度调节器、用于将气体样品泵送到气体分析仪的泵、用于对样品线路进行吹扫以便清除供应线路中的堵塞物的吹扫装置以及调节样品线路中的气体样品的流量的一个或多个阀。

在实施例中，与样品处置系统相关联的所测量的操作参数包括热追踪器管温度、气体冷却器温度、气体样品流速率、来自跨样品处置系统中的各种点的压力传感器的压力数据中的至少一个。

在实施例中，与物理尺寸相关的数据是样品线路的导管内径。

在实施例中，从与样品泵相关联的所测量的操作参数和所估计的操作参数的历史数据来获得参考值。

在实施例中，样品处置系统由连接到可编程逻辑控制器（PLC）的分布式控制系统（DCS）、样品处置监测装置、或它们的组合中的至少一个来监测。

在实施例中，DCS由云系统中的数字平台或一个或多个服务器托管。

在本发明的另一方面，提供了用于监测连接到气体分析仪的样品处置系统的状况的状况监测系统，其中样品处置系统包括用于将气体样品供应到气体分析仪的样品线路和用于在气体样品上操作的样品线路上的至少一个样品处置装置，至少一个样品处置装置包括用于调节气体样品的温度的一个或多个温度调节器、用于将气体样品泵送到气体分析仪的泵、用于对样品线路进行吹扫以便清除供应线路中的堵塞物的吹扫装置以及调节样品线路中的气体样品的流量的一个或多个阀，状况监测系统包括：网络接口，所述网络接口用于从在样品线路中的多个位置处连接的多个温度和压力传感器接收测量的一个或多个集合；（a）一个或多个处理器，所述一个或多个处理器用于：（i）基于样品处置系统的模型和测量的一个或多个集合来获得至少一个样品处置装置的操作特性；（ii）基于至少一个样品处置装置的操作特性和与至少一个样品处置装置相关联的多个参考值的比较来确定样品处置系统的状况；以及（iii）基于样品处置系统的所确定的状况来生成警报，其中警报包括与故障相关的至少一个事件、关于失效的警示、至少一个样品处置装置的寿命的估计、至少一个样品处置装置的状况的估计以及对于至少一个样品处置装置的维护的调度。

在另一实施例中，一个或多个处理器进一步配置成对样品处置系统中的一个或多个故障进行预测和标识中的一个并且基于一个或多个故障来推荐一个或多个校正动作。

在另一实施例中，其中从样品处置系统的设备的制造商提供的特性曲线和与样品处置系统的操作特性相关联的历史数据中的至少一个来获得取样处置系统的模型。

附图说明

将参考附图中所图示的优选的示例性实施例而在下文文本中更详细地解释本发明的主题，其中：

图1图示包括气体分析仪的工业工厂的区段100；以及

图1a图示样品处置系统的详细视图；

图2图示样品处置系统的泵的操作特性。

图3图示具有样品处置状况监测装置和云计算接口的代表性的样品处置系统及气体分析仪单元；以及

图4图示对于根据本公开的示例性实施例的监测样品处置系统的方法的框图。

具体实施方式

在下文的详述中，对形成本文的一部分的附图进行参考，并且在附图中，通过图示可以实践的特定实施例的方式来示出。足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实践实施例，并且将理解，可以利用其它实施例，并且在不脱离实施例的范围的情况下，可以作出逻辑、机械、电气以及其它改变。因此，将并非在限制的意义上理解下文的详述。

图1图示具有气体分析仪120的工业工厂的区段100。气体分析仪120连接到样品处置系统110。样品处置系统110用于从工业过程管线向气体分析仪提供气体样品，以用于气体分析。样品处置系统110包括主样品线路，气体样品通过所述主样品线路被提供给气体分析仪120。多个样品处置装置连接到主样品线路，以便在供应到气体分析仪120之前，调节气体样品的各种物理性质。该示例性实施例中的这样的调节（控制）由可编程逻辑控制器（PLC）125实施。PLC 125示出为分布式控制系统（DCS）140的一部分。示出从安装于样品处置系统中的传感器接收多个所测量的值的样品处置状况监测装置130。传感器、样品处置状况监测装置、PLC以及DCS通过与过程控制及自动化系统相关的在本领域中众所周知的网络系统来通信地连接。

DCS 140能够支持进一步分析来自传感器的所测量的数据，以诊断样品线路和样品处置装置的状况。DCS 140能够具有各种样品处置装置的操作模型，并且能够将所测量的值和所估计的值与参考数据（阈值）比较，以便评估一个或多个样品处置装置的状况。DCS140还记录所测量的值和所估计的值（操作数据），以创建历史数据，并且利用这些数据来获得趋势并且执行分析，以用于诊断和预测维护。能够由样品处置状况监测装置和DCS生成与操作状态/事件、样品处置装置的状况（健康）以及维护相关的警报和通知。

本发明公开了用于通过首先接收从在样品线路的各种点中提供的传感器获得的如压力、温度、流量等等那样的与样品处置系统相关联的所测量的操作参数来监测连接到气体分析仪的样品处置系统的状况的方法。

其次，操作参数正被估计，或确定与样品处置系统相关联的所估计的操作参数的步骤基于与样品的物理尺寸（像样品线路的导管内径）和与样品处置装置相关的操作特性（像物理特性）相关的所测量的操作参数和数据来执行。然后，将所测量的操作参数和所估计的操作参数和与至少一个样品处置装置相关联的操作参数的参考值比较。并且，基于比较结果和基于所测量的操作参数中的至少一个的改变率来确定取样处置系统的操作状况。并且，最后基于所确定的至少一个操作状况来生成警报，其中警报包括与故障相关的至少一个事件、关于失效的警示、至少一个样品处置装置的寿命的估计、至少一个样品处置装置的状况的估计、对于至少一个样品处置装置的维护的调度。

在示例性实施例中，多个样品处置装置包括用于调节主样品线路内的气体样品的温度的一个或多个温度调节装置。例如，在主样品线路上提供气体冷却器104以便使气体样品冷却并且降低其温度。类似地，样品处置系统包括用于将气体样品泵送到气体分析仪的样品泵106、用于清除供应线路中的堵塞物的吹扫装置、以及调节样品线路中的气体样品的流量的一个或多个阀。来自过程管线的样品流通过样品泵106提取，并且然后，期望的流被送到气体分析仪120。通过旁通线路进入平衡。经过气体分析仪120之后的气体样品最后被排放到安全的地方。

在样品线路上提供多个温度和压力传感器。向样品处置状况监测装置130提供来自温度和压力传感器的测量。样品处置状况监测装置130被提供有使状况监测装置能够与样品处置系统中的装置或/和传感器通信以接收在确定状况/健康的方面给予帮助的测量和状态的网络接口能力。这些装置或/和传感器能够包括一个或多个阀或用于阀的任何控制模块、温度传感器、压力传感器、流速率传感器（流量分析仪）、气体冷却器、样品泵等等。网络接口能力进一步促进使用可以由不同的装置或/和传感器支持的各种各样的通信协议（Modbus、Profibus、Modbus/TCP等等）来与所提到的装置或/和传感器通信。

状况监测装置130利用样品流的不同的过程测量，诸如，压力测量、温度测量、流量测量等等。通过流量传感器测量前往分析仪的来自泵排出口的流。压力传感器安装于样品冷却器之前并且安装于样品冷却器之后并且还安装于样品泵之后，以便在每一个时刻测量压力。在这些测量（即，压力测量和流量测量）的帮助下，状况监测装置能够推导样品处置系统的状况并且还能够标识下文的问题：样品流动管中的阻塞、样品泵的失灵或表现不佳（劣化）、样品冷却器的失灵或表现不佳。

借助于从通过分析仪的流量减去主流量来计算旁通流量的值。使用处于如上所述的各种水平的流量和压力的持续测量，可能存在处于任何水平的流量的减小，这起因于下文的原因：泵并非正适当地工作，旁通线路正在某处泄漏或堵塞，主样品线路正被阻塞。能够进一步通过测量跨气体冷却器出口和过滤器入口/探头出口的差压来验证主样品被阻塞的可能性。这在跨样品冷却器安装的压力传送器的帮助下并且通过状况监测装置/单元中的某些计算来推导，以确定样品线路及相关联的样品处置装置的状态或状况。在主样品线路被阻塞的情况下，该差压将跟随有到分析仪的样品流量的减小。类似地，还持续地监测冷却器温度，并且在任何温度升高的情况下，冷却器温度指示关于冷却器的失灵。例如：如果传感器温度处于高趋势，则它将意味着分析仪未被保持于空调（A/C）室中或A/C并非正在运作。因此，能够由使用者或通过PLC（控制器）针对所要求的校正来生成警报通知，以适当地调节相关的过程参数。还能够做出特定警报通知，以对维护进行调度。

样品处置装置以及还有分析仪健康的状况监测、诊断和预测是基于基于所安装的样品处置系统的类型在各种水平（位置）下的流量和温度测量的。样品处置系统的类型基于过程工厂的过程要求。

样品处置状况监测装置130是监测样品处置系统的一种手段。在另一示例性实施例中，用于获得操作参数的传感器直接地利用DCS来实现，并且样品处置系统的状况监测的功能由DCS进行。在另一实施例中，PLC还可以执行样品处置系统的状况监测，并且能够与DCS协调运作，以用于与样品处置装置和样品线路相关的诊断和预测。在其它示例性实施例中，状况监测装置、包括PLC的用于状况监测的DCS的计算单元以及在DCS的服务器中或在通用计算机中用于状况监测的实现的状况监测功能或工具能够充当用于样品处置系统的状况监测的硬件/软件单元，并且在所提到的示例性实施例中，这样的单元能够个别地被称为状况监测单元，并且共同地被称为状况监测系统。这样的状况监测系统包括传感器、致动器（阀、调节器）、包括网络接口的通信模块、处理器（被包括在PLC、DCS或云服务器中）以及用于状况监测功能的存储器（存储空间）。

上文中与图1相关的描述图示包括气体分析仪的工业工厂的区段。图1a提供关于样品处置系统110的进一步的细节和基于用于利用样品处置状况监测装置130来进行与状况的诊断和预测相关的进一步分析的众所周知的技术而测量或估计的诸如流速率、压力、温度之类的操作参数。此外，将讨论将使用这些所测量的参数来提供样品处置状况监测装置130的工作以评估样品处置系统的各种组件的健康和性能的评估样品处置系统中的状况的测量和技术的几个示例。所提供的技术被称为示例并且在使用电子电路系统的状况监测单元/系统中实现或利用在可编程计算机处理器系统中运作的计算机的存储器中提供的软件/固件来实现。样品处置系统的各种组件的健康和性能的该评估通过自动化机制（控制）或通过由维护人员实施的所推荐的故障校正过程来促进故障隔离和随后的故障校正。

图1a示出根据本发明的实施例的样品处置系统110和气体分析仪120的详细图示。向样品处置系统110提供的样品泵106造成样品泵106与利用过程管线200适配的样品探头102之间的负压，以提取过程气体的样品并且将其传送到气体分析仪120。

所提取的样品气体典型地处于比适合于气体分析仪120的压力和温度更高的压力和升高的温度。另外，所提取的气体也由可能引起气体分析仪120的性能的不准确性和故障的各种固体和流体污染物（诸如，污垢、湿气、腐蚀性物质、其它可冷凝气体等等）组成。不适合于气体分析仪的操作的污染物和气体样品流状况（温度、压力、流速率等等）可能致使气体分析仪120读数不稳定、报告漂移和不准确的测量值、具有不一致的响应时间等等。关于样品气体而测量或估计的参数涉及样品气体的质量并且可用于确定并且预测样品线路、样品处置装置以及气体分析仪的状况。因此，在气体样品到达气体分析仪120之前，调节气体样品的温度、压力以及流速率并还移除各种污染物（诸如，上文中所提到的污染物）是有条件的。这确保在气体分析仪120处递送的气体样品是不存在任何污染物并且适合于由气体分析仪进行的准确的测量和分析的纯气相样品。

因此，关键的是，持续地监测组成样品处置系统的各种组件（诸如，阀、气体冷却器、加热器、泵、用于温度、压力、流速率、湿度的传感器等等），以确保它们正确运作并且在失灵破坏整个过程之前抢先地在组件中的任一个上采取校正动作。与气体质量相关的参数的测量、包括与各种样品处置装置和样品线路的维护相关的数据的操作数据/状态对评估气体分析仪的状况有用。

由样品探头102提取的气体样品流过样品探头102与气体冷却器104之间的热示踪配管或管道导管。热示踪配管配置成典型地在防止湿气或任何其它可冷凝气体（诸如，硫）的冷凝的温度下操作。例如，热示踪配管能够维持于大约80°C。

在全都沿着样品处置系统的多个阀210a的帮助下传送气体样品。诸如颗粒过滤器和烧结金属过滤器之类的一个或多个过滤器（未示出）也通过移除可能由于污垢或其它沉积物而引起封堵的不同的污染物来促进样品处置系统110的保养。

气体样品传送到气体冷却器104。调节气体冷却器104的温度，以促进气体样品中的湿气及其它可冷凝气体的冷凝。冷凝物220使用蠕动泵225来从系统向外移除并且移除到气体/冷凝物排放口285。因此，仅允许需要分析的气体沿着样品处置系统的剩余部分传送。

经过滤、冷却并且移除冷凝物的气体样品流过样品泵106并且流动到针对各种冷凝物和结露来感测的冷凝物监测240单元中。来自冷凝物监测的测量能够用于通过样品气体冷却器104的参数设置（温度、流速率等等）来对样品气体冷却器104的性能进行调谐。

在经过冷凝物监测器240之后，气体样品流过测量气体样品的体积流速率的流分析仪245。体积流速率被调节成在对于特定的气体分析仪120单元可接受的范围内。为了调节气体样品流速率，气体样品旁通线路235a中的阀被打开/关闭，以维持对于气体分析仪120的气体流速率。

还在气体样品旁通线路235a中获得使用压力235b值的所估计的流速率，以促进针对气体分析仪120的准确流速率调节。从沿着气体样品旁通线路235a以及还从沿着朝向气体分析仪120的气体样品线路的各种点处的压力传感器测量获得使用压力值的所估计的流速率。促进使用压力235b值的准确的所估计的流速率的额外的信息包括导管直径、来自流分析仪245的流速率测量。涉及质量和能量守恒的一个或多个众所周知的原理（诸如，伯努利方程）能够用于使用所测量的流压力值和正运输气体样品的导管的内径的知识来估计流速率。

在气体样品旁通线路235a中，最终气体样品被排放到特定的气体/冷凝物排放口285区，或气体返回到过程管线200。

气体样品在最后到达气体分析仪120之前从流分析仪245传递到过滤器250。过滤器250促进排除诸如污垢、湿气等等的任何残余污染物。

因此经调节的气体样品进入气体分析仪120单元，其中气体样品具有可接受的组成（纯气相样品）和流状况（流速率、压力、温度）。气体分析仪120测量并且记录一个或多个参数260a，诸如，气体样品中的每一种气体（一氧化碳、一氧化二氮、二氧化硫等等）的浓度、分析仪压力、分析仪温度、分析仪流速率等等。

一旦完成由气体分析仪120在气体样品上进行的测量，就通过气体样品排放口线路260b将气体样品排放到特定的气体/冷凝物排放口285区或使气体返回到过程管线200。

除了在样品处置系统中涉及的上述的组件和过程之外，还被提供有至少一个吹扫单元。吹扫单元能够是经压缩的空气265的源。经压缩的空气265经过空气过滤器270，以在用于对样品探头102进行反向吹扫以移除样品探头102的任何污垢、碎片、障碍物或封堵物之前移除任何颗粒或污染物。

气体分析仪120和样品处置系统110还被提供有用于对气体分析仪进行重新校准的校准气体275，所述校准气体275通过针对任何测量值漂移而自动地校正来以降低的不确定性确保准确测量。

如参考图1描述的，存在测量于转移到取样处置状况监测装置130的取样处置系统110中的各种点处的参数。参数及其测量位置中的一些在图1a中作为在气体冷却器104上游的压力（P1a）280a、在样品泵106上游并且在气体冷却器104下游的压力（P2b）280b、在冷凝物监测器240上游并且在样品泵106下游的压力280c而被高亮。使用压力传感器来测量每种情况下的压力。

除了所测量的压力值之外，取样处置状况监测装置130还估计沿着样品探头与气体分析仪之间的气体样品路径的各种点处的流速率。

由样品处置状况监测装置130接收所测量的数据，并且能够由状况监测装置估计另外的数据，诸如，气体样品线路上的各种点处的流速率。所测量的数据也被称为所测量的操作参数，并且所估计的数据也被称为所估计的操作参数。所测量的数据、所估计的数据以及与一个或多个样品处置装置相关联的数据够全都一起被称为操作数据。因此，操作数据由样品处置系统和气体分析仪的各种操作参数以及关于与一个或多个样品处置装置相关的物理尺寸或物理特性（操作特性）的数据构成。这样的操作参数的示例能够是热追踪器管温度、气体冷却器温度、气体样品流速率、来自跨系统中的各种点的压力传感器的压力数据等等。与物理尺寸相关的数据的一些示例是导管内径、样品线路的长度、以及在样品线路的长度上的测量位置等等，并且与一个或多个样品处置装置的物理特性相关的数据的示例是样品泵特性。与物理尺寸和物理特性相关的数据用于使用所测量的操作参数来估计操作参数。

另外，操作数据还包含与各种事件相关联的数据，所述各种事件诸如故障、关于失效/劣化的警示、一个或多个样品处置装置的寿命估计（即，在某一时段之后发生的预期的失效）、一个或多个样品处置装置的状况（健康）、对于一个或多个样品处置装置的维护的调度等等。图2图示样品泵106的操作特性。使用样品泵的操作特性来获得气体样品旁通线路235a中的235b（图1a）处的所估计的流速率、在冷凝物监测器240下游并且在样品泵106上游的280C处的所估计的流速率。图2中的横坐标表示在一个或多个点处（诸如，在图1a中的P1a280a处）测量的气体压力。图2中的纵坐标表示针对各种压力值与样品泵106相关联的流速率。操作特性曲线被利用以确定与吸力和排出压力对应的流量（所估计的操作参数）。可以对本领域技术人员众所周知的是，这样的特性曲线将取决于样品泵的制造而不同。对于相应的制造/模型的样品泵（样品处置装置）的操作特性存储于DCS中并且用于与包括诊断和预测维护的样品处置系统的操作相关的各种计算。

在该示例中，对于样品泵的制造，样品泵的操作特性因此用于计算流量并且还通过对在吸入侧和排出侧处获得的操作参数（压力和流量）的值进行比较而使用压力和流量数据来检查泵的两侧是否平衡。在此，一侧（例如，吸入侧）处的压力和流量的值用作与另一侧（在该示例中，排出侧）处的相应的值比较的参考值。还能够从与样品泵相关联的所测量的操作参数和所估计的操作参数的历史数据来获得对于任一侧或两侧的参考值。这些操作参数也能够作为参考特性值而产生。在不平衡的情况下，样品处置状况监测装置/DCS能够通过分析来确定泵上的背压的构建状况并且相应地生成与样品泵相关的警报。与在某一时段内获得的背压相关的估计能够用于预测包括隔膜的样品泵的寿命。

利用诸如在图2中提供的操作特性，能够由状况监测单元进行下文的观察和推断：

对于其中P1和P2相同，但F1减小的状况，状况监测装置能够确定并且提供泵需要维护的警报通知。类似地，在P1增大、P2保持相同、P0保持相同并且因此F1减小的情况下，状况监测装置确定在位于样品泵之前的样品线路中存在阻塞。同样地，如果P2增大、P1保持相同、P0保持相同并且因此F1减小，则状况监测装置能够确定在取样仪冷却器之后并且在泵出口之前的线路中存在阻塞。并且同样地，如果P1增大、P2保持相同、P0也成比例地增大，并且因此F1减小，则在取样仪冷却器之前存在阻塞。

在压力和流速率达到如由（P1, F1）210表示的特定值时，样品泵106通过PLC来起动。低于（P1, F1）210的压力和流速率的值由区域205表示。样品泵106因此转移处于高于（P1, F1）210的压力和流速率集合的气体样品。气体样品的流速率在由0表示的压力值下达到峰值流量215值。除此之外，压力值为正的。然而，随着气体样品压力增大，气体样品流速率开始下降。随着气体样品压力增大并且接近环境压力值，气体样品流速率变成零。在示出为P2的正压下，气体样品流速率值达到F2，并且在（P2, F2）220的该点处，样品泵通过PLC来关闭。样品泵106因此配置成在压力P1下获得高于F1的气体样品流速率（诸如，40升每小时）并且在压力P2处低于F2（诸如，60升每小时）。

如上所述的每一个数据加有日期和时间戳记。事件数据可能涉及使用者校准事件、样品泵起动以及样品泵停止时间、固件版本和更新历史、恢复到出厂设置的历史、服务或维护日志等等。故障和警示可能与高于或低于上限和/或下限的所测量的温度、偏移漂移超过可容许范围、诸如流失效之类的流故障、不稳定的所测量的值读数等等相关联。在取样处置系统和气体分析仪的各种操作状况下采集的这样的数据的历史在系统的监测和诊断的方面给予辅助。各种操作状况可能涉及系统的健康或正常操作阶段、劣化的操作状态以及失效状态。

在确定取样处置系统的操作状况时，如果该状况要求关注或校正，则生成警报。与样品处置装置中的故障的检测有关的警报的示例是在冷凝物故障作为在样品线路中检测到的湿气的结果而被检测到并且可能导致样品泵的跳脱（tripping）时。生成警报，并且提供警报通知，以检查冷凝物监测器并且替换冷凝物过滤器元件，以便使系统恢复。类似地，与诊断有关的示例是在基于根据探头过滤器处的压力和温度的值的所确定的操作状况而在分接级推测阻塞并且探头过滤器很可能在接下来的几小时内完全地被阻塞时，生成警报通知。警报能够通知将立即服务的探头过滤器。另一示例是基于预测的警报通知，其中做出样品处置装置的发展中的状态/状况的预测。在这样的分析中，相关联的样品处置装置的目前和以往的操作数据用于确定所测量/估计的操作参数的改变率，并且通过改变率的外推（extrapolation）和与表示失效或故障的状况的预设阈值的比较，能够执行寿命和状况评估。这样的信息还可用于执行预测维护。例如，从压力和温度的操作参数的值推测气体冷却器内部的阻塞，并且基于这些操作参数的改变率，有可能估计其中气体冷却器可能在将来的某一时段内完全地被阻塞以引起跳脱状况的状况。并且同样地，关于气体冷却器内部的阻塞的这样的检测来提供需要检查冷却器路径和将执行清洁的基于规定的警报通知（对于要求在不久的将来进行维护的状况的通知的警报）。

警报的另一示例是报告样品泵的退化。退化状况能够通过监测排出流量的改变率来估计，并且如果排出流量处于从正常流量减小的趋势，则能够推测样品泵的退化。排出流量值的改变率能够由PLC外推并且与用于互锁（停止使用）的参考值比较，以预测对于由于样品泵退化而导致的故障的状况（样品泵的退化）和发展状况的状态。警报能够通知对于样品泵的服务和确保针对到分析仪的优良样品流量的校正的即将产生的需要。

在本发明的另一实施例中，关于与样品处置系统和气体分析仪相关联的参数的数据输出到云计算系统，所述云计算系统充当用于所采集的操作数据的进一步分析的状况监测单元/系统。图3图示根据本发明的各种实施例的具有被提供有云计算系统的样品处置状况监测装置的代表性的样品处置系统和气体分析仪。

来自多个气体分析仪300a、300n及其对应的样品处置系统310a、310n的操作数据首先由其对应的样品处置监测装置320a、320n收集。来自诸如300a和310a之类的每个系统的操作数据加有日期和时间戳记，并且另外还标记有通过其生成数据的仪器ID（诸如，序列号）和固件版本。

所有的上文中所获得的数据都输出到配置有存储及处理能力的云计算系统330。能够在存储于云计算系统330中的数据上执行各种数据分析。所执行的分析能够是描述性的、预测性的并且规定的，并且能够生成对应的警报通知并且向状况监测装置发布或在状况监测单元的人机接口（包括诸如移动电话之类的手持装置）中。这样的分析促进异常检测，并且能够实现通过操作参数的自动化设置或通过其它维护活动来进行的校正测量，以恢复样品处置系统和气体分析仪的完全操作的可能性。

关于这样的监测操作数据的时间序列的分析能够根据分析不同的时标和噪声的波动而揭示复相关。操作数据及其时间序列分析的实时和历史视图促进标识长期趋势，以很可能提供状况监测操作数据的劣化的指示。各种操作参数的趋势能够与对应的操作参数的参考值（例如，最小值和最大值极限）比较。

如果一个或多个操作数据参数在最小和最大极限界限（参考值）之外，则气体分析仪和样品处置系统可能不健康，并且关于所检测到的异常的警报发送到客户/操作员。利用从多个气体分析仪和取样处置系统收集的操作数据，云计算系统中的可视化工具能够来生成与气体分析仪和样品处置系统的各种操作状态对应的各种操作参数的分布。不同的操作状态能够对应于健康或正常状态、劣化状态或非最佳状态、失效状态等等。针对各种参数的这样的操作数据的分析能够辅助可能正接近失效或非最佳性能特性的系统中的任何组件的准确估计。该信息然后能够用于通过各种操作参数的设置或通过发送到客户/操作员的校正措施的推荐来自动地采取校正措施。

多个操作数据参数的该持续监测能够实现气体分析仪和样品处置系统的各种组件中的失效的准确的可预测性。使用随时间获得（包括外推）的所测量的操作参数和所估计的操作参数的改变率并且通过与参考值（阈值）比较来获得包括样品处置装置的寿命估计的样品处置装置的状况的估计。这促进改进的维护计划和效率，以降低总维护成本并且改进系统的可用性并且使系统组件的剩余使用寿命最大化。

本发明的代表性用例示例与样品处置系统和气体分析仪的状况监测的方法的概述一起描述。图4示出对于根据本公开的示例性实施例的监测样品处置系统的方法的框图的图示。仅表示对于图示所例示的情况是必要的相关细节。

参考图4，在步骤400中，样品处置系统中的样品泵造成样品探头与样品泵之间的负压。这引起在过程气体管线内适配的样品探头从过程气体管线提取气体样品并且使气体样品朝向样品处置单元中的样品泵转向。步骤405表示其中样品探头从过程气体管线提取代表性的气体样品的方法。在步骤410中，朝向样品泵转向的所提取的气体样品运输到样品泵上游的气体冷却器。这促进使气体样品净化除去污染物，诸如，湿气或其它可冷凝气体。在步骤445中，跨气体冷却器（在其之前和在其之后）测量压力。这能够实现估计跨气体冷却器的压差。除了压力监测之外，样品处置状况监测系统还监测并且记录气体冷却器处的温度。如步骤465中所指示的，所有的所测量的操作数据都传送到样品处置状况监测装置，其中持续地记录数据并且执行分析。

如果观察到指示降低的冷却性能的趋势，则样品处置状况监测装置/单元能够向客户/操作员发出警报或警告，例如，气体冷却器单元的冷凝器鳍（fin）上的性能维护。在持续地监测气体冷却器温度时，任何温度升高能够指示气体冷却器的失灵。例如：如果温度处于高趋势，则它可能意味着气体分析仪系统的环境温度高，并且空调设备可能被切断。样品处置状况监测装置然后能够将警告信号发送到客户/操作员。

如果所估计的差压超过可接受的极限，则它能够指示样品气流中的堵塞或封堵。这能够表现出赋予系统中的低真空度（负压）和泵中的较高的真空度（负压）的压力下降。样品处置状况监测装置能够通过利用高压（5-10 Kg/cm2）经压缩空气射流来对样品探头进行吹扫来自动地清除样品气体线路中的各种污染物。因此，使用当前操作数据和历史操作数据，样品处置状况监测装置能够推导样品处置系统的状况并且能够标识任何故障，诸如，样品流动线路或管中的阻塞（劣化）或封堵。样品处置状况监测装置然后能够采取自动化校正动作，诸如，吹扫空气压力和对于样品探头的清洁的吹扫定时的调整、样品探头的收回以及取决于探头反馈利用气动地启动的清洁系统来进行的探头的清洁。

基于所测量的压力值的历史趋势，如果观察到真空度（负压）损失在某一时段内渐变，则这能够指示磨损的泵和样品处置监测系统能够自动地调整以减小泵上的负载，同时保持处于气体分析仪的范围内的可接受的流速率。同时，样品处置监测系统能够警告客户/操作员对于样品泵的维护要求。

因此，如上所述，使用三个压力值（气体冷却器上游、气体冷却器与样品泵之间的中游、以及样品泵下游）和冷凝物监测器与气体分析仪之间的中游的流速率测量的这些测量，样品处置状况监测装置能够推导样品处置系统的状况并且还能够标识下文的问题：样品流动管中的阻塞、样品泵的失灵或表现不佳、样品冷却器的失灵或表现不佳。

继续参考图4，在步骤415中，经冷却的气体样品从气体冷却器运输到样品泵上游的流分析仪。在步骤450中，流分析仪测量气体样品线路中的体积流速率。在步骤465中，该所测量的体积流速率传送到样品处置状况监测装置。持续地记录数据并且执行分析。

气体分析仪具有对于体积气体流速率的可接受的范围，并且因此气体流速率必须调节成该可接受的范围内。在步骤420中，调整气体样品旁通环路中的阀，以调节流过气体分析仪的气体样品的体积流速率。在步骤455中，在样品泵下游和在气体样品旁通环路两者中测量气体样品的压力。在步骤465中，所测量的压力值传送到样品处置状况监测装置。持续地记录数据并且执行分析。

在步骤460中，使用对于旁通环路和样品分析线路中的压力的所测量的值连同样品分析线路中的所测量的体积气体流速率，以获得样品旁通线路中的体积气体流速率的估计值。在步骤465中，数据值传送到样品处置状况监测装置。

在步骤425中，被调节流速率的气体样品运输到气体分析仪，以用于关于调节成对气体分析仪可接受的流速率、压力以及温度的样品的纯气相的分析。

在步骤430中，完成由气体分析仪进行的关于气体样品的分析，并且在步骤465中，气体分析仪参数的结果传送到样品处置状况监测装置。来自气体分析仪的参数能够由气体分析仪中的各种气体浓度、温度、压力以及流速率等等构成。所有的这些参数都持续地记录到样品处置状况监测装置。

在步骤435中，一旦关于气体样品的气体分析完成，所有的气体样品就都向外排放到指定的废物处理区或返回到过程气体管线。如果气体分析仪测量值显示所测量的值的漂移的特定趋势，则样品处置监测装置能够自动地触发被提供有该系统的使用校准气体的气体分析仪的重新校准。然而，如果样品处置监测装置观察到气体分析仪压力的增大的趋势，则样品处置监测装置能够使气体样品排放口线路的高压吹扫优先化，以解决测量漂移和气体样品排放口线路中的可能的阻塞或封堵的问题。因此，气体分析仪的重新校准和对各种气体样品线路（诸如，样品探头、气体样品排放口线路等等）进行吹扫能够适于样品处置系统的当前状况。

在步骤460中，样品处置监测装置采集诸如上文中所描述的操作参数并且执行如参考图2和图3描述的分析。步骤465高亮这样的分析的可起作用的结果。各种操作参数改变或/和作为必要的校正措施来推荐，以保持气体分析仪和样品处置系统的系统处于健康操作状态并且通过校正措施的前瞻性实现方案来使系统中的各种组件的剩余使用寿命最大化。

在实施例中，状况监测装置利用历史数据。使用历史数据，状况监测装置能够开发样品处置系统的模型并且采取自动化校正动作，诸如，吹扫空气压力和对于样品探头的清洁的吹扫定时的调整、样品探头的收回以及取决于探头反馈利用气动地启动的清洁系统来进行的探头的清洁、基于所测量的值和所收集的周期性数据来进行的分析仪的重新校准、维持分析仪处的最佳流速率的针阀的调整。

监测样品处置系统的状况的方法能够由样品处置状况监测装置或DCS执行或在样品处置状况监测装置和DCS的组合中执行。DCS能够由云系统中的一个或多个服务器或数字平台托管。

虽然在本文中仅已图示且描述本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，将理解，所附权利要求书旨在涵盖如落入本发明的真实精神内的所有的这样的修改和改变。