體控制元件直至其完全關(guān)閉，并且隨后繼續(xù)在相同的方向上移動經(jīng)過閥104的完全關(guān)閉的位置，以加載內(nèi)部負(fù)載彈簧。因此，在該些實施例中，電動機110停止轉(zhuǎn)動的點對應(yīng)于內(nèi)部負(fù)載彈簧被完全壓縮或者被完全加載(例如，來自負(fù)載彈簧的偏置力等于電動機110產(chǎn)生的力)的點。由于當(dāng)加載彈簧時電動機110的驅(qū)動軸運動而閥104的流體控制元件在完全關(guān)閉的位置維持靜止，因此流體控制元件的位置無法基于驅(qū)動軸從對應(yīng)于電動機110停止轉(zhuǎn)動的位置的參考位置所移動的距離(例如，基于來自旋轉(zhuǎn)傳感器112的脈沖)來直接推斷。然而，在一些實施例中，隨著時間的推移，驅(qū)動軸從閥完全關(guān)閉的位置移動至電動機110停止轉(zhuǎn)動的位置的距離(也即，移動至完全加載內(nèi)部負(fù)載彈簧的距離)維持不變。因此，在該些實施例中，閥104的流體控制元件的位置能夠基于驅(qū)動軸從參考位置(也即，停止轉(zhuǎn)動的位置)移動的距離減去驅(qū)動軸作用于內(nèi)部負(fù)載彈簧期間的固定距離來推斷。
[0030]在圖1示出的實施例中，致動器100也包括閥位置傳感器116。在一些實施例中，閥位置傳感器116被配置為直接測量閥104內(nèi)的流體控制元件的位置，而非基于經(jīng)由旋轉(zhuǎn)傳感器112接收的脈沖的數(shù)目所確定的驅(qū)動軸移動的距離來推斷閥運動。因此，在一些實施例中，閥位置傳感器116提供冗余來確定閥104的位置(也即，相應(yīng)的流體控制元件的位置)。附加地或替換地，閥位置傳感器116和旋轉(zhuǎn)傳感器112可以被協(xié)作地用于診斷閥104內(nèi)潛在的故障。
[0031]圖2為表示圖1的操作閥(例如，圖1的閥104)的示例性致動器100的驅(qū)動軸的示例性移動跨度的圖。特別地，圖2提供了對應(yīng)于致動器100和閥104運行于正常條件下(例如，在任何故障情況發(fā)生之前當(dāng)閥104被第一次組裝和校準(zhǔn)的制造時)的示例性參考移動跨度200。參考移動跨度200和下文中將更全面地描述的相關(guān)聯(lián)的距離可以被用作參考或基礎(chǔ)，以用于隨著時間的推移與閥104的操作進行比較，從而基于對于移動跨度所測量到的距離的變化來識別潛在的故障。圖2提供了對應(yīng)于基于閥塞和閥座之間的配合面上的腐蝕或磨損的一種形式的潛在故障的示例性閥內(nèi)件故障移動跨度202。圖2還提供了對應(yīng)于基于致動器100的內(nèi)部負(fù)載彈簧的變?nèi)趸蚱茡p的另一種形式或故障的示例性彈簧故障移動跨度204。移動跨度200，202，204中的每一個包括表示閥104在完全打開的位置(例如，100%)和完全關(guān)閉的位置(例如，0%)之間移動的距離的相應(yīng)的閥跨度206，208，210，閥完全關(guān)閉的位置有時被稱作零位置，其對應(yīng)于閥104內(nèi)的流體控制元件在關(guān)閉方向無法再移動的位置。附加地，如示出的實施例中所示，移動跨度200，202，204中的每一個包括表示驅(qū)動軸在閥完全關(guān)閉的位置(例如，當(dāng)內(nèi)部負(fù)載彈簧未被加壓或沒有任何加載時)與當(dāng)電動機110停止轉(zhuǎn)動時的點(例如，當(dāng)內(nèi)部負(fù)載彈簧被完全加載)之間移動的距離的相應(yīng)的彈簧跨度212，214，216。在致動器100不包括內(nèi)部負(fù)載彈簧的實施例中，彈簧故障移動跨度204以及參考和閥內(nèi)件故障移動跨度200，202將僅包括相應(yīng)的閥跨度206，208，從而使得電動機100停止轉(zhuǎn)動的位置將對應(yīng)于閥104完全關(guān)閉的位置。
[0032]在一些例子中，閥103的跨度(例如，完全打開的位置與完全關(guān)閉的位置之間的距離)在制造時被確定，并且由此產(chǎn)生的相對于參考位置的距離被存儲為參考距離，在閥104的壽命期間，閥104移動的距離(直接經(jīng)由驅(qū)動軸移動的距離來推斷)能夠與該參考距離進行比較以識別潛在的閥內(nèi)件故障(例如，閥塞和/或閥座的沿著該閥塞和閥座配合的面的腐蝕)。例如，當(dāng)閥內(nèi)件發(fā)生腐蝕以及閥塞和/或閥座磨損時，閥塞和閥座之間產(chǎn)生小間隙，從而使得閥塞在碰撞到閥座的急停之前移動地更遠(yuǎn)以完全關(guān)閉閥104。因此，在制造時確定的由初始閥跨度206限定的參考距離與在閥內(nèi)件由于重復(fù)使用而磨損后由閥跨度208限定的測量到的距離之間存在差值220。
[0033]附加地或替換地，在一些實施例中，當(dāng)閥104完全關(guān)閉時該閥的位置(也即，閥104內(nèi)流體控制元件的位置)從相對于電動機110停止轉(zhuǎn)動的位置的參考位置驅(qū)動軸移動穿過彈簧跨度(例如，在移動穿過全部彈簧跨度之后)的距離來推斷。特別地，彈簧跨度(也即，驅(qū)動軸必須移動以完全加載內(nèi)部負(fù)載彈簧的距離)獨立于閥跨度或任何相關(guān)聯(lián)的閥內(nèi)件故障，因為驅(qū)動軸將不會開始加載內(nèi)部負(fù)載彈簧直至閥104內(nèi)的流體控制元件已經(jīng)停止運動(也即，已經(jīng)到達(dá)完全關(guān)閉的位置)。也就是說，如以上所描述的，彈簧跨度被假設(shè)為隨著時間的推移而保持不變，從而使得由于閥內(nèi)件磨損(例如，在閥跨度206和閥跨度208上的完全關(guān)閉位置之間的差值220)流體控制元件在完全關(guān)閉位置的任何位置變化導(dǎo)致整個參考移動跨度200和閥內(nèi)件移動跨度202之間的相應(yīng)的差值222。換句話說，如示出的實施例中所表現(xiàn)的，參考移動跨度200的彈簧跨度212在長度上等同于閥內(nèi)件故障移動跨度202的彈簧跨度214。因此，當(dāng)操作一個具有閥內(nèi)件故障的閥時，一旦電動機110停止轉(zhuǎn)動，對應(yīng)于彈簧跨度的常量距離能夠從閥內(nèi)件故障移動跨度202的整個距離中減去，以推斷當(dāng)閥104完全關(guān)閉時該閥的位置。由此獲得的閥104的位置能夠與在制造時閥104在完全關(guān)閉位置的期望或參考位置(例如，對應(yīng)于參考移動跨度200)進行比較，以確定差值220。在一些實施例中，閥104的位置和/或相應(yīng)的移動的距離是基于旋轉(zhuǎn)傳感器112測量到的脈沖的數(shù)目和加載致動器100的彈簧的相應(yīng)的時間。因此，如示出的實施例中所示的，除了脈沖和時間將相對于參考移動跨度200稍微移動之外，在閥內(nèi)件故障期間脈沖的數(shù)目和加載彈簧的時間與在正常情況下脈沖的數(shù)目和加載彈簧的時間相同。在一些實施例中，電動機110引出的電流相對于參考移動跨度200和閥內(nèi)件故障移動跨度202跟隨相同的輪廓(以下將結(jié)合圖3-5進行更全面的描述)。在一些實施例中，當(dāng)差值220 (或相應(yīng)的差值222)超過某一閾值(例如，一個絕對距離和/或整個閥跨度的百分比)時，可以觸發(fā)(trip)警告或警報，以通知操作者、工程師或其他工廠人員潛在的閥內(nèi)件故障。
[0034]在一些實施例中，不是基于驅(qū)動軸移動的距離來確定閥104的流體控制元件的位置，差值220是基于當(dāng)閥104被完全關(guān)閉時直接測量到的流體控制元件的位置來確定的。特別地，差值220對應(yīng)于測量到的流體控制元件的位置與基于對應(yīng)于制造時(例如，在發(fā)生閥內(nèi)件磨損之前)確定的閥104完全關(guān)閉的位置的流體控制元件的參考位置的流體控制元件的期望位置之間的差值。在一些實施例中，當(dāng)閥104完全關(guān)閉時該閥的位置經(jīng)由示例性致動器100的閥位置傳感器116直接來確定。例如，無論是否存在閥內(nèi)件磨損，閥位置傳感器116由于流體控制元件停止運動而可以檢測到閥塞何時碰撞到閥座的急停，并且由此檢測到閥104何時被完全關(guān)閉。
[0035]在一些實施例中，示例性致動器100的內(nèi)部負(fù)載彈簧可能開始發(fā)生故障(例如，開始失去其彈性)和/或損毀。當(dāng)發(fā)生該種彈簧故障時，內(nèi)部負(fù)載彈簧具有較小的能力(例如，由于減弱的彈性)或沒有能力(例如，由于破損的彈簧)推抵驅(qū)動軸并且提供期望的偏置力。因此，在一些這樣的實施例中，電動機110能夠在其停止轉(zhuǎn)動之前相較于平常壓縮彈簧更大的距離，如參考移動跨度200的彈簧跨度212與彈簧故障移動跨度204的彈簧跨度216之間的差值224所示出的。在一些這樣的實施例中，圖2中所示出的彈簧跨度216包括一個未加載區(qū)域226，在該區(qū)域中，由于彈簧故障，電動機110將在閥桿到達(dá)完全關(guān)閉的位置(例如，0%位置)后在開始壓縮或加載彈簧之前運動某一距離。在一些實施例中，電動機110移動穿過未加載區(qū)域226的距離與彈簧故障移動跨度204的彈簧跨度216相對于參考移動跨度200的差值224不同。因此，在一些實施例中，電動機110在加載彈簧時實際的移動跨度可能小于參考移動跨度200的彈簧跨度212，在未加載區(qū)域226期間，由于電動機110移動的額外距離，整個彈簧跨度216大于彈簧跨度212。在其他實施例中，內(nèi)部負(fù)載彈簧可能發(fā)生故障，從而使得驅(qū)動軸無法盡可能地壓縮彈簧，這導(dǎo)致了縮短的彈簧跨度。在一些實施例中，當(dāng)差值224超過某一閾值時，可以觸發(fā)警告或警報，以通知操作者、工程師或其他工廠人員檢測到的彈簧故障。在一些實施例中，上述彈簧跨度216相對于參考彈簧跨度212變化的場景可以通過電動機110沿著彈簧故障移動跨度204移動時該電動機引出的電流輪廓(例如，譬如時間上的移動)的變化來識別。下文中將結(jié)合圖3-5更詳細(xì)地描述示例性電流輪廓。
[0036]如圖2中所示，閥內(nèi)件故障移動跨度202的總長度和彈簧故障移動跨度204的總長度每一個都比參考移動跨度200長相應(yīng)的差值222，224。盡管對應(yīng)于故障移動跨度202，204中的每一個故障移動跨度的差值222，224在圖2中被表示為具有相同的長度，但是這并不是必然的情況。相反地，由于故障和對相應(yīng)的移動跨度202，204所產(chǎn)生的變化是獨立的，因此差值222，224可能對應(yīng)于不同的長度。此外，可能存在彈簧故障和閥內(nèi)件故障，從而使得閥104的總移動跨度相對于參考移動跨度200的差值是差值222，224的組合。彈簧故障和閥內(nèi)件故障可能導(dǎo)致相應(yīng)的移動跨度的長度的總體增加。因此，當(dāng)僅依賴于經(jīng)由旋轉(zhuǎn)傳感器112測量到的驅(qū)動軸移動的距離時，這些故障彼此之間能夠被辯別。因此，在一些實施例中，當(dāng)檢測到移動跨度的變化時，警報可以指示彈簧故障或閥內(nèi)件故障中的至少一個已經(jīng)發(fā)生的可能性，并且工廠人員可以進一步調(diào)查并采取適當(dāng)?shù)某C正措施。然后，由于閥元件腐蝕和/或磨損，閥內(nèi)件故障通常隨著時間的推移而逐漸地發(fā)生，從而使得差值222逐漸地增加直至差值222超過預(yù)定閾值。相反地，彈簧故障，例如破損的彈簧，可能突然發(fā)生，從而使得從閥104的一個沖程到另一個沖程，差值224可能包括實質(zhì)性的變化。因此，在一些實施例中，在閥104的連續(xù)沖程期間，隨著時間的推移，監(jiān)測驅(qū)動軸沿著參考移動跨度200和閥內(nèi)件或彈簧故障移動跨度202移動的距離之間的差值。在該些實施例中，如果差值逐漸地增加，那么警報指示閥內(nèi)件故障，而如果在連續(xù)的沖程之間差值突然地增加，那么警報指示彈簧故障。盡管僅基于來自旋轉(zhuǎn)傳感器112的反饋以這種方式辨別故障模式的能力是可能的，然而技術(shù)并不是沒有限制的，因為閥內(nèi)件磨損可能在彈簧的突然故障之前已經(jīng)發(fā)生，但是因為閥內(nèi)件故障還未到達(dá)閾值，因此由于彈簧故障的結(jié)果而導(dǎo)致未監(jiān)測到閥內(nèi)件故障。
[0037]在一些實施例中，通過閥位置傳感器116來避免閥內(nèi)件故障和彈簧故障之間的混淆，這能夠直接確定閥104何時達(dá)到完全關(guān)閉的位置(例如，基于閥內(nèi)的流體控制元件在被關(guān)閉時何時停止運動)，由此監(jiān)測任何潛在的閥內(nèi)件故障。盡管能夠僅依賴于閥位置傳感器106來檢測閥內(nèi)件故障，但是閥位置傳感器116無法檢測致動器100中的彈簧故障。因此，在一些實施例中，旋轉(zhuǎn)傳感器112和閥位置傳感器116被協(xié)作地使用以檢測何時閥內(nèi)件故障或彈簧故障已經(jīng)發(fā)生，并且辨別何時閥內(nèi)件故障、彈簧故障或兩者都發(fā)生。
[0038]返回至圖1，示例性致動器100包括電流傳感器118和電壓傳感器120，用于監(jiān)測用于操作電動機110的功率，以提供檢測閥104內(nèi)的故障的附加的或替換的方式。電動機110引出的用于轉(zhuǎn)動驅(qū)動軸的電流量依賴于電動機110的速度、閥104內(nèi)的流體壓強、當(dāng)移動流體控制元件時閥內(nèi)的內(nèi)部摩擦(例如，閥內(nèi)件摩擦或填料摩擦)和/或當(dāng)加載彈簧時(例如，當(dāng)閥104在完全關(guān)閉的位置時)內(nèi)部負(fù)載彈簧的偏置力。在一些實施例中，電動機110的速度由微控制器106來設(shè)置，因此是已知的。然而，在一些實施例中，電動機110能夠引出的電流量被遏制為安全測量，從而使得如果對電流的需求太高，則電動機110的速度可能低于微控制器106所定義的速度。在一些這樣的實施例中，通過比較微控制器106指示的電動機速度和如以上描述的經(jīng)由旋轉(zhuǎn)傳感器112測量到的驅(qū)動軸的實際速度來檢測降低的速度。除了電動機110的速度，在一些實施例中，基于經(jīng)由通過通信