用于控制閥定位器的截止轉(zhuǎn)變的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及包括閥門(mén)的過(guò)程控制系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于控 制閥門(mén)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)程控制系統(tǒng)（如，化工，石油或者其它過(guò)程中使用的那些過(guò)程控制系統(tǒng)）通常包 括管道，其中通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)來(lái)調(diào)整液體或氣體通過(guò)管道的流動(dòng)。這些閥門(mén)受到一個(gè) 或多個(gè)過(guò)程控制器控制，其中所述一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制器經(jīng)由稱為總線的模擬、數(shù)字或組 合的模擬和數(shù)字信號(hào)傳輸鏈路來(lái)通信地耦合到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以 是閥門(mén)定位器、開(kāi)關(guān)和發(fā)送器（例如，來(lái)自于溫度、壓力、液體水位、流速和閥桿位置的傳感 器的信息的發(fā)送器）。這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備位于過(guò)程工廠環(huán)境中，并執(zhí)行過(guò)程功能，例如，打開(kāi)或關(guān) 閉閥門(mén)、測(cè)量過(guò)程參數(shù)、收集診斷數(shù)據(jù)等等。
[0003] 過(guò)程控制器（其可以位于過(guò)程工廠環(huán)境之中，也可以不位于過(guò)程工廠環(huán)境之中） 接收用于表示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所執(zhí)行的過(guò)程測(cè)量值和/或關(guān)于這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其它信息的信號(hào)。 過(guò)程控制器中的一個(gè)或多個(gè)可以執(zhí)行控制器應(yīng)用，其中該控制器應(yīng)用運(yùn)行例如不同的控制 模塊，這些控制模塊執(zhí)行以下操作：(a)進(jìn)行過(guò)程控制決策，（b)基于所接收的信息來(lái)生成 控制信號(hào)，和/或（c)與由位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的處理器執(zhí)行的控制模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)?？刂破髦?的控制模塊通過(guò)傳輸鏈路向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送這些控制信號(hào)，從而控制過(guò)程的操作。
[0004] 來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器的信息通常通過(guò)通信鏈路而可用于一個(gè)或多個(gè)其它硬 件或軟件設(shè)備，例如，操作者工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)歷史記錄（data historian)、報(bào)告生 成器、集中式數(shù)據(jù)庫(kù)等等，它們通常放置在控制室中或者其它遠(yuǎn)離更惡劣的工廠環(huán)境的位 置。這些硬件設(shè)備運(yùn)行應(yīng)用，這些應(yīng)用例如可以使操作者能夠執(zhí)行關(guān)于過(guò)程的功能，諸如， 改變過(guò)程控制例程的設(shè)置，修改控制器或者現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的控制模塊的操作，查看過(guò)程的當(dāng) 前狀態(tài)，查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器所產(chǎn)生的報(bào)警、仿真該過(guò)程的操作以便訓(xùn)練人員、測(cè)試過(guò)程 控制軟件、保持并更新配置數(shù)據(jù)庫(kù)等等，或者測(cè)試或收集關(guān)于過(guò)程控制系統(tǒng)中的任何設(shè)備 (例如，過(guò)程控制系統(tǒng)中使用的任何類型的閥門(mén)）的數(shù)據(jù)。
[0005] 過(guò)程控制系統(tǒng)中使用的閥門(mén)通常包括作為部件的閥座和閥門(mén)關(guān)閉元件，其中閥門(mén) 關(guān)閉元件與閥座相接合以關(guān)閉閥門(mén)。當(dāng)這些部件恰當(dāng)?shù)亟雍蠒r(shí)，有適當(dāng)?shù)拈y門(mén)關(guān)閉，并且閥 門(mén)有令人滿意的閥座（seating)完整性。由于在過(guò)程控制系統(tǒng)的操作中進(jìn)行重復(fù)地使用， 因此閥門(mén)部件可能由于正常的磨損、沖蝕、腐蝕等等而劣化。
[0006] 傳統(tǒng)的智能閥門(mén)定位器基于跨過(guò)截止閾值的命令信號(hào)，迅速地使伺服器飽和，其 產(chǎn)生不期望的閥門(mén)響應(yīng)（特別是關(guān)于具有容積增壓器的大型致動(dòng)器而言）。對(duì)于大型閥門(mén) 而言，閥桿行程可能明顯地滯后于伺服設(shè)定點(diǎn)，特別是在跟蹤斜坡（ramp)信號(hào)時(shí)。當(dāng)伺服 設(shè)定點(diǎn)進(jìn)入截止閾值時(shí)，閥門(mén)微控制器和/或定位器將繞過(guò)反饋控制，并驅(qū)動(dòng)電流到氣動(dòng) (Ι/P)信號(hào)，以使氣動(dòng)裝置完全飽和。截止是基于伺服設(shè)定點(diǎn)信號(hào)跨過(guò)規(guī)定的閾值，其中該 規(guī)定的閾值通常被設(shè)置在〇. 5%和/或99. 5%。雖然完全飽和的Ι/P驅(qū)動(dòng)是在存在校準(zhǔn)偏 移的情況下，維持滿閥座負(fù)荷的期望狀態(tài)，但對(duì)于大型閥門(mén)或者處于高壓服務(wù)的閥門(mén)來(lái)說(shuō)， 這可能造成閥塞或致動(dòng)器活塞釘入到行程停止，其干擾過(guò)程或者損壞部件。
[0007] -種用于在閥門(mén)接近終點(diǎn)時(shí)使閥門(mén)的響應(yīng)減慢的機(jī)械裝置，通常包括機(jī)械氣墊和 /或電子軟停止。不幸的是，這些潛在實(shí)現(xiàn)中的每一種都包括一種或多種缺陷。機(jī)械氣墊困 住致動(dòng)器活塞和氣缸端蓋之間的空氣。簡(jiǎn)言之，機(jī)械氣墊阻擋排氣方向的空氣流動(dòng)，建立氣 缸壓力，并減緩閥門(mén)響應(yīng)。為了快速地填充氣缸和在活塞兩端分布空氣，可能需要在氣缸蓋 中附加的止回閥以及活塞面的槽。此外，機(jī)械氣墊并不可用于所有的致動(dòng)器設(shè)計(jì)方案，并且 機(jī)械氣墊也不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改裝。對(duì)于具有重型移動(dòng)部件（例如，塞子、閥桿和致動(dòng)器活塞） 的大型閥門(mén)來(lái)說(shuō)，氣缸內(nèi)壓力增加可能吹出氣墊0型密封圈。此外，機(jī)械氣墊通常在氣缸行 程的物理極限附近接合，其在額定閥門(mén)行程的大約3%和97%附近奏效。致動(dòng)器基本上在 這些區(qū)域周?chē)M(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，這使得在3%的閾值中的節(jié)流控制有問(wèn)題。最后，由于機(jī)械氣 墊干擾在定位器處的氣缸壓力記錄，因此行程端點(diǎn)附近的閥門(mén)診斷測(cè)試值的準(zhǔn)確性下降。
[0008] 電子軟停止能夠克服與機(jī)械氣墊相關(guān)聯(lián)的很多問(wèn)題。但是，電子軟停止不能使閥 門(mén)平滑地轉(zhuǎn)換到硬停止，并且不能用于生成閥座周?chē)挠杏迷\斷。此外，電子軟停止包括一 些跳躍不連續(xù)性，如果過(guò)程控制器在電子軟停止閾值附近操作時(shí)，則這些跳躍不連續(xù)性可 能引入顫動(dòng)或其它非期望行為，這種情形可能導(dǎo)致不可預(yù)知的響應(yīng)。同樣，電子軟停止對(duì)于 行程校準(zhǔn)誤差敏感，這可能造成電子軟停止在動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)實(shí)現(xiàn)地過(guò)早或者過(guò)晚。
[0009] 因此，存在著在設(shè)定點(diǎn)信號(hào)從截止閾值平滑地、連續(xù)地轉(zhuǎn)換到飽和狀態(tài)的情況下， 提供受控飽和的Ι/P驅(qū)動(dòng)的需求。以這種能力來(lái)控制閥門(mén)將避免對(duì)于行程校準(zhǔn)誤差的敏 感、卡死或卡住閥門(mén)，并且如果過(guò)程控制器在硬停止附近操作時(shí)，將不會(huì)引入顫動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明針對(duì)于一種用于對(duì)閥門(mén)進(jìn)行控制的方法。該方法包括：由一個(gè)或多個(gè)處理 器提供第一截止閾值和第二截止閾值；由一個(gè)或多個(gè)處理器對(duì)伺服設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；響應(yīng) 于所述伺服設(shè)定點(diǎn)跨過(guò)所述第一截止閾值，由一個(gè)或多個(gè)處理器發(fā)起第一截止過(guò)程；以及 響應(yīng)于所述伺服設(shè)定點(diǎn)跨過(guò)所述第二截止閾值，由一個(gè)或多個(gè)處理器發(fā)起第二截止閾值。
[0011] 在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于對(duì)閥門(mén)進(jìn)行控制的系統(tǒng)包括：耦合到存儲(chǔ)器的一個(gè) 或多個(gè)處理器和存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上的一個(gè)或多個(gè)模塊，其中，由所述一個(gè)或多個(gè)處理器 執(zhí)行所述一個(gè)或多個(gè)模塊，使得所述系統(tǒng)執(zhí)行以下各項(xiàng)操作：提供第一截止閾值和第二截 止閾值；對(duì)伺服設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；響應(yīng)于所述伺服設(shè)定點(diǎn)跨過(guò)所述第一截止閾值，發(fā)起第 一截止過(guò)程；以及響應(yīng)于所述伺服設(shè)定點(diǎn)跨過(guò)所述第二截止閾值，發(fā)起第二截止閾值。
[0012] 在另一個(gè)實(shí)施例中，一種有形的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其具有存儲(chǔ)在其上的 用于對(duì)閥門(mén)進(jìn)行控制的指令，其中，當(dāng)所述指令由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)， 使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行以下各項(xiàng)操作：提供第一截止閾值和第二截止閾值；對(duì)伺 服設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；響應(yīng)于所述伺服設(shè)定點(diǎn)跨過(guò)所述第一截止閾值，發(fā)起第一截止過(guò)程； 以及響應(yīng)于所述伺服設(shè)定點(diǎn)跨過(guò)所述第二截止閾值，發(fā)起第二截止閾值。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是位于過(guò)程工廠中的過(guò)程控制系統(tǒng)的框圖，其中該過(guò)程控制系統(tǒng)可以在正常 的過(guò)程操作期間，對(duì)閥門(mén)進(jìn)行控制；
[0014] 圖2是結(jié)合圖1的過(guò)程控制系統(tǒng)使用的控制閥以及相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的正視圖，其中 在這些設(shè)備上，根據(jù)本發(fā)明的示例來(lái)執(zhí)行軟截止；
[0015] 圖3是描繪根據(jù)本發(fā)明的閥門(mén)控制方法的示例的流程圖；以及
[0016] 圖4描繪了控制閥對(duì)于軟截止的示例性響應(yīng)的圖形表示。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明針對(duì)于減少和/或消除由于利用閥門(mén)定位器進(jìn)行截止的啟動(dòng)而造成的突 然閥門(mén)運(yùn)動(dòng)。通常，實(shí)現(xiàn)一對(duì)截止閾值，其中當(dāng)伺服設(shè)定值跨過(guò)第一截止閾值時(shí)，控制器 (例如，處理器、微處理器、微控制器）將伺服設(shè)定點(diǎn)從第一截止閾值漸變（ramp)到經(jīng)校準(zhǔn) 的設(shè)定點(diǎn)范圍之外，從而對(duì)伺服器進(jìn)行緩慢地過(guò)驅(qū)動(dòng)。一旦伺服設(shè)定點(diǎn)達(dá)到預(yù)先規(guī)定的第 二截止閾值，則控制器立即使Ι/P驅(qū)動(dòng)信號(hào)飽和。具體而言，當(dāng)發(fā)生完全Ι/P飽和時(shí)，在伺 服設(shè)定點(diǎn)落入第一截止閾值（例如，軟截止閾值）之內(nèi)的時(shí)間和落入第二截止閾值（例如， 硬截止閾值）之內(nèi)的時(shí)間之間，使用過(guò)渡的斜坡信號(hào)。換言之，當(dāng)伺服設(shè)定點(diǎn)落入第一截止 閾值之內(nèi)時(shí)，處理器將伺服設(shè)定點(diǎn)緩慢地漸變到節(jié)流范圍之外，直到達(dá)到硬截止閾值為止。 這種方式將使得在閉環(huán)控制之下，對(duì)伺服控制器進(jìn)行過(guò)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)閥門(mén)最終達(dá)到硬停止時(shí)，伺 服控制器將進(jìn)入開(kāi)環(huán)，此時(shí)氣動(dòng)裝置將飽和。
[0018] 除了提高硬停止瞬變之外，可以使用平滑的、連續(xù)的設(shè)定點(diǎn)信號(hào)來(lái)進(jìn)行處于服務(wù) 中的閥座診斷。如今，在截止和特征被禁用的情況下，從-5 %到105 %地運(yùn)行離線動(dòng)態(tài)掃描 測(cè)試。這樣做的原因是截止瞬變太快，這在停止時(shí)產(chǎn)生了最小的行程數(shù)據(jù)，并由于壓力傳感 器的速度效應(yīng)而在致動(dòng)器壓力讀數(shù)時(shí)帶入失真。通過(guò)在設(shè)定點(diǎn)不會(huì)發(fā)生跳躍不連續(xù)性的情 況下過(guò)渡到閥座，可以在設(shè)備處于服務(wù)時(shí)，收集更準(zhǔn)確和有用的閥座簡(jiǎn)檔數(shù)據(jù)。
[0019] 圖1描繪了包括各種功能區(qū)域的過(guò)程工廠10的示例，每一個(gè)功能區(qū)域可以提供有 根據(jù)本發(fā)明的閥門(mén)控制方法的實(shí)施例。過(guò)程工廠10包括具有一個(gè)或多個(gè)控制器12的分布 式過(guò)程控制系統(tǒng)，每一個(gè)控制器12經(jīng)由輸入/輸出（I/O)設(shè)備或卡18來(lái)連接到一個(gè)或多 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14或者16。此外，控制器12還經(jīng)由數(shù)據(jù)高速通道25,耦合到一個(gè)或多個(gè)主機(jī) 或操作者工作站19-23。數(shù)據(jù)庫(kù)28耦合到數(shù)據(jù)高速通道25,并操作成數(shù)據(jù)歷史記錄以收集 和存儲(chǔ)參數(shù)、狀態(tài)和與工廠10中的控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的其它數(shù)據(jù)，和/或操作成數(shù) 據(jù)歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，其中隨著從控制器12和/或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14和16下載工廠10的當(dāng)前或 先前測(cè)試數(shù)據(jù)或者將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其中，該數(shù)據(jù)歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。另外， 數(shù)據(jù)庫(kù)28可以存儲(chǔ)圖形對(duì)象，以提供過(guò)程