專(zhuān)利名稱(chēng)：用于過(guò)程控制的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于過(guò)程控制的設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
基于微控器技術(shù)的測(cè)量?jī)x、控制儀、控制器等都在工藝流程自動(dòng)化中得到運(yùn)用。鑒于經(jīng)濟(jì)上的考慮，除了常規(guī)的基本功能之外，最佳的自動(dòng)化過(guò)程調(diào)整具有越來(lái)越重要的意義。一種廣泛用于工業(yè)過(guò)程的控制器是借助過(guò)程閥(process valve)以及調(diào)節(jié)閥來(lái)持續(xù)作用于液流的電控氣動(dòng)位置控制器。這個(gè)控制器通常級(jí)聯(lián)集成在上級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)中，并用作下級(jí)輔助控制器。上級(jí)過(guò)程控制器控制著下級(jí)位置控制器，下級(jí)位置控制器再借助調(diào)節(jié)閥作用于需控制的過(guò)程。利用過(guò)程傳感器獲得過(guò)程實(shí)測(cè)值，從而閉合上級(jí)過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)控制環(huán)。在需控制的過(guò)程中，由于各種原因會(huì)經(jīng)常呈現(xiàn)出非線性的工作特性曲線，其在采用線性的呈比例積分微分控制器的大多數(shù)情況下會(huì)降低調(diào)節(jié)性能(控制性能)。通過(guò)借助校正曲線實(shí)現(xiàn)的工作特性曲線線性化，能實(shí)現(xiàn)改善。由于校正曲線是固定的，提供預(yù)先規(guī)定的(恒定的百分比1:25，1:50，…)或參數(shù)化的特性曲線形式的模型。后者實(shí)行手動(dòng)錄入數(shù)值對(duì)。然而，已知方法的不足是，線性化僅松散地基于給定的特性曲線，或如有必要，成本過(guò)高地手動(dòng)求得不閉合的校正曲線。這也由于線性化不完善或不足夠而導(dǎo)致調(diào)節(jié)效果下降。此夕卜，當(dāng)在自動(dòng)控制環(huán)中使用了錯(cuò)誤尺寸的過(guò)程閥時(shí)，過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)在線性化過(guò)程中只能大致地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，不可能達(dá)到最理想的效果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供用于過(guò)程控制的設(shè)備和方法，它能夠補(bǔ)償非線性的不足。根據(jù)本發(fā)明的一方 面，提供了使用調(diào)節(jié)設(shè)備、位置傳感器、過(guò)程閥、過(guò)程傳感器及調(diào)整級(jí)對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制及調(diào)整的方法。在下文中將進(jìn)一步詳細(xì)描述用于過(guò)程調(diào)整的本發(fā)明方法。另外，該方法包括過(guò)程控制器和位置控制器，且它們能夠連接在一起。過(guò)程控制器能持續(xù)輸出位置控制器的位置預(yù)定值，這個(gè)位置預(yù)定值與過(guò)程閥的位置有關(guān)。在這里，位置預(yù)定值在一定范圍內(nèi)，該范圍與閥門(mén)完全打開(kāi)及完全閉合之間的閥門(mén)位置對(duì)應(yīng)。適當(dāng)?shù)膫鞲衅?例如，位置傳感器)隨后能夠捕捉并輸出過(guò)程閥的實(shí)際位置。過(guò)程傳感器檢測(cè)獲得過(guò)程實(shí)測(cè)值PV，其可返回到過(guò)程控制器。過(guò)程傳感器可例如為IOOPt溫度傳感器，其輸出信號(hào)被直接饋送到過(guò)程控制器?；蛘?，過(guò)程傳感器還能包括傳送器，該傳送器再把經(jīng)變換的或標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器信號(hào)傳輸?shù)竭^(guò)程控制器。典型的過(guò)程傳感器可測(cè)量媒介的物理量，如流量、壓力、溫度、PH值及傳導(dǎo)性。借助過(guò)程閥的實(shí)際位置以及過(guò)程實(shí)測(cè)值，隨后能夠確定校正后的位置預(yù)定值，借助預(yù)定值可將過(guò)程線性化。由于大多數(shù)過(guò)程閥位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值之間的非線性關(guān)聯(lián)，將借助本發(fā)明的方法，調(diào)節(jié)過(guò)程控制器產(chǎn)生的位置預(yù)定值將其變?yōu)樾Ｕ^(guò)的位置預(yù)定值。由此使得每個(gè)過(guò)程線性化。
在這里，首先將位置自動(dòng)控制環(huán)、過(guò)程及過(guò)程閥與調(diào)整級(jí)連接，其中，中斷上級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)。調(diào)整級(jí)向位置控制器自動(dòng)輸出η個(gè)位置預(yù)定值。η個(gè)位置預(yù)定值覆蓋過(guò)程閥完全閉合到完全打開(kāi)的位置范圍。然后借助過(guò)程傳感器，可檢測(cè)到與每個(gè)實(shí)際位置相關(guān)的過(guò)程實(shí)測(cè)值，從而可獲得實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值的η個(gè)數(shù)值對(duì)。η個(gè)數(shù)值對(duì)提供給過(guò)程控制器。調(diào)整級(jí)也可以被設(shè)計(jì)成使得基于實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值的η個(gè)數(shù)值對(duì)，計(jì)算出完整的校正曲線。在確定η個(gè)數(shù)值對(duì)后，通過(guò)用于過(guò)程控制環(huán)的過(guò)程控制器閉合位置自動(dòng)控制環(huán)、過(guò)程和過(guò)程傳感器?；谒_定的由實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值組成的數(shù)值對(duì)，在過(guò)程控制器或調(diào)整級(jí)中確定校正值(校正曲線)，使得借助校正數(shù)值可在過(guò)程控制器上直接計(jì)算出校正后的位置預(yù)定值。隨后，校正后的位置預(yù)定值有助于補(bǔ)償所述過(guò)程的非線性，以實(shí)現(xiàn)總體過(guò)程的線性。與傳統(tǒng)的過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)(或稱(chēng)調(diào)節(jié)環(huán))不同，本發(fā)明的自動(dòng)控制環(huán)的所有非線性校正是自動(dòng)的，快速且直接在過(guò)程控制器上進(jìn)行。從而提高總的調(diào)節(jié)性能。在改變過(guò)程或更換或替換過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)的元件時(shí)，可重新進(jìn)行校正。在本發(fā)明中，對(duì)于過(guò)程控制，位置控制器是位置自動(dòng)控制環(huán)路的組成元件。這包括了位置控制器(或稱(chēng)定位器)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、過(guò)程閥(例如比例閥)以及位置傳感器，它們作為位置自動(dòng)控制環(huán)設(shè)置在封閉的回路中。例如，通過(guò)位置傳感器，檢測(cè)出過(guò)程閥的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的當(dāng)前位置(即，實(shí)際位置)。位置控制器將對(duì)實(shí)際位置與規(guī)定的作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的位置預(yù)定值進(jìn)行比較。如果出現(xiàn)偏差，通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)上傳動(dòng)裝置的充氣或換氣改變其驅(qū)動(dòng)來(lái)補(bǔ)償。采用這種方式，可以將傳動(dòng)裝置(致動(dòng)器)的位置偏差變?yōu)榱恪４撕髮⑽恢米詣?dòng)控制環(huán)還可集成于過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)中，并成為下級(jí)輔助自動(dòng)控制環(huán)。這產(chǎn)生了所謂的級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)(控制)。過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)包括如過(guò)程控制器、位置自動(dòng)控制環(huán)、過(guò)程，其過(guò)程變量以及過(guò)程參數(shù)在借助過(guò)程傳感器的情況下可返回到過(guò)程控制器。如果過(guò)程變量與過(guò)程預(yù)定值間存在偏差，要在過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)路中進(jìn)行補(bǔ)償。在這種情況下，過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)相當(dāng)于主自動(dòng)控制環(huán)。例如，過(guò)程自動(dòng)控制環(huán) 中的過(guò)程控制器具有比例積分微分(PID)功能(比例積分微分控制器，帶積分和減法的比例控制器)。將過(guò)程預(yù)定值給出作為參考值。通過(guò)使用傳感器(實(shí)際可能是傳送器)，獲得過(guò)程實(shí)測(cè)值。過(guò)程控制器將過(guò)程實(shí)測(cè)值與由其規(guī)定的預(yù)定值進(jìn)行對(duì)比。如果出現(xiàn)偏差，則改變用于位置控制器的位置預(yù)定值，使得調(diào)節(jié)體系上的過(guò)程閥傳動(dòng)裝置被設(shè)置到實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制環(huán)中的偏差為零的理想狀態(tài)。有利地，根據(jù)本發(fā)明的一方面，在所確定的實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值的數(shù)值對(duì)基礎(chǔ)上確定校正的位置預(yù)定值時(shí)，很快確定完整的校正曲線。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的各種算法也可用于線性化。根據(jù)本發(fā)明的一方面，將確定的實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值的數(shù)值對(duì)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的校正曲線，以使得該校正曲線與過(guò)程特性曲線的結(jié)合會(huì)得到線性總體行為。因此，鑒于要達(dá)到最佳線性化的效果，可以校正所有的位置預(yù)定值，這有助于優(yōu)化調(diào)節(jié)效果。另外，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)獲得的實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值數(shù)值對(duì)(P0S/PV)和/或因此得出的校正曲線進(jìn)行分析。例如，檢查校正后的位置預(yù)定值與未校正的位置預(yù)定值或過(guò)程實(shí)測(cè)值的最大值和/或最小值的比值，看是否處于在規(guī)定的范圍內(nèi)。這可以用來(lái)評(píng)估過(guò)程閥的特性。在此，要特別注意考慮過(guò)程閥的尺寸，如流量系數(shù)及控制特性。例如，通過(guò)變化過(guò)程閥中的節(jié)流閥殼體幾何結(jié)構(gòu)，可以影響控制性能。對(duì)自動(dòng)確定的校正曲線的分析及評(píng)估結(jié)果可以報(bào)告給用戶，以避免及排除在設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)的尺寸時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。本發(fā)明還提出一種用于過(guò)程控制的設(shè)備，例如帶有集成過(guò)程控制器與位置控制器的過(guò)程控制設(shè)備。進(jìn)一步地，設(shè)置有調(diào)節(jié)系統(tǒng)及位置傳感器。過(guò)程控制器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中接收過(guò)程預(yù)定值，且利用過(guò)程傳感器獲得過(guò)程實(shí)測(cè)值，同時(shí)過(guò)程實(shí)測(cè)值大小與閥門(mén)位置相關(guān)。通過(guò)過(guò)程預(yù)定值與過(guò)程實(shí)測(cè)值，過(guò)程控制器可算出位置預(yù)定值，并被輸出至位置控制器。除此之外，位置控制器還接收由位置傳感器輸出的實(shí)際位置，而位置傳感器與過(guò)程閥連接。通過(guò)所確定的位置預(yù)定值與實(shí)際位置，位置控制器可算出控制值，它會(huì)傳送到調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，而調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接到過(guò)程閥上。由于位置預(yù)定值與實(shí)際位置間存在偏差，相應(yīng)地需要在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中對(duì)過(guò)程閥充氣或放氣以進(jìn)行補(bǔ)償。該設(shè)備還包括調(diào)整級(jí)，借助實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值的數(shù)值對(duì)，調(diào)整級(jí)可以確定校正值用于形成經(jīng)校正的位置預(yù)定值，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)過(guò)程的線性化。此外，調(diào)整級(jí)還被設(shè)置成輸出位置預(yù)定值，該預(yù)定值與過(guò)程閥的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)。特別地，實(shí)際位置要達(dá)到過(guò)程閥在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的關(guān)閉位置到打開(kāi)位置。有利地，設(shè)置有切換裝置，使得既可向位置控制器輸出調(diào)整級(jí)的位置預(yù)定值，又能輸出過(guò)程控制器校正后的位置預(yù)定值。校正后的位置預(yù)定值隨后由過(guò)程控制器輸出。換言之，對(duì)所述過(guò)程的非線性化的校正在過(guò)程控制器里或間接其上進(jìn)行?？梢?xún)?chǔ)存校正曲線(校正值)，利用該校正曲線可以計(jì)算出每個(gè)位置預(yù)定值對(duì)應(yīng)的校正后位置預(yù)定值。一旦儲(chǔ)存校正曲線，在變更時(shí)可通過(guò)調(diào)整級(jí)再次進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得該曲線適應(yīng)系統(tǒng)(改變過(guò)程或自動(dòng)控制環(huán)(輔助自動(dòng)控制環(huán)或自動(dòng)控制總環(huán)路)的元件)。各種過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)可以根據(jù)本發(fā)明而獨(dú)立地或在系統(tǒng)參數(shù)變化的激勵(lì)下定制，以獲得針對(duì)每個(gè)自動(dòng)控制環(huán)的校正曲線，以通過(guò)通過(guò)線性化來(lái)優(yōu)化調(diào)節(jié)性能。當(dāng)出現(xiàn)閥門(mén)尺寸錯(cuò)誤或其他錯(cuò)誤時(shí)，能夠做到同步反饋。本發(fā)明的方法 當(dāng)然也可以自由地用類(lèi)似的方式用于過(guò)程控制，而無(wú)需考慮過(guò)程控制器。同樣地，該方法可在不使用位置控制器的情況下求出校正曲線。在此，首先需要控制時(shí)間的是運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下過(guò)程閥的η個(gè)位置，它隨后由位置傳感器檢測(cè)出。對(duì)應(yīng)過(guò)程閥的每個(gè)位置，借助過(guò)程傳感器求出過(guò)程實(shí)測(cè)值，且由實(shí)際位置(POS)與過(guò)程實(shí)測(cè)值(PV)求得η個(gè)數(shù)值對(duì)并傳輸?shù)秸{(diào)整級(jí)。其他步驟與如上文關(guān)于控制情形的描述一致。


下面參照附圖并借助于下文中對(duì)本發(fā)明優(yōu)選結(jié)構(gòu)示圖的說(shuō)明，可以清晰地理解本發(fā)明的其他特性及優(yōu)勢(shì)。圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)的示意圖。圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的位置自動(dòng)控制環(huán)的簡(jiǎn)化示意圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明一方面的具有集成的位置自動(dòng)控制環(huán)的過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)。圖4示出關(guān)于校正曲線分析結(jié)果的示意圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明一方面的優(yōu)化的過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)的簡(jiǎn)化示圖，以及圖6是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)I的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。該過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)包括過(guò)程控制器2、位置自動(dòng)控制環(huán)3、過(guò)程4和過(guò)程傳感器5。過(guò)程預(yù)定值由級(jí)6規(guī)定。過(guò)程變量PV從所述過(guò)程得到并對(duì)應(yīng)于過(guò)程實(shí)測(cè)值。過(guò)程預(yù)定值SP與過(guò)程實(shí)測(cè)值PV間的偏差為偏差Xd2。偏差Xd2被輸入至過(guò)程控制器2中，該過(guò)程控制器2將基于其的位置預(yù)定值CMD輸出至位置自動(dòng)控制環(huán)3中。利用打開(kāi)閥門(mén)，位置自動(dòng)控制環(huán)作用于過(guò)程4并進(jìn)而影響過(guò)程實(shí)測(cè)值PV。當(dāng)前的過(guò)程實(shí)測(cè)值PV由過(guò)程4得出且由過(guò)程傳感器5檢測(cè)到，并可回到過(guò)程控制器2的輸入端。過(guò)程傳感器可以將信號(hào)直接傳送到過(guò)程控制器2中或通過(guò)傳動(dòng)裝置直接轉(zhuǎn)送信號(hào)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)示圖中，過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)I (即自動(dòng)控制總環(huán)路)里面的過(guò)程控制器2具有比例積分微分功能。可以通過(guò)自動(dòng)控制環(huán)路降低總偏差Xd2。Z2代表干擾。圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的位置自動(dòng)控制環(huán)3，其也可以用于本發(fā)明中。位置自動(dòng)控制環(huán)3是輔助自動(dòng)控制環(huán)，如圖1所示用于過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)I中。位置自動(dòng)控制環(huán)3包括位置控制器7，其能夠例如作為特定過(guò)程閥的控制系統(tǒng)。位置控制器7輸出控制信號(hào)SC用于驅(qū)動(dòng)過(guò)程閥8。因此，這會(huì)致使過(guò)程閥8出現(xiàn)一定程度的閥門(mén)打開(kāi)。借助位置傳感器9可以確定過(guò)程閥8驅(qū)動(dòng)的實(shí)際位置P0S。將這個(gè)實(shí)際位置POS與由過(guò)程控制器2從外部規(guī)定的位置預(yù)定值CMD進(jìn)行比較。由此確定偏差Xdl，它又由位置控制器7變換成相應(yīng)的控制信號(hào)SC發(fā)給過(guò)程閥8。根據(jù)本發(fā)明一方面，也是用過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)I與位置自動(dòng)控制環(huán)3的級(jí)聯(lián)配置。圖3示出本發(fā)明結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化框圖。過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)還包括過(guò)程控制器20，該過(guò)程控制器20可根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思而修改或替換。另外，在過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)中設(shè)置位置自動(dòng)控制環(huán)3作為輔助自動(dòng)控制環(huán)，輔助自動(dòng)控制環(huán)3與過(guò)程4耦合。借助過(guò)程傳感器10可檢測(cè)過(guò)程4的過(guò)程實(shí)測(cè)值PV。實(shí)測(cè)值PV返回到過(guò)程控制器20，在這里將過(guò)程實(shí)測(cè)值PV與過(guò)程預(yù)定值SP進(jìn)行比較，并確定偏差Xd2。但是，根據(jù)本發(fā)明的一方面，另外設(shè)置有切換裝置SW，其能夠?qū)⑽恢米詣?dòng)控制環(huán)3及位置控制器7與過(guò)程控制器20隔開(kāi)。因此，該切換裝置在開(kāi)關(guān)位置Ia與2a之間切換。在開(kāi)關(guān)位置Ia上，過(guò)程自動(dòng) 控制環(huán)閉合，并且利用校正后的位置預(yù)定值CMD*進(jìn)行過(guò)程控制。在開(kāi)關(guān)位置2a上，借助調(diào)整級(jí)11進(jìn)行過(guò)程調(diào)節(jié)。調(diào)整級(jí)11代替過(guò)程控制器20，向位置自動(dòng)控制環(huán)上輸出η個(gè)位置預(yù)定值CMD。這個(gè)過(guò)程可在設(shè)置及建立過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)的開(kāi)始時(shí)或之后進(jìn)行。這個(gè)過(guò)程也可以按周期性間隔進(jìn)行重復(fù)。由調(diào)整級(jí)11輸出的η個(gè)位置預(yù)定值CMD在此過(guò)程中于處于過(guò)程閥8的打開(kāi)位置到其關(guān)閉位置之間的范圍內(nèi)。針對(duì)從調(diào)整級(jí)11中輸出的η個(gè)位置預(yù)定值CMD中的每個(gè)，借助過(guò)程傳感器10檢測(cè)在過(guò)程4中記錄的過(guò)程變量以及過(guò)程實(shí)測(cè)值PV。由實(shí)際位置POS及與其相關(guān)的過(guò)程實(shí)測(cè)值PV組成η個(gè)數(shù)值對(duì)(P0S/PV)。調(diào)整級(jí)11還用于從η個(gè)數(shù)值對(duì)(P0S/PV)計(jì)算出校正值，由其能夠計(jì)算出校正的位置預(yù)定值CMD*。這些校正值的簡(jiǎn)單抽象表示是校正后的位置預(yù)定值CMD*與未校正的位置預(yù)定值CMD的比值，即CMD*/CMD。在過(guò)程控制器20中將位置預(yù)定值CMD乘以這個(gè)比值CMD*/CMD，就能得出校正后的位置預(yù)定值CMD*。調(diào)整級(jí)11能夠用于基于數(shù)值對(duì)CMD，PV確定完整的校正曲線，它能補(bǔ)償過(guò)程4的非線性，包括所有其他非線性效應(yīng)(位置自動(dòng)控制環(huán)、過(guò)程閥、位置傳感器、過(guò)程傳感器信號(hào)等)。當(dāng)計(jì)算整個(gè)校正曲線時(shí)，調(diào)整級(jí)11向過(guò)程控制器20輸出參數(shù)集K0R，即由檢測(cè)到的數(shù)值對(duì)計(jì)算得出的校正值。或者，調(diào)整級(jí)11還能輸出信號(hào)K0R。為此，調(diào)整級(jí)11需接收位置預(yù)定值CMD。這在圖3中由額外的虛線標(biāo)示出。校正曲線能以參數(shù)的形式體現(xiàn)。現(xiàn)在根據(jù)校正曲線來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)程控制器20，使得生成新的位置預(yù)定值CMD*。根據(jù)本實(shí)施例，設(shè)置有校正級(jí)12，其在常規(guī)過(guò)程控制器2的下游。校正值(如，CMD*/CMD)及整個(gè)的校正曲線和/或其參數(shù)存儲(chǔ)在校正級(jí)12中。未經(jīng)校正的位置預(yù)定值CMD在校正級(jí)12中轉(zhuǎn)化為校正后的位置預(yù)定值CMD*。這樣，使得總的過(guò)程控制線性化。在此，位置預(yù)定值的校正及線性化直接在過(guò)程控制器中進(jìn)行或其附近進(jìn)行。一旦借助調(diào)整級(jí)11結(jié)束調(diào)節(jié)過(guò)程，就將過(guò)程控制器20再次與位置自動(dòng)控制環(huán)3耦合(開(kāi)關(guān)位置la)，以使得用于正常操作的過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)再次閉合，而現(xiàn)在是以校正后的位置預(yù)定值CMD*操作。調(diào)整級(jí)還用于針對(duì)特定標(biāo)準(zhǔn)而對(duì)檢測(cè)獲得的過(guò)程實(shí)測(cè)值PV、作為數(shù)值對(duì)的相關(guān)實(shí)際位置P0S、或校正值KOR組合或關(guān)于彼此進(jìn)行檢查(分析)，并推導(dǎo)出過(guò)程閥8是否擁有正確的尺度。一旦在分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)在輸出21上報(bào)告。該輸出21可以是數(shù)據(jù)總線或顯示器。如果特定實(shí)際位置的過(guò)程實(shí)測(cè)值超過(guò)了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍，可判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤。同時(shí)可以檢驗(yàn)最小值和最大值。還可以利用校正值K0R，及校正曲線或推導(dǎo)出的參數(shù)進(jìn)行分析判斷。在圖4所示的圖示中,校正后的位置預(yù)定值CMD*被表示為能夠形成相應(yīng)反饋的不同情形下未校正位置預(yù)定值CMD的函數(shù)。位置預(yù)定值CMD由調(diào)整級(jí)輸出，以啟動(dòng)過(guò)程閥處于關(guān)閉(數(shù)值為O. 00)狀態(tài)再到打開(kāi)(數(shù)值為1. 00)狀態(tài)。借助于確定的實(shí)際位置POS及過(guò)程實(shí)測(cè)值PV，可自動(dòng)確定校正后的位置預(yù)定值CMD*。這個(gè)圖示出三個(gè)校正曲線KL1，KL2和KL3。KLl是特性曲線的最佳狀態(tài)。在這種狀況下的過(guò)程已經(jīng)完全通過(guò)機(jī)械元件(進(jìn)一步地說(shuō)，即是所謂的控制器)實(shí)現(xiàn)線性化，因此無(wú)需其他的線性化。校正曲線KL2涉及的情況是，針對(duì)從位置預(yù)定值CMD O. 00到位置預(yù)定值CMD O. 50 (過(guò)程閥的O到50%打開(kāi)度)，所有校正后的位置預(yù)定值CMD*都小于閾值，其在此例如為O.1 (10%)。在這個(gè)例子中，隨后會(huì)自動(dòng)輸出反饋。這個(gè)反饋可能是過(guò)程閥尺寸過(guò)大，和/或使用了同百分比的控制器(即替換/修改過(guò)程閥)。校正曲線KL3涉及的是另外一個(gè)故障狀況。在這條校正曲線中，對(duì)于CMD為
O.50到1. 00的期望位置，所有校正過(guò)的位置預(yù)定值CMD*超過(guò)閾值，其在此例如為80%。這個(gè)比例同樣也是出現(xiàn)錯(cuò)誤尺寸時(shí)可自動(dòng)識(shí)別的標(biāo)志。反饋指出過(guò)程閥尺寸測(cè)量過(guò)小，或采用了線性化的控制器(即替換/修改過(guò)程閥)。在圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明前述方面的行為。其中，過(guò)程自動(dòng)控制環(huán)I完全線性化。其包括常規(guī)的過(guò)程控制器2且具有完全線性化的行為，這個(gè)行為包括位置自動(dòng)控制環(huán)3、過(guò)程和所有其他圖3中的設(shè)備。這將在步驟13中進(jìn)行圖示說(shuō)明。圖片6是本發(fā)明實(shí)施例的概要簡(jiǎn)化圖示。示出了根據(jù)本發(fā)明不同方面的用于對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制的裝置14。在這個(gè)裝置中包括過(guò)程控制器，其包括過(guò)程控制器20與位置控制器7。除此之外，還圖示出過(guò)程閥8，在這里，其在該狀況下僅以示例方式包括帶有單次動(dòng)作致動(dòng)器的連續(xù)閥。過(guò)程閥調(diào)節(jié)液流FL，可通過(guò)傳感器15檢測(cè)該液流的參數(shù)(如流速)。這隨后是過(guò)程實(shí)測(cè)值PV。依照本發(fā)明實(shí)施例的裝置14包括位置控制器7和可選擇的過(guò)程控制器20及位置傳感器9，調(diào)節(jié)系統(tǒng)16及調(diào)整級(jí)11。位置控制器7、調(diào)節(jié)系統(tǒng)16及位置傳感器9與過(guò)程閥8共同組成了位置自動(dòng)控制環(huán)。這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以包含用于驅(qū)動(dòng)過(guò)程閥8的充氣閥和排氣閥31、32。其將位置控制器的輸出轉(zhuǎn)換成過(guò)程閥8的適當(dāng)控制變量，在調(diào)整參數(shù)范圍內(nèi)改變輸出口的大小。在這種情況下涉及氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然，其他形式的驅(qū)動(dòng)也在考慮的范圍內(nèi)。位置傳感器9可以在裝置14的外部。正如上文所闡述的一樣，位置自動(dòng)控制環(huán)3及位置控制器7獲得過(guò)程控制器20的位置預(yù)定值CMD，或者獲得調(diào)整級(jí)11的CMD值。在根據(jù)本發(fā)明規(guī)定的調(diào)節(jié)過(guò)程中，借助于過(guò)程控制器20的開(kāi)關(guān)SW調(diào)節(jié)位置控制器7的輸入，后續(xù)切回至調(diào)整級(jí)11，以獲得調(diào)整級(jí)11的位置預(yù)定值CMD。開(kāi)關(guān)有三檔，即位置la、2a、3a。在位置2a，調(diào)整級(jí)11連接到位置控制器7。在遍歷調(diào)整級(jí)11的η個(gè)位置預(yù)定值的特定值范圍時(shí)，可同時(shí)借助過(guò)程閥8的傳感器15以及過(guò)程4的傳感器(圖中未示出)獲得并存儲(chǔ)過(guò)程實(shí)測(cè)值PV，并形成和存儲(chǔ)實(shí)際位置和過(guò)程實(shí)測(cè)值的數(shù)值對(duì)(POS，PV)。相應(yīng)地在裝置中設(shè)置儲(chǔ)存器，其在此未特別描述。隨后可由η個(gè)數(shù)值對(duì)POS/PV在調(diào)整級(jí)11中確定整個(gè)校正曲線，并在調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后保存，使得過(guò)程控制器20能夠因此在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下校正位置參考值，以實(shí)現(xiàn)總體線性化行為。在此開(kāi)關(guān)SW處于位置la。通過(guò)這種方式，本發(fā)明裝置14可自動(dòng)自主地適應(yīng)系統(tǒng)的每個(gè)過(guò)程非線性化與所有其他的非線性化情況，并對(duì)此進(jìn)行校正。另外，開(kāi)關(guān)SW還可在位置3a上。在這個(gè)位置上，可以從位置控制器外部提供位置預(yù)定值。通過(guò)這種方式，可在裝置14外部進(jìn)行調(diào)節(jié)以及校正數(shù)值的計(jì)算。校正數(shù)值以及校正曲線或參數(shù)隨后能從外部傳遞給過(guò)程控制器。此外，調(diào)整級(jí)11被構(gòu)造用于分析所測(cè)得的實(shí)際位置POS及過(guò)程實(shí)測(cè)值PV的數(shù)值對(duì)，并例如獲得如參考圖4所述的過(guò)程閥 的錯(cuò)誤尺度。為此，可以在特定的實(shí)際位置POS或校正后的位置預(yù)定值CMD*分析過(guò)程實(shí)測(cè)值PV。如有必要，可以在顯示器21上向用戶輸出(或在數(shù)據(jù)總線上向上級(jí)處理級(jí)或用戶輸出)錯(cuò)誤尺寸或其他錯(cuò)誤，以便消除此類(lèi)瑕疵。
權(quán)利要求
1.一種用于使用控制設(shè)備、位置傳感器、過(guò)程閥、過(guò)程傳感器和調(diào)整級(jí)對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制的方法，包括步驟調(diào)節(jié)到所述過(guò)程閥的n個(gè)位置；檢測(cè)與每個(gè)位置相關(guān)的n個(gè)實(shí)際位置(POS)和對(duì)應(yīng)于實(shí)際位置的過(guò)程實(shí)測(cè)值(PV)，從而獲得由實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值組成的數(shù)值對(duì)(P0S/PV);基于確定的數(shù)值對(duì)(P0S/PV)確定校正值；基于校正值計(jì)算校正后的位置預(yù)定值(CMD*)以補(bǔ)償所述過(guò)程的非線性，使得實(shí)現(xiàn)總體的線性響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在從所述過(guò)程閥的關(guān)閉位置到打開(kāi)位置的范圍內(nèi)，輸出所述調(diào)整級(jí)的n個(gè)位置預(yù)定值(CMD )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括分析所述實(shí)際位置(P0S)、位置預(yù)定值(CMD)、校正后的位置預(yù)定值(CMD*)和/或?qū)?yīng)的過(guò)程實(shí)測(cè)值(PV)，以評(píng)估所述過(guò)程閥的不同尺度狀況，并輸出該評(píng)估的結(jié)果。
4.一種用于對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制的設(shè)備，該設(shè)備包括調(diào)節(jié)裝置、位置傳感器、過(guò)程閥、過(guò)程傳感器及調(diào)整級(jí)，其遍歷所述過(guò)程閥的n個(gè)位置并檢測(cè)相應(yīng)的實(shí)際位置，且檢測(cè)對(duì)應(yīng)每個(gè)實(shí)際位置(POS)的過(guò)程實(shí)測(cè)值(PV)，以獲得由實(shí)際位置(POS)與過(guò)程實(shí)測(cè)值組成的數(shù)值對(duì)(P0S/PV)，基于確定的所述數(shù)值對(duì)(P0S/PV)計(jì)算校正值(P0S)，并且使用所述校正值來(lái)確定校正后的位置預(yù)定值(CMD*)以補(bǔ)償所述過(guò)程的非線性，使得實(shí)現(xiàn)總體的線性響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的設(shè)備，被布置用于使得從所述調(diào)整級(jí)輸出n個(gè)位置預(yù)定值(CMD)，以遍歷所述過(guò)程閥的n個(gè)調(diào)節(jié)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，包括過(guò)程控制器和/或位置控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，所述過(guò)程控制器和位置控制器組合成過(guò)程控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，還包括切換裝置，用于向位置控制器輸出所述調(diào)整級(jí)的位置預(yù)定值(CMD)或所述過(guò)程控制器輸出的校正后的位置預(yù)定值(CMD*)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其被布置成從所述過(guò)程控制器輸出校正后的位置預(yù)定值(CMD* )。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用調(diào)節(jié)裝置、位置傳感器、過(guò)程閥、過(guò)程傳感器和調(diào)整級(jí)對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的方法與設(shè)備。遍歷過(guò)程閥的n個(gè)位置，獲得相應(yīng)的實(shí)際位置(POS)和與每個(gè)實(shí)際位置(POS)對(duì)應(yīng)的過(guò)程實(shí)測(cè)值(PV)，以獲得由實(shí)際位置與過(guò)程實(shí)測(cè)值組成的數(shù)值對(duì)(POS/PV)?；诖_定的數(shù)值對(duì)(POS/PV)確定校正值，并基于校正值計(jì)算校正后的位置預(yù)定值(CMD*)以補(bǔ)償所述過(guò)程的非線性，以此實(shí)現(xiàn)總體的線性響應(yīng)。
文檔編號(hào)F15B9/09GK103048994SQ20121039099
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
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