專利名稱：過程控制設(shè)備特征曲線圖的計(jì)算機(jī)化評估的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過程控制診斷，尤其涉及過程控制設(shè)備的計(jì)算機(jī)化診斷測試。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的過程控制系統(tǒng)可以對諸如閥之類的過程控制設(shè)備或過程控制組 件執(zhí)行周期診斷，以確定這類設(shè)備的可操作性和性能。確定過程控制設(shè)備的 可操作性可允許更好地安排過程控制設(shè)備的維護(hù)日程，從而減少故障發(fā)生和 停機(jī)時間。這可能導(dǎo)致效率、安全以及收入的提高。過程控制系統(tǒng)可以使用 各種傳感器和其它的測量設(shè)備以觀測過程控制設(shè)備的特性。例如， 一些現(xiàn)有 的控制系統(tǒng)可以使用數(shù)字閥控制器以測量和釆集來自控制閥上的各種傳感 器的數(shù)據(jù)。
控制閥所采用的一種診斷是閥特征測試，該測試測量執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī) 構(gòu)閥的位置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥依照諸如執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力或控制信號之類 的閥的輸入而打開。特征曲線圖的圖形表示可以使工廠操作員更容易地注意 或檢測閥特性的變化，該變化可以指示裝置的降級，因而一些控制系統(tǒng)可以
實(shí)施諸如密蘇里州圣路易斯市的費(fèi)希爾控制國際公司(St丄ouis， MOFisher Controls International LLC )的AMS ValveLink⑧軟件之類的閥維護(hù)軟件以 顯示特征曲線圖。 一些可以由閥特征測試確定的閥特性可以包括，但不限于 閥摩擦力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩、死區(qū)、關(guān)斷能力、以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈性系數(shù)和基準(zhǔn)設(shè)置。
例如，當(dāng)控制閥是新的時候，為了制定控制閥的性能的基準(zhǔn)，可以進(jìn)行 閥特征測試(例如制造商測試)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，當(dāng)針對發(fā)起移動所施加的驅(qū)動壓力而打開或關(guān)閉時，閥門特征測試可以記錄諸如閥塞之類的可移動元件在控制閥中的行程距離或位置，和/或做出趨勢圖。隨著時間的推移，對控制閥進(jìn)行后來的閥特征測試，可以針對先前的測試4企查此特征測試的結(jié)果，以確定諸如執(zhí)行機(jī)構(gòu)彈性系數(shù)、閥摩擦力或轉(zhuǎn)矩的變化之類的各種特性變化，以確定控制閥的性能或控制是否有降級發(fā)生。也就是說，通過疊加特征曲線圖，用戶能夠可視化地比較特定時段的當(dāng)前性能和過去性能。
然而，因?yàn)檫^程控制系統(tǒng)可以包括許多控制閥或其它類似的控制設(shè)備，即使能夠在中心點(diǎn)采集被測量的特征曲線圖數(shù)據(jù)以用于分析，使操作員單獨(dú)檢測工廠中的每個控制闊或控制設(shè)備的特征曲線圖也可能花費(fèi)過多的時間。另外，因?yàn)樘卣髑€圖可以在控制閥在線時產(chǎn)生，所以根據(jù)特征曲線圖確定問題的自動化系統(tǒng)可以幫助減少在閥工作過程中出現(xiàn)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
要求保護(hù)的方法和系統(tǒng)可以采集或接收從過程控制設(shè)備獲取的過程控制設(shè)備特征數(shù)據(jù)，且相對于用戶可配置的邊界和設(shè)置分析所述數(shù)據(jù)以確定所述過程控制設(shè)備的運(yùn)行是否存在問題。在一個實(shí)施例中，在前特征曲線圖被顯示給用戶以幫助用戶配置特性邊界和設(shè)置。在另一實(shí)施例中，通過顯示初始的工廠運(yùn)行特征曲線圖或通過選4奪在前周期的曲線圖的疊加，用戶可以配置用作觸發(fā)警報(bào)的邊界和設(shè)置。要求保護(hù)的方法和系統(tǒng)可以分析涉及控制閥或過程控制設(shè)備的部分或全部行程測量結(jié)果的特征數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，評估可以包括針對最大摩擦力或轉(zhuǎn)矩、最小摩擦力或轉(zhuǎn)矩、斷開的或破壞的閥軸以及粘滑(stick-slip)發(fā)生的特征曲線圖邊界。在一個實(shí)施例中，控制閥的性能與基線(baseline)特征曲線圖的相當(dāng)大的差值可以引起通過(Pass)或故障(Fail)指示。


圖1圖示說明用于過程控制系統(tǒng)的示例性過程控制設(shè)備；圖2A圖示說明特征曲線圖2B圖示說明顯示上游和下游邊界組的特征曲線圖；圖2C圖示說明在多個特征曲線圖的疊加上配置上游和下游邊界組；圖3圖示說明用于操作特征曲線圖的邊界的配置屏幕的圖形表現(xiàn)；圖4圖示說明最大摩擦力/轉(zhuǎn)矩故障的包括邊界框和標(biāo)記故障發(fā)生的點(diǎn)的圖形表現(xiàn)；
圖5圖示說明最小摩擦力/轉(zhuǎn)矩故障的包括邊界框和標(biāo)記故障發(fā)生的點(diǎn)的圖形表現(xiàn)；
圖6圖示說明軸完整性故障的包括邊界框的圖形表現(xiàn)；
圖7圖示說明粘-滑故障的包括邊界框和標(biāo)記故障發(fā)生的點(diǎn)的圖形表現(xiàn)；
及
圖8圖示說明部分行程特征曲線圖的圖形表現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
盡管下列文本提出多個不同實(shí)施例的詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，該描述的法律范圍由本專利最后提出的權(quán)利要求書的詞語所限定。詳細(xì)描述將僅作為示例被分析，并且沒有描述每個可能的實(shí)施例，因?yàn)槊枋雒總€可能的實(shí)施例，即使不是不可能的，也是不切實(shí)際的。許多替代實(shí)施例能夠利用現(xiàn)有技術(shù)或本專利申請日之后發(fā)展的技術(shù)被實(shí)施，這仍將落入該權(quán)利要求書的范圍。
用于過程控制系統(tǒng)的控制設(shè)備可以包括諸如控制閥、檔板或其它可變開度裝置之類的過程控制設(shè)備，以在過程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)或控制液體流量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管此處描述的示例性實(shí)施例是基于氣動控制閥，但諸如泵、電動閥、檔板等之類的其它過程控制設(shè)備也可以被考慮而不違背本發(fā)明的精神和范圍。通常，諸如控制閥組件之類的控制設(shè)備可以被放置在管道或?qū)Ч苤?，通過使用相連的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和定位器改變諸如閥塞之類的
可移動元件在控制閥中的位置以控制液體流量。對控制元件的調(diào)節(jié)可以;f皮用
于改變一些過程條件以維持被選擇的流速、壓力、液位或溫度。
控制閥組件通常由諸如來自工廠壓縮機(jī)的空氣之類的被調(diào)節(jié)的氣動液壓源來操作。響應(yīng)于從過程控制系統(tǒng)接收的信號，通過控制液壓的定位器或閥控制儀，將該液壓引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)(例如用于滑動桿閥的彈簧和薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)或用于回轉(zhuǎn)閥的活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu))。執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的液壓的大小確定執(zhí)行才幾構(gòu)內(nèi)的彈簧和薄膜或活塞的移動和位置，從而控制與控制閥的可移動元件相連的閥桿的位置。例如，在彈簧和薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，薄膜必須對偏離的彈簧反向作用，以確定可移動元件(也就是閥塞)在控制閥的入口和出口之間的閥管道內(nèi)的位置，以改變過程控制系統(tǒng)內(nèi)的流量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)以便通過增加壓力室內(nèi)的液壓來增加或減少可移動元件打開的程度(例如，直接動作或反向動作)，在這里假設(shè)為前一種情況。
圖1圖示說明用于過程控制系統(tǒng)的一般控制閥組件9?？刂崎y10可以具有諸如閥桿和閥塞(未示出)之類的可移動元件，它被定位器控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)11有選擇性地確定位置以調(diào)節(jié)過程流量。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，閥塞可移動元件的位置的指示可以通過位置傳感器12來提供，它可以集成于閥控制器16中或者可以是獨(dú)立的定位器變送器(未示出)?？刂崎y10在過程控制系統(tǒng)的流通道內(nèi)生成可變節(jié)流孔以控制過程控制系統(tǒng)中的過程物料的流量。通常，過程控制系統(tǒng)可使用變送器14檢測過程變量以表現(xiàn)過程特性。過程變量可以被傳回指揮加工廠運(yùn)行的過程控制器15以對過程進(jìn)行控制。
閥控制器16也可以包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制信號發(fā)生器17,它可以包括例如由其中提供的微型計(jì)算機(jī)控制的電動氣動級(未示出)，它產(chǎn)生來自閥控制器16的輸出信號以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)11。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(未示出)且該執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制信號發(fā)生器可以提供電控制信號以控制或調(diào)節(jié)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置。執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制信號發(fā)生器17將閥來自控制器16的輸出信號轉(zhuǎn)換到將在執(zhí)行機(jī)構(gòu)11中建立的對應(yīng)控
制值。為了位置輸入信息，位置傳感器12可以(通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)桿位置)監(jiān)測才丸行機(jī)構(gòu)11或如虛線所示(通過閥桿)監(jiān)測控制閥10。
運(yùn)行中，用戶在用戶過程控制界面18上與控制閥10和過程13交互，該用戶過程控制界面18提供命令給負(fù)責(zé)控制整個過程13的過程控制器15,過程控制器15與工廠中使用的其它控制設(shè)備(未示出)通信以進(jìn)行過程控制。過程控制器15將用戶在界面18上提供的輸入命令轉(zhuǎn)變成設(shè)定點(diǎn)信號命令。然后該設(shè)定點(diǎn)信號命令被發(fā)送給閥控制器16。閥控制器16中可以具有上述的微型計(jì)算機(jī)。該微型計(jì)算機(jī)可以被編程以遵循這樣的算法，該算法響應(yīng)于接收的設(shè)定點(diǎn)信號命令對控制閥IO進(jìn)行控制，并且指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制信號發(fā)生器17以在執(zhí)行機(jī)構(gòu)11中產(chǎn)生用于定位控制閥IO的對應(yīng)控制信號。
在圖1的系統(tǒng)中，設(shè)定點(diǎn)命令的幅度的增加可以引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制信號發(fā)生器17所提供的氣壓的對應(yīng)增加，從而引起控制閥10的可移動元件所控制的開度的對應(yīng)增加。得到的可移動元件的位置可以對過程13有影響，相應(yīng)地，對過程變量變送器14所監(jiān)測和檢測的過程變量有影響。過程變量變送器14將過程變量的代表性信號傳送回過程控制器15。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的是，過程控制器15使用該代表性的信號作為過程13的狀態(tài)指示，用于反饋以控制該系統(tǒng)。
如上所述，過程控制器15可以與工廠中使用的其它控制設(shè)備通信，用以對過程進(jìn)行控制。過程控制器15也可以包括或可以被連接至具有諸如處理器或處理裝置、存儲器、輸入設(shè)備和顯示設(shè)備(例如監(jiān)視器)之類的一般計(jì)算元件的計(jì)算機(jī)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，處理器可被連接至存儲器、顯示設(shè)備和輸入設(shè)備。而且，計(jì)算機(jī)可以包括用于在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行連接以提供彼此之間通信的網(wǎng)絡(luò)界面。在一個實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)可以形成過程控制器的一部分，例如在數(shù)字過程控制器中。在另一實(shí)施例中，用戶過程控制界面可以代表計(jì)算機(jī)?？商娲兀?jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中可以被連接至過程控制器，但在物理上遠(yuǎn)離過程控制器。
10進(jìn)一步地，諸如位置傳感器12之類的各種傳感器，可以遍布圖1所示的系統(tǒng)放置以檢測和/或測量控制設(shè)備和系統(tǒng)的特性，并且可以提供該特性信息或數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)或過程控制器15，用于在顯示設(shè)備元件上顯示，如以下進(jìn)一步的描述。在一個實(shí)施例中，傳感器數(shù)據(jù)可以由可以包括計(jì)算機(jī)處理
器和存儲器的數(shù)據(jù)獲取組件19采集。在該實(shí)施例中，診斷監(jiān)視器20可以代
表計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備，其以以下進(jìn)一步描述方式顯示傳感器數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備元件可以是例如鍵盤、觸摸板、鼠標(biāo)、軌跡球、光筆、(例如用于語音命令輸入的)麥克風(fēng)等。還應(yīng)當(dāng)指出的是，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，下述要求保護(hù)的方法和系統(tǒng)的各種實(shí)施例可以作為在計(jì)算機(jī)處理器中運(yùn)行的一組指令被實(shí)施。
圖1系統(tǒng)的控制閥10,表明了包括諸如閥位置之類的輸出變量與諸如設(shè)定點(diǎn)或命令信號之類的輸入變量之間的特性環(huán)的關(guān)系。該關(guān)系可以被稱為特征曲線圖，該特征曲線圖的示例在圖2A中被圖示說明，在圖2A中，例如閥控制器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力相對于由閥桿所代表的可移動元件的位置或執(zhí)行機(jī)構(gòu)桿位置被繪圖。如圖2A所示，可以在控制閥10的可移動元件的輸出位置的對應(yīng)范圍內(nèi)繪出執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的液壓的全范圍的輸入輸出特性。諸如設(shè)定點(diǎn)命令信號之類的替代性的輸入變量，也可以被用于特征曲線圖。
圖2A圖示說明控制閥從完全關(guān)閉的位置(上游部分)21 ;帔完全打開與控制閥從完全打開的位置(下游部分)23被完全關(guān)閉的全行程(full-stroke)特征曲線圖。該特性示說明在控制閥10開始打開且允許流動之前，需要建立初始壓力以克服執(zhí)行機(jī)構(gòu)11和/或控制閥10的動量和摩擦力或轉(zhuǎn)矩。該特性圖還圖示說明在定位器能夠開始關(guān)閉之前，需要相對大的壓降。另外，從打開動作轉(zhuǎn)變成關(guān)閉動作時，可能需要克服動量和摩擦力以將控制閥推向另一個方向。該轉(zhuǎn)變動作所需的壓力可以由與上游和下游路徑相交的垂直路徑25圖示說明。上游與下游路徑之間的區(qū)域可^皮認(rèn)為是死區(qū)。
由于隨著時間的推移，控制閥或閥特性降級(例如，可移動元件磨損、
閥襯墊磨損及執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力室泄漏等)，特征曲線圖可以從初始的基準(zhǔn)測量曲線圖變化。隨著時間的推移的特征曲線圖的這種變化可以表示閥運(yùn)行性能的降級，該降級例如歸因于摩擦力。該變化可以提示對閥或閥組件進(jìn)行修理或更換。為了幫助操作員或工廠管理者確定維護(hù)操作，該方法和系統(tǒng)可以允許用戶在先前周期及時荻取的基線特征曲線圖上配置邊界，如圖2B所示。
圖2B圖示說明針對單基線特征曲線圖的邊界框30和邊界框40。可替代地，為了使用戶確定較好的一組邊界，多個特征曲線圖測量可被顯示和疊加，如圖2C所示。在這種情況下，用戶可以使用多個已有特征曲線圖(包括制造者測量的曲線圖)以確定平均水平35并基于該平均水平配置邊界?？商娲?，用戶可以決定哪個特征曲線圖更能代表控制閥的狀態(tài)，而用戶愿意將他/她的配置基于該特征曲線圖。
圖2B和2C圖示說明多個邊界，其中一個或多個邊界可在任何一次被配置?？?0所表示的第一組邊界可與特征曲線圖的上游部分相關(guān)聯(lián)。上部框30的頂邊線31可代表上游部分的偏差的最大值。該最大值邊界可表示最大摩擦力邊界(在滑桿閥的情況下)或最大轉(zhuǎn)矩(在旋轉(zhuǎn)類型閥的情況下)。上部框30的底邊線32可代表控制閥的代表最小摩擦力或轉(zhuǎn)矩邊界的最小限度或下限?？刂崎y位置移動的范圍確定邊界框的寬度，并且可以代表其中要求保護(hù)的系統(tǒng)可以監(jiān)視曲線圖偏差的范圍。
下部框40所表示的第二組邊界，可與特征曲線圖的下游部分相關(guān)聯(lián)。在這種情形下，下部框40的頂邊線41可代表最小摩擦力/轉(zhuǎn)矩邊界，而下部框40的底邊線42可代表最大摩擦力/或轉(zhuǎn)矩邊界。應(yīng)當(dāng)指出的是，由于控制閥位置移動的反向，最大和最小邊界在顯示中被反轉(zhuǎn)。還應(yīng)當(dāng)指出的是，例如，邊界可被畫成與曲線的斜率一致，并且可以不是直角矩形邊界，如圖6-9所示。
基線特征曲線圖可以從制造商測試中獲得。可替代地，基線特征曲線圖也可以從安裝之前或一些初始操作時間期間的用戶測量獲得。該基線曲線圖可向用戶顯示以幫助用戶配置邊界。例如，利用顯示的基線特征曲線圖，用戶可以設(shè)置或配置一個或多個邊界，該邊界可作為偏離基線的闊值，可以將新特征曲線圖測量與該基線進(jìn)行比較。如圖3所示，當(dāng)用戶使用基線特征曲
線圖配置邊界時，該邊界可以被顯示和更新。圖3進(jìn)一步圖示說明通過向
對話框或菜單屏幕(或其它通用的計(jì)算機(jī)顯示輸入控制)輸入值，邊界可被配置或設(shè)置。在一個替代實(shí)施例中，可以利用諸如鼠標(biāo)或光筆之類的具有代表性的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備來畫邊界。
用戶利用基線特征曲線圖所配置的邊界被使用以確定更新的、當(dāng)前的或新的特征曲線圖是否符合預(yù)置邊界所代表的公差，或確定特征曲線圖是否表示一個或多個特性上的降級或偏差，該降級或偏差需要一些諸如修理或更換
控制閥之類的維護(hù)措施。例如，如圖3所示，在配置一個或多個邊界后，相對于配置的邊界，當(dāng)前的特征曲線圖可被測量和分析以確定是否有曲線圖的點(diǎn)違反或超出邊界。在一個實(shí)施例中，當(dāng)前的特征曲線圖可^^皮顯示和添加在預(yù)配置的邊界上以確定特性故障，例如，當(dāng)前的特征曲線圖上是否有超出預(yù)置的邊界的點(diǎn)。
圖4圖示說明最大摩擦力或轉(zhuǎn)矩故障的包括邊界框和當(dāng)前特征曲線圖上故障發(fā)生的突出顯示區(qū)域的圖形表示。圖4的實(shí)施例利用曲線圖上由'X，標(biāo)記的點(diǎn)突出顯示故障。以類似的方式，圖5圖示說明最小摩擦力或轉(zhuǎn)矩故障的包括邊界框和當(dāng)前特征曲線圖上故障發(fā)生的突出顯示區(qū)域的圖形表示。圖5的實(shí)施例也利用曲線圖上由'X'標(biāo)記的點(diǎn)突出顯示故障。
利用特征曲線圖所檢查的另一個特性是軸完整性。例如，被損害或被破壞的閥或執(zhí)行機(jī)構(gòu)桿可用特征曲線圖檢測。在這種情形下，控制閥可以是少響應(yīng)或不響應(yīng)在上游和下游方向上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力的變化。圖6圖示說明軸完整性故障的顯示上游和下游邊界框的圖形表示。在這種情形下，需要指出的是幾乎所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)可能下降到上游和下游方向的最小摩擦力/轉(zhuǎn)矩水平以下，這表示軸或桿可以不響應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力，因而，指示軸或桿完整性問題(例如，斷開或破壞的軸)。
利用特征曲線圖所檢測的另 一個操作性問題是閥桿或執(zhí)行機(jī)構(gòu)桿的粘滑。如上所述，控制閥的眾所周知的方面是岡內(nèi)件(例如，塞、箱或桿)和襯墊易受摩擦力的影響，也就是說，在其運(yùn)動方向從最后被跟隨的行程方向改變(或者從打開運(yùn)動到關(guān)閉運(yùn)動，或者反之亦然)之前，需要力差被施加于可移動的元件。前述的摩擦力可以由死區(qū)形狀通常代表的摩擦力要素引起。然而，實(shí)際上，來自于指揮可移動元件定位的過程控制器的命令可能不會平滑地推動可移動元件經(jīng)過圖2A的特性曲線圖所圖示說明的每個位置。
實(shí)際上，該移動沿著上游或下游曲線可以是"波浪起伏(choppy)"的(例如有階躍的波形)。該特性通常歸由于在可移動元件的部分和機(jī)架以及^l行機(jī)構(gòu)之間彼此相對移動的某種不均勻情況。該方面可由特性環(huán)來揭示，其中對于小的位置變化，上游和/或下游路徑的 一部分顯示相對大的壓力變化。
圖7圖示說明粘滑故障的包括邊界框和有標(biāo)記的故障發(fā)生的點(diǎn)(點(diǎn)在圖上用'X，標(biāo)記)的圖形表示。當(dāng)一定百分?jǐn)?shù)的行程(travel)(閥位置)內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力的變化量大于閾值時，要求保護(hù)的方法和系統(tǒng)可以確定粘滑狀態(tài)的發(fā)生。如圖3的對話框所示，可以由用戶設(shè)置在行程或閥位的百分?jǐn)?shù)
以利用偏差百分?jǐn)?shù)來指定，該偏差百分?jǐn)?shù)代表當(dāng)前粘滑比的相對于基線曲線圖的標(biāo)準(zhǔn)偏差限制或相對于基線曲線圖的執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程位置偏差。
在另 一 實(shí)施例中，該方法或系統(tǒng)可以考慮預(yù)置的粘滑數(shù)或粘滑數(shù)閾值。在該實(shí)施例中，該方法或系統(tǒng)可以計(jì)算曲線圖的上游或下游部分的連續(xù)粘滑出現(xiàn)的數(shù)目，并將實(shí)際數(shù)與預(yù)置的粘滑數(shù)閾值比較。在該實(shí)施例中，僅當(dāng)粘滑數(shù)閾值已被匹配或超過時，可以給出粘滑故障的指示。因?yàn)橐恍┱郴赡艹霈F(xiàn)但并不代表嚴(yán)重的操作問題，利用預(yù)置的粘滑數(shù)閾值提供選擇，能使用戶指定可接受的粘滑水平。圖7圖示說明上游和下游的點(diǎn)組可被獨(dú)立地用于檢查粘滑的出現(xiàn)。
圖2-7圖示說明全行程特征曲線圖。然而，在與控制至少部分過程的過程控制系統(tǒng)有關(guān)的控制閥的正常在線操作期間，控制閥的一般性操作并不總是沿著整個特性閥特征曲線推進(jìn)全部循環(huán)。這種在控制閥的輸入輸出特征上的全幅度范圍的往返運(yùn)動，或全行程曲線圖，在許多過程中，可以僅發(fā)生在控制閥的特定測試中(例如，在制造商測試或工廠停工中)。改為僅^f又部分行程測量是可能的。在這種情況下，該方法和系統(tǒng)可以僅運(yùn)行在部分4亍程數(shù)據(jù)上，如圖8所示。在這種情形下，可以簡單地配置或調(diào)整一個或多個邊界的范圍以匹配該部分行程范圍。而且，該曲線圖可以仍然是基于全行程工廠測試，然而，僅該曲線圖的一部分可以被用于確定當(dāng)前的閥特性邊界?？商娲?，為了針對當(dāng)前的部分行程曲線圖或當(dāng)前的全行程曲線圖設(shè)置邊界條件，多個部分行程曲線圖可以被用于形成基線曲線圖。
圖3-8圖示說明這樣的情形，即可以在當(dāng)前的特征曲線圖上利用突出顯示例如利用'X，標(biāo)記，來指示被檢測到的對預(yù)置的特征曲線圖邊界的違反。在另一實(shí)施例中，可以通過利用彈出消息框發(fā)出警報(bào)，來指示被檢測到的違反?？商娲兀梢允褂闷渌闹T如發(fā)送電子郵件或即時消息之類的警報(bào)方式。在另一實(shí)施例中，其中過程控制器被連接至過程控制系統(tǒng)通信框架，要
求保護(hù)的方法和系統(tǒng)通過利用諸如HART和現(xiàn)場總線(Fieldbus)等之類的許多現(xiàn)有的通信協(xié)議之一傳輸標(biāo)準(zhǔn)故障或錯誤消息，可以提供故障指示。
在一個實(shí)施例中，該方法和系統(tǒng)可以集合多個邊界測量或計(jì)算的結(jié)果，如果沒有故障被檢測到，則提供全面通過(PASS)指示，或者如果至少一個邊界被違反，則提供故障(FAIL)指示?？商娲兀?jì)算的指示可以集合在被顯示的報(bào)告中，該報(bào)告列出每個邊界以及當(dāng)前特征曲線圖數(shù)據(jù)是否違反任何一個邊界。
可以利用特征曲線圖檢測的另 一個問題是閥座定位問題或其它的座安裝問題。閥座安裝問題可以由摩擦力或磨損的座組件引起。這可以利用沿著最左端(關(guān)于圖3-8的已有曲線圖)的垂直邊界被檢測，其中直線閉合位置上的偏離可以指示座腐蝕或磨損的座問題?？商娲?，在開著的右端，垂直邊界可以被用于確定是否存在任何停止問題。另外，同樣的粘滑狀態(tài)可以如上所迷被分析以確定在關(guān)閉或打開的閥桿位置上的粘連問題。因此，利用垂直和水平框的框可以被用于表示座/襯墊問題、座腐蝕、座固定、聯(lián)動裝置
溢出或非完全關(guān)閉問題的邊界。
權(quán)利要求
1、一種利用特征曲線圖確定過程控制組件的狀態(tài)的方法，包括接收過程控制組件的第一特征曲線圖，其中所述第一特征曲線圖在第一周期被測量；顯示所述第一特征曲線圖；接收定義第一邊界的輸入，其中所述第一邊界與所述第一特征曲線圖一起被顯示；在不同于所述第一周期的第二周期測量第二特征曲線圖；并且確定所述第二特征曲線圖是否在所述第一邊界內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括接收所述過程控制組件的與所 述第二周期之前的時段的測量對應(yīng)的多個第 一特征曲線圖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括為顯示而疊加所述過程控制組 件的所述多個第一特征曲線圖中的至少一些第一特征曲線圖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括突出顯示所述曲線圖上的所述 第二特征超出所述第 一邊界的區(qū)域。
5 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第 一特征曲線圖由以下之一生成 與所述過程控制組件一起被提供的工廠基準(zhǔn)測量、全行程離線用戶特征測量、 部分行程在線用戶特征測量或在一時段內(nèi)取得的多個部分行程用戶特征測量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一邊界提供為基于閥類型、驅(qū) 動器類型或驅(qū)動器大小數(shù)據(jù)的中的至少一個的默認(rèn)值，并且其中所述定義第一 邊界的輸入包括選自所述默認(rèn)值或用于調(diào)整所述第一邊界值的信息中的一個。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括指示所述第二特征曲線圖是否 超出所述第一邊界，其中所述指示包括顯示屏幕消息、發(fā)送電子郵件、發(fā)送文 本消息、發(fā)送即時消息或利用過程控制系統(tǒng)通信協(xié)議發(fā)出異常中的一個。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一邊界被定義為摩擦力或轉(zhuǎn)矩 中的一個的百分^:。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一邊界通過利用輸入設(shè)備在包 含所述第一特征曲線圖的顯示上畫出邊界來定義。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述過程控制組件為滑桿閥或回轉(zhuǎn) 閥中的一個。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一邊界是所述特征曲線圖的 上游部分的下限。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括接收與在被顯示的邊界曲線 圖上的第二邊界對應(yīng)的并且與所述特征曲線圖的上游部分的上限對應(yīng)的輸入， 并且確定所述第二特征曲線圖是否在所述第二邊界內(nèi)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括接收與在被顯示的邊界曲線 圖上的第三邊界對應(yīng)的并且與所述特征曲線圖的下游部分的下限對應(yīng)的輸入， 并且確定所述第二特征曲線圖是否在所述第三邊界內(nèi)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括接收與在被顯示的邊界曲線 圖上的第四邊界對應(yīng)的并且與所述特征曲線圖的下游部分的上限對應(yīng)的輸入， 并且確定所述第二特征曲線圖是否在所述第四邊界內(nèi)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括接收與執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程范圍對 應(yīng)的輸入，其中確定所述第二特征曲線圖是否超出所述第 一邊界是針對所輸入 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程范圍來執(zhí)行的。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括針對所述第二特征曲線圖的 一組點(diǎn)計(jì)算一組執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程速率，并將所述一組執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程速率與閾值速 率比較。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述閾值速率以一組點(diǎn)上的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)速率的標(biāo)準(zhǔn)偏差為基礎(chǔ)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述一組點(diǎn)是連續(xù)點(diǎn)。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述一組點(diǎn)中的點(diǎn)的數(shù)目基于針 對所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的給定百分?jǐn)?shù)的行程所釆集的數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)置百分?jǐn)?shù)來確定。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括確定所計(jì)算的一組執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程速率超出所述閾值速率的次數(shù)的實(shí)際粘滑數(shù)。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括獲取與預(yù)置粘滑數(shù)對應(yīng)的輸入，并且當(dāng)所述實(shí)際粘滑數(shù)超出所述預(yù)置粘滑數(shù)時，指示粘滑故障的存在。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述第二特征曲線圖的預(yù) 定義數(shù)目的點(diǎn)下降到低于上游的下限和下游的下限時，檢測軸桿完整性破壞， 并且當(dāng)檢測到軸桿完整性破壞時，進(jìn)一步指示軸桿完整性破壞。
23、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二特征曲線圖代表部分行程 測量或全行程測量中的一個。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述部分行程測量在所述過程控制 組件被連接至過程控制系統(tǒng)時被執(zhí)行。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述全行程測量在所述過程控制組 件未連接至過程控制系統(tǒng)時被執(zhí)行。
26、 一種利用特征曲線圖確定過程控制閥的狀態(tài)的過程控制器，包括 顯示單元，能夠產(chǎn)生視頻圖像；輸入設(shè)備；處理裝置，被操作性地連接至所述顯示單元和所述輸入設(shè)備，所述處理裝 置包括處理器和被操作性地連接至所述處理器的存儲器； 網(wǎng)絡(luò)界面，被連接至網(wǎng)絡(luò)和所述處理裝置； 所述處理裝置被編程為接收過程控制組件的第 一特征曲線圖，其中所述第 一特征曲線圖在第 一周期被測量；顯示所述第一特征曲線圖；接收定義一組邊界的輸入，其中所述一組邊界與所述第一特征曲線圖 一起被顯示；在不同于所述第 一 周期的第二周期測量第二特征曲線圖； 確定所述第二特征曲線圖是否在所述一組邊界內(nèi)；以及 基于所述特征曲線圖是否超出所述邊界中的一個或多個邊界，指示摩擦力轉(zhuǎn)矩限制異常、軸桿完整性破壞或粘滑故障中的 一個。
27、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的過程控制器，其中當(dāng)最小或最大邊界中的至少 一個被定義并且所述第二特征曲線圖超出所述最小或最大邊界中的至少一個 時，摩擦力轉(zhuǎn)矩限制異常發(fā)生。
28、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的過程控制器，其中當(dāng)所述第二特征曲線圖的預(yù) 定義數(shù)目的點(diǎn)下降到低于上游的下限和下游的下限時，軸桿完整性發(fā)生。
29、 根據(jù)權(quán)利要求26所述的過程控制器，其中當(dāng)所述第二特征曲線圖的一 組點(diǎn)的一組執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程速率超出閾值速率多于預(yù)定數(shù)目的次數(shù)時，所述粘滑 故障發(fā)生。
30、 一種用于測量閥特征曲線圖并利用所述闊特征曲線圖確定過程控制閥 的狀態(tài)的系統(tǒng)，包括第一傳感器，用于檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力； 第二傳感器，用于檢測閥位；計(jì)算裝置，包括顯示單元、輸入設(shè)備以及被操作性地連接至所述顯示單元、 所述輸入設(shè)備、所述第一傳感器和所述第二傳感器的處理裝置，其中所述處理 裝置包括處理器以及被操作性地連接至所述處理器的存儲器，其中所述處理器 -故編禾呈為在第一測試周期內(nèi)從所述第一傳感器和所述第二傳感器采集數(shù)據(jù)；顯示包括在所述第一測試周期內(nèi)從所述第一傳感器和所述第二傳感器 采集的數(shù)據(jù)的第 一 閥特征曲線圖；接收在所顯示的第一閥特征曲線圖上定義第一邊界的輸入，其中所述第 一邊界與所述第 一特征曲線圖 一起被顯示；存儲所述第 一 閥特征曲線圖和所述第 一邊界；在第二測試周期內(nèi)從所述第一傳感器和所述第二傳感器采集數(shù)據(jù)以生 成第二閥特征曲線圖；確定所述第二閥特征曲線圖是否在所述第一邊界外；并且 當(dāng)所述第二閥特征曲線圖在所述第一邊界外時，發(fā)出異常。
全文摘要
要求保護(hù)的方法和系統(tǒng)可以從諸如閥之類的過程控制設(shè)備測量或接收特征數(shù)據(jù)，且相對于用戶可配置的邊界和設(shè)置分析所述數(shù)據(jù)以確定所述控制設(shè)備的運(yùn)行是否存在問題。可以將從先前周期測量的一個或多個特征曲線圖顯示給用戶以幫助用戶配置特征邊界和設(shè)置。要求保護(hù)的方法和系統(tǒng)相對于用戶配置的邊界可以評估當(dāng)前特征曲線圖以確定，除了其它特性外，是否最大或最小摩擦力或轉(zhuǎn)矩閾值被超過、是否執(zhí)行機(jī)構(gòu)或閥軸的完整性被破壞以及是否閥粘滑發(fā)生在公差范圍內(nèi)。
文檔編號G05B23/02GK101484856SQ200780024989
公開日2009年7月15日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者邁克爾·約翰·特韋斯, 馬赫什·加德 申請人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國際有限公司