專利名稱：用于表征過程控制設(shè)施完整性的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容總地涉及過程エ廠，更具體地涉及監(jiān)視過程エ廠組件的完整性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ー個示例性方面，一種用于指示閥體完整性損失的方法包括接收第一系列阻抗測量；存儲第一系列阻抗測量；接收第二系列阻抗測量；存儲第二系列阻抗測量；將第一系列阻抗測量與第二系列阻抗測量進行比較，如果第一系列阻抗測量偏離第二系列阻抗測量，則產(chǎn)生指示。根據(jù)另ー個示例性方面，ー種指示閥體完整性損失的方法包括通過使用多個頻率的多個電信號來接收阻抗測量。根據(jù)又ー個示例性方面，ー種方法接收在大體上在30KHz到400KHZ范圍內(nèi)的頻率上執(zhí)行的阻抗測量。根據(jù)示例性方面，所述頻率施加于接合到閥體的與封閉構(gòu)件鄰近的外表面的PZT傳感器。


圖I是具有分布式控制和維護網(wǎng)絡(luò)的、在其中可實現(xiàn)故障檢測和隔離系統(tǒng)的過程エ廠的示例性框圖，所述分布式控制和維護網(wǎng)絡(luò)包括ー個或多個操作者和維護工作站、控制器、現(xiàn)場設(shè)備和支持設(shè)施；圖2是實現(xiàn)檢測閥體的完整性的變化的方法的統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集和分析塊的框圖；圖3是閥體的截面圖，該截面圖描繪可從其接收阻抗測量的PZT傳感器的可能的位置。
具體實施例方式現(xiàn)在參照圖1，在其中可實現(xiàn)故障檢測和隔離系統(tǒng)的示例性過程エ廠10包括通過一個或多個通訊網(wǎng)絡(luò)與支持設(shè)施互連在一起的一些控制和維護系統(tǒng)。具體地講，圖I的過程エ廠10包括ー個或多個過程控制系統(tǒng)12和14。過程控制系統(tǒng)12可以是諸如PROVOX或RS3系統(tǒng)的傳統(tǒng)過程控制系統(tǒng)或者任何其它控制系統(tǒng)，所述其它控制系統(tǒng)包括與控制器12B和輸入/輸出(I/O)卡12C連接的操作者接ロ 12A，I/0卡12C又與各種現(xiàn)場設(shè)備連接，所述現(xiàn)場設(shè)備諸如模擬和高速可尋址遠程發(fā)射機(HART )現(xiàn)場設(shè)備15?？梢允欠植际竭^程控制系統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)14包括ー個或多個操作者接ロ 14A，操作者接ロ 14A通過諸如以太網(wǎng)總線的總線與ー個或多個分布式控制器14B連接?？刂破?4B可以是例如由德克薩斯州奧斯丁的艾默生過程管理出售的DeltaV 控制器或者任何其它期望類型的控制器?？刂破?4B通過I/O設(shè)備連接至ー個或多個現(xiàn)場設(shè)備16，現(xiàn)場設(shè)備16例如HART 或Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備或者任何其它智能或非智能現(xiàn)場設(shè)備，所述任何其它智能或非智能現(xiàn)場設(shè)備包括例如使用PROFIBUS 、WORLDFIP 、Device-Net 、As-Interface和can協(xié)議中的任何一個的那些現(xiàn)場設(shè)備。眾所周知，現(xiàn)場設(shè)備16可將與過程變量以及其它設(shè)備信息相關(guān)的模擬或數(shù)字信息提供給控制器14B。操作者接ロ 14A可存儲并執(zhí)行過程控制器操作者可用于控制過程操作的工具，包括例如控制優(yōu)化程序、診斷專家、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧器等。更進一歩，維護系統(tǒng)可連接至過程控制系統(tǒng)12和14或者其中的各個設(shè)備以執(zhí)行維護和監(jiān)視動作，所述維護系統(tǒng)諸如執(zhí)行AMS應(yīng)用程序或任何其它設(shè)備監(jiān)視和通訊應(yīng)用程序的計算機。例如，維護計算機18可通過任何期望的通訊線路或網(wǎng)絡(luò)(包括無線或手持設(shè)備網(wǎng)絡(luò))連接至控制器12B和/或設(shè)備15，以與設(shè)備15進行通訊，在一些實例中，重構(gòu)或執(zhí)行設(shè)備15上的其它維護動作。類似地，諸如AMS應(yīng)用程序的維護應(yīng)用程序17和19可安裝在與分布式過程控制系統(tǒng)14相關(guān)聯(lián)的用戶接ロ 14A中的ー個或多個中，并被這些用戶接ロ14A執(zhí)行，以執(zhí)行維護和監(jiān)視功能，包括與設(shè)備16的工作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)收集。過程エ廠10還包括各種旋轉(zhuǎn)設(shè)施20，諸如渦輪、電機等，這些旋轉(zhuǎn)設(shè)施20通過ー 些永久的或臨時的通訊鏈路(諸如總線、無線通訊系統(tǒng)或者連接至設(shè)施20以獲取讀數(shù)、然后被移除的手持設(shè)備)連接至維護計算機22。維護計算機22可存儲并執(zhí)行已知的由例如 CSI (艾默生過程管理公司)提供的監(jiān)視和診斷應(yīng)用程序23或者用于對旋轉(zhuǎn)設(shè)施20的操作狀態(tài)進行診斷、監(jiān)視和優(yōu)化的其它任何已知應(yīng)用程序。維護人員通常使用應(yīng)用程序23來維護和監(jiān)瞀エ廠10中的旋轉(zhuǎn)設(shè)施20的性能，以確定旋轉(zhuǎn)設(shè)施20的問題，并確定旋轉(zhuǎn)設(shè)施20什么時候必須被修復(fù)或更換以及旋轉(zhuǎn)設(shè)備20是否必須被修復(fù)或更換。在一些情況下，外來顧問或服務(wù)組織可臨時獲取或測量與設(shè)施20相關(guān)的數(shù)據(jù)，并可使用該數(shù)據(jù)來執(zhí)行對于設(shè)施20的分析，以檢測影響設(shè)施20的疑難問題、不良性能或其它問題。在這些情況下，運行分析的計算機可不通過任何通訊線路連接至系統(tǒng)10的其余部分，或者可僅臨時連接至系統(tǒng)10的其余部分。類似地，具有與エ廠10相關(guān)聯(lián)的發(fā)電和配電設(shè)施25的發(fā)電和配電系統(tǒng)24通過例如總線連接至另ー個計算機26，所述另ー個計算機26運行并監(jiān)瞀エ廠10內(nèi)的發(fā)電和配電設(shè)施25的操作。計算機26可執(zhí)行已知的功率控制和診斷應(yīng)用程序27，諸如由例如Liebert和ASCO或其它公司提供的那些應(yīng)用程序，以控制和維護發(fā)電和配電設(shè)施25。再次，在許多情況下，外來顧問或服務(wù)組織可使用臨時獲取或測量與設(shè)施25相關(guān)的數(shù)據(jù)的服務(wù)應(yīng)用程序，并使用該數(shù)據(jù)來執(zhí)行對設(shè)施25的分析，以檢測影響設(shè)施25的疑難問題、不良性能或其它問題。在這些情況下，運行分析的計算機(諸如計算機26)可不通過任何通訊線路連接至系統(tǒng)10的其余部分，或者可僅臨時連接至系統(tǒng)10的其余部分。如圖I所示，計算機系統(tǒng)30通過對統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)使用主成分分析(PCA)來實現(xiàn)故障檢測和隔離(FDI)系統(tǒng)35的至少一部分。統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)可包括，但不限于，統(tǒng)計度量，諸如，均值、均值變化、中值、中值變化、標準偏差、標準偏差變化、方差、偏度、尖峰值、均方根(RMS)、變化率、范圍、最小值、最大值等。具體地講，計算機系統(tǒng)30存儲并執(zhí)行配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序(CDCA) 38、一個或多個查看或接ロ應(yīng)用程序40、PCA模塊42和故障檢測模塊44，PCA模塊42可包括統(tǒng)計處理塊并提供多變量統(tǒng)計分析。系統(tǒng)30還存儲統(tǒng)計過程監(jiān)視數(shù)據(jù)庫43，統(tǒng)計過程監(jiān)視數(shù)據(jù)庫43存儲在過程內(nèi)在某些設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)。一般來講，配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38配置一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集和分析塊(圖I中未顯示)，并與這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集和分析塊中的每個通訊，從而從這些塊中的每個收集用其執(zhí)行故障檢測和隔離的統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)(或者在一些情況下，原始過程變量數(shù)據(jù))，所述統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集和分析塊位于現(xiàn)場設(shè)備15、16、控制器12B、14B、旋轉(zhuǎn)設(shè)施20或者其支持計算機22、發(fā)電設(shè)施25或者其支持計算機26和過程エ廠10內(nèi)的任何其它期望設(shè)備和設(shè)施中。配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38可通過硬連線的總線45與エ廠10內(nèi)的計算機或設(shè)備中的每個通訊地連接，或者，可替換地，可通過任何其它期望的通訊連接與エ廠10內(nèi)的計算機或設(shè)備中的每個連接，所述通訊連接包括例如無線連接、使用OPC的專用連接、間歇連接等，所述間歇連接諸如依賴于手持設(shè)備收集數(shù)據(jù)的連接。同樣，配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38可通過LAN或公共連接獲得與過程エ廠10內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備和設(shè)施相關(guān)的數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)由例如第三方服務(wù)提供商收集，所述公共連接諸如互聯(lián)網(wǎng)、電話連接等(圖I中示為互聯(lián)網(wǎng)連接46)。此外，配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38可通過各種技術(shù)和/或協(xié)議與エ廠10中的計算機/設(shè)備通訊地連接，所述協(xié)議包括例如以太網(wǎng)、Modbus, HTML、XML、專有技術(shù)/協(xié)議等。因此，雖然本文描述了使用OPC將配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38與エ廠10中的計算機/設(shè)備通訊地連接的特定示例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到也可使用將配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38與エ廠10中的計算機/設(shè)備連接的各種其它方法。收集的數(shù)據(jù)可以是與已知正常的或已知異常的過程狀況相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)或者過程狀況對于其是未知的監(jiān)視數(shù)據(jù)。配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38通?？蓪⑹占臄?shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫43中。雖然過程エ廠10被顯示為包括FDI系統(tǒng)35，但是應(yīng)該理解，F(xiàn)DI系統(tǒng)35不限于 現(xiàn)存故障或其它異常狀況的檢測，而是還可預(yù)測異常狀況的發(fā)生，其示例在以下進ー步公開。這樣，F(xiàn)DI系統(tǒng)35可作為故障檢測和隔離的一部分被用于檢測過程內(nèi)的現(xiàn)存故障和其它異常狀況，并可作為異常狀況預(yù)防的一部分被用于預(yù)測過程內(nèi)的故障和其它異常狀況的發(fā)生。例如，故障檢測模塊44可被用于檢測如本文所述的現(xiàn)存的異常狀況和預(yù)測的異常狀況。此外，雖然PCA主要作為可被利用的多變量統(tǒng)計分析技術(shù)公開，但是應(yīng)該理解，PCA僅作為示例被提供，并且為了更好地理解所利用的故障檢測和異常狀況預(yù)防方法，對PCA進行了說明。同樣，還可利用其它多變量統(tǒng)計分析技術(shù)，包括，但不限于，偏最小ニ乘算法(PLS)、主成分回歸(PCR)、判別分析和規(guī)范變量分析(CVA)?？筛鶕?jù)被檢測的異常狀況利用不同的多變量統(tǒng)計分析技木。例如，盡管PCA可被用于檢測和預(yù)測異常狀況這二者，但是PCA可被用于檢測異常狀況的發(fā)生，而PLS和/或PCR可被用于預(yù)測異常狀況的發(fā)生。這樣，F(xiàn)DI系統(tǒng)35可包括用于不同的多變量分析技術(shù)的附加模塊，和/或PCA模塊42可用PLS模塊、PCR模塊、判別分析模塊、CVA模塊或者任何其它多變量統(tǒng)計分析模塊來替換。再次參照圖I，一旦配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38收集了統(tǒng)計特征(或原始過程變量)數(shù)據(jù)，PCA模塊42就可進行多變量統(tǒng)計分析，以以幾種方式之ー處理數(shù)據(jù)。PCA模塊42可將收集的統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)用作與正常狀況和ー種或多種異常狀況相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)，以確定與多于ー種過程狀況相關(guān)聯(lián)的主成分，并形成與組合的狀況相關(guān)聯(lián)的負荷矩陣?？商鎿Q地，PCA模塊42可將收集的統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)用作與正?；虍惓＿^程狀況相關(guān)聯(lián)的參考數(shù)據(jù)，以確定與過程狀況相關(guān)聯(lián)的主成分，并形成與每種狀況相關(guān)聯(lián)的負荷矩陣。如果原始過程變量數(shù)據(jù)與已知正常的或已知異常的過程狀況相關(guān)聯(lián)，則PCA模塊42還可使用原始過程變量數(shù)據(jù)來計算從其確定與一種或多種過程狀況相關(guān)聯(lián)的主成分的參考統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)。原始過程變量數(shù)據(jù)可包括，但不限于，從過程測量的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括在過程內(nèi)從設(shè)備測量的數(shù)據(jù)，諸如溫度、壓カ、流速、位置等。PCA模塊42還可將主成分分析的結(jié)果以及參考統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫43中，以供故障檢測模塊44或查看應(yīng)用程序40使用。另外，PCA模塊42可使用平行分析或另ー種類似的方法來確定由PCA模塊42計算的多少主成分要保留以供故障檢測模塊44使用。故障檢測模塊44使用由PCA模塊42執(zhí)行的主成分分析的結(jié)果來分析監(jiān)視的統(tǒng)計特征(或原始過程變量)數(shù)據(jù)，以確定異常過程狀況的存在或者未來的存在。如以下詳細描述的，故障檢測模塊44可使用先前由PCA模塊42確定的負荷矩陣來將監(jiān)視的統(tǒng)計特征或原始過程變量數(shù)據(jù)投射到得分矩陣中。故障檢測模塊44然后可基于分析結(jié)果產(chǎn)生用于操作者或維護人員的ー個或多個警告或警報，或者以其它方式警告過程操作者或維護人員異常狀況存在或者被預(yù)測到。同樣，故障檢測模塊44可將分析結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫43中或者將這些分析結(jié)果傳送到查看和接ロ應(yīng)用程序40，所述分析結(jié)果包括檢測到的故障、產(chǎn)生的警告或警報和投射到得分矩陣(以下描述)上的數(shù)據(jù)。查看和接ロ應(yīng)用程序40包括用于エ廠人員查看由故障檢測模塊44產(chǎn)生的警告和警報的接ロ，所述エ廠人員諸如配置工程師、過程控制操作者、維護人員、エ廠管理者、主管人等。查看應(yīng)用程序40還可包括使得可操縱各種過程控制參數(shù)、操縱PCA模塊42和故障檢測模塊44以及顯示相關(guān)數(shù)據(jù)的接ロ，所述相關(guān)數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)、原始過程變量數(shù) 據(jù)、自動縮放數(shù)據(jù)、映射到得分矩陣上的數(shù)據(jù)或者用于對エ廠人員顯示的任何其它數(shù)據(jù)。查看和接ロ應(yīng)用程序40可提供與系統(tǒng)30 (或者更具體地，與FDI系統(tǒng)35)集成的圖形用戶接ロ(GUI)，以便利于用戶與由FDI系統(tǒng)35提供的監(jiān)視能力的交互。然而，在更詳細地論述GUI之前，應(yīng)該認識到，GUI可包括使用任何合適的編程語言和技術(shù)實現(xiàn)的ー個或多個軟件例行程序。此外，可在エ廠10內(nèi)的單個處理站或單元(例如工作站、控制器等)內(nèi)存儲并處理構(gòu)成GUI的軟件例行程序，或者,可替換地,可使用FDI系統(tǒng)35內(nèi)彼此通訊地連接的多個處理單元以分布式方式存儲并執(zhí)行GUI的軟件例行程序。優(yōu)選地，但不是必要，GUI可使用熟悉的基于圖形窗ロ的結(jié)構(gòu)和外觀來實現(xiàn)，在所述基于圖形窗ロ的結(jié)構(gòu)和外觀中，多個互連的圖形視圖或頁面包括一個或多個下拉菜単，這些下拉菜單使得用戶能夠以期望的方式導(dǎo)航于頁面之間，以查看和/或檢索特定類型的信息。FDI系統(tǒng)35的特征和/或能力可通過⑶I的ー個或多個對應(yīng)頁面、視圖或顯示來表示、訪問、調(diào)用等。此外，可以以邏輯的方式將構(gòu)成⑶I的各種顯示互連，以便利于用戶快速、直觀地導(dǎo)航于顯示之間，以檢索特定類型的信息，或者訪問和/或調(diào)用FDI系統(tǒng)35的特定能力。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到本文所述的FDI系統(tǒng)35可単獨操作或者與其它系統(tǒng)合作操作，所述其它系統(tǒng)包括其它故障檢測和異常狀況預(yù)防系統(tǒng)。同樣，本文將其描述為FDI系統(tǒng)35的一部分的各個應(yīng)用程序38、40、42和44可與其它應(yīng)用程序(未顯示)合作操作，以檢測故障、產(chǎn)生警告和警報、將數(shù)據(jù)提供給エ廠人員、使得可配置過程或設(shè)備或者以上的任何組合。再次參照圖1，例如閥門15和16可被用于控制過程エ廠中的半固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)材料的流速。在一些實例中，所述材料可包括懸浮顆粒材料。在其它實例中，所述材料可與例如閥門16的閥體相互作用，從而使得閥體隨時間推移侵蝕。懸浮顆粒物質(zhì)可磨損閥體的內(nèi)表面，從而引起腐蝕損傷。過程流體特性和壓降組合可引起流體空穴，流體空穴也可在內(nèi)部腐蝕閥體材料。在一些實例中，閥體可被改動為具有傳感器。這樣的傳感器包括，但不限于，例如壓電(PZT)傳感器。所利用的傳感器可以是有源的或無源的。有源傳感器通常被提供外部激勵信號。無源傳感器通常不被提供外部激勵信號。在一些實例中，傳感器可接合到閥體。在其它實例中，閥體可被制造有在該閥體中的傳感器。在這樣的實例中，閥門可設(shè)有接近傳感器的端ロ。在某些實例中，由可位于例如閥門定位器或者閥體15處的統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集和分析塊監(jiān)視和控制傳感器。在本實例中，傳感器被改動為具有連接器總線，所述連接器總線適于接收功率、激勵信號和將電傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)收集塊。在其它實例中，可以例如從I/O卡12C監(jiān)視和控制傳感器。在一些實例中，由數(shù)據(jù)收集和分析塊接收的數(shù)據(jù)還可被FDI 35接收。在一些實施例中，PCA模塊42分析來自與閥體接合的傳感器的數(shù)據(jù)。在本實施例中，PCA模塊42提供閥體的完整性的實時監(jiān)視。PCA模塊42可使空穴的檢測自動化，而無需閥體的視覺檢查。本實施例中的PCA模塊42由從與閥體接合的傳感器接收的數(shù)據(jù)創(chuàng)建特征。在其它實施例中，由例如AMS系統(tǒng)對來自閥體的傳感器數(shù)據(jù)進行分析。圖2是位于例如現(xiàn)場設(shè)備15、16中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集和分析塊的框圖，所述統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集和分析塊實現(xiàn)檢測例如閥門16的結(jié)構(gòu)變化的實施例200。在該實施例中，壓電(PZT)傳感器204使用合適的接合技術(shù)附連到閥體202。在本實施例中，PZT傳感器204由諸如鋯鈦酸鉛的壓電陶瓷材料制成。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到表現(xiàn)出壓電效應(yīng)的任何材料可被用作傳感器。在本實施例中，PZT傳感器204被焊接到閥體202。在一些其它實施例中，用接合劑或粘合劑將傳感器204附連到閥體202。在又一個實施例中，傳感器204集成在閥體202中。在本實施例中，穿過連接器212提供傳感器204的接入。在本實施例中，激勵模塊(EM) 206為PZT傳感器204提供激勵頻率。在本實施例中，微控制器210控制EM 206。在本實施例中，微控制器210通過串行I2C總線與EM 206通訊。在本實施例中，EM206適于產(chǎn)生具有范圍為30-400千赫(KHz)的激勵頻率的電信號。在本實施例中，微控制器210將將產(chǎn)生的期望激勵頻率傳送給EM206。此外，在本實施例中，微控制器210將用于由EM 206產(chǎn)生的電信號的期望電壓電平提供給EM 206。在另ー個實施例中，微控制器210將將產(chǎn)生的激勵頻率的范圍提供給EM 206。在本實施例中，EM 206順序地產(chǎn)生具有與由微控制器提供的激勵頻率的范圍對應(yīng)的激勵頻率的電信號。在一個實施例中，EM 206包括與壓控振蕩器(VCO)電連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。在本實施例中，DAC從微控制器210接收激勵頻率的數(shù)字表示。DAC生成與用于將產(chǎn)生的電信號的激勵頻率對應(yīng)的模擬電壓。在本實施例中，VCO產(chǎn)生與由DAC生成的模擬電壓對應(yīng)的激勵頻率。在一些其它實施例中，EM 206適于產(chǎn)生復(fù)雜的具有兩個或更多個激勵頻率的電信號。在從EM 206接收到電信號時，PZT 204產(chǎn)生與組合的PZT 204和閥體202的阻抗測量對應(yīng)的電流。由PZT 204產(chǎn)生的電流隨著由EM 206產(chǎn)生的電信號的激勵頻率變化而變化。阻抗測量單元(MU) 208接收由PZT 204產(chǎn)生的電流。IMU 208通過串行I2C總線與微控制器210通訊。微控制器210指示MU 208對由PZT 204產(chǎn)生的電流進行采樣。IMU 208包括信號調(diào)理電路系統(tǒng)和電子器件。這樣的電路系統(tǒng)包括，但不限于，電流電壓變換器、低噪聲放大器(LNA)、帶通和陷波濾波器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到阻抗測量包括實數(shù)部分和虛數(shù)部分。在本實施例中，MU 208產(chǎn)生與組合的PZT 204和閥體202的阻抗測、量對應(yīng)的電流的實數(shù)部分的數(shù)字表示。微控制器210接收組合的PZT 204和閥體202的阻抗測量的數(shù)字表示。在一個實施例中，頂U 208包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。在本實施例中，ADC是逐次近似ADC。在另ー個實施例中，利用雙積分ADC。在一個實施例中，微控制器210將將產(chǎn)生的電信號的期望激勵頻率傳送給EM206。EM 206產(chǎn)生激勵頻率的電信號，并將該電信號施加于PZT 204。微控制器210指示IMU 208響應(yīng)于該電信號對由PZT204產(chǎn)生的電流進行采樣。微控制器210接收數(shù)字表示。微控制器210將用于將產(chǎn)生的電信號的不同激勵頻率傳送給EM 206，并指示MU208響應(yīng)于接收到在不同激勵頻率上產(chǎn)生的電信號對由PZT 204產(chǎn)生的電流進行采樣。在本實施例中，微控制器順序地按IKHz步長將范圍為30-400KHZ的激勵頻率傳送給EM 206，例如，
30KHz、31KHz、......、399KHz、400KHz。在將每個激勵頻率傳送給EM 206之后，微控制器202
指示MU 208響應(yīng)于接收到在不同激勵頻率上產(chǎn)生的電信號對由PZT 204產(chǎn)生的電流進行采樣。因此，微控制器210創(chuàng)建組合的PZT 204和閥體202的阻抗測量和由EM 206產(chǎn)生的電信號的對應(yīng)激勵頻率的阻抗記錄。 參照圖1，在一個實施例中，微控制器210將包括阻抗測量和對應(yīng)激勵頻率的記錄發(fā)送到計算機系統(tǒng)30。在本實施例中，微控制器210執(zhí)行CAN協(xié)議，以與計算機系統(tǒng)30通訊。在本實施例中，被實現(xiàn)為故障檢測和隔離(FDI)系統(tǒng)35的一部分的CDCA 38指示微控制器210創(chuàng)建阻抗記錄，F(xiàn)DI系統(tǒng)35又被實現(xiàn)在計算機系統(tǒng)30。⑶CA38向微控制器210指示起始激勵頻率、結(jié)束激勵頻率和頻率的增量變化。CDCA 38從微控制器210接收阻抗記錄。在本實施例中，⑶CA38將阻抗記錄存儲在數(shù)據(jù)庫43中。PCA模塊42從數(shù)據(jù)庫43接收存儲的阻抗記錄，并將曲線擬合技術(shù)應(yīng)用于阻抗記錄。在一個實施例中，PCA模塊42產(chǎn)生阻抗記錄的n次多項式擬合。PCA模塊42將多項式的系數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫43中。在一個實施例中，這些系數(shù)對應(yīng)于例如閥體202的阻抗特征。在其它實施例中，阻抗記錄用作例如閥體202的阻抗特征。在一個實施例中，⑶CA 38周期性地指示微控制器210創(chuàng)建阻抗記錄。⑶CA 38從微控制器210接收阻抗記錄。在一個實施例中，⑶CA 38接收阻抗記錄，并檢索先前存儲的例如閥體202的阻抗記錄。在本實施例中，⑶CA 38將接收的阻抗記錄和檢索的阻抗記錄傳送到PCA 42。PCA 42將阻抗記錄進行比較，以檢測阻抗特征中的變化。在一個實施例中，將阻抗記錄與剛建的/新建的阻抗記錄進行比較。在一個實施例中，如果為阻抗記錄的多項式擬合計算的系數(shù)偏離這些系數(shù)的預(yù)設(shè)閾值，則發(fā)信號傳達變化。在一些實施例中，PCA 42計算存儲在數(shù)據(jù)庫43中的例如閥體202的歷史阻抗記錄的平均值。將阻抗記錄的平均值與接收的阻抗記錄進行比較，以檢測與平均值的偏差。在還有的其它實施例中，PCA 42從存儲在數(shù)據(jù)庫43中的歷史阻抗記錄計算從CDCA 38接收的阻抗記錄的標準偏差。在本實施例中,用戶在查看和接ロ應(yīng)用程序40中指定閾值標準偏差值,查看和接ロ應(yīng)用程序40與系統(tǒng)30 (或者更具體地，與FDI系統(tǒng)35)集成。在本實施例中，如果接收的阻抗記錄偏離用戶指定的閾值，則產(chǎn)生視覺提示和可聽聲音形式的指示。在本實施例中，偏差指示閥體材料的損失或者裂紋形式的間斷。在一個實施例中，用戶通過查看和接ロ應(yīng)用程序40指示微控制器210創(chuàng)建阻抗記錄。在一些實施例中，F(xiàn)DI系統(tǒng)35將與例如閥體202的使用壽命對應(yīng)的指示提供給用戶。在本實施例中，通過查看和接ロ應(yīng)用程序40提供指示。參照圖2，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在一些實施例中，在微控制器210實現(xiàn)FDI35。在這樣的實施例中，系統(tǒng)200包括監(jiān)視閥體202的完整性的單機系統(tǒng)。在一些實施例中，可在無源模式下利用PZT傳感器。在這種工作模式下，PZT不被提供激勵信號。在本實施例中，PZT傳感器檢測由例如閥門中的結(jié)構(gòu)變化而引起的聲響變化。聲響變化可由閥門材料中的傳播裂紋的聲發(fā)射產(chǎn)生。在一個實施例中，PZT傳感器檢測例如閥體的故障。在本實施例中，微控制器210使阻抗測量單元208感測由例如傳感器204檢測的聲響水平。在本實施例中，F(xiàn)DI 35基于從微控制器210接收的聲響水平產(chǎn)生特征。在本實施例中，F(xiàn)DI 35在微控制器210配置用于聲響水平的閾值。當(dāng)聲響信號超過閾值時，微控制器210產(chǎn)生指示。在一個實施例中，聲響信號的變化對應(yīng)于閥門中的結(jié)構(gòu)變化。例如，結(jié)構(gòu)變化可包括閥體故障或閥門堵塞。在 本實施例中，當(dāng)微控制器檢測到超過閾值的聲響水平變化吋，F(xiàn)DI 35異步地接收指示。在本實施例中，F(xiàn)DI 35可產(chǎn)生警報或者修改過程エ廠的操作。在任何實施例中，F(xiàn)DI35執(zhí)行分析聲發(fā)射的能級和頻率的合適算法。圖3是示例性閥體202的橫截面。參照圖I，在一個實施例中，閥門300對應(yīng)于閥門15。在本實施例中，PZT傳感器304在封閉構(gòu)件附近接合到閥體310。用合適的接合劑接合PZT傳感器304。PZT傳感器304被改動為具有電連接器306。在一個實施例中，連接器306對應(yīng)于連接器212。閥體310表現(xiàn)出空穴308，空穴308可導(dǎo)致閥體材料的損失。在本實施例中，在空穴308出現(xiàn)之前，由⑶CA 38接收的阻抗記錄偏離閥體310的歷史阻抗記錄。在本實施例中，在與系統(tǒng)30集成的GUI指示閥體完整性損失的警報。在另ー個實施例中，⑶CA 38從接合到致動器支腿的PZT傳感器接收阻抗記錄。在一個實施例中，致動器支腿的接收的阻抗記錄偏離歷史阻抗記錄使得產(chǎn)生指示致動器支腿疲勞開裂的事件。參照圖3，在另ー個實施例中，閥門300可被用于輸送固態(tài)或半固態(tài)材料，例如油泥或焦炭。在本實施例中，阻抗記錄偏離歷史阻抗記錄可指示閥門的堵漏。在又一個實施例中，多個PZT傳感器304可接合到閥體310。在本實施例中，可接收包括多個傳感器的順序激勵的阻抗記錄。在本實施例中，CDCA 38可顯現(xiàn)閥體的完整性的三維映射圖。
權(quán)利要求
1.ー種指示閥體的完整性損失的方法，所述方法包括 接收第一系列測量； 存儲所述第一系列測量； 接收第二系列測量； 存儲所述第二系列測量； 將所述第一系統(tǒng)測量與所述第二系列測量進行比較； 如果所述第一系列測量偏離所述第二系列測量，則產(chǎn)生指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一系列測量和第二系列測量包括阻抗測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一系列測量和第二系列測量包括聲學(xué)測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述系列阻抗測量包括使用多個頻率的多個電信號進行的阻抗測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述多個頻率中的每個的范圍為30千赫到400KHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述多個電信號中的每個通過壓電傳感器施加于所述閥體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述PZT傳感器在閥體封閉構(gòu)件附近接合到所述閥體。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中用粘合劑將所述PZT傳感器接合到所述閥體。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述系列聲學(xué)測量包括從PZT傳感器接收的測量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述PZT傳感器在閥體封閉構(gòu)件附近接合到所述閥體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中用粘合劑將所述PZT傳感器接合到所述閥體。
全文摘要
一種用于表征過程控制設(shè)施完整性的方法和裝置。在過程工廠中，接收來自閥體的第一系列阻抗測量。存儲第一系列阻抗測量。接收來自閥體的第二系列阻抗測量。存儲來自閥體的第二系列阻抗測量。將第一系列阻抗測量與第二系列阻抗測量進行比較。如果第一系列阻抗測量偏離第二系列阻抗測量，則產(chǎn)生閥體的完整性損失的指示。
文檔編號G05B19/418GK102759905SQ20111030565
公開日2012年10月31日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者S·W·安德森 申請人:費希爾控制國際公司