用于控制閥定位器的截止轉(zhuǎn)變的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 概括地說，本發(fā)明涉及包括閥門的過程控制系統(tǒng)，更具體地說，本發(fā)明涉及用于控 制閥門的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過程控制系統(tǒng)（如，化工，石油或者其它過程中使用的那些過程控制系統(tǒng)）通常包 括管道，其中通過打開或關(guān)閉閥門來調(diào)整液體或氣體通過管道的流動。這些閥門受到一個 或多個過程控制器控制，其中所述一個或多個過程控制器經(jīng)由稱為總線的模擬、數(shù)字或組 合的模擬和數(shù)字信號傳輸鏈路來通信地耦合到一個或多個現(xiàn)場設備。例如，現(xiàn)場設備可以 是閥門定位器、開關(guān)和發(fā)送器（例如，來自于溫度、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)場設備位于過程工廠環(huán)境中，并執(zhí)行過程功能，例如，打開或關(guān) 閉閥門、測量過程參數(shù)、收集診斷數(shù)據(jù)等等。
[0003] 過程控制器（其可以位于過程工廠環(huán)境之中，也可以不位于過程工廠環(huán)境之中） 接收用于表示現(xiàn)場設備所執(zhí)行的過程測量值和/或關(guān)于這些現(xiàn)場設備的其它信息的信號。 過程控制器中的一個或多個可以執(zhí)行控制器應用，其中該控制器應用運行例如不同的控制 模塊，這些控制模塊執(zhí)行以下操作：(a)進行過程控制決策，（b)基于所接收的信息來生成 控制信號，和/或（c)與由位于現(xiàn)場設備中的處理器執(zhí)行的控制模塊進行協(xié)調(diào)?？刂破髦?的控制模塊通過傳輸鏈路向現(xiàn)場設備發(fā)送這些控制信號，從而控制過程的操作。
[0004] 來自于現(xiàn)場設備和控制器的信息通常通過通信鏈路而可用于一個或多個其它硬 件或軟件設備，例如，操作者工作站、個人計算機、數(shù)據(jù)歷史記錄（data historian)、報告生 成器、集中式數(shù)據(jù)庫等等，它們通常放置在控制室中或者其它遠離更惡劣的工廠環(huán)境的位 置。這些硬件設備運行應用，這些應用例如可以使操作者能夠執(zhí)行關(guān)于過程的功能，諸如， 改變過程控制例程的設置，修改控制器或者現(xiàn)場設備中的控制模塊的操作，查看過程的當 前狀態(tài)，查看現(xiàn)場設備和控制器所產(chǎn)生的報警、仿真該過程的操作以便訓練人員、測試過程 控制軟件、保持并更新配置數(shù)據(jù)庫等等，或者測試或收集關(guān)于過程控制系統(tǒng)中的任何設備 (例如，過程控制系統(tǒng)中使用的任何類型的閥門）的數(shù)據(jù)。
[0005] 過程控制系統(tǒng)中使用的閥門通常包括作為部件的閥座和閥門關(guān)閉元件，其中閥門 關(guān)閉元件與閥座相接合以關(guān)閉閥門。當這些部件恰當?shù)亟雍蠒r，有適當?shù)拈y門關(guān)閉，并且閥 門有令人滿意的閥座（seating)完整性。由于在過程控制系統(tǒng)的操作中進行重復地使用， 因此閥門部件可能由于正常的磨損、沖蝕、腐蝕等等而劣化。
[0006] 傳統(tǒng)的智能閥門定位器基于跨過截止閾值的命令信號，迅速地使伺服器飽和，其 產(chǎn)生不期望的閥門響應（特別是關(guān)于具有容積增壓器的大型致動器而言）。對于大型閥門 而言，閥桿行程可能明顯地滯后于伺服設定點，特別是在跟蹤斜坡（ramp)信號時。當伺服 設定點進入截止閾值時，閥門微控制器和/或定位器將繞過反饋控制，并驅(qū)動電流到氣動 (Ι/P)信號，以使氣動裝置完全飽和。截止是基于伺服設定點信號跨過規(guī)定的閾值，其中該 規(guī)定的閾值通常被設置在〇. 5%和/或99. 5%。雖然完全飽和的Ι/P驅(qū)動是在存在校準偏 移的情況下，維持滿閥座負荷的期望狀態(tài)，但對于大型閥門或者處于高壓服務的閥門來說， 這可能造成閥塞或致動器活塞釘入到行程停止，其干擾過程或者損壞部件。
[0007] -種用于在閥門接近終點時使閥門的響應減慢的機械裝置，通常包括機械氣墊和 /或電子軟停止。不幸的是，這些潛在實現(xiàn)中的每一種都包括一種或多種缺陷。機械氣墊困 住致動器活塞和氣缸端蓋之間的空氣。簡言之，機械氣墊阻擋排氣方向的空氣流動，建立氣 缸壓力，并減緩閥門響應。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，機械氣墊并不可用于所有的致動器設計方案，并且 機械氣墊也不能進行現(xiàn)場改裝。對于具有重型移動部件（例如，塞子、閥桿和致動器活塞） 的大型閥門來說，氣缸內(nèi)壓力增加可能吹出氣墊0型密封圈。此外，機械氣墊通常在氣缸行 程的物理極限附近接合，其在額定閥門行程的大約3%和97%附近奏效。致動器基本上在 這些區(qū)域周圍進行動態(tài)變化，這使得在3%的閾值中的節(jié)流控制有問題。最后，由于機械氣 墊干擾在定位器處的氣缸壓力記錄，因此行程端點附近的閥門診斷測試值的準確性下降。
[0008] 電子軟停止能夠克服與機械氣墊相關(guān)聯(lián)的很多問題。但是，電子軟停止不能使閥 門平滑地轉(zhuǎn)換到硬停止，并且不能用于生成閥座周圍的有用診斷。此外，電子軟停止包括一 些跳躍不連續(xù)性，如果過程控制器在電子軟停止閾值附近操作時，則這些跳躍不連續(xù)性可 能引入顫動或其它非期望行為，這種情形可能導致不可預知的響應。同樣，電子軟停止對于 行程校準誤差敏感，這可能造成電子軟停止在動態(tài)響應時實現(xiàn)地過早或者過晚。
[0009] 因此，存在著在設定點信號從截止閾值平滑地、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)動的需求。以這種能力來控制閥門將避免對于行程校準誤差的敏 感、卡死或卡住閥門，并且如果過程控制器在硬停止附近操作時，將不會引入顫動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明針對于一種用于對閥門進行控制的方法。該方法包括：由一個或多個處理 器提供第一截止閾值和第二截止閾值；由一個或多個處理器對伺服設定點進行監(jiān)測；響應 于所述伺服設定點跨過所述第一截止閾值，由一個或多個處理器發(fā)起第一截止過程；以及 響應于所述伺服設定點跨過所述第二截止閾值，由一個或多個處理器發(fā)起第二截止閾值。
[0011] 在另一個實施例中，一種用于對閥門進行控制的系統(tǒng)包括：耦合到存儲器的一個 或多個處理器和存儲在所述存儲器上的一個或多個模塊，其中，由所述一個或多個處理器 執(zhí)行所述一個或多個模塊，使得所述系統(tǒng)執(zhí)行以下各項操作：提供第一截止閾值和第二截 止閾值；對伺服設定點進行監(jiān)測；響應于所述伺服設定點跨過所述第一截止閾值，發(fā)起第 一截止過程；以及響應于所述伺服設定點跨過所述第二截止閾值，發(fā)起第二截止閾值。
[0012] 在另一個實施例中，一種有形的非臨時性計算機可讀介質(zhì)，其具有存儲在其上的 用于對閥門進行控制的指令，其中，當所述指令由計算機系統(tǒng)的一個或多個處理器執(zhí)行時， 使得所述一個或多個處理器執(zhí)行以下各項操作：提供第一截止閾值和第二截止閾值；對伺 服設定點進行監(jiān)測；響應于所述伺服設定點跨過所述第一截止閾值，發(fā)起第一截止過程； 以及響應于所述伺服設定點跨過所述第二截止閾值，發(fā)起第二截止閾值。
【附圖說明】
[0013] 圖1是位于過程工廠中的過程控制系統(tǒng)的框圖，其中該過程控制系統(tǒng)可以在正常 的過程操作期間，對閥門進行控制；
[0014] 圖2是結(jié)合圖1的過程控制系統(tǒng)使用的控制閥以及相關(guān)聯(lián)的設備的正視圖，其中 在這些設備上，根據(jù)本發(fā)明的示例來執(zhí)行軟截止；
[0015] 圖3是描繪根據(jù)本發(fā)明的閥門控制方法的示例的流程圖；以及
[0016] 圖4描繪了控制閥對于軟截止的示例性響應的圖形表示。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明針對于減少和/或消除由于利用閥門定位器進行截止的啟動而造成的突 然閥門運動。通常，實現(xiàn)一對截止閾值，其中當伺服設定值跨過第一截止閾值時，控制器 (例如，處理器、微處理器、微控制器）將伺服設定點從第一截止閾值漸變（ramp)到經(jīng)校準 的設定點范圍之外，從而對伺服器進行緩慢地過驅(qū)動。一旦伺服設定點達到預先規(guī)定的第 二截止閾值，則控制器立即使Ι/P驅(qū)動信號飽和。具體而言，當發(fā)生完全Ι/P飽和時，在伺 服設定點落入第一截止閾值（例如，軟截止閾值）之內(nèi)的時間和落入第二截止閾值（例如， 硬截止閾值）之內(nèi)的時間之間，使用過渡的斜坡信號。換言之，當伺服設定點落入第一截止 閾值之內(nèi)時，處理器將伺服設定點緩慢地漸變到節(jié)流范圍之外，直到達到硬截止閾值為止。 這種方式將使得在閉環(huán)控制之下，對伺服控制器進行過驅(qū)動。當閥門最終達到硬停止時，伺 服控制器將進入開環(huán)，此時氣動裝置將飽和。
[0018] 除了提高硬停止瞬變之外，可以使用平滑的、連續(xù)的設定點信號來進行處于服務 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 %地運行離線動態(tài)掃描 測試。這樣做的原因是截止瞬變太快，這在停止時產(chǎn)生了最小的行程數(shù)據(jù)，并由于壓力傳感 器的速度效應而在致動器壓力讀數(shù)時帶入失真。通過在設定點不會發(fā)生跳躍不連續(xù)性的情 況下過渡到閥座，可以在設備處于服務時，收集更準確和有用的閥座簡檔數(shù)據(jù)。
[0019] 圖1描繪了包括各種功能區(qū)域的過程工廠10的示例，每一個功能區(qū)域可以提供有 根據(jù)本發(fā)明的閥門控制方法的實施例。過程工廠10包括具有一個或多個控制器12的分布 式過程控制系統(tǒng)，每一個控制器12經(jīng)由輸入/輸出（I/O)設備或卡18來連接到一個或多 個現(xiàn)場設備14或者16。此外，控制器12還經(jīng)由數(shù)據(jù)高速通道25,耦合到一個或多個主機 或操作者工作站19-23。數(shù)據(jù)庫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 和存儲參數(shù)、狀態(tài)和與工廠10中的控制器和現(xiàn)場設備相關(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，其中隨著從控制器12和/或現(xiàn)場設備14和16下載工廠10的當前或 先前測試數(shù)據(jù)或者將該數(shù)據(jù)存儲在其中，該數(shù)據(jù)歷史記錄數(shù)據(jù)庫對該數(shù)據(jù)進行存儲。另外， 數(shù)據(jù)庫28可以存儲圖形對象，以提供過程