非侵入获得过程控制设备参数的在线测量结果的方法和装置制造方法及图纸

一种非侵入地确定在线连接于过程控制环路中的过程控制设备的一个或多个参数（如静带、静时间、或响应时间）的装置，包括一测量单元和一处理单元（３０）。测量单元与过程控制环路相耦合，检测传送给过程控制设备的控制信号的随机变化，以及当过程控制设备正在在线操作时检测过程控制设备对控制信号变化的响应的指示。处理单元由一组或多组所检测的控制信号变化以及所检测的响应指示计算设备参数。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Method and apparatus for on-line measurement of parameters of non-invasive acquisition process control equipment

A non invasively determined online connected to the process control of one or more parameters in the loop control equipment (such as dead band, dead time, or response time) of the device including a measuring unit and a processing unit (30). The coupling measurement unit and process control loop phase detection is transmitted to the random variation of the control signal process control equipment, process control and indication when the device is operating on-line detection process control device to change the response control signal. The processing unit calculates the device parameters by a set or group of detected control signal changes and the detected response instructions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及阀门定位器，尤其涉及测量在线连接于过程环境中的过程控制设备参数的方法和装置。
技术介绍
大规模商业制造和提炼过程通常采用过程控制器来控制诸如阀门机构的一个或多个过程控制设备的操作，阀门机构又控制一个或多个过程变量，例如包括过程中的流体流动、温度、压力等。通常，每个过程控制设备有一个受定位器控制的传动器，传动器响应于过程控制器产生的命令信号使相关控制元件(如阀塞、制动器或一些其它的可变开启构件)移动。过程控制设备的控制元件例如可以响应于弹簧加载隔膜或活塞上的变化液体压力或者响应于轴的转动而移动，每一种情况可以由命令信号中的变化引起。在一种标准阀门机构中，幅度在4至20mA(毫安)范围内变化的命令信号引起定位器以与命令信号的幅度成正比地改变压力腔中的流体量以及流体压力。压力腔中变化的流体压力引起隔膜向偏置弹簧移动，偏置弹簧又引起与隔膜耦合的阀塞的移动。过程控制设备通常形成或产生一反馈信号，表示过程控制设备对命令信号的响应并将这一反馈信号(或响应指示)提供给过程控制器，用于对过程进行控制。例如，阀门机构通常产生一个反馈信号，表示阀塞的位置(横移)、流体腔体内的压力或与阀塞实际位置有关的一些其它现象的值。虽然过程控制器通常采用这些反馈信号以及其它信号作为影响过程整个控制的高度调谐、集中控制算法的输入，但是现已发现，由于连接在控制环路中的各个控制设备的工作条件差仍然会引起控制环路性能差。在许多情况下，过程控制器不能在控制环路之外调整一个或多个与过程控制设备相关的问题，结果，性能差的控制环路以手工方式放置或者以手工方式失调至它们有效的点。与这些控制环路相关的过程需要由一个或多个有经验的操作人员坚持进行监管，这是不希望的。通过监视操作条件或连接于环路内的每个过程控制设备或者连接于环路内的至少最关键的过程控制设备的“正常”，以及修复或替换性能差的过程控制设备，通常可以克服差的控制环路性能。通过测量一个或多个与过程控制设备相关的参数或者确定一个或多个参数是否在可接受范围之外能够确定过程控制设备的正常。可以用于确定并表示过程控制设备正常的一个过程控制设备参数是静带。一般讲，在过程仪器中，静带是在方向反转时输入信号可以被改变，而没有开始输出信号的可观测变化的范围。当命令信号引起过程控制设备的可移动元件的移动方向反转时能够最好地观察静带，它可以由机械互连的部件之间的物理作用、摩擦和／或其它已知物理现象引起。在这一反转期间，在过程控制设备的可移动元件在新的方向上实际呈现移动前，命令信号经历一离散变化量(静带)。换句话说，过程控制设备元件最后出现在第一方向移动的命令信号值(或其它控制信号)与过程控制设备元件首次出现在第二且不同方向移动的命令值(或其它控制信号)之间的差是过程控制设备的静带的一个测量值。可以用于确定并表示过程控制设备正常的其他过程控制设备参数是静时间和响应时间。静时间与过程控制设备响应于控制信号的变化而实际开始移动可移动元件所用的时间量有关，可以认为是该时间量的测量结果。响应时间是过程控制设备响应于控制信号的变化达到其最终值的一定百分比(例如63％)所用的时间量。如果过程控制设备的静带、静时间、响应时间或其它过程控制设备参数的增量明显超过它们的标定值，那么，可能需要修复或替换过程控制设备，建立过程控制环路中的适当控制。然而，当过程控制设备在线连接于控制环路中时，测量这些过程控制设备参数，如静带、静时间和响应时间以监视过程控制设备功能正常通常不是很容易的。过去，操作人员必须将过程控制设备从控制环路中拆下来，以对设备进行测试，或者另一方面，给控制环路设置旁通阀和冗余过程控制设备，从而有可能使特定的过程控制设备旁通，由此在过程正在工作时对给设备进行测试。另外，操作人员必须等待到过程被中断或者正在进行预定关机，对过程中的各个过程控制设备进行测试。这些方案中每一种都是费时、昂贵且仅提供确定这些过程控制设备正常所需的各个过程控制设备参数的间歇测量结果。专利技术概要本专利技术是指一种当过程控制设备在线连接于过程控制环路中时非侵入地确定过程控制设备的一个或多个设备参数(如静带、静时间或响应时间)的方法和装置。本专利技术的方法和装置的操作能够使过程操作人员能够以连续方式非侵入地监测一个或多个过程控制设备的正常状况，而不用过程控制设备从控制环路中移开，不用控制环路中旁路过程控制设备，不用将外来控制信号引入到控制环路中，以及不用关闭过程或者以任何其它方式干扰过程。根据本专利技术的一个方面，一种当过程控制设备在线连接于过程中时确定与过程控制设备相关的设备参数的装置，包括一个测量装置，该测量装置非侵入地检测控制信号的变化以及非侵入地检测或测量当过程控制设备正在在线工作时过程控制设备对控制信号变化的响应的指示。所述装置还包括一个处理单元(它可以以软件或硬件实施)，该处理单元由所检测的控制信号的变化以及响应指示确定或计算设备参数。控制信号可以是传送给设备的命令信号，设定点信号、误差信号或者用于控制过程控制设备的任何其它信号。响应指示可以是位置(例如阀门行程)、过程变量的指示或者任何其它所需信号。根据本专利技术，如果需要的话，操作人员可以有意识地引入设定点、控制信号的变化等，迫使系统的变化，由此迫使静时间、响应时间或静带中一个或多个的测量。如果装置确定过程控制设备的静带，那么，处理单元较佳地检测过程控制设备的移动方向的反转并在发生方向反转后立即确定引起响应指示变化所需的控制信号的幅度变化。如果装置检测过程控制设备的静时间或响应时间，那么，处理单元较佳地包括检测控制信号的变化超过预定量的软件或电路和响应于控制信号的变化测量响应指示开始移动或达到其最终值的预定百分比所用的时间量的时钟。当控制信号以大于指定速率的速率变化时和／或当响应指示落在有效范围之外时，处理单元可以使设备参数的确定失能。此外，处理单元可以包括当所确定的设备参数未能满足预定判据时，例如当设备参数大于预定值时给操作人员报警的软件或电路。根据本专利技术的另一个方面，一种确定当过程控制设备在线连接于过程中时与过程控制设备相关的设备参数的方法，包括非侵入地检测用于控制过程控制设备的控制信号的变化、非侵入地测量过程控制设备对控制信号变化的响应指示以及由所检测的控制信号变化和由响应指示确定设备参数的步骤。附图简述附图说明图1是根据本专利技术的非侵入确定过程控制设备参数的控制环路和装置的方框图。图2A和2B是根据本专利技术的非侵入确定在线过程控制设备静带的方法的流程图。图3是根据本专利技术的非侵入确定在线过程控制设备静时间或响应时间的方法的流程图。详细描述参考图1，典型的单个输入、单个输出过程控制环路10包括过程控制器12，它将例如4-20mA命令信号传送给过程控制设备13，如图所示，过程控制设备包括电流至电压变换器(I／P)14，它通常将3-15psig(磅／英寸2)压力信号传送给阀门定位器15，它又用压力信号(空气)气动控制阀门18。阀门18的操作控制设置在内部的可移动阀门构件(未示出)的关节，可移动阀门构件控制过程20内的过程变量。然而，过程控制设备13可以包括任何其它类型的阀门机构或元件，替代或者增加到图1所示的这些元件，例如包括装在I／P单元内的电子定位器。此外，应当明白，过程控制设备1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种当过程控制设备在线连接于过程中时确定与过程控制设备相关的设备参数的装置，其特征在于所述装置包括： 检测控制过程控制设备的控制信号的变化的装置； 测量过程控制设备对控制信号变化的响应的指示的装置；和 由所检测的控制信号变化和响应指示计算设备参数的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JL斯诺巴格，小ER泰勒，BF格鲁姆斯特拉普，KW容克，
申请(专利权)人：费希尔控制产品国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]