ДИАГНОСТИКА РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА Российский патент 2015 года по МПК G05B23/02 G06F19/00 F16K37/00 F15B19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в основном к диагностике регулирующего клапана, и в частности, к способам для определения изменения параметра клапана для управления клапаном.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Регулирующий клапан обычно используют для непрерывного контроля потока жидкости или газа в различных трубопроводах и процессах. В обрабатывающей промышленности, такой как целлюлозно-бумажная, перегонка нефти, нефтехимическая и химическая промышленность, различные виды регулирующих клапанов установлены в производственных трубопроводных системах для контроля потоков материалов. Поток материалов может содержать любой текучий материал, такой как текучие среды, растворы, жидкости, газы и пар. Регулирующий клапан обычно соединяют с приводом, который приводит в движение закрывающий элемент клапана до достижения желаемого открытого положения между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Привод может представлять собой, например, пневматическое цилиндро-поршневое устройство. Привод, со своей стороны, обычно контролируется позиционером клапана, иногда спроектированным как контроллер клапана, который регулирует положение закрывающего элемента регулирующего клапана и, следовательно, поток материала в процессе, в соответствии с управляющим сигналом, поступающим из контроллера.

Высокоэффективный интеллектуальный позиционер клапана является важным устройством, если требуется решение, связанное с долговременным контролем. Хотя его роль иногда может быть решающей, эффективность регулирующего клапана не проистекает исключительно из работы интеллектуального позиционера. Регулирующий клапан сам по себе также должен работать хорошо. С регулирующим клапаном были связаны такие проблемы, как сильное трение и люфт.

Достижение эффективности контура начинается с надлежащего выбора и определения размера клапана. Анализ установленных характеристик потока важен для оптимизации эффективности системы регулирования. Эффективность контура поддерживается, только если все компоненты в контуре регулирования работают надлежащим образом. Это является решающим фактором для обслуживания клапанов при регулярных интервалах времени, для поддержания достаточной эффективности процесса и для сохранения эффективности контура в течение всего срока службы. Также является существенным прогнозирование ситуаций, когда необходимо осуществлять техобслуживание клапанов. Техобслуживание клапанов перед тем, как оно реально потребуется, может быть осуществлено, но оно может быть достаточно дорогостоящим и занимающим много времени способом осуществления ухода за оборудованием. Ожидание момента, когда клапаны придут в негодность и вызовут возможное незапланированное отключение оборудования, также может оказаться очень дорогостоящим. В идеале, во время отключения следует обслуживать только те клапаны, которые реально требуют технического обслуживания и ремонта. Для выполнения этого, возможно придется использовать усовершенствованную диагностику и/или контроль клапана, включая диагностику в онлайн и офлайн режиме работы.

Так называемую диагностику в офлайн режиме осуществляют во время остановки процесса. Во время остановки можно контролировать и анализировать клапаны для проверки того, есть ли необходимость в их техническом обслуживании, с использованием, например, испытания на изменение параметра клапана. Изменение параметра клапана отображает зависимость давления на приводе от хода позиционера. Сопоставление недавно сгенерированной кривой изменения параметра клапана с исходной заводской кривой может вскрыть ухудшение изменения параметра. Однако такой подход имеет проблемы: 1. Любое отображение этого испытания показывает только определенный момент времени; оно не обеспечивает никакого предсказанного значения. 2. Поскольку испытание осуществляется во время прекращения работы, т.е., клапан не находится в условиях реального процесса, результаты анализа не отражают реальной ситуации. 3. Продолжительность прекращения работы необходимо минимизировать, что означает, что пользователям не будет хватать времени на испытание, анализирование и принятие решений по каждому комплекту клапанов. 4. Невозможно заранее запланировать мероприятия по техническому обслуживанию и необходимость в запасных деталях. 5. Сопоставление с предыдущими результатами - это трудоемкий процесс.

Вместо этого представляется возможным анализировать данные по клапану непосредственно перед отключением, когда процесс еще функционирует. Таким образом, те клапаны, которые требуют технического обслуживания и ремонта, можно точно определить заранее. Это требует наличия устройств, пригодных к диагностике в онлайн режиме. Диагностика в онлайн режиме дает возможность контролировать изменение параметра клапана, когда процесс еще функционирует, а не только во время прекращения работы. Целью диагностического обслуживания является определение ухудшения изменения параметра клапана и предостережение пользователя перед тем, как неисправность станет настолько ненадлежащей, что она может вызвать чрезмерную изменчивость процесса, или даже неожиданное прекращение работы. С помощью диагностики в онлайн режиме можно непрерывно контролировать изменения параметра клапана, но анализ результатов может быть очень продолжительным и трудоемким. Наиболее эффективным способом осуществления диагностического обслуживания и диагностики в онлайн режиме является использование контроллеров клапанов, пригодных для сохранения результатов в их памяти, и отправление предупреждений и сигналов тревоги на основе данных о предельных технических характеристиках, хранящихся в их памяти. Таким образом, для непрерывного анализа и исследования результатов не требуется никакого дополнительного персонала, поскольку интеллектуальный контроллер клапана, с помощью усовершенствованного программного обеспечения по управлению ресурсами, может измерять изменения параметра клапана автоматически. Примером интеллектуального контроллера клапана с диагностикой в онлайн режиме является ND9000® от компании Metso Automation Inc.

В US7478012 раскрыта компьютеризированная оценка графиков изменения параметра клапана. Регулирующий клапан можно заставить совершить полный ход или рабочий цикл, охватывающий всю характеристическую кривую изменения параметра клапана, в ходе нормальной онлайн работы регулирующего клапана. Однако, онлайн испытание полного хода невозможно во многих процессах, и поэтому в онлайн режиме предпочтительными являются испытания неполного хода клапана. Интеллектуальный контроллер клапана отправляет данные испытаний на изменения параметра на диагностический монитор, на котором сопоставляются данные по изменению параметра со спроектированными граничными данными.

В US6751575 раскрыт способ контроля и диагностики устройств путем сбора измеренных технологических параметров и результатов испытаний в базу данных по предыстории, для их сопоставления с информацией о показателях процесса хранящихся в базах данных.

В US5115672 состояние или «изменение параметра» клапана контролируют с использованием трубопроводных ультразвуковых измерительных преобразователей, которые воспринимают турбулентность текучей среды, вызванную клапаном.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является улучшение диагностики регулирующих клапанов в онлайн режиме. Эта задача изобретения достигается посредством способов, систем, позиционеров клапана и компьютерной программы согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные варианты воплощения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Аспектом изобретения является способ для диагностики регулирующего клапана, включающий в себя:

- измерение данных о положении, отображающих положение регулирующего клапана, и данных давления, отображающих перепад давления на приводе клапана, и необязательно направления хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,

- обработку данных о положении и данных о перепаде давления таким образом, чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и

- определение графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о положении и данных о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

Согласно другому аспекту изобретения способ включает в себя:

- обеспечение обработанных данных отметками времени, и

- определение обновленного графика изменения параметра клапана регулирующего клапана для любого желаемого периода времени на основе обработанных данных о положении, перепада давления и направления хода, имеющих отметки времени.

Согласно другому аспекту изобретения способ включает в себя:

- обеспечение обработанных данных отметками времени, и

- формирование графика, отображающего значение по меньшей мере одних из обработанных данных о положении, обработанных данных о перепаде давления и обработанных данных направления хода, или любого параметра, выведенного из обработанных данных, с течением времени на основе упомянутой отметки времени.

Согласно другому аспекту изобретения способ включает в себя выполнение упомянутого измерения посредством позиционера клапана, передачу необработанных данных на центральную диагностическую систему и выполнение упомянутой обработки, а также определение в централизованной диагностической системе.

Согласно другому аспекту изобретения способ включает в себя выполнение упомянутого измерения и упомянутой обработки посредством позиционера клапана, отправление обработанных данных в центральную диагностическую систему и выполнение упомянутого определения в централизованной диагностической системе.

Согласно другому аспекту изобретения способ включает в себя регулярный опрос позиционера клапана централизованной диагностической системой для получения необработанных данных или обработанных данных.

Согласно другому аспекту изобретения способ включает в себя выполнение упомянутого измерения, упомянутой обработки и упомянутого определения посредством позиционера клапана.

Согласно другому аспекту изобретения способ для диагностики регулирующего клапана включает в себя:

- измерение данных о положении, отображающих положение регулирующего клапана, и данных давления, отображающих перепад давления на приводе клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,

- обработку данных о положении и данных о перепаде давления таким образом, чтобы они содержали только данные о перепаде давления, отобранные, когда клапан находится в стационарном положении во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и

- определение графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

Согласно другому аспекту изобретения упомянутое измерение включает в себя регулярный опрос позиционера клапана централизованной диагностической системой для получения необработанных данных о положении и данных о перепаде давления, и при этом упомянутую обработку и упомянутое определение осуществляют в централизованной диагностической системе.

Аспектом изобретения является позиционер клапана для управления регулирующим клапаном, причем позиционер клапана содержит:

- средство для измерения данных о положении, отображающих положение регулирующего клапана, и данных давления, отображающих перепад давления на приводе клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,

- средство для обработки данных о положении и данных о перепаде давления таким образом, чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,

- средство для хранения обработанных данных в позиционере клапана и/или передачи обработанных данных по коммуникационной шине на систему диагностики.

Согласно другому аспекту изобретения позиционер клапана дополнительно содержит средство для определения графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о положении и данных о перепаде давления, собранных на множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

Аспектом изобретения является система диагностики клапана для диагностики регулирующих клапанов, содержащей:

- средство для приема данных о положении и данных о перепаде давления на приводе регулирующего клапана от позиционера клапана, причем данные измеряются позиционером клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,

- средство для обработки данных о положении и данные о перепаде давления таким образом, чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и

- средство для определения графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о положении и данных о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

Аспектом изобретения является система диагностики клапана для диагностики регулирующих клапанов, содержащей:

- средство для приема данных о положении и данных о перепаде давления на приводе регулирующего клапана от позиционера клапана, причем данные измеряются позиционером клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,

- средство для обработки данных о положении и данных о перепаде давления таким образом, чтобы они содержали только данные о перепаде давления, отобранные, когда клапан находится в стационарном положении во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и

- средство для определения графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

Аспектом изобретения является компьютерная программа, содержащая средство в виде программного кода, адаптированное для выполнения этапов согласно любому из аспектов способа, упомянутой выше, когда программа работает на компьютере или на процессоре.

Аспектом изобретения является система, содержащая средство для выполнения этапов согласно любому из аспектов способа, упомянутых выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение будет более подробно описано в виде предпочтительных вариантов воплощения, со ссылкой на прилагаемые (сопроводительные) чертежи, на которых:

Фигура 1 показывает схематическую блок-схему примерной системы автоматизации процесса и системы управления промышленным устройством.

Фигура 2 иллюстрирует примерную блок-схему интеллектуального контроллера клапана на основе микроконтроллера.

Фигуры 3A и 3B иллюстрируют характер изменения перепада давления на приводе и положения клапана со временем, соответственно, при переходе клапана в новое положение.

Фигура 4 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую способ диагностики согласно примерному варианту воплощения изобретения.

Фигура 5 показывает пример отображения графика изменения параметра клапана.

Фигура 6 показывает пример отображения эталонного графика изменения параметра клапана.

Фигура 7 показывает пример отображения графика, иллюстрирующего трение клапана или давление на приводе в виде функции времени, а также несколько графиков изменения параметра клапана.

Фигура 8 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую способ диагностики согласно другому примерному варианту воплощения изобретения.

Фигура 9 показывает пример «грубого» графика изменения параметра клапана.

ПРИМЕРНЫЕ ВАРИАНТЫ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение можно применять для диагностики любых регулирующих клапанов и их контроллеров (позиционеров клапана) и приводов в любом производственном процессе и т.п.

Фигура 1 показывает схематическую блок-схему примерной системы автоматизации процесса и систему управления промышленным устройством, в которой могут быть применены принципы изобретения. Блок 5 системы управления обычно представляет собой диспетчерские компьютер(ы)/программы и компьютер(ы)/программы управления обработкой данных, а также базы данных в автоматизированной системе. Для системы управления существуют различные архитектуры. Например, система управления может представлять собой систему прямого цифрового управления (Direct Digital Control (DDC) system) или распределенную систему управления (Distributed Control System, DCS), обе из которых хорошо известны из уровня техники.

Существуют различные альтернативные способы установления взаимодействием между системой управления и промышленными устройствами, такими как регулирующие клапаны, в производственной зоне. На Фигуре 1 промышленная сеть/шина обработки данных 3 обычно отвечает за любое такое взаимодействие. Традиционно, промышленные устройства соединялись с системой управления контурами сплетенных двужильных проводов, причем каждое устройство соединяли с системой управления одиночным двужильным проводом, по которому подавали аналоговый входной сигнал 4-20 мА. Совсем недавно в системах управления стали использоваться новые технические решения, такие как протокол магистрального адресуемого дистанционного датчика (Highway Addressable Remote Transducer, HART), который позволяет передавать цифровые данные, наряду со стандартным аналоговым сигналом 4-20 мА в контуре из двужильного провода. Протокол HART более подробно описан, например, в публикации «Протокол промышленной связи HART: Введение для пользователей и изготовителей, основание системы связи HART» («Introduction for Users and Manufacturers, HART Communication Foundation»), 1995. Протокол HART также был превращен в промышленный стандарт. Примеры других промышленных сетей включают в себя промышленную сеть (Fieldbus) и открытую промышленную сеть (Profibus). Однако, следует понимать, что тип или реализация промышленной сети/шины обработки данных 3 не относится к настоящему изобретению. Промышленная сеть/шина обработки данных 3 может быть основана на любом из альтернативных вариантов, описанных выше, или на любой их комбинации, или на любом другом внедрении.

В примере согласно Фигуре 1 регулирующий клапан 1 соединен с зоной технологического процесса, для регулирования потока вещества в технологическом трубопроводе. Поток материала может содержать любой текучий материал, такой как текучие среды, растворы, жидкости, газы и пар. Положение (открытое) регулирующего клапана 1 регулируется посредством контроллера клапана (позиционера клапана) и привода 2. Точнее говоря, для регулирования потока через клапан необходимо регулировать положение уплотнительного элемента и движущейся детали регулирующего клапана, расположенной в потоке. Уплотнительный элемент может представлять собой, например, заглушку, заслонку, шаровой элемент, в зависимости от типа клапана. Привод представляет собой устройство, установленное на клапане и приводящее клапан в движение, до достижения желаемого положения, с использованием внешнего источника энергии, такого как пневматическое давление. Позиционер клапана сопоставляет управляющий сигнал с положением привода клапана и соответствующим образом приводит в движение привод. В примере согласно Фигуре 1 показан только один регулирующий клапан, но система автоматизации, тем не менее, может включать в себя любое количество промышленных устройств, таких как регулирующие клапаны, и часто сотни из них. Примеры интеллектуальных контроллеров/позиционеров клапана включают в себя модели ND800 и ND9000® от компании Metso Automation Inc.

Промышленными устройствами можно управлять, используя систему 4 управления промышленным устройством и диагностики. Система 4 управления и диагностики может быть дополнительно соединена с локальной вычислительной сетью (ЛВС) производства, которая позволяет ей устанавливать связь, например, с диспетчерскими программами. В качестве альтернативы, система 4 управления и диагностики или аналогичная функциональная система может быть встроена в систему 5 управления, например, в диспетчерские компьютеры или в компьютеры для управления технологическим процессом. Система 4 управления и диагностики может быть соединена с промышленными устройствами (например, с контроллером 2 клапана) через промышленную сеть/шину обработки данных 3, как было описано выше. Например, каждое промышленное устройство может иметь выделенную промышленную сеть, соединяющую его с мультиплексором HART, который, в свою очередь, соединен с системой 4 управления и диагностики. Система 4 управления и диагностики может содержать компьютеризированную рабочую станцию, обеспеченную соответствующей программой управления и диагностики. Примером системы управления и диагностики является компьютер, снабженный программным обеспечением Neles FieldCare от компании Metso Automation Inc. Neles FieldCare является универсальным программным обеспечением типа FDT/DTM (Field Device Tool/Device Type Manager, промышленный прибор/диспетчер устройств). Одним из признаков программы Neles FieldCare является возможность контроля в режиме онлайн, что позволяет собирать данные в режиме онлайн от промышленных устройств и позволяет осуществлять профилактическое техническое обслуживание приборов.

Примерная блок-схема интеллектуального контроллера клапана на основе микроконтроллера продемонстрирована на Фигуре 2. Устройство может содержать локальный пользовательский интерфейс (ЛПИ), обеспечивающий локальную конфигурацию. Микроконтроллер 11 контролирует положение клапана. С этой целью, микроконтроллер 11 может принимать входной сигнал (заданной величины) по шине обработки данных/промышленной сети 3, такой как двужильный провод, рассчитанный на 4-20 мА, и HART, и может выполнять различные измерения. Устройство может быть запитано током 4-20 мА или от промышленной сети. После подключения к электрическому сигналу и к источнику S пневматического сигнала, микроконтроллер 11 считывает входной сигнал, данные датчика 12 положения, датчика Ps давления в линии нагнетания, данные первого датчика P1 давления на приводе, данные второго датчика P2 давления на приводе и данные датчика SPS положения золотника (spool position sensor). Разность между заданным значением, определяемым входным сигналом, и данными о положении, измеренными датчиком 12 положения, выявляется посредством алгоритма управления внутри микроконтроллера 11. Микроконтроллер 11 рассчитывает новое значение для тока 10 катушки предварительного каскада (prestage, PR) на основе информации, полученной из входного сигнала и от датчиков. Ток 10, измененный для PR, изменяет давление 15 управления, подаваемое на золотниковый клапан 14. Сниженное давление 15 управления приводит в движение золотник, и давления 15 и 16 на приводе изменяются соответствующим образом. На Фигуре 2 золотник показан в средней позиции, при которой давления на приводе находятся на своих средних уровнях, например, на одинаковых уровнях (P1-P2=0). Когда золотник приходит в движение (например, вниз, как на Фигуре 2), золотник открывает поток к приводной стороне привода 20 с двойной мембраной (например, канал, проиллюстрированный верхней наклонной стрелкой, соединяет напорный трубопровод 16 привода с источником S пневматического сигнала) и открывает поток с внешней стороны привода 20 (например, канал, проиллюстрированный верхней горизонтальной стрелкой, соединяет напорный трубопровод 15 привода с выпускным отверстием в золотниковом клапане 14). Повышение давления будет приводить в движение поршень 18 мембраны. Привод и вал 19 обратной связи вращаются. Датчик 12 положения измеряет скорость вращения для микроконтроллера 11. Микроконтроллер 11 модулирует PR-ток 10 на основе установившегося значения до достижения нового положения привода 20 согласно входному сигналу. Перемещение (ход) регулирующего клапана в противоположенном направлении получают, заставляя золотник перемещаться в противоположном направлении (например, вверх, трубопровод 16 соединен с выпускным отверстием, а трубопровод 17 соединен с источником S пневматического сигнала). Следует учитывать, что проиллюстрированный контроллер клапана является лишь примером, и изобретение не ограничено никакими конкретными воплощениями контроллера клапана. Важным является лишь то, что контроллер клапана способен измерять перепад давления на приводе (например, P2-P1) и положение клапана. Следует учитывать, что положение клапана можно измерять также и косвенно, например, путем измерения положения привода, вследствие чего данные о положении привода отображают положение клапана.

Одним из самых распространенных факторов, которые могут вызвать неудовлетворительное рабочее изменение параметра регулирующего клапана, является трение. В линейных клапанах на трение оказывает влияние преимущественно набивка. В поворотных клапанах это обычно бывает уплотнение (или седло клапана), которое вызывает трение. Помимо трения, с поворотными регулирующими клапанами обычно связаны такие проблемы, как люфт. Кроме того, во время работы в онлайн режиме часто возникают силы трения, вызванные потоком материала через клапан. В частности, в шаровых клапанах возникает значительное изменение трения уплотнительного элемента при высоком перепаде давления на клапане.

Следует исследовать влияние трения клапана на работу клапана, с использованием, для примера, контроллера клапана согласно Фигуре 2. Пример характера изменения перепада давления на приводе и положения клапана со временем при переходе клапана к новому положению проиллюстрирован, соответственно, на Фигурах 3A и 3B. Клапан стационарно находится в первом положении X1. Микропроцессор 11 принимает новое заданное значение, т.е., новые данные о положении X2, до которого следует отрегулировать клапан. Как было описано выше, пневматическое давление (например, P1) на приводной стороне привода 20 с двойной мембраной повышается, а пневматическое давление (например, P2) на другой стороне привода 20 понижается, с повышением перепада давления (например, P1-P2) и с переходом привода и клапана в новое положение X2. Когда привод начинает (в момент времени t0) переводить клапан из существующего положения X1 в новое положение X2, пневматическое давление на приводной стороне привода 20, а следовательно, и перепад давления на приводе P1-P2, должен непрерывно повышаться, до того, как он наконец (перепад давления Pf в момент времени t1) преодолеет трение в данном направлении, и клапан будет приведен в движение. При движении клапана, для движения клапана необходим более низкий перепад давления на приводе P1-P2, чем Pf. Микропроцессор 11 выявляет начало движение клапана посредством датчика 12 положения и регулирует давление на приводе посредством катушки тока предварительного каскада (prestage, PR) согласно алгоритму управления, как было описано выше. При более низком трении клапана, характер изменения перепада давления может быть таким, как проиллюстрировано пунктирной линией 31 на Фигуре 3A.

Согласно аспекту изобретения положение регулирующего клапана и перепад давления на приводе клапана, а также необязательно направление хода регулирующего клапана контролируют во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме (этап 41 на Фигуре 4). Согласно примерным вариантам воплощения изобретения контроллер клапана, например, микропроцессор 11 контроллера клапана устанавливают для замера давления на приводах P1, P2 и определения положения клапана при заданной частоте замеров для хода каждого отдельного клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и для хранения измеренных значений во внутренней памяти контроллера клапана, и/или передачи (активно или по запросу) измеренных значений системе 4 управления и диагностики по промышленной сети/шине обработки данных 3. Взятие замеров можно осуществлять при относительно высокой частоте взятия замеров по отношению к изменениям трения, давления на приводе и положения клапана. Является предпочтительным, чтобы частота взятия замеров могла находиться в диапазоне 1-500 миллисекунд. Это приводит к более высокой точности и надежности измерений и диагностики. Является предпочтительным, чтобы вместо обоих давлений на приводе P1 и P2, можно было бы сохранять значения перепада давления на приводе P1-P2, рассчитанные на основе замеров. В предпочтительных вариантах воплощения можно, в дополнение к контролю положения регулирующего клапана и перепада давления на приводе клапана, также осуществлять контроль направления хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, а информация о направлении хода связана с измеренными значениями давления и положения при каждом отдельном событии хода клапана. В некоторых вариантах воплощения измеренные данные о перепаде давления на приводе и измеренные данные о положении клапана хранятся в различных структурах данных, таких как данные о векторах для различных направлений хода. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения отметка времени может быть связана с данными каждого события хода отдельного клапана.

В некоторых вариантах воплощения, данные о положении и данные о перепаде давления на приводе могут быть обработаны таким образом, чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме (этап 42 на Фигуре 4). Такая обработка, например, фильтрация, отобранных данных, уменьшает емкость памяти, требуемую для контроллера клапана, или количество данных, передаваемых в систему 4 управления и диагностики. Является предпочтительным, чтобы на контроллере клапана хранились и/или передавались в систему диагностики 4 только данные о перепаде давления на приводе и данные о положении клапана, которые были отобраны вблизи момента начала хода клапана, например, вблизи момента времени t1, или приблизительно в период времени t0-t1, или приблизительно в период времени t1-t2, или приблизительно в период времени t0-t2. Понятие «вблизи» обычно может представлять собой период времени порядка миллисекунд или десятка миллисекунд. Кроме того, в некоторых вариантах воплощения отметка времени может быть связана с обработанными данными каждого события хода отдельного клапана (этап 43 на Фигуре 4).

Затем, график изменения параметра клапана регулирующего клапана может быть установлен (например, рассчитан) на основе обработанных данных о положении и данных о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме (этап 44 на Фигуре 4). Поскольку регулирующий клапан обычно часто приходит в движение во время работы в онлайн режиме, данные о перепаде давления на приводе и данные о положении клапана для множества событий хода клапана будут собраны в течение разумного периода сбора, который может составлять, например, порядка нескольких дней, недель или месяцев. Иными словами, данные о положении клапана и данные о перепаде давления, собранные во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана, получают во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме. Этих данных, полученных в онлайн режиме, будет достаточно для установления и отображения графика изменения параметра клапана, без выполнения отдельных испытаний на «изменение параметра клапана» для клапана. Таким образом, можно избежать испытаний в офлайн или онлайн режиме, мешающих процессу.

Аналогично, как и обработку данных, также и определение (например, расчет) изменения параметра клапана можно осуществлять локально на каждом контроллере клапана, в центре системы 4 управления и диагностики, или эти процедуры могут быть подходящим образом распределены между контроллером клапана и системой диагностики.

В варианте воплощения изобретения обработку отобранных данных осуществляют в контроллере 2 клапана таким образом, чтобы они содержали только данные вблизи точек начала нескольких отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, например, с использованием микроконтроллера 11. Такие обработанные данные могут содержать данные о перепаде давления, положении клапана, направлении хода и отметки времени. Контроллер клапана может отправлять обработанные данные в систему диагностики в подходящие моменты времени. Например, контроллер клапана может отправлять обработанные данные вскоре после того, как клапан пришел в движение. В качестве другого примера, система 4 диагностики может запрашивать или получать обработанные данные с контроллера клапана в подходящие моменты времени. Система 4 диагностики собирает и сохраняет обработанные данные. При сборе достаточного количества данных, система 4 диагностики выявляет текущий график изменения параметра клапана и сохраняет и/или отображает данные или график испытания на изменения параметра для пользователей на пользовательском интерфейсе, например, на графическом дисплее. Пример отображения графика изменения параметра клапана показан на Фигуре 5. Система 4 диагностики также может на основе сохраненных данных генерировать график изменения параметра клапана для любого конкретного момента, запрашиваемого пользователем через пользовательский интерфейс. Система 4 диагностики также может одновременно показывать на дисплее графики изменения параметра клапана, полученные в разное время, облегчая, таким образом, возможность для пользователя анализировать изменения в клапане с течением времени. Система 4 диагностики может также сохранять по меньшей мере один эталонный график изменения параметра, с которым последующий график или графики могут быть сопоставлены, например, график изменения параметра клапана, выявляемый при исходном запуске регулирующего клапана. Пример отображения эталонного графика изменения параметра клапана показан на Фигуре 6. Система 4 диагностики может также предоставлять для отображения на графике изменения параметра клапана другую информацию, такую как сигналы тревоги, пределы и т.д. Система 4 диагностики может также генерировать другие визуальные представления и графики на основе собранных данных, например, график, иллюстрирующий трение клапана или давление на приводе как функцию времени. Пример такого отображения графика проиллюстрирован на Фигуре 7. В примере согласно Фигуре 7 вид визуального представления также содержит графики изменения параметра клапана для нескольких моментов времени при трении клапана. Сопоставляя графики, пользователь легко может увидеть, как поведение клапана изменилось со временем, и определить, требуется ли техническое обслуживание клапана. Определение графика изменения параметра клапана в системе диагностики допускает большую свободу в визуализации данных, но с другой стороны система диагностики должна часто опрашивать контроллеры клапана и осуществлять выборку среди значительного количества данных.

В другом варианте воплощения изобретения в дополнение к выполнению обработки контроллер клапана (например, микроконтроллер 11 в контроллере клапана) также выявляет график изменения параметра клапана и сохраняет его во внутренней памяти. В этом способе системе 4 диагностики не приходится опрашивать промышленные устройства и собирать обработанные данные, но она может отображать завершенные данные или график испытания на изменения параметра для пользователей. Контроллер клапана может сохранять множество изменений параметра клапана при контроле, осуществленном в различные моменты времени. В качестве альтернативы, контроллер клапана может сохранять обработанные данные и выявленный график изменения параметра клапана, по запросу системы 4 диагностики. Контроллер клапана может также на основе сохраненных данных генерировать график изменения параметра клапана за любой конкретный момент времени, запрашиваемый пользователем через пользовательский интерфейс на системе диагностики. Контроллер клапана может также создавать графики изменения параметра клапана в различные моменты времени для их одновременного отображения на дисплее, что, таким образом, дает возможность пользователю анализировать изменения в клапане с течением времени. Контроллер клапана может также сохранять по меньшей мере один эталонный график изменения параметра, с которым можно сопоставлять последующий график или графики, например график изменения параметра клапана, выявленный при исходном запуске регулирующего клапана. Контроллер клапана может также обеспечивать отображение на графике изменения параметра клапана другой информации, такой как сигналы тревоги, пределы и т.д. Контроллер клапана может также генерировать другие визуальные представления и графики на основе собранных данных, например, график, иллюстрирующий трение клапана или давление на приводе как функцию времени. Определение графика изменения параметра клапана в контроллере клапана снижает количество запросов контроллеров клапана системой диагностики и снижает количество данных, передаваемых по шине обработки данных/производственной сети.

Согласно еще одному аспекту изобретения контроль (этап 81 на Фигуре 8) может включать в себя возможность для системы 4 диагностики опрашивать контроллер клапана в подходящие моменты времени, осуществлять выборку замеренных данных о положении и данных давления на приводе, полученных от контроллера клапана по шине обработки данных/производственной сети 3 (этап 82 на Фигуре 8). Система 4 диагностики может допускать для обработки только данные замера положения и данные замера давления на приводе, которые отобраны, когда клапан был остановлен, т.е., когда клапан находится в стационарном положении (этап 84 на Фигуре 8), и выявляет график изменения параметра клапана или график давления на приводе на основе этих обработанных данных о перепаде давления (этап 84 на Фигуре 8). Централизованный сбор данных посредством шины обработки данных/промышленной сети 3 допускает только низкую частоту взятия замеров по отношению к быстрому изменению трения в начале движения клапана. Поэтому, этот способ пригоден для обеспечения подробной и точной информации о трении в начале события хода отдельного клапана, но он обеспечивает лишь приблизительную информацию об изменении характеристики трения клапана с течением времени, например, путем контроля разброса значений давления на приводе в стационарных положениях. С другой стороны, результат этого способа диагностики не является очень надежным. Наиболее важным преимуществом является то, что для этого способа не требуются никакие модификации для существующих контроллеров/позиционеров клапана, вследствие чего этот способ может быть внедрен для устройств, уже установленных для процесса. Пример такого «грубого» графика изменения параметра клапана проиллюстрирован на Фигуре 9.

Здесь могут быть задействованы контроллеры клапана согласно различным вариантам воплощения изобретения в одной и той же системе, и система управления и диагностики может опрашивать каждый тип контроллеров клапана и обрабатывать их данные различным образом. Иными словами, «грубая» диагностика, описанная выше, может быть применена для существующих установленных контроллеров клапана, а для вновь установленных контроллеров клапана может быть применен один или несколько более усложненных способов диагностики, описанных выше.

Способы, описанные в настоящей работе, могут быть внедрены с использованием различных средств. Например, эти способы могут быть внедрены в виде аппаратного обеспечения (одного или более устройств), микропрограммного обеспечения (одного или более устройств), программного обеспечения (одного или более модулей), или их сочетания. Для программного или микропрограммного обеспечения внедрение может быть осуществлено с использованием модулей (например, способов, функций и т.п.), которые выполняют функции, описанные в настоящей работе. Коды, содержащиеся в программе, могут храниться в любом подходящем считываемом процессором/компьютером запоминающем носителе (носителях) данных, или в блоке (блоках) памяти, и могут быть приведены в действие на одном или более процессоров/компьютеров. Запоминающий носитель данных или блок памяти может быть реализован на процессоре/компьютере, или может быть внешним устройством по отношению к процессору/компьютеру, и в этом случае такое устройство может быть соединено для обмена информацией с процессором/компьютером через различные средства, известные из уровня техники. Дополнительно, компоненты систем, описанных в настоящей работе, могут быть перегруппированы и/или дополнены добавочными компонентами для облегчения достижения различных аспектов, целей, преимуществ и т.д., описанных применительно к ним, и они не ограничены конкретными конфигурациями, изложенными для данной Фигуры, как должно быть ясно специалистам в данной области техники.

Описание и относящиеся к ней Фигуры предназначены лишь для иллюстрации принципов настоящего изобретения посредством примеров. Для специалистов в данной области техники различные альтернативные варианты воплощения, разновидности и изменения должны быть очевидными, исходя из данного описания. Настоящее изобретение не должно рассматриваться, как ограниченное примерами, описанными в настоящей работе, но изобретение может видоизменяться в рамках объема и сущности прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к способам для определения изменения параметра клапана для управления клапаном. Технический результат заключается в повышении точности диагностики клапанов в онлайн режимах. В способе диагностики регулирующего клапана данные о положении, отображающие положение регулирующего клапана, и данные давления, отображающие перепад давления на приводе клапана, и необязательно направление хода регулирующего клапана измеряют (41) во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме. Данные о положении и данные о перепаде давления обрабатывают (42), чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме. Наконец, график изменения параметра клапана регулирующего клапана определяют (44) на основе обработанных данных о положении и о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме. 7 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ для диагностики регулирующего клапана, содержащий:
- измерение данных о положении, представляющих положение регулирующего клапана, и данных давления, представляющих перепад давления на приводе клапана, и необязательно направления хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,
- обработку данных о положении и данных о перепаде давления, чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и
- определение графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о положении и о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

2. Способ по п. 1, содержащий:
- обеспечение обработанных данных отметками времени, и
- определение графика изменения параметра клапана регулирующего клапана для любого желаемого периода времени на основе обработанных данных о положении, о перепаде давления и направления хода с отметками времени.

3. Способ по п. 1 или 2, содержащий:
- обеспечение обработанных данных отметками времени, и
- формирование графика, отображающего значение по меньшей мере одних из обработанных данных о положении, обработанных данных о перепаде давления и обработанных данных направления хода или любого параметра, выведенного из обработанных данных, с течением времени на основе упомянутых отметок времени.

4. Способ по п. 1 или 2, содержащий выполнение упомянутого измерения посредством позиционера клапана для клапана, передачу необработанных данных в центральную диагностическую систему и выполнение упомянутой обработки и определение в централизованной диагностической системе.

5. Способ по п. 1 или 2, содержащий выполнение упомянутого измерения и упомянутой обработки посредством позиционера клапана для клапана, отправку обработанных данных в центральную диагностическую систему и выполнение упомянутого определения в централизованной диагностической системе.

6. Способ по п. 4, содержащий регулярный опрос позиционера клапана централизованной диагностической системой для получения необработанных данных или обработанных данных.

7. Способ по п. 5, содержащий регулярный опрос позиционера клапана централизованной диагностической системой для получения необработанных данных или обработанных данных.

8. Способ по п. 1 или 2, содержащий выполнение упомянутого измерения, упомянутой обработки и упомянутого определения посредством позиционера клапана для клапана.

9. Способ для диагностики регулирующего клапана, содержащий: измерение данных о положении, отображающих положение регулирующего клапана, и данных давления, отображающих перепад давления на приводе клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,
- обработку данных о положении и о перепаде давления, чтобы они содержали только данные о перепаде давления, отобранные, когда клапан находится в стационарном положении во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и
- определение графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

10. Способ по п. 9, в котором упомянутое измерение содержит регулярный опрос позиционера клапана централизованной диагностической системой для получения необработанных данных о положении и о перепаде давления, и в котором упомянутую обработку и упомянутое определение выполняют в централизованной диагностической системе.

11. Позиционер клапана для работы регулирующего клапана, причем позиционер клапана содержит:
- средство для измерения данных о положении, отображающих положение регулирующего клапана, и данных давления, отображающих перепад давления на приводе клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,
- средство для обработки данных о положении и данных о перепаде давления, чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,
- средство для хранения обработанных данных в позиционере клапана и/или передачи обработанных данных по коммуникационной шине в систему диагностики.

12. Позиционер клапана по п. 11, дополнительно содержащий средство для определения графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о положении и о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

13. Система диагностики клапана для диагностики регулирующих клапанов, содержащая:
- средство для приема данных о положении и данных о перепаде давления на приводе регулирующего клапана от позиционера клапана, причем данные измерены посредством позиционера клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,
- средство для обработки данных о положении и данных о перепаде давления, чтобы они содержали данные вблизи исходных точек множества отдельных перемещений хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и
- средство для определения графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о положении и о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

14. Система диагностики клапана для диагностики регулирующих клапанов, содержащая:
- средство для приема данных о положении и данных о перепаде давления на приводе регулирующего клапана от позиционера клапана, причем данные измерены посредством позиционера клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме,
- средство для обработки данных о положении и о перепаде давления, чтобы они содержали только данные о перепаде давления, отобранные, когда клапан находится в стационарном положении во время нормальной работы регулирующего клапана в онлайн режиме, и
- средство для определения графика изменения параметра клапана регулирующего клапана на основе обработанных данных о перепаде давления, собранных во множестве точек вдоль диапазона хода регулирующего клапана во время работы регулирующего клапана в онлайн режиме.

15. Считываемый компьютером запоминающий носитель данных, содержащий средство программного кода, адаптированное для выполнения способа по любому из пп. 1-10, при запуске программы на компьютере или процессоре.

16. Система для диагностики регулирующего клапана, содержащая средство для осуществления этапов способа по любому из пп. 1-10.