СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕВЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2019 года по МПК H02N2/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к системам управления технологическим процессом, и более конкретно, к управлению полевым устройством, в котором параметры, вносящие вклад в работоспособность полевого устройства, постоянно контролируют для обеспечения рабочему персоналу возможности диагностики и прогнозирования работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса полевого устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Системы управления технологическими процессами, такие как распределенные или наращиваемые системы управления технологическими процессами, подобные тем, что используются в химических, нефтеперерабатывающих и других технологических процессах, как правило, включают один или более контроллеров технологического процесса, соединенных с обеспечением связи по меньшей мере с одной главной рабочей станцией или рабочей станцией пользователя и с одним или более полевыми устройствами через аналоговые, цифровые или комбинированные аналоговые/цифровые шины. Полевые устройства, которые могут включать, например, регулирующие клапаны, механизмы позиционирования клапанов, переключатели и передатчики (например, датчики температуры, давления и расхода) выполняют в технологическом процессе такие функции, как открывание или закрывание клапанов и измерение параметров технологического процесса. Контроллер технологического процесса принимает сигналы, указывающие на результаты измерений технологического процесса, выполненных полевыми устройствами, и/или другую информацию, относящуюся к полевым устройствам, и использует эту информацию для выполнения стандартной программы управления с целью генерации управляющих сигналов, посылаемых по шинам к полевым устройствам для управления ходом технологического процесса. Информация от каждого из полевых устройств и контроллера, как правило, доступна для одной или более прикладных программ, выполняемых рабочей станцией пользователя, для того, чтобы разрешить операторам выполнять любую требуемую функцию, относящуюся к технологическому процессу, такую как просмотр текущего состояния технологического процесса и/или изменение хода технологического процесса. В случае отказа полевого устройства возможны нарушения рабочего состояния всей системы управления технологическим процессом.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Один аспект настоящего изобретения относится к системе для управления полевым устройством, например клапаном, в процессе управления. Система содержит управляющий клапан, привод и соединительный компонент, выполненный с возможностью передачи механической мощности привода на вход управляющего клапана. Соединительный компонент содержит один или более датчиков, измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

[0004] Другой аспект настоящего изобретения направлен на соединительное устройство клапана, содержащее первую часть, выполненную с возможностью соединения с приводным штоком привода, вторую часть, выполненную с возможностью соединения с перемещаемым компонентом управляющего клапана, и один или более датчиков, измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

[0005] Другой аспект настоящего изобретения относится к способу измерения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана. Способ включает в себя измерение посредством одного или более датчиков в соединительном устройстве клапана, соединяющем привод с управляющим клапаном, одного или более параметров, и передачу измеренных одного или более параметров в модуль, выполненный с возможностью сбора и обработки одного или более параметров для определения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] На фиг. 1 приведено схематическое изображение примера технологической установки, имеющей распределенную систему управления и сеть технического обслуживания, содержащую одну или более рабочих станций оператора и технического обслуживания, контроллеров, полевых устройств и вспомогательного оборудования, в которых может быть реализован один или более принципов настоящего изобретения.

[0007] На фиг. 2 приведено схематическое изображение примера соединительного устройства, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения и прикрепленного к рычагу привода и штоку клапана в клапане.

[0008] На фиг. 3 приведен график измеренных усилий штока 12-дюймового (304,8 мм) клапана в течение 15 секунд 20-секундных испытаний.

[0009] На фиг. 4 приведен график, изображающий гистограмму измеренных сигналов усилия штока, показанных на фиг. 3.

[0010] На фиг. 5 приведен график, изображающий гистограммы измеренных сигналов усилия штока для различных клапанов, имеющих давление на входе 300 фунтов на кв. дюйм (2,068 МПа) и различные расстояния или длины перемещения штока и коэффициенты падения давления.

[0011] На фиг. 6 приведен график, изображающий гистограмму измеренных сигналов усилий штока при коэффициенте падения давления 0,6 и различных давлениях на входе и расстояниях или длинах перемещения штока.

[0012] На фиг. 7 приведен график, изображающий гистограммы измеренного падения давления в поршне привода клапана в то время, когда наблюдался бафтинг в полевых условиях.

[0013] На фиг. 8 приведено схематическое изображение примера соединительного устройства, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения и прикрепленного к стержню привода и штоку клапана в клапане с поступательным перемещением (например, шток с поступательным перемещением или проходного типа).

[0014] На фиг. 9 приведено схематическое изображение примера соединительного устройства, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения и прикрепленного к стержню привода и валу поворотного клапана.

[0015] На фиг. 10 приведена схема последовательности примера способа для регулирующего клапана в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Далее со ссылкой на фиг. 1 пример технологической установки 10, в которой может быть реализована система обнаружения и устранения неисправностей, включает в себя ряд систем управления и технического обслуживания, взаимосвязанных между собой, вместе с вспомогательным оборудованием, через одну или более сетей связи. В частности, технологическая установка 10 содержит одно или более полевых устройств 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, поддерживающих связь с контроллером 11 технологического процесса. Контроллер 11 технологического процесса связан с обеспечением связи с архивом 12 данных и одной или более рабочих станций 13 пользователя. Архивом 12 данных может служить устройство сбора данных любого требуемого типа, содержащее память любого требуемого типа и программное обеспечение, аппаратные средства или программно-аппаратные средства любого известного или требуемого типа для хранения данных. Более того, хотя архив 12 данных изображен на фиг. 1 в виде отдельного устройства, он может вместо этого или в дополнение к этому являться частью одной из рабочих станций 13 или другого вычислительного устройства, например, сервера. Каждая рабочая станция 13 содержит пользовательский интерфейс 14, облегчающий обмен данными с системой 10 обработки данных. Пользовательский интерфейс 14 может содержать модуль пользовательского интерфейса и одно или более устройств, таких как, например, дисплей, сенсорный экран, клавиатура и мышь.

[0017] Контроллер 11, которым может являться, например, контроллер DeltaV^TM продаваемый компанией Emerson Process Management, соединен с обеспечением связи с рабочими станциями 13 и с архивом 12 данных через сеть 24 связи, например, путем подключения к сети Интернет или Ethernet. В такой конфигурации контроллер 11 может отслеживать полевые устройства 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и/или управлять ими путем подачи сигналов к полевым устройствам 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и к рабочим станциям 13 и приема сигналов от них для управления системой управления технологическим процессом. В более подробном рассмотрении, контроллер 11 технологического процесса системы 10 обработки данных варианта, изображенного на фиг. 1, соединен через аппаратную систему связи с полевыми устройствами 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 с помощью плат 26 и 28 ввода/вывода (I/O)). Полевые устройства 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 показаны связанными с контроллером 11 в режиме обмена данными по схеме аппаратно зафиксированных соединений, которая может включать в себя использование любых требуемых программных, аппаратных и/или программно-аппаратных средств для осуществления передачи по аппаратно зафиксированным каналам, например, передачи по стандартному каналу 4-20 мА и/или любой передачи с использованием любого интеллектуального протокола связи – такого как FOUNDATION^® Fieldbus, HART^® и др.

[0018] Полевыми устройствами 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 могут являться устройства любых типов, такие, как датчики, узлы регулирующих клапанов, передатчики, устройства позиционирования; при этом платами 26, 28 ввода/вывода могут являться устройства ввода/вывода любых типов, соответствующие любому требуемому протоколу связи или протоколу контроллера. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, полевыми устройствами 15, 16, 17, 18 являются устройства стандарта 4-20 мА, осуществляющие связь по аналоговым каналам с платой ввода/вывода 26; при этом цифровыми полевыми устройствами 19, 20, 21, 22 могут являться интеллектуальные устройства, например, коммуникационные устройства HART^® и полевые устройства Fieldbus, осуществляющие связь по цифровой шине с платой 28 ввода/вывода согласно протоколу связи Fieldbus. Естественно, полевые устройства 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 могут соответствовать любому другому требуемому стандарту (стандартам) или протоколам, в том числе, любым стандартам или протоколам, разработанным в будущем.

[0019] Система 10 управления технологическим процессом, изображенная на фиг. 1, содержит также ряд полевых устройств 23, 30, 31, 32, 33, 34 беспроводной связи, установленных на контролируемой и /или управляемой промышленной установке. В качестве полевого устройства 23 показан узел регулирующего клапана, содержащий, например, регулирующий клапан; при этом в качестве полевых устройств 30, 31, 32, 33, 34 изображены передатчики, например, датчики переменных значений параметров процесса. Беспроводная связь может быть установлена между контроллером 11 и полевыми устройствами 23, 30, 31, 32, 33, 34 с использованием любого требуемого оборудования беспроводной связи, включая аппаратные средства, программное обеспечение, программно-аппаратные средства или любое их сочетание, известное или разработанное в будущем. В варианте, показанном на фиг. 1, антенна 25 соединена с узлом 23 регулирующего клапана, чтобы обеспечить беспроводную связь для узла 23 регулирующего клапана. Аналогично, антенна 35 соединена с передатчиком 30 и предназначена упростить для него беспроводную связь, в то время как маршрутизатор беспроводной связи или другой модуль 36, имеющий антенну 37, соединен с передатчиками 31, 32, 33, 34 для обеспечения им скоординированной коллективной беспроводной связи. Полевые устройства 23, 30, 31, 32, 33, 34, 36 или соответствующие им аппаратные средства могут выполнять операции стека протоколов, используемые соответствующим протоколом беспроводной связи, для приема, декодирования, маршрутизации, кодирования и отправки сигналов беспроводной связи через антенны 25, 35, 37 для осуществления беспроводной связи между контроллером 11 технологического процесса и узлом 23 регулирующего клапана и передатчиками 30, 31, 32, 33, 34. Передатчики 30, 31, 32, 33, 34 могут образовывать единственный канал связи между различными датчиками (передатчиками) технологического процесса и контроллером 11 технологического процесса и в этом качестве служат основой для отправки точно выверенных сигналов к контроллеру 11 для обеспечения бесперебойного хода технологического процесса. Передатчики 30, 31, 32, 33, 34, часто именуемые передатчиками значений переменных параметров технологического процесса (process variable transmitters, PVT), могут играть заметную роль в координировании процесса управления в целом.

[0020] Одно или более устройств 40, 41 ввода/вывода функционально связано с контроллером 11 технологического процесса. Каждое устройство ввода/вывода соединено с соответствующей антенной 42, 43, причем устройства ввода/вывода и антенны действуют в качестве передатчиков/приемников для осуществления беспроводной связи с полевыми устройствами 23, 30, 31, 32, 33, 34 беспроводной связи через одну или большее количество сетей беспроводной связи. Для беспроводной связи с полевыми устройствами 23, 30, 31, 32, 33, 34 можно использовать один или большее количество известных протоколов беспроводной передачи, таких, как протокол WirelessHART^® протокол Ember, протокол WiFi, IEEE-стандарт беспроводной связи и др. Более того, устройства ввода/вывода 40, 41 могут реализовывать стековые операции протоколов, используемые этими протоколами связи для получения, декодирования, маршрутизации, кодирования и отправки беспроводных сигналов посредством антенн 42, 43 для реализации беспроводной связи между контроллером 11 и узлом регулирующего клапана 23 и передатчиками 30, 31, 32, 33, 34.

[0021] Узел 23 регулирующего клапана может получать управляющие сигналы от контроллера 11, чтобы влиять на физические параметры, например, на поток, внутри технологического процесса в целом. Кроме того, узел 23 регулирующего клапана может в качестве части своей работы выдавать результаты измерений, выполненных датчиками внутри узла 23 регулирующего клапана, или другие данные, сформированные или вычисленные узлом 23 регулирующего клапана, контроллеру 11. Как показано на фиг. 1, контроллер 11 обычно содержит процессор 44, который реализует одну или большее количество стандартных программ 45 диагностики и/или управления технологическим процессом (или любой модуль, блок или подпрограмму такой программы), хранящихся в памяти 46, или контролирует их выполнение. Стандартные программы 45 диагностики и/или управления технологическим процессом, хранящиеся в памяти 46, могут включать в себя циклы управления, реализуемые в рамках работы промышленной установки, или могут быть связаны с ними. В целом и в пределах хорошо известных сведений контроллер 11 технологического процесса выполняет одну или большее количество стандартных управляющих программ 45 и взаимодействует с полевыми устройствами 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 34, пользовательскими рабочими станциями 13 и архивом 12 данных для управления технологическим процессом в любой требуемой форме.

[0022] Работоспособность и пригодность к эксплуатации полевых устройств 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 34 и, в конечном счете, производительность системы обработки данных может испытывать отрицательное влияние нескольких факторов. Для полевых устройств, например, узла управляющего клапана, разрегулировка потока и/или настройки может возникать вследствие утечки, деформирования /или вибрации клапана. Для отслеживания работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана могут отслеживаться и/или измеряться один или более параметров управляющего клапана, связанных с одним или более неблагоприятных факторов. На фиг. 2 изображен один вариант осуществления соединительного устройства 200, используемого для способствования отслеживанию и/или измерению параметров работоспособности управляющего клапана. Соединительное устройство 200 соединяет стержень 202 привода со штоком клапана или валом 204 клапана. То есть, в зависимости от типа отслеживаемого клапана, соединительное устройство 200 соединяет стержень 202 привода со штоком клапана в клапане с поступательным перемещением, например, в клапане с поступательным движением штока или клапане проходного типа; а для клапана поворотного типа соединительное устройство 200 соединяет стержень 202 привода с валом клапана.

[0023] Параметры клапана, связанные с одним или более факторов, которые неблагоприятно влияют на характеристики клапана, включают, помимо прочего, усилие штока (в клапане с поступательным перемещением штока или проходного типа) и динамический крутящий момент (в. поворотном клапане); утечку через клапан; деформацию; вибрацию из-за разрегулировки потока и/или компонентов настройки; и вибрацию или неудовлетворительное управление перемещением, вызванное разрегулировкой или повреждением в компонентах цепи привода. Датчики, находящиеся в соединительном устройстве 200 или возле него, могут собирать и/или передавать информацию, соответствующую одному или более таких параметров и подавать информацию, например, к управляющему процессору 206, аналогичному контроллеру 11 на фиг. 1, для обработки и/или предупреждения персонала по управлению ресурсами и/или управлению. Датчики соединены с обеспечением связи с модулем 208 связи, в котором информация, полученная от датчиков, может сохраняться, анализироваться и/или передаваться посредством проводной или беспроводной связи к контроллеру 206 или некоторому другому процессору на основе устройства, являющегося либо локальным, либо удаленным. Некоторые примеры датчиков, которые могут быть сгруппированы в соединительном устройстве 200 и/или возле него и используются контроллером и/или модулем 208 связи для отслеживания работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, включают в себя датчик 210 вибрации, датчик 212 излучения звука и/или датчик 214 усилия штока или момента кручения вала.

[0024] Датчик 210 вибрации может способствовать диагностике работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, и/или рабочей среды путем создания сигнала к контроллеру, который содержит информацию, относящуюся к вызванной потоком вибрации и разрегулировке внутренних компонентов клапана. В одном варианте осуществления датчик 210 вибрации может быть акселерометром, объединенным с соединительным устройством 200 и соединенным с обеспечением связи с контроллером 206 промышленной установки.

[0025] Датчик 212 излучения звука способствует диагностике работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, и/или рабочей среды путем создания сигнала, содержащего информацию, относящуюся к отслеживанию утечки клапана, целостности штока и/или вала, целостности других компонентов цепи привода и состоянием внутренней подстройки. В одном варианте осуществления датчик 212 излучения звука расположен вблизи или возле плоского конца штока клапана или вала 204 клапана. В данной конфигурации шток/вал 204 клапана и соединенный элемент

[0026] Датчик 214 усилия штока или крутящего момента вала способствует диагностика работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, и/или рабочей среды, благодаря возможности выполнения измерений усилия штока или момента кручения вала. Легкодоступные измерения, которые могут быть собраны при относительно низких уровнях сбора данных, включают в себя по меньшей мере измерения усилия на седле клапана, крутящего момента на седле клапана и трения. Дополнительные диагностические измерения, которые могут быть выполнены с использованием более высоких частот дискретизации, включают в себя динамическое усилие штока, связанное со стабильностью потока в управляющем клапане.

[0027] Эмпирический анализ информации, полученной от одного или более датчиков 210, 212, 214, показывает, что динамическое усилие штока может быть мерой стабильности потока в корпусе клапана. Например, динамическое усилие штока было измерено на 12-дюймовом (304,8 мм) клапане, как известно, имеющем нестабильное поведение в некоторых вариантах применения. Измеренное динамическое усилие штока, в зависимости от входного давления, перемещения штока, типа гнезда, типа запорного элемента и коэффициента падения давления демонстрирует изменяющееся наличие нестабильности. Нестабильность является следствием давления на открытых поверхностях запорного элемента клапана.

[0028] На фиг. 3 приведен график, иллюстрирующий измеренное усилие штока для 12-дюймового клапана, имеющего 11-дюймовый (279,4 мм) клапанный канал и длинную шейку с перемещением штока до 8 дюймов (203,2 мм). Клапан был выполнен с расположением восходящего потока с входным давлением 300 фунтов на кв. дюйм (pound-per-square inch, psi) (2,068 МПа). Полное время испытаний составляло 20 секунд, и измерения в течение первых 15 секунд испытаний показаны на графике.

[0029] На фиг. 4 приведен график, отображающий гистограммы сигналов усилий за время, изображенных на фиг. 3, но за полные 20 секундные испытания. Гистограмму используют для определения масштабной вероятности, так что за любой промежуток времени во время испытаний усилие штока будет иметь определенное значение усилия. Гистограмма, показанная на фиг. 4, показывает, что при полном перемещении штока (например, 8 дюймов), усилие изменяется в широких пределах по большому диапазону, и имеются два основных значения усилия, где имеются пики вероятности. Для 50% перемещения штока (4 дюйма (101,6 мм)) и 20% перемещения штока (1,6 дюйма (40,64 мм)), усилие является стабильным, хотя при различных средних значениях.

[0030] На фиг. 5 показаны дополнительные результаты, полученные для входного давления 300 фунтов на кв. дюйм для изменений перемещения штока и коэффициента падения давления. Результаты показали два главных стабильных усилия, первое главное стабильное усилие примерно при 170-180 фунт-сила (0,7562-0,8007 кН) и второе главное стабильное усилие примерно при 100-120 фунт-сила (0,4448-0,5338 кН). В примерах 50% перемещения штока (4 дюйма) и 20% перемещения штока (1,6 дюйма), усилие стабильно, колеблясь вблизи среднего значения и в двух различных точках. Для случая полного 100% перемещения штока (8 дюймов) и коэффициента падения давления 0,2 усилие сосредоточено в первой основной стабильной точке, но также включает в себя большое количество колебаний по сравнению с меньшими расстояниями перемещения штока. Затем при более высоких коэффициентах падания давления (0,4; 0,6 и 0,8), усилие штока изменяется между двумя основными стабильными точками и имеет гораздо более широкий диапазон колебаний. Эти результаты иллюстрируют, как статическое усилие, а также стабильность связаны и являются функцией расстояния (или длины) перемещения клапана и коэффициента падения давления. В частности, на фиг. 6 показаны данные гистограммы усилия штока, показанные на фиг. 5, с коэффициентом падения давления 0,6 и входным давлением 300 фунтов на кв. дюйм, вместе с данными входных давлений 100 фунтов на кв. дюйм (0,6895 МПа) и 200 фунтов на кв. дюйм (1,379 МПа) и коэффициенте падения давления 0,6. Результаты, приведенные на фиг. 6, показывают, что существует аналогичная схема стабильных и нестабильных состояний усилия штока, когда перемещение штока изменяется при каждом входном давлении клапана.

[0031] Измерение динамического усилия штока требует средств для создания временного сигнала, который представляет усилие штока. Затем перед обработкой временного сигнала получают цифровую форму данного временного сигнала. Измерение усилия штока может быть выполнено несколькими способами. Например, один прямой метод должен включать в себя датчик усилия в штоке клапана. Другой метод включает в себя измерение деформации на штоке клапана или стержне привода. Еще один метод включает в себя измерение разности давления через диафрагму или поршень привода. Какая-либо измеренная разность давления связана с усилием штока, хотя также включая в себя динамику объемов газа в месте, где измеряют давление.

[0032] В одном примере измерения усилия штока, используя разность давления в приводе, давление на каждой стороне поршня привода измеряли на полевом клапане, на котором, как известно, наблюдался бафтинг. Для отслеживания привода использовали стандартную систему возбуждения, измеряли данные, вычисляли разность давления и вычисляли гистограмму. Результирующая гистограмма представлена на фиг. 7 и отображает две стабильные точки, аналогично наблюдаемые при лабораторных измерениях усилия штока. Таким образом, вполне вероятно, что динамическое усилие штока, измеренное по разности давления на диафрагме или поршне привода, может быть использовано для оценки среднего усилия штока, а также оценки стабильности потока в клапане.

[0033] Один вариант осуществления настоящего изобретения, относящийся к измерению работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, показан на фиг. 8. Соединительное устройство 800 клапана для узла клапана с поступательным перемещением штока, которое частично показано на чертеже, соединяет шток 802 клапана и стержень 804 привода. Соединительное устройство 800 может включать в себя один или более примеров датчиков типов, описанных выше, в соединительном устройстве штока, которые передают выходной сигнал привода для управления штоком 802 клапана. Соединительное устройство 800, которое может содержать первую часть и вторую часть, неподвижно закреплено около конца стержня 804 привода и около конца штока 802 клапана. Первая и вторая части соединительного устройства 800 могут быть прикреплены к стержню 804 привода и штоку 802 клапана посредством болта, зажима или любого другого механизма 806 крепления, способного функционально крепить соединительное устройство 802 к стержню 804 привода и штоку 802 клапана. Внутри и/или снаружи соединительного устройства 800 встроен модуль 808 связи, соединенный с обеспечением связи с одним или более датчиков, используемых для отслеживания работоспособности, оставшегося эксплуатационного ресурса и/или рабочей среды узла клапана и/или одного и/или более компонентов узла клапана. Модуль 808 связи может быть соединен посредством проводной или беспроводной связи с системой управления, показанной на фиг. 1.

[0034] Одним из типов датчика, который может быть объединен с соединительным устройством 800, является датчик 810 усилия. Датчик 810 усилия штока может включать в себя пьезоэлектрический датчик усилия или тензометр и способен получать информацию, связанную с работоспособностью и или оставшимся эксплуатационным ресурсом узла клапана и/или одним и/или более компонентов узла клапана. Некоторые измерения могут включать в себя по меньшей мере измерения усилия на седле клапана и трения, которые могут быть собраны при относительно низких скоростях сбора данных. Если используют более высокие частоты дискретизации, может быть возможным дополнительное отслеживание, измерение и/или диагностика, например, возможность измерения динамического усилия штока, которое затем может быть связано со стабильностью потока в управляющем клапане.

[0035] В другом варианте осуществления пьезоэлектрический датчик, используемый в качестве датчика усилия штока при измерении усилия штока, может быть использован для аккумулирования энергии. Применение аккумулирования энергии может быть больше применимо к клапанам, которые часто корректируют или изменяют положения, поскольку аккумулированная энергия будет получена от реверсирования в направлении усилия. Энергия может также аккумулироваться от рабочей среды узла клапана, такой как вибрация или нагревание. Аккумулированная энергия может быть использована для зарядки батарей, используемых для диагностических и/или прогностических датчиков или для питания функций низкого уровня в узле управляющего клапана.

[0036] Дополнительные типы датчиков, которые могут быть объединены с соединительным устройством 800, включают в себя датчик 812 вибрации и датчик 814 излучения звука. В одном варианте осуществления датчик 812 вибрации включает в себя акселерометр, который может обеспечивать информацию, связанную с потоком, вызываемым вибрацией и разрегулировкой внутренних компонентов клапана. Датчик 814 излучения звука может отслеживать утечку через клапан, целостность штока-вала и состояние внутренней настройки. Датчик 814 излучения звука может быть расположен вблизи плоского конца штока 802 клапана. При установке в данной конфигурации шток клапана и соединенный с ним элемент настройки действуют как волновод для излучения звука и способствуют передаче необходимого сигнала из обычно недоступной полости корпуса клапана.

[0037] Другой вариант осуществления настоящего изобретения, относящийся к измерению работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, показан на фиг. 9. Соединительное устройство 900 клапана для клапана поворотного типа, которое частично показано на чертеже, соединяет шток 902 привода и вал 904 клапана. Соединительное устройство 900 может включать в себя один или более примеров датчиков типов, описанных выше, в плече рычага, который передает выходной сигнал привода для управления валом 904 клапана. Соединительное устройство 900, которое может содержать первую часть и вторую часть, неподвижно закреплено около конца стержня 902 привода и около конца вала 904 клапана. Первая и вторая части соединительного устройства 900 могут быть прикреплены к стержню 902 привода и валу 904 клапана посредством болта, зажима или любого другого механизма 906 крепления, способного функционально крепить соединительное устройство 900 к стержню 902 привода и валу 904 клапана. Встроенный внутри и/или снаружи соединительного устройства 900 модуль 908 связи, соединен с обеспечением связи с одним или более датчиков, используемых для отслеживания работоспособности, оставшегося эксплуатационного ресурса и/или рабочей среды узла клапана и/или одного и/или более компонентов узла клапана. Модуль 908 связи может быть соединен посредством проводной или беспроводной связи с системой управления, показанной на фиг. 1.

[0038] Одним из типов датчика, который может быть объединен с соединительным устройством 900, является датчик 910 крутящего момента вала. Датчик 910 крутящего момента вала может включать в себя пьезоэлектрический датчик момента кручения или тензометр и способен получать информацию, связанную с работоспособностью и или оставшимся эксплуатационным ресурсом узла клапана и/или одним и/или более компонентов узла клапана. Некоторые измерения могут включать в себя по меньшей мере измерения крутящего момента на седле клапана и трения, которые могут быть собраны при относительно низких скоростях сбора данных. Если используют более высокие частоты дискретизации, может быть возможным дополнительное отслеживание, измерение и/или диагностика, такое как возможность измерения динамического усилия штока, которое затем может быть связано со стабильностью потока в управляющем клапане.

[0039] В другом варианте осуществления пьезоэлектрический датчик, используемый в качестве датчика крутящего момента вала при измерении крутящего момента вала, может быть использован для аккумулирования энергии. Применение аккумулирования энергии может быть больше применимо к клапанам, которые часто корректируют или изменяют положения, поскольку аккумулированная энергия будет получена от реверсирования в направлении усилия. Энергия может также аккумулироваться от рабочей среды узла клапана, такой как вибрация или нагревание. Аккумулированная энергия может быть использована для зарядки батарей, используемых для диагностических и/или прогностических датчиков или для питания функций низкого уровня в узле управляющего клапана.

[0040] Дополнительные типы датчиков, которые могут быть объединены с соединительным устройством 900, включают в себя датчик 912 вибрации и датчик 914 излучения звука. В одном варианте осуществления датчик 912 вибрации включает в себя акселерометр, который может обеспечивать информацию, связанную с потоком, вызываемым вибрацией и разрегулировкой внутренних компонентов клапана. Датчик 914 излучения звука может отслеживать утечку через клапан, целостность штока-вала и состояние внутренней настройки. Датчик 914 излучения звука может быть расположен вблизи плоского конца вала 904 клапана. При установке в данной конфигурации вал 904 поворотного клапана и соединенный элемент настройки действует как волновод для излучения звука и способствует передаче необходимого сигнала из обычно недоступной полости корпуса клапана.

[0041] Схема 1000 последовательности примера способа измерения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса полевого устройства и/или одного или более компонентов полевого устройства, например, узла управляющего клапана, реализованная в системе обработки данных, изображенной на фиг. 1, показана на фиг. 10. Способ может быть интегрирован в один или более модулей, сохраняемых в памяти, и может быть выполнен на одном или более процессоров контроллера или соединительного устройства узла управляющего клапана. Измеряются один или более параметров клапана, относящихся к работоспособности, эксплуатационным ресурсом и/или рабочей среде узла управляющего клапана, (этап 1002). Один или более датчиков с проводной или беспроводной связью могут быть использованы для способствования измерениям параметров клапана, включая по меньшей мере: датчик усилия штока, датчик крутящего момента вала, акустический датчик, датчик усилия на седле клапана, датчик крутящего момента на седле клапана и датчик вибрации. Информация о параметрах клапана, полученная одним или более датчиков, может накапливаться в запоминающем устройстве и, в конечном итоге, передаваться к контроллеру (этап 1004). Контроллер обрабатывает один или более из полученных параметров клапана и определяет работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана (этап 1006). Определение работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла клапана может включать в себя вычисление или составление уравнения оценки или показателя, соответствующего определенной работоспособности и/или оставшемуся эксплуатационному ресурсу клапана и/или компонента клапана. Оценка или показатель работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса клапана и/или компонента клапана может быть выведена к устройству, способному сохранять оценку или показатель и/или создавать сигнал, отображающий работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана (этап 1008). Созданный сигнал может включать в себя звуковой и/или визуальный компонент.

[0042] В другом варианте осуществления настоящего изобретения способ может включать в себя аккумуляцию энергии от компонента параметра клапана, который отслеживается, распознается и/или измеряется. В одной конфигурации пьезоэлектрический датчик, используемый в качестве датчика для измерения усилия штока или крутящего момента вала, может способствовать аккумуляции энергии от клапана. Энергия может также аккумулироваться от рабочей среды узла клапана, такой как вибрация или нагревание. Аккумулированная энергия может быть использована для питания функций низкого уровня в узле управляющего клапана и/или зарядки батарей, используемых для датчиков.

[0043] Из приведенного выше описания очевидно, что рабочая среда, работоспособность, оставшийся эксплуатационный ресурс и пригодность к эксплуатации полевого устройства и/или его компонента, например, узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, могут быть эффективно измерены путем объединения одного или более датчиков с соединительным устройством для отслеживания характеристик клапана, диагностики работоспособности клапана и/или прогнозирования оставшегося эксплуатационного ресурса узла клапана и/или одного или более компонентов узла клапана, как описано в настоящем документе.

[0044] Несмотря на то, что в данном документе описаны определенные примеры способов, устройств и готовых изделий, область действия данного патента ими не ограничивается. Наоборот, данный патент охватывает все способы, устройства и изделия, явно подпадающие под объем защиты прилагаемой формулы, буквально или согласно доктрине эквивалентов.

[0045] В данном описании множественные примеры могут реализовать компоненты, операции или структуры, описанные как единичные примеры. Хотя индивидуальные операции одного или большего числа способов проиллюстрированы и описаны как отдельные операции, одна или большее число индивидуальных операций может выполняться одновременно, и никакие обстоятельства не требуют, чтобы операции выполнялись именно в проиллюстрированном порядке, за исключением конкретно указанных случаев. Конструкции и функциональные средства, присутствующие как отдельные компоненты в иллюстративных конфигурациях, могут быть реализованы в виде комбинированной конструкции или компонента. Аналогично, конструкции и функции, представленные в виде отдельного компонента, могут быть выполнены в виде отдельных компонентов. Эти и другие варианты, модификации, добавления и усовершенствования находятся в пределах объема представленного здесь предмета изобретения.

[0046] Кроме того, определенные варианты осуществления описаны здесь, как включающие логические устройства либо ряд программ, подпрограмм, прикладных программ, или команд. Они могут образовывать как программные средства (например, код, реализованный на машиночитаемом носителе информации), так и аппаратные средства. В аппаратных средствах, программах и т. п. физические блоки способны выполнять определенные операции и могут быть определенным способом скомпонованы или размещены. В вариантах осуществления одна или более вычислительных систем (например, автономная, клиентская или клиентская, или серверная компьютерная система) или один или более аппаратных модулей вычислительной системы (например, процессор или группа процессоров) могут быть конфигурированы с помощью программного обеспечения (например, приложения или части приложения) как аппаратный модуль, который действует для выполнения определенных операций, как описано в настоящем документе.

[0047] В различных вариантах осуществления аппаратный модуль может быть выполнен в виде механического или электронного устройства. Например, аппаратный модуль может содержать специализированную электронную или логическую схему, сконфигурированную на постоянной основе (например, в виде специализированного процессора, такого, как программируемая пользователем вентильная матрица FPGA) или заказная специализированная интегральная схема (ASIC)) для выполнения определенных операций. Аппаратный модуль может также содержать программируемый алгоритм или схему (например, находящуюся внутри процессора общего назначения или другого программируемого процессора), которую временно настраивают при помощи программного обеспечения для выполнения определенных операций. Следует понимать, что решение реализовать аппаратный модуль механически, в выделенной и сконфигурированной на постоянной основе схеме или во временно сконфигурированной схеме (например, сконфигурированной при помощи программного обеспечения), может быть обусловлено факторами затрат и времени.

[0048] Соответственно, термин «аппаратный модуль» следует понимать как охватывающий материальную единицу, будь то созданную физически, настроенную на длительное время (например, аппаратно-реализованную), либо временно настроенную (например, запрограммированную) для работы определенным образом или для выполнения определенных операций, описанных в контексте данного изобретения. С учетом вариантов реализации изобретения, в которых аппаратные модули временно настроены (например, запрограммированы), не обязательно, чтобы каждый из аппаратных модулей был настроен или подвергнут обработке в какой-либо момент времени. Например, когда аппаратные модули содержат процессор общего назначения, настроенный с помощью программного обеспечения, процессор общего назначения может быть настроен как соответствующие различные аппаратные модули в разные периоды времени. Программное обеспечение может соответственно настроить процессор, например, для того, чтобы создать конкретный аппаратный модуль в определенный момент времени и создать другой аппаратный модуль в другой момент времени.

[0049] Аппаратные модули могут предоставлять информацию другим аппаратным модулям и получать от них информацию. Соответственно, описанные аппаратные модули могут рассматриваться как подключенные через каналы передачи данных. Когда несколько таких аппаратных модулей существуют одновременно, связь может быть достигнута посредством передачи сигнала (например, через соответствующие схемы и шины), что соединяет аппаратные модули. В вариантах осуществления изобретения, в которых несколько аппаратных модулей настроены или подвергнуты обработке в разные моменты времени, связь между такими аппаратными модулями может быть достигнута, например, путем хранения и поиска информации в структурах памяти, к которым имеют доступ множественные аппаратные модули. Например, один аппаратный модуль может выполнить операцию и сохранить выходные данные этой операции в запоминающем устройстве, к которому он подключен через каналы передачи данных. Затем дополнительный аппаратный модуль может спустя некоторое время иметь доступ к запоминающему устройству для получения и обработки сохраненных выходных данных. Аппаратные модули могут также инициировать связь с устройствами ввода или вывода и могут работать на каком-либо ресурсе (например, сборе информации).

[0050] Различные операции типовых способов, описанных в контексте данного изобретения, могут быть выполнены, по меньшей мере частично одним или более процессорами, которые временно настроены (например, при помощи программного обеспечения) или настроены на длительное время для выполнения соответствующих операций. Независимо от того, настроены такие процессоры временно или на длительное время, они могут представлять собой реализуемые посредством процессора модули, работающие для выполнения одной или более операций или функций. Модули, указанные в контексте данного изобретения, в некоторых типовых вариантах реализации изобретения могут включать модули, реализуемые посредством процессора.

[0051] Аналогично, способы или программы, описанные в контексте данного изобретения, могут быть по меньшей мере частично реализованы посредством процессора. Например, по меньшей мере некоторые операции способа могут выполняться одним или более процессорами или модулями реализуемого посредством процессоров аппаратного обеспечения. Выполнение определенных операций может быть распределено между одним или большим числом процессоров, не только находящихся в одной машине, но и используемых на нескольких машинах. В некоторых типовых вариантах осуществления изобретения процессор или процессоры могут находиться в одном месте (например, в домашней обстановке, офисе, мобильной платформе или в виде группы серверов), в то время как в других вариантах реализации изобретения процессоры могут быть распределены по нескольким местам.

[0052] Выполнение определенных операций может быть распределено между одним или большим числом процессоров, не только находящихся в одной машине, но и используемых на нескольких машинах. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления изобретения один или более процессоров или модулей реализуемых посредством процессоров могут быть расположены в одном географическом местоположении (например, в домашней обстановке, офисе, мобильной платформе или в виде группы серверов). В других иллюстративных вариантах осуществления изобретения один или более процессоров или модулей реализуемых посредством процессоров могут быть распределены по нескольким географическим местоположениям.

[0053] Если специально не оговорено иное, обсуждение в настоящей заявке с использованием таких слов как «обработка», «вычисление», «расчет», «определение», «представление», «вывод на экран», «идентификация», «прогнозирование», «анализ» и тому подобное, может относиться к действиям или процессам в машине (например, компьютере), которая использует в своих целях или преобразовывает данные, представленные как физические (например, электронные, магнитные или оптические) величины внутри одного или большего числа запоминающих устройств (например, энергозависимого запоминающего устройства, энергонезависимого запоминающего устройства или их сочетания), регистров или других узлов машины, которые получают, сохраняют, передают или выводят информацию на экран.

[0054] Стоит отметить, что любая ссылка на «один вариант осуществления изобретения» или на «вариант осуществления изобретения» означает, что конкретный признак, особенность, структура или характеристика, описанная в связи с вариантом осуществления изобретения, включены по меньшей мере в один вариант осуществления изобретения. Появление выражения «в одном варианте осуществления изобретения» в различных местах по всему описанию изобретения не обязательно предполагает ссылку на один и тот же вариант осуществления изобретения.

[0055] Некоторые варианты осуществления могут быть описаны с использованием выражений «соединенные» и «связанные» вместе со своими производными. Например, некоторые варианты осуществления изобретения могут быть описаны посредством термина «соединенные», чтобы указать, что два или большее число элементов находятся в прямом физическом или электрическом контакте. Хотя термин «связан», может также означать, что два или более элементов не находятся в прямом контакте друг с другом, но тем не менее по-прежнему действуют совместно или взаимодействуют друг с другом. В этом контексте варианты осуществления изобретения не ограничены.

[0056] Использованные здесь термины «содержит», «содержащий», «включает в себя», «включающий в себя», «имеет», «имеющий» или любые другие их варианты предназначены для охвата неисключительного включения. Например, процесс, способ, изделие или устройство, которое содержит перечень элементов, не обязательно ограничен только этими элементами, но может содержать другие элементы, не явно перечисленные или присущие такому процессу, способу, изделию или устройству. Кроме того, если явно не указано противоположное, «или» относится к включающему «или», а не к исключающему «или». Например, условие A или B удовлетворяется одним из следующих утверждений: А истинно (или присутствует), а В ложно (или не присутствует), А ложно (или не присутствует), а В истинно (или присутствует), и А и В вместе истинны (или присутствуют).

[0057] Кроме того, использование неопределенных артиклей «a» или «an» в англоязычном оригинале применяется для описания элементов и компонентов вариантов реализации изобретения в настоящей заявке. Это сделано для удобства и для придания описанию широкого смысла. В настоящем описании и последующей формуле изобретения следует понимать, что один или по меньшей мере один и единственное число также подразумевает множественное число, если только не очевидно, что такой термин означает иное.

[0058] Кроме того, исключительно в иллюстративных целях, чертежи изображают предпочтительные варианты осуществления системы и способа управления полевым устройством, например, управляющим клапаном. Из приведенного выше описания специалист в данной области техники без труда поймет, что альтернативные варианты реализации конструкций и способов, проиллюстрированных в данной заявке, могут быть использованы без отхода от основных положений, изложенных в данной заявке.

[0059] Разумеется, применения и преимущества систем, способов и методов, описанных в настоящей заявке, не ограничиваются только приведенными выше примерами. При использовании систем, способов и методик, описанных в настоящей заявке, возможны многие другие применения и преимущества.

[0060] Также должно быть понятно, что, если только термин не определен в явном виде в этом патенте с использованием предложения «Для целей настоящего изобретения термин «____», таким образом, определен как означающий...» или аналогичного предложения, здесь нет намерения ограничить значение такого термина, в явном виде или косвенно, вне его общепринятого или обычного значения, и такой термин не должен интерпретироваться как ограниченный по применению на основании любого утверждения, сделанного в любом разделе настоящего патента (за исключением формулировки формулы изобретения). В той степени, в какой любой термин, содержащийся в формуле изобретения в конце этого патента, упоминается в этом патенте в смысле, совместимом с единственным значением, это делается только с целью ясности изложения, так, чтобы не смутить читателя, и не подразумевается, что такой термин формулы изобретения будет ограничен, косвенно или иным способом, этим единственным значением. Наконец, если только элемент формулы изобретения не определяется упоминанием слова «означает» и функцией без описания любой структуры, то не подразумевается, объем притязаний любого элемента формулы изобретения будет интерпретироваться на основе заявки согласно разделу 35 Кодекса законов США, § 112(f) и/или разделу 35 предварительного Закона об изобретениях США Кодекса законов США, § 112, шестой пункт.

[0061] Кроме того, хотя приведенный ниже текст излагает подробное описание многочисленных различных вариантов реализации изобретения, следует понимать, что объем притязаний формулы изобретения определяется описанием формулы изобретения, изложенной в заключительной части этого патента. Подробное описание следует рассматривать только как иллюстративное, а не такое, которое описывает каждый возможный вариант реализации изобретения, поскольку описание каждого возможного варианта реализации изобретения было бы непрактичным или даже невозможным. Многочисленные альтернативные варианты реализации изобретения могут быть реализованы с применением либо современной технологии, либо технологии, разработанной после даты подачи данного патента, которая все еще попадает под объем формулы изобретения. В качестве примера, но не ограничения, описание изобретения в настоящей заявке подразумевает по меньшей мере следующие аспекты:

[0062] Аспект 1: Система, содержащая управляющий клапан, привод и соединительный компонент, выполненный с возможностью передачи механической мощности привода на вход управляющего клапана, при этом соединительный компонент, содержит один или более датчиков, измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

[0063] Аспект 2: Система согласно аспекту 1, в которой управляющий клапан представляет собой клапан с поступательным перемещением штока или клапан проходного типа, а соединительный компонент представляет собой соединительный элемент штока.

[0064] Аспект 3: Система согласно аспекту 1, в которой управляющий клапан представляет собой поворотный клапан, а соединительный компонент представляет собой плечо рычага.

[0065] Аспект 4: Система согласно любому из аспектов 1-3, в которой один или более датчиков включает в себя акселерометр.

[0066] Аспект 5: Система согласно любому из аспектов 1-4, в которой один или более датчиков включает в себя датчик излучения звука.

[0067] Аспект 6: Система согласно аспекту 5, в которой датчик излучения звука расположен на плоском конце входа в управляющий клапан, так что вход в управляющий клапан действует как волновод для излучения звука, передающий акустическую энергию из полости в управляющем клапане к датчику излучения звука.

[0068] Аспект 7: Система согласно любому из аспектов 1-6, в которой один или более датчиков включает в себя датчик усилия штока.

[0069] Аспект 8: Система согласно любому из аспектов 1-7, в которой один или более датчиков включает в себя датчик крутящего момента вала.

[0070] Аспект 9: Система согласно любому из аспектов 7 или 8, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя усилие на седле клапана или крутящий момент на седле клапана.

[0071] Аспект 10: Система согласно любому из аспектов 7-9, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя измерение трения.

[0072] Аспект 11: Система согласно любому из аспектов 7-10, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя динамическое усилие штока.

[0073] Аспект 12: Система согласно аспекту 11, в которой один или более параметров относится к стабильности потока в управляющем клапане.

[0074] Аспект 13: Система согласно любому из аспектов 1-12, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя усилие штока для клапана с поступательным перемещением штока или динамический крутящий момент для поворотного клапана.

[0075] Аспект 14: Система согласно любому из аспектов 1-13, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя деформацию.

[0076] Аспект 15: Система согласно любому из аспектов 1-14, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя вибрацию вследствие разрегулировки потока и/или настройки.

[0077] Аспект 16: Система согласно любому из аспектов 1-15, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя утечку через клапан.

[0078] Аспект 17: Система согласно одному из аспектов 1-16, дополнительно содержащая модуль для сбора и обработки одного или более параметров для определения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

[0079] Аспект 18: Система согласно аспекту 17, в которой модуль для сбора и обработки одного или более параметров является частью цифрового контроллера клапана.

[0080] Аспект 19: Система согласно любому из аспектов 17 или 18, в которой соединительный компонент содержит модуль беспроводной связи, выполненный с возможностью обмена данными посредством стандарта беспроводной связи или любого другого протокола беспроводной связи с модулем для сбора и обработки одного или более параметров.

[0081] Аспект 20: Система согласно любому из аспектов 1-19, в которой один или более датчиков реализует устройство, один из примеров которого является пьезоэлектрическим устройством, генерирующим энергию, возникающую при включении управляющего клапана и/или среды, через соединительный компонент.

[0082] Аспект 21: Соединительное устройство клапана, содержащее первую часть, выполненную с возможностью соединения с приводным штоком привода, вторую часть, выполненную с возможностью соединения с перемещаемым компонентом управляющего клапана, и один или более датчиков, измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

[0083] Аспект 22: Соединительное устройство клапана согласно аспекту 21, в котором управляющий клапан представляет собой клапан с поступательным перемещением штока или клапан проходного типа, подвижный компонент является штоком клапана, а вторая часть выполнена с возможностью соединения со штоком клапана.

[0084] Аспект 23: Соединительное устройство клапана согласно аспекту 21, в котором управляющий клапан представляет собой поворотный клапан, подвижный компонент является поворотным валом, а вторая часть выполнена с возможностью соединения с поворотным валом.

[0085] Аспект 24: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-23, в котором один или более датчиков включает в себя акселерометр.

[0086] Аспект 25: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-24, в котором один или более датчиков включает в себя датчик излучения звука.

[0087] Аспект 26: Соединительное устройство клапана согласно аспекту 25, в котором датчик излучения звука расположен на плоском конце подвижного компонента управляющего клапана, так что подвижный компонент управляющего клапана действует как волновод для излучения звука, передающий акустическую энергию из полости в управляющем клапане к датчику излучения звука.

[0088] Аспект 27: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-26, в котором один или более датчиков включает в себя датчик усилия штока.

[0089] Аспект 28: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-27, в котором один или более датчиков включает в себя датчик момента кручения вала.

[0090] Аспект 29: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 27 или 28, в котором один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя усилие на седле клапана или крутящий момент на седле клапана.

[0091] Аспект 30: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 27-29, в котором один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя измерение трения.

[0092] Аспект 31: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 27-30, в котором один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя динамическое усилие штока.

[0093] Аспект 32: Соединительное устройство клапана согласно аспекту 31, в котором один или более параметров относится к стабильности потока в управляющем клапане.

[0094] Аспект 33: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-32, в котором один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя усилие штока для клапана с поступательным перемещением штока или динамический крутящий момент для поворотного клапана.

[0095] Аспект 34: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-33, в котором один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя деформацию.

[0096] Аспект 35: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-34, в котором один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя вибрацию вследствие разрегулировки потока и/или настройки.

[0097] Аспект 36: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-35, в котором один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя утечку через клапан.

[0098] Аспект 37: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-36, дополнительно содержащее модуль беспроводной связи, выполненный с возможностью обмена данными посредством стандарта беспроводной связи с модулем, который собирает и/или обрабатывает один или более параметров для определения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

[0099] Аспект 38: Соединительное устройство клапана согласно аспекту 37, в котором модуль, с помощью которого модуль беспроводной связи выполнен с возможностью обмена данными, является частью цифрового контроллера клапана.

[0100] Аспект 39: Соединительное устройство клапана согласно любому из аспектов 21-38, в котором один или более датчиков реализует пьезоэлектрическое устройство, генерирующее энергию, возникающую при включении управляющего клапана и/или рабочей среды, через соединительный элемент клапана.

[0101] Аспект 40: Способ измерения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, включающий в себя измерение посредством одного или более датчиков в соединительном устройстве клапана, соединяющем привод с управляющим клапаном, одного или более параметров, и передачу измеренного одного или более параметров к модулю, выполненному с возможностью сбора и обработки одного или более параметров, для определения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

[0102] Аспект 41: Способ согласно аспекту 40, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение одного или более параметров посредством акселерометра.

[0103] Аспект 42: Способ согласно аспекту 40 или 41, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение одного или более параметров посредством датчика излучения звука.

[0104] Аспект 43: Способ согласно аспекту 42, дополнительно включающий в себя реализацию датчика излучения звука таким образом, что датчик излучения звука расположен на плоском конце входа в управляющий клапан, так что вход в управляющий клапан действует в качестве волновода для излученных звуков, передающего акустическую энергию из полости в управляющем клапане к датчику акустического излучения.

[0105] Аспект 44: Способ согласно любому из аспектов 40-43, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение одного или более параметров посредством датчика усилия штока.

[0106] Аспект 45: Способ согласно любому из аспектов 40-44, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение одного или более параметров посредством датчика крутящего момента вала.

[0107] Аспект 46: Способ согласно любому из аспектов 44 или 45, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение усилия на седле клапана или крутящего момента на седле клапана.

[0108] Аспект 47: Способ согласно любому из аспектов 44-46, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение трения.

[0109] Аспект 48: Способ согласно любому из аспектов 44-47, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение динамического усилия штока.

[0110] Аспект 49: Способ согласно аспекту 48, в котором измерение одного или более параметров дополнительно включает в себя измерение или вычисление стабильности потока в управляющем клапане.

[0111] Аспект 50: Способ согласно любому из аспектов 40-49, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение деформации.

[0112] Аспект 51: Способ согласно любому из аспектов 40-50, в котором измерение одного или более параметров включает в себя измерение вибрации вследствие разрегулировки потока и/или настройки.

[0113] Аспект 52: Способ согласно любому из аспектов 40-51, дополнительно включающий в себя генерирование и сохранение энергии, используя пьезоэлектрическое устройство, расположенное в соединительном устройстве клапана.

Изобретение относится к системе и способу управления полевым устройством, включающей в себя соединительное устройство клапана, имеющее первую часть, выполненную с возможностью соединения с приводным штоком привода, вторую часть, выполненную с возможностью соединения с перемещаемым компонентом управляющего клапана, и один или более датчиков, измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана. Кроме того, по меньшей мере одно из одного или более устройств датчика может генерировать энергию от узла управляющего клапана и/или рабочей среды узла управляющего клапана для работы электронных устройств. Техническим результатом является возможность постоянного контроля параметров, вносящих вклад в работоспособность полевого устройства, с целью обеспечения возможности диагностики и прогнозирования работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса полевого устройства. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Система управления клапаном, содержащая:

узел управляющего клапана, содержащий шток, присоединенный к корпусу клапана с возможностью поступательного движения;

привод, соединенный с узлом управляющего клапана и содержащий стержень привода;

соединительное устройство, прикрепленное к первому концу штока и первому концу стержня привода и выполненное с возможностью передачи механической мощности привода на вход узла управляющего клапана, при этом соединительное устройство содержит модуль связи и один или более соединенных с ним датчиков, измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся эксплуатационный ресурс узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

2. Система по п. 1, в которой один или более датчиков включают в себя датчик вибрации, предоставляющий данные, относящиеся к вызванной потоком вибрации и/или разрегулировке внутренних компонентов узла управляющего клапана.

3. Система по п. 1, выполненная с возможностью сохранения, анализа и/или беспроводной передачи в контроллер одного или более параметров, измеренных одним или более датчиками и принятых модулем связи.

4. Система по п. 1, в которой один или более параметров, измеренных одним или более датчиками, включает в себя деформацию, вибрацию вследствие разрегулировки потока, и/или настройки, и/или утечки через клапан.

5. Система по п. 3, в которой модуль связи выполнен с возможностью обмена данными посредством стандарта беспроводной связи или любого другого протокола беспроводной связи с контроллером.

6. Соединительное устройство клапана для узла управляющего клапана, служащего для управления клапаном, содержащее:

первую часть, соединенную с концом стержня привода в приводе;

вторую часть, соединенную с концом подвижного штока, присоединенного к корпусу клапана узла управляющего клапана с возможностью поступательного движения,

причем соединительное устройство выполнено с возможностью соединения стержня привода и штока;

один или более датчиков, расположенных в соединительном устройстве и измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся срок службы узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана; и

модуль связи, соединенный с одним или более датчиками с возможностью обмена данными.

7. Соединительное устройство клапана по п. 6, выполненное с возможностью сохранения, анализа и/или беспроводной передачи в контроллер одного или более параметров, измеренных одним или более датчиками и принятых модулем связи.

8. Соединительное устройство клапана по п. 6, в котором один или более датчиков включают в себя датчик вибрации, предоставляющий данные, относящиеся к вызванной потоком вибрации и/или разрегулировке внутренних компонентов узла управляющего клапана.

9. Соединительное устройство клапана по п. 6, в котором модуль связи выполнен с возможностью обмена данными посредством стандарта беспроводной связи или любого другого протокола беспроводной связи с контроллером.

10. Соединительное устройство клапана по п. 6, в котором один или более датчиков реализует пьезоэлектрическое устройство, генерирующее энергию, возникающую при включении узла управляющего клапана, и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, и/или рабочей среды узла управляющего клапана, через соединительное устройство клапана.

11. Способ измерения работоспособности и/или оставшегося эксплуатационного ресурса узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана, включающий в себя:

прикрепление соединительного устройства к первому концу штока, присоединенного к корпусу клапана с возможностью поступательного движения, и к первому концу стержня привода, при этом соединительное устройство выполнено с возможностью соединения стержня привода и штока и содержит один или более датчиков, измеряющих один или более параметров, показывающих работоспособность и/или оставшийся срок службы узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана;

измерение посредством одного или более датчиков одного или более параметров, относящихся к вызванной потоком вибрации и/или разрегулировке внутренних компонентов узла управляющего клапана; и

сохранение и/или анализ измеренного одного или более параметров.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя беспроводную передачу измеренных одного или более параметров, которые были сохранены и/или проанализированы, в контроллер с целью определения работоспособности и/или оставшегося срока службы узла управляющего клапана и/или одного или более компонентов узла управляющего клапана.

13. Способ по п. 12, в котором модуль связи выполнен с возможностью обмена данными с контроллером посредством стандарта беспроводной связи или любого другого протокола беспроводной связи.

14. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя генерирование и сохранение энергии, используя устройство, такое как пьезоэлектрическое устройство, расположенное в соединительном устройстве клапана.