过程设备验证制造技术

一种与过程控制系统一起使用的安全仪表系统（２００）接收过程管道系统（２０６）中过程流体的压力。阀定位器（２０４）定位控制经管道系统（２０６）的过程流体的流量的阀（２１２）。该阀定位器（２０４）被导致执行阀（２１２）的部分行程或否则，将扰动或摄动引入过程。因扰动或摄动在感应压力中的结果变化（２１４）被用于诊断过程的操作。

Process device validation

A safety instrumented system (200) used in conjunction with a process control system to receive process fluid pressure in a process piping system (206). A valve positioner (204) defines a valve (212) for controlling the flow of a process fluid through a pipe system (206). The valve positioner (204) is caused to carry out partial travel of the valve (212), or else to introduce a disturbance or perturbation into the process. Variations in the induced pressure due to perturbations or perturbations (214) are used to diagnose the operation of the process.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于监视或控制工业过程操作的类型的过程设备。更具体地说，本专利技术涉及安全仪表系统(Safety Instrumented System)和过程设备的诊断。
技术介绍
过程设备被用于工业过程控制系统以监视和/或控制工业过程。控制设备是用于控制过程的过程设备。实例控制设备包括泵、阀、致动器、电磁线圈、电机、混合器、搅拌器、轧碎机、断路器、辊、压榨机、研磨机、球磨机、揉面团机、过滤器、掺合器、旋分离器、离心分离机、塔、干衣机、运送装置、分离器、电梯、起重机、加热器、冷却器和其它此种设备。发射机是一种用于例如通过监视诸如温度、压力、流量等的过程变量感应(或监视)过程操作的过程设备。监视过程变量被传送，以便它能够被例如中央控制室的过程中的其它设备使用。另一实例过程设备是过程监视器或通信器，其例如通过编程或向设备发送指令用于监视过程的操作、诸如过程发射机或过程控制器的过程中使用的设备和控制过程设备。典型地，过程设备具有相当稳定的设计，并且寿命长久且故障率低。过程设备的故障会对过程产生显著影响，并且可能在修理或更换设备时需要暂时关闭过程。然而，一些过程设备应用需要的性能水平明显超过典型过程设备所提供的水平。这种设备必须满足“安全认证过程”。这种认证提供了配置过程以满足期望的安全要求的衡量标准。国际标准提供了能够用于度量过程安全的衡量标准。安全完整性等级(SIL)能够提供信息，并提供一种度量关于过程能否安全执行和在故障的情况中，过程能否以安全方式失效的期望(值)的方法。SIL分级涉及产品可靠性。例如，产品必须显示“可用于”在某一预定级执行其指定的任务。这种可用性涉及产品的平均故障间隔时间(MTBF)以及平均修复时间(MTTR)，和要求动作失效概率(PFD)。安全仪表系统(SIS)是用于检查基本过程控制系统(BPCS)的操作的系统。该SIS能够用于探测故障，或即将发生的故障，以便能够采取适合的步骤增加过程设备的可用性或减轻过程部件的故障后果。
技术实现思路
一种与过程控制系统一起使用的方法和装置被配置以接收过程管道系统中过程流体的压力。阀定位器定位控制经过过程管道系统的过程流体的流量或过程流体流的阀。该阀定位器被导致执行阀的部分行程或否则，将扰动或摄动引入过程。因扰动或摄动产生的压力变化被用于诊断过程的操作。附图说明图1是显示过程控制系统或安全仪表系统的简化图。图2是用于实现本专利技术的过程设备的图。图3是显示根据本专利技术的步骤的框图。图4是显示用于实现本专利技术的阀定位器和压力发射机的示意图。图5是显示图4列出配置实现的步骤的框图。图6是显示图5中实现的阀驱动信号和压力特征的曲线。图7是控制阀杆位置与时间的曲线。图8是要求动作失效概率(PFD)与验收试验间隔的曲线。具体实施例方式许多工业过程存在固有的危险。这些过程可能涉及有毒、易燃或反应材料，并经常处于高温和高压。这些过程中存在设备故障或人为错误时，会出现灾难性事件。安全仪表系统(SIS)是设计以防止这些事件的自动化系统。由于新的国际标准，在过去的几年中，特别是在化学、制药和治炼工业中，对这些安全系统的兴趣不断增长。安全仪表系统可被定义为包括传感器、逻辑解算器和最终控制元件的系统，该系统设计用于如下目的当预定条件被破坏时，自动将过程带入安全状态。当特定条件允许时，使过程以安全的方式继续。采取行动以消除工业危险的后果。安全仪表系统(SIS)与基本过程控制系统(BPCS)的类似之处在于它们均使用类似的部件。该系统包括连接到过程的从传感器到最终控制元件的所有元件，包括输入；输出；SIS用户接口；电源；和逻辑解算器。SIS部件通常是分离的，并独立于BPCS。考虑到SIS的目的，必须满足另外的设计要求。该基本过程控制系统(BPCS)告警，并且安全仪表系统(SIS)均为预防层次。其余层是缓解层次。例如，工厂可具有多层次保护以保护人员、设备和本地组织避免灾难事件。一些层次的保护是防止层次，和一些层次是缓和层次。防止层次用于防止出现灾难事件。缓和层次被用于包容事件，并在出现事件后，减小其代价。为了说明保护层次，可以使用容器中的反应的实例。给定正确的条件，反应会“失控”，并且没有不同层次的保护，箱子会爆炸并导致大破坏。实例保护层包括层1控制温度/压力的基本过程控制系统。层2声响报警，声响报警告知操作人员手动关闭阀门以停止反应。层3SIS，在罐破裂前，SIS减小压力。实例缓解层包括层4压力释放阀，在罐破裂前，压力释放阀开启。层5工厂应急反应(Plant Emergency Response)小组，确保由压力释放阀释放的蒸汽不会导致进一步的破坏，并使对环境的污染减至最小。SIS层是最后防止层。如果SIS失败，危险无法被抑制，只有缓解层保持以限制导致损坏的量。很重要的是SIS层提供足够的保护，以防止明显的破坏或生命损失。所需的保护量等于风险管理。虽然当确定SIS时，必须考虑所有元件和部件，但在计算中的三个关键部件包括传感器；逻辑解算器(logic solver)；和最终控制元件。传感器测量压力、温度、流量、质量流量、水平或高度、火焰探测器、pH值或其它参数。对于车载自动诊断系统(on-boarddiagnostics)，传感器从简单的气动或电开关到智能发射机。SIS传感器可以与典型的过程传感器相同，或可以是专为SIS应用设计的传感器。为SIS专门设计的传感器可以具有额外的内部诊断和软件，允许故障探测并受控访问设备启动和校准。安全标准没有规定用于SIS应用的传感器的任何具体类型或技术。系统的设计人员应该确定最优/安全技术以满足标准。然而，标准确定了当指定、安装和维护SIS传感器时最终用户必须遵守的具体要求。该逻辑解算器典型地是从传感器读取信号并执行预编程动作以防止危险的控制器。安全逻辑解算器和传统的数字控制系统(DCS)或可编程逻辑控制器(PLC)之间存在许多类似处。它们均执行逻辑功能并均具有自传感器和最终控制元件的输入和输出能力。其区别在于SIS逻辑解算器被设计以容错，具有内部冗余，并被设计以安全模式失效。它们利用额外的内部诊断和硬件和软件设计，内部诊断和硬件和软件将使其探测故障。该安全逻辑解算器也增加了安全性以防止偶然的配置变化。类似于传感器，适用的标准并未规定使用的逻辑解算器的类型，仅规定了其应用的要求。最终控制元件表示实现安全停工的最后阶段。这是动作以致使安全状态的部件。这些元件包括电磁线圈阀、开/关阀和电机启动器。最普通的是将空气提供到隔膜的电磁阀或过程关闭阀的活塞致动器。阀供应商近期发布了明确设计用于SIS应用的智能定位器。类似于传感器，在特定的限制条件下，SIS最终元件可以与典型过程最终元件相同，或它们可以专门设计用于SIS应用。这些特殊设计的最终元件具有实现缺省探测的额外内部诊断和软件。此外，类似于传感器，标准没有规定用于SIS应用中的最终控制元件的任何具体技术。系统的设计人员应该确定最优/安全技术。该标准仅阐述了最后用户必须遵守的要求。在SIS的三个部件中存在类似的主题。该主题是诊断。SIS被设计以探测过程干扰，并使过程返回到安全状态。操作人员必须注意任何SIS故障并能够对其作出反应。本专利技术提供了使用应用于过程的扰动或摄动信号的安全仪表系统(SIS)，并基于过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基本过程控制系统（ＢＰＣＳ）的诊断操作的安全仪表系统，包括：压力传感器，所述压力传感器被联接到过程管道系统，配置以测量过程管道系统中的过程流体的压力；阀定位器，所述阀定位器配置以控制控制经过过程管道系统的过程流体的流 量或过程流体流的阀；和诊断电路，所述诊断电路被配置以导致阀定位器执行阀的部分行程，所述诊断电路还被配置以将由于部分行程被压力传感器感应到的压力变化与存储的压力特征比较，并基于比较，响应地诊断过程控制系统的操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴尔H佩里，马克S舒马彻，奥里叶D汇森卡，兰迪J龙斯道夫，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]