在过程在线操作的同时确定性地获得对过程控制装置参数测量的方法和设备制造方法及图纸

一种诊断测试单元，用于在一过程的操作期间确定性地测量连接在过程控制回路中的过程控制装置的一个或多个参数（诸如静区、静时间、响应时间、增益或过调量），该单元包括开关控制器、信号发生器、开关、响应累积器机构和分析器机构。开关控制器监测过程操作期间的过程信号，以确定此过程信号是否基本上稳定。在过程信号基本上稳定的情况下，开关以信号发生器所产生的诊断测试信号替换控制信号。响应累积器与过程控制回路进行通信，以获得过程控制装置对诊断测试信号的响应指示。然后，分析器单元从测试信号和响应指示确定装置参数。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

A method and apparatus for obtaining parameter measurements of a process control device at the same time as a process online operation

A diagnostic test for unit during operation of a process to measure the uncertainty connected to the process control of one or more parameters in the circuit control device (such as static, static time, response time, gain or overshoot), the unit includes a switch controller, a signal generator, a switch, a cumulative response device and analyzer mechanism. The switch controller monitors the process signal during operation to determine whether the process signal is substantially stable. In the case where the process signal is substantially stable, the switch replaces the control signal with the diagnostic test signal generated by the signal generator. The response unit communicates with the process control loop to obtain a response indication of the process control device to the diagnostic test signal. The analyzer unit then determines the device parameters from the test signals and response instructions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及过程控制系统诊断技术，尤其涉及确定性地获得连接在操作过程环境中的过程控制装置的一个或多个参数的测量值的方法和设备。
技术介绍
大规模商业制造和提炼过程通常采用过程控制器来控制诸如控制阀门的一个或多个过程控制装置的操作，控制阀门继而控制诸如过程中的流体流动、温度或压力等一个或多个过程变量。通常，每个控制阀门有一个受定位器控制的致动器，致动器响应于过程控制器所产生的控制信号使相关控制元件(诸如阀塞、阻尼器(damper)或一些其它可变开启部件)移动。例如，控制阀门的控制元件可以响应于弹簧偏移(spring-biased)隔膜或活塞头上的变化液体压力或者响应于轴的旋转而移动，每一种情况都可能由控制信号的变化引起。在一种标准阀门机构中，量值在4至20mA(毫安)范围内变化的控制信号引起定位器与控制信号的量值成正比地改变压力室中的流体量继而流体压力。压力室中变化的流体压力引起隔膜向偏移弹簧移动，继而偏移弹簧又引起与隔膜耦合的阀塞的移动。过程控制装置通常形成或产生表示该装置对控制信号的响应的反馈信号，并将此反馈信号(或响应指示)提供给过程控制装置，用以对过程进行控制。例如，控制阀门通常产生反馈信号，该信号表示阀塞或其它可移动阀门部件的位置(例如，行程)。即使控制阀门可使用这些反馈信号在过程控制回路内执行功能，但是现已发现，由于控制阀门处的操作情况较差仍然会引起控制回路性能较差。在许多情况下，过程控制器不能在控制回路之外调整有关各个过程控制装置的问题，结果，把性能差的控制回路放置为人工方式或者以人工方式把它解调至它们有效的点。在此情况下，有关这些控制回路的过程需要由一个或多个有经验的操作人员进行持续监控，这是不希望的。通常，通过监视连接于过程回路内的过程控制装置的操作情况或“健康状况”并修理或替换性能差的过程控制装置，可以克服差的控制回路性能。通过测量有关一个或多个过程控制装置的参数并确定一个或多个参数是否在可接受范围之外，可确定过程控制装置的健康状况。可用来确定即表示过程控制装置的健康状况的一个过程控制装置参数是静区(dead band)。一般讲，在过程仪器中，静区是这样一个范围，输入信号可在方向反转时在该范围内改变，而不引发输出信号的可观测变化。当控制信号引起过程控制装置的可移动元件的移动方向反转时，能够最好地观察静区，它可能由机械互连部件之间的物理作用、摩擦和／或其它公知的物理现象引起。在此反转期间，在过程控制装置的可移动元件实际沿新的方向上表现出移动前，控制信号经历一离散变化量(静区)。换句话说，最后一次发生过程控制装置元件沿第一方向移动的控制信号值与首次发生过程控制装置元件沿第二不同方向移动的控制信号值之差是过程控制装置的静区的一个测量值。参考附图说明图1，通过把分块的正弦信号加到过程控制装置上获得了静区的粗略估计。此分块正弦信号包括量值相等的交变阶跃的周期，按照一个个周期把幅度增加诸如1％、2％、5％等。一旦发生阀门元件或过程变量的移动沿着反转方向，则该阶跃的幅度(加倍)提供了静区的上界。下界由前一周期中阶跃的幅度来提供。可用来确定过程控制装置的健康状况的其他装置参数是静时间和响应时间增益和过调(overshoot)。静时间与过程控制装置实际响应于控制信号的变化而开始移动可移动元件所用的时间量有关，可以认为是该时间量的测量结果。响应时间是过程控制装置的可移动元件响应于控制信号的变化达到其最终值的一定百分比(例如63％)所用的时间量。过程控制装置的增益表示控制信号的变化所引起的放大量。可把该增益表示为阀门行程的相对变化与控制信号的相对变化之比。过程控制装置的过调量指示阀门行进到超过其最终稳定状态位置多少。如果过程控制装置的静区、静时间、响应时间或其它过程控制装置参数增加的数量明显超过它们的标定值，则可能需要修复或替换过程控制装置，以在过程控制回路中建立适当的控制。然而，当这些装置在线连接于控制回路中时，测量过程控制装置的参数(诸如静区、静时间、响应时间、增益和过调)以监视运行的过程控制装置的健康状况通常不是很容易。过去，操作人员必须将过程控制装置从控制回路中移去，以对该装置进行工作台测试，或者给控制回路设置旁通阀和冗余过程控制装置，使得有可能绕过特定的过程控制装置，从而在过程进行操作时对该设备进行测试。另外，操作人员必须在过程操作中引入明显的扰动或等待，直到过程被中断或者进行预定的关机，以测试过程中的各个过程控制装置。这些方案中每一种都费时、昂贵且可能中断此过程，同时只能提供确定这些控制装置的操作情况所需的各个过程控制装置的参数的间歇测量值。专利技术概要本专利技术旨在当过程进行操作时(即，当过程在线时)确定地测量连接在该过程中的过程控制装置的一个或多个装置参数的方法和设备，这些参数诸如静区、静时间、响应时间、增益或过调等。本专利技术的方法和设备使得过程操作人员能够监测过程中的一个或多个过程控制装置的健康状况或操作情况，而不必把过程控制装置从控制回路中移去，不必绕过控制回路中的过程控制装置，也不必停止此过程或以任何其它明显的方式干预此过程。为此，在依据本专利技术的诊断测试前进行对过程的影响可能最小的确定。依据本专利技术的一个方面，诊断测试单元确定有关置于操作过程内的过程控制装置的装置参数。诊断测试单元包括监测过程操作期间的过程信号的开关控制器。诊断测试单元还包括产生诊断测试信号的信号发生器及响应于开关控制器并可用来在过程操作期间以诊断测试信号替换过程控制装置的控制信号的开关。该设备还包括用于获得过程控制装置对该诊断测试信号的响应指示的机构以及从诊断测试信号和响应指示中确定装置参数的分析器单元。过程控制装置可以是具有可移动阀门部件的控制阀。在此情况下，响应指示最好是位置传感器结合阀门部件所产生的位置信号，该位置信号代表阀门部件的位置。位置信号还可用作开关控制器所监测的过程信号。依据本专利技术的另一个方面，一种当过程控制装置置于一操作过程内时确定有关过程控制装置的装置参数的方法，该方法包括在过程操作期间监测过程信号并确定该过程信号是否基本上稳定的步骤。该方法还包括产生诊断测试信号并在过程信号基本上稳定时在过程操作期间以诊断测试信号来替换控制信号的步骤。然后接收过程控制装置对诊断测试信号的响应指示并从中确定装置参数。附图概述图1包括可被本专利技术的诊断测试单元所使用来测量过程控制装置的静区的已有技术的确定性测试信号的图；图2包括置于一控制回路中的过程控制装置的方框图，其中该过程控制装置包括置于控制回路中的依据本专利技术的诊断测试单元；图3包括用来测量依据本专利技术的过程控制装置的静区的诊断测试信号及其响应的图；以及图4A-4D包括用于测量依据本专利技术的过程控制装置的参数的确定性测试信号的图。详细描述参考图2，典型的单输入、单输出过程控制回路10包括过程控制器11，该控制器11将例如4到20mA的控制信号发送到过程控制装置13。过程控制装置13示为包括开关14、印刷布线板(PWB)15、电流-压力换能器(I／P)16、继电器(relay)17和致动器／阀门组件18的控制阀。在正常操作期间，通过开关14把来自控制器11的控制信号提供给PWB 15。位置传感器19把表示置于致动器／阀门组件18内的可移动阀门部件(未示出)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定有关一过程控制装置的装置参数的诊断测试单元，所述过程控制装置置于一操作过程内以接收控制信号，其特征在于所述诊断测试单元包括： 在过程操作期间监测过程信号的开关控制器； 产生诊断测试信号的信号发生器； 响应于开关控制器，在过程操作期间以诊断测试信号替换控制信号的开关； 获得过程控制装置对该诊断测试信号的响应指示的机构；以及 从诊断测试信号和响应指示中确定装置参数的分析器单元。

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