故障诊断利用阀门定位器(2)的微处理器系统(21)中的阀门组件的物理部分的嵌入式跟踪数字孪生器(211)来提供。数字孪生器包括多个模拟模型参数，该多个模拟模型参数包括至少一个与故障相关的模拟模型参数。数字孪生器(211)接收表示阀门组件的至少一部分的实际控制的控制信号(26)，并生成与模拟控制的结果相关的模拟测量值。数字孪生器(211)将模拟测量值和与实际控制的结果相关的实际测量值进行比较，以跟踪模拟操作结果与阀门组件的实际操作之间的误差，从而从减少误差的意义上说调整与故障相关的模拟模型参数。与故障相关的模拟模型参数与阀门组件的物理部分中的特定物理故障相关，并且它可基于模拟模型参数的所调整的值被检测到和识别出。的值被检测到和识别出。的值被检测到和识别出。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阀门定位器及诊断方法
[0001]本专利技术涉及控制阀，特别涉及使用阀门定位器诊断控制阀。
技术介绍
[0002]致动器经常用作引入运动或控制运动的机构。它由能量源(通常是电流、液压流体压力或气动流体压力)操作，并且将那种能量转换成目标机制的运动，诸如转换成控制阀的关闭元件的移动。
[0003]控制阀一般用于不同管道和过程中的液体或气体流的连续控制。在加工工业中，诸如石油和天然气、采矿、纸浆和造纸以及化学工业，安装在工厂管道系统中的不同种类的控制阀在过程中控制材料流。材料流可以包含任何流体材料，诸如流体、溶液、液体、气体和蒸汽。控制阀的操作涉及将其可移动或关闭部分(例如塞子、球或盘)相对于阀的静止座定位。控制阀通常与致动器连接，致动器的目的是将阀门的关闭元件准确地定位在由控制信号指示的位置。致动器将阀门的关闭元件移动到完全打开和完全关闭位置之间的期望位置。例如，致动器可以是气动或液压缸
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活塞设备。致动器本身通常由阀门定位器(也称为阀门控制器)控制，用于根据来自过程的控制信号控制控制阀的关闭元件的位置并因此控制过程中的材料流。位置传感器(诸如电位计)将表示实际阀门位置的信号馈送到定位器。以这种方式，致动器可以沿着其行程与控制信号成比例地定位。因此，定位器作为反馈控制器操作。
[0004]提供更好的控制阀性能的新型设备之一是所谓“智能”定位器或数字阀门控制器。智能定位器的一个示例是由Metso公司出售的Neles NDX阀门控制器。智能定位器是基于微处理器的电子定位器，具有内部逻辑功能，其可从数字编程中获益，以获得改进的定位性能。智能定位器的优点是它可以被编程为使用位置控制算法来实现更好的动态响应。另外，智能定位器可以使用诸如Hart、Foundation Fieldbus等双向通信协议来与过程控制系统通信。在安装智能定位器之后，也可以使用这种类型的通信远程地输入新的控制设置或配置。
[0005]除了在过程工业中控制自动阀的主要目的之外，数字阀门控制器还可以具有对工厂操作有用的各种附加特征。最重要的附加特征之一是阀门诊断。诊断需求很简单：工厂管理人员想知道阀门有望操作多长时间，并且如果阀门将要失效，那么我们应该告知哪些零件需要服务或更换。到目前为止，市场上还没有数字阀门控制器可以提供这种信息。替代地，虽然数字阀门控制器能够提供各种历史趋势和诊断报告以用于后续分析，但仍需要有经验的服务专家来分析此类诊断报告。还有，甚至对于专家而言，阀门诊断数据也难以解释。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是提供一种方法和用于实现该方法的装置。
[0007]本专利技术的目的通过在独立权利要求中记载的阀门定位器和方法来实现。在从属权
利要求中公开了本专利技术的优选实施例。
[0008]本专利技术的一个方面是用于阀门组件的阀门定位器，其中阀门组件包括阀门定位器、控制阀、气动阀门致动器、适于测量气动致动器压力的压力传感器和适于测量控制阀的阀门位置的位置传感器，其中阀门定位器包括被配置为存储和运行嵌入式阀门控制和诊断软件的微处理器系统，包括：
[0009]嵌入式阀门控制器，其被配置为使用气动阀门致动器来接收设定点位置和至少测得的阀门位置，并控制控制阀的阀门位置，
[0010]阀门组件的至少一个物理部分的嵌入式跟踪数字孪生器，其中嵌入式跟踪数字孪生器包括多个模拟模型参数，该多个模拟模型参数包括至少一个与故障相关的模拟模型参数，该模拟模型参数与阀门组件的至少一个物理部分中的特定物理故障相关，
[0011]其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地从嵌入式阀门控制器接收表示物理阀门组件的至少一部分的实际控制的控制信号，并提供表示控制动作的模拟结果的至少一个模拟测量结果，
[0012]其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地跟踪所述至少一个模拟测量结果与至少一个对应的实际物理测量结果之间的误差，并从误差减小的意义上说调整嵌入式跟踪数字孪生器的至少一个与故障相关的模拟模型参数的值，并且
[0013]其中，阀门组件的至少一个物理部分中的特定物理故障可基于至少一个模拟模型参数的所调整的值被检测到和识别出。
[0014]在实施例中，阀门组件的至少一部分包括控制阀、气动阀门致动器、阀门定位器中的气动前级、供应压力入口、阀门定位器中的气动输出级及其任何组合中的一个或多个。
[0015]在实施例中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地从嵌入式阀门控制器接收控制信号并提供模拟测得的阀门位置和/或模拟测得的气动致动器压力，并且嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地跟踪模拟测得的阀门位置与测得的阀门位置之间的误差和/或模拟测得的阀门致动器压力与测得的阀门致动器压力之间的误差，并从误差减小的意义上说调整嵌入式跟踪数字孪生器的至少一个与故障相关的模拟模型参数的值。
[0016]在实施例中，表示物理阀门组件的至少一部分的实际控制的控制信号包括对前级和/或至少一个实际物理测量结果中的一个或多个的电控制信号。
[0017]在实施例中，与物理阀门组件的至少一部分中的实际控制的结果相关的至少一个实际物理测量结果可以包括以下各项中的一项或多项：测得的阀门位置、测得的致动器压力、进一步测得的致动器压力、测得的供应压力、测得的来自气动前级的先导压力、测得的气动输出级的控制位置、阀门温度和过程压力)。
[0018]在实施例中，阀门组件还包括适于测量气动供应压力的压力传感器，并且其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为接收测得的气动供应压力并将其用于调整多个模拟模型参数。
[0019]在实施例中，阀门定位器和/或远程计算实体的微处理器系统被配置为当至少一个与故障相关的模拟模型参数达到预定的阈值或预定的偏差时，检测和识别阀门组件的至少一个物理部分中的特定物理故障。
[0020]在实施例中，阀门定位器和/或远程计算实体的微处理器系统被配置为预测至少
一个与故障相关的模拟模型参数的所调整的值随时间的未来趋势，并预测剩余的操作时间，直到至少一个与故障相关的模拟模型参数的所调整的值达到给定的极限值或给定的偏差极限。
[0021]在实施例中，阀门定位器和/或远程计算实体的微处理器系统被配置为预测阀门组件的至少一个物理部分的剩余使用寿命。
[0022]在实施例中，多个模拟模型参数包括多个与故障相关的模拟模型参数，该多个与故障相关的模拟模型参数与阀门组件的至少一个物理部分中的多个不同的特定物理故障相关。
[0023]在实施例中，至少一个与故障相关的模拟模型参数表示阀门组件的至少一个物理部分的特定物理特性，诸如物理维度或摩擦，并且其中特定物理特性的值与特定物理故障相关。
[0024]在实施例中，至少一个与故障相关的模拟模型参数与以下特定物理特性中的一个或多个相关：阀门摩擦、气动空气供应装置的横截面尺寸、先导压力入口的横截面尺寸、致动器压力泄漏孔的横截面尺寸、阀门摩擦、轴承摩擦、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于阀门组件的阀门定位器，其中阀门组件包括阀门定位器、控制阀、气动阀门致动器、适于测量气动致动器压力的压力传感器、以及适于测量控制阀的阀门位置的位置传感器，并且其中阀门定位器包括被配置为存储和运行嵌入式阀门控制和诊断软件的微处理器系统，包括：嵌入式阀门控制器，被配置为使用气动阀门致动器来接收设定点位置和至少测得的阀门位置，并控制控制阀的阀门位置，阀门组件的至少一个物理部分的嵌入式跟踪数字孪生器，其中嵌入式跟踪数字孪生器包括多个模拟模型参数，所述多个模拟模型参数包括至少一个与故障相关的模拟模型参数，所述至少一个与故障相关的模拟模型参数与阀门组件的所述至少一个物理部分中的特定物理故障相关，其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地接收表示由嵌入式阀门控制器对物理阀门组件的至少一部分的实际控制的控制信号，并提供表示控制动作的模拟结果的至少一个模拟测量结果，其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地跟踪所述至少一个模拟测量结果与至少一个对应的实际物理测量结果之间的误差，并从减小误差的意义上说调整嵌入式跟踪数字孪生器的所述至少一个与故障相关的模拟模型参数的值；以及其中，阀门组件的所述至少一个物理部分中的特定物理故障可基于至少一个模拟模型参数的所调整的值被检测到和识别出。2.根据权利要求1所述的阀门定位器，其中，阀门组件的所述至少一部分包括控制阀、气动阀门致动器、阀门定位器中的气动前级、供应压力入口、阀门定位器中的气动输出级及其任何组合中的一个或多个。3.根据权利要求1或2所述的阀门定位器，其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地从嵌入式阀门控制器接收控制信号并提供模拟测得的阀门位置和/或模拟测得的气动致动器压力，其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为在阀门组件的操作期间实时地跟踪模拟测得的阀门位置与测得的阀门位置之间的误差和/或模拟测得的阀门致动器压力与测得的阀门致动器压力之间的误差，并从减小误差的意义上说调整嵌入式跟踪数字孪生器的所述至少一个与故障相关的模拟模型参数的值。4.根据权利要求1
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3中的任一项所述的阀门定位器，其中，表示物理阀门组件的所述至少一部分的实际控制的控制信号包括对前级和/或至少一个实际物理测量结果中的一个或多个的电控制信号。5.根据权利要求1
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4中的任一项所述的阀门定位器，其中，与物理阀门组件的所述至少一部分中的实际控制的结果相关的至少一个实际物理测量结果可以包括以下各项中的一项或多项：测得的阀门位置、测得的致动器压力、进一步测得的致动器压力、测得的供应压力、测得的来自气动前级的先导压力、测得的气动输出级的控制位置、温度和过程压力)。6.根据权利要求1
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5中的任一项所述的阀门定位器，其中，阀门组件还包括适于测量气动供应压力的压力传感器，并且其中，嵌入式跟踪数字孪生器被配置为接收测得的气动供应压力并将其用于调整多个模拟模型参数。7.根据权利要求1
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6中的任一项所述的阀门定位器，其中，阀门定位器和/或远程计算
实体的微处理器系统被配置为当所述至少一个与故障相关的模拟模型参数达到预定的阈值或预定的偏差时，检测和识别阀门组件...
【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：奈勒斯芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：
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