用于过程控制的设备及方法技术

本发明专利技术涉及采用调节装置、位置传感器、过程阀、过程传感器和调整级对过程进行控制或调节的方法与设备。遍历过程阀的n个位置，获得相应的实际位置（POS）和与每个实际位置（POS）对应的过程实测值（PV），以获得由实际位置与过程实测值组成的数值对（POS/PV）。基于确定的数值对（POS/PV）确定校正值，并基于校正值计算校正后的位置预定值（CMD*）以补偿所述过程的非线性，以此实现总体的线性响应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于过程控制的设备及其方法。
技术介绍
基于微控器技术的测量仪、控制仪、控制器等都在工艺流程自动化中得到运用。鉴于经济上的考虑，除了常规的基本功能之外，最佳的自动化过程调整具有越来越重要的意义。一种广泛用于工业过程的控制器是借助过程阀(process valve)以及调节阀来持续作用于液流的电控气动位置控制器。这个控制器通常级联集成在上级过程自动控制环中，并用作下级辅助控制器。上级过程控制器控制着下级位置控制器，下级位置控制器再借助调节阀作用于需控制的过程。利用过程传感器获得过程实测值，从而闭合上级过程自动调节控制环。在需控制的过程中，由于各种原因会经常呈现出非线性的工作特性曲线，其在采用线性的呈比例积分微分控制器的大多数情况下会降低调节性能(控制性能)。通过借助校正曲线实现的工作特性曲线线性化，能实现改善。由于校正曲线是固定的，提供预先规定的(恒定的百分比1:25，1:50，…)或参数化的特性曲线形式的模型。后者实行手动录入数值对。然而，已知方法的不足是，线性化仅松散地基于给定的特性曲线，或如有必要，成本过高地手动求得不闭合的校正曲线。这也由于线性化不完善或不足够而导致调节效果下降。此夕卜，当在自动控制环中使用了错误尺寸的过程阀时，过程自动控制环在线性化过程中只能大致地实现优化，不可能达到最理想的效果。
技术实现思路
因此，本专利技术的目标是提供用于过程控制的设备和方法，它能够补偿非线性的不足。根据本专利技术的一方 面，提供了使用调节设备、位置传感器、过程阀、过程传感器及调整级对过程进行控制及调整的方法。在下文中将进一步详细描述用于过程调整的本专利技术方法。另外，该方法包括过程控制器和位置控制器，且它们能够连接在一起。过程控制器能持续输出位置控制器的位置预定值，这个位置预定值与过程阀的位置有关。在这里，位置预定值在一定范围内，该范围与阀门完全打开及完全闭合之间的阀门位置对应。适当的传感器(例如，位置传感器)随后能够捕捉并输出过程阀的实际位置。过程传感器检测获得过程实测值PV，其可返回到过程控制器。过程传感器可例如为IOOPt温度传感器，其输出信号被直接馈送到过程控制器。或者，过程传感器还能包括传送器，该传送器再把经变换的或标准化的传感器信号传输到过程控制器。典型的过程传感器可测量媒介的物理量，如流量、压力、温度、PH值及传导性。借助过程阀的实际位置以及过程实测值，随后能够确定校正后的位置预定值，借助预定值可将过程线性化。由于大多数过程阀位置与过程实测值之间的非线性关联，将借助本专利技术的方法，调节过程控制器产生的位置预定值将其变为校正过的位置预定值。由此使得每个过程线性化。在这里，首先将位置自动控制环、过程及过程阀与调整级连接，其中，中断上级过程自动控制环。调整级向位置控制器自动输出η个位置预定值。η个位置预定值覆盖过程阀完全闭合到完全打开的位置范围。然后借助过程传感器，可检测到与每个实际位置相关的过程实测值，从而可获得实际位置与过程实测值的η个数值对。η个数值对提供给过程控制器。调整级也可以被设计成使得基于实际位置与过程实测值的η个数值对，计算出完整的校正曲线。在确定η个数值对后，通过用于过程控制环的过程控制器闭合位置自动控制环、过程和过程传感器。基于所确定的由实际位置与过程实测值组成的数值对，在过程控制器或调整级中确定校正值(校正曲线)，使得借助校正数值可在过程控制器上直接计算出校正后的位置预定值。随后，校正后的位置预定值有助于补偿所述过程的非线性，以实现总体过程的线性。与传统的过程自动控制环(或称调节环)不同，本专利技术的自动控制环的所有非线性校正是自动的，快速且直接在过程控制器上进行。从而提高总的调节性能。在改变过程或更换或替换过程自动调节环的元件时，可重新进行校正。在本专利技术中，对于过程控制，位置控制器是位置自动控制环路的组成元件。这包括了位置控制器(或称定位器)、调节系统、过程阀(例如比例阀)以及位置传感器，它们作为位置自动控制环设置在封闭的回路中。例如，通过位置传感器，检测出过程阀的气动驱动的当前位置(即，实际位置)。位置控制器将对实际位置与规定的作为标准信号的位置预定值进行比较。如果出现偏差，通过调节系统上传动装置的充气或换气改变其驱动来补偿。采用这种方式，可以将传动装置(致动器)的位置偏差变为零。此后将位置自动控制环还可集成于过程自动控制环中，并成为下级辅助自动控制环。这产生了所谓的级联调节(控制)。过程自动控制环包括如过程控制器、位置自动控制环、过程，其过程变量以及过程参数在借助过程传感器的情况下可返回到过程控制器。如果过程变量与过程预定值间存在偏差，要在过程自动控制环路中进行补偿。在这种情况下，过程自动控制环相当于主自动控制环。例如，过程自动控制环 中的过程控制器具有比例积分微分(PID)功能(比例积分微分控制器，带积分和减法的比例控制器)。将过程预定值给出作为参考值。通过使用传感器(实际可能是传送器)，获得过程实测值。过程控制器将过程实测值与由其规定的预定值进行对比。如果出现偏差，则改变用于位置控制器的位置预定值，使得调节体系上的过程阀传动装置被设置到实现自动控制环中的偏差为零的理想状态。有利地，根据本专利技术的一方面，在所确定的实际位置与过程实测值的数值对基础上确定校正的位置预定值时，很快确定完整的校正曲线。本领域技术人员熟悉的各种算法也可用于线性化。根据本专利技术的一方面，将确定的实际位置与过程实测值的数值对转换成对应的校正曲线，以使得该校正曲线与过程特性曲线的结合会得到线性总体行为。因此，鉴于要达到最佳线性化的效果，可以校正所有的位置预定值，这有助于优化调节效果。另外，根据本专利技术，对获得的实际位置与过程实测值数值对(P0S/PV)和/或因此得出的校正曲线进行分析。例如，检查校正后的位置预定值与未校正的位置预定值或过程实测值的最大值和/或最小值的比值，看是否处于在规定的范围内。这可以用来评估过程阀的特性。在此，要特别注意考虑过程阀的尺寸，如流量系数及控制特性。例如，通过变化过程阀中的节流阀壳体几何结构，可以影响控制性能。对自动确定的校正曲线的分析及评估结果可以报告给用户，以避免及排除在设计过程自动控制环的尺寸时出现错误。本专利技术还提出一种用于过程控制的设备，例如带有集成过程控制器与位置控制器的过程控制设备。进一步地，设置有调节系统及位置传感器。过程控制器在正常运转中接收过程预定值，且利用过程传感器获得过程实测值，同时过程实测值大小与阀门位置相关。通过过程预定值与过程实测值，过程控制器可算出位置预定值，并被输出至位置控制器。除此之外，位置控制器还接收由位置传感器输出的实际位置，而位置传感器与过程阀连接。通过所确定的位置预定值与实际位置，位置控制器可算出控制值，它会传送到调节系统中，而调节系统连接到过程阀上。由于位置预定值与实际位置间存在偏差，相应地需要在调节系统中对过程阀充气或放气以进行补偿。该设备还包括调整级，借助实际位置与过程实测值的数值对，调整级可以确定校正值用于形成经校正的位置预定值，以实现每个过程的线性化。此外，调整级还被设置成输出位置预定值，该预定值与过程阀的实际位置相对应。特别地，实际位置要达到过程阀在运转状态下的关闭位置到打开位置。有利地，设置有切换装置，使得既可向位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用控制设备、位置传感器、过程阀、过程传感器和调整级对过程进行控制的方法，包括步骤：调节到所述过程阀的n个位置；检测与每个位置相关的n个实际位置（POS）和对应于实际位置的过程实测值（PV），从而获得由实际位置与过程实测值组成的数值对（POS/PV）；基于确定的数值对（POS/PV）确定校正值；基于校正值计算校正后的位置预定值（CMD*）以补偿所述过程的非线性，使得实现总体的线性响应。

【技术特征摘要】
2011.10.14 DE 102011115896.41.一种用于使用控制设备、位置传感器、过程阀、过程传感器和调整级对过程进行控制的方法，包括步骤调节到所述过程阀的n个位置；检测与每个位置相关的n个实际位置(POS)和对应于实际位置的过程实测值(PV)，从而获得由实际位置与过程实测值组成的数值对(P0S/PV);基于确定的数值对(P0S/PV)确定校正值；基于校正值计算校正后的位置预定值(CMD*)以补偿所述过程的非线性，使得实现总体的线性响应。2.根据权利要求1所述的方法，还包括在从所述过程阀的关闭位置到打开位置的范围内，输出所述调整级的n个位置预定值(CMD )。3.根据权利要求1所述的方法，还包括分析所述实际位置(P0S)、位置预定值(CMD)、校正后的位置预定值(CMD*)和/或对应的过程实测值(PV)，以评估所述过程阀的不同尺度状况，并输出该评估的结果。4.一种用于对过程进行控制的设备，该设备包括调节装置、位置传...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·贝克，
申请(专利权)人：比尔克特韦尔克有限公司，
类型：发明
国别省市：