(57)【要約】  本発明の方法およびシステムは、弁の如きプロセス制御デバイスからの特性データを測定もしくは受信し、このデータをユーザによる設定可能な境界および設定値に対して解析し、制御デバイスの動作に関する問題の有無を判定することが可能である。前の期間に測定された一または複数の特性グラフをユーザに対して表示し、ユーザによる特徴的な境界または設定値の設定を補助してよい。本発明の方法およびシステムは、現在の特性グラフをユーザにより設定された境界に対して評価し、いくつかある特徴の中でも、最大または最小の摩擦またはトルクのしきい値を超えたか否か、アクチュエータもしくは弁シャフトの総合性が危ういか否か、および、弁のスティック−スリップ発生率が許容範囲内にあるか否かを判定することが可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性グラフを用いてプロセス制御構成部品の状態を判断するための方法であって、
第一の期間に測定されるプロセス制御構成部品の第一の特性グラフを受信することと、  
前記第一の特性グラフを表示することと、
前記第一の特性グラフとともに表示される第一の境界を規定する入力を受信することと、
前記第一の期間とは異なる第二の期間に第二の特性グラフを測定することと、
前記第二の特性グラフが前記第一の境界内に存在するか否かを判断することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第二の期間よりも前の期間における測定値に対応する前記プロセス制御構成部品の複数の第一の特性グラフを受信することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセス制御構成部品の前記複数の第一の特性グラフのうちの少なくとも一部を重ね合わせて表示することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二の特性グラフが前記第一の境界を超える前記グラフの領域を強調表示することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第一の特性グラフが、前記プロセス制御構成部品に含まれる工場のベンチマーク測定値、ユーザによるオフライン状態でのフルストロークの特性測定値、ユーザによるオンライン状態での部分ストロークの特性測定値、または、ユーザによりある期間にわたって得られた複数の部分ストローク特性測定値のうちの一つから作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第一の境界が、弁タイプ、アクチュエータタイプまたはアクチュエータ寸法データのうちの少なくとも一つに基づくデフォルト値として提供され、前記第一の境界を規定する前記入力が、前記デフォルト値または前記第一の境界値を調節するための情報から選択される一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第二の特性グラフが前記第一の境界を超えたか否かを示すことをさらに含んでおり、前記示すことが、プロセス制御システム通信プロトコルを使用して、スクリーンメッセージを表示すること、電子メールを送信すること、テキストメッセージを送信すること、インスタントメッセージを送信することおよび例外をあげることのうちの一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第一の境界が摩擦またはトルクのうちの一つのパーセンテージとして定義される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第一の境界が、前記第一の特性グラフを含んでいる前記表示画面上に入力デバイスを用いて境界を引くことによって規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセス制御構成部品が、スライディングステム式の弁または回転式の弁のうちの一つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一の境界が、前記特性グラフの上流側の部分の下限である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
表示された前記境界グラフ上の第二の境界に対応しかつ前記特性グラフの上流側の部分の上限に対応する入力を受信することと、前記第二の特性グラフが前記第二の境界内にあるか否かを判断することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
表示された前記境界グラフ上の第三の境界に対応しかつ前記特性グラフの下流側の部分の下限に対応する入力を受信することと、前記第二の特性グラフが前記第三の境界内にあるか否かを判断することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
表示された前記境界グラフ上の第四の境界に対応しかつ前記特性グラフの下流側の部分の上限に対応する入力を受信することと、前記第二の特性グラフが前記第四の境界内にあるか否かを判断することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
アクチュエータ移動範囲に対応する入力を受信することをさらに含んでおり、前記第二の特性グラフが前記第一の境界を超えているか否かを判断することが、入力された前記アクチュエータ移動範囲の間で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二の特性グラフの一組のポイントにおける一組のアクチュエータ移動速度を算出することと、該一組のアクチュエータ移動速度をしきい値速度と比較することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記しきい値が、一組のポイント上の前記アクチュエータ速度の標準偏差に基づくものである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記一組のポイントが、連続するものである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記一組のポイントの数が、前記アクチュエータのある与えられたパーセントの移動の間に収集されたデータ数の前もって設定されたパーセントに基づいて決定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
計算された前記一組のアクチュエータ移動速度が前記しきい値を超えた回数の実際のスティック−スリップカウント数を求めることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前もって設定されたスティック−スリップカウント数に対応する入力を取得することと、前記実際のスティック−スリップカウント数が現在の前記スティック−スリップカウント数を超えたときにスティック−スリップ不良の存在を示すこととをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第二の特性グラフの前もって決められた数のポイントが、前記上流側の前記下限および前記下流側の前記下限の下方に位置する場合にシャフト−棒統合性障害と判断することと、検出した場合に、該シャフト−棒統合性障害を示すこととをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第二の特性グラフが、部分ストローク測定またはフルストローク測定のうちの一つを表す、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
プロセス制御構成部品がプロセス制御システムに接続されている間に部分ストローク測定が行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記プロセス制御構成部品がプロセス制御システムに接続されていない間に前記フルストローク測定が行われる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
特性グラフを用いてプロセス制御弁の状態を判断するためのプロセスコントローラであって、
ビデオイメージを生成することができる表示ユニットと、
入力デバイスと、
前記表示ユニットおよび前記入力デバイスへ作用可能に結合されているとともに、プロセッサと、該プロセッサに作用可能に結合されているメモリとを有している処理装置と、
ネットワークおよび前記処理装置に接続されているネットワークインターフェイスとを備えており、
前記処理装置が、
第一の期間に測定されるプロセス制御構成部品の第一の特性グラフを受信し、
前記第一の特性グラフを表示し、
前記第一の特性グラフとともに表示される一組の境界を規定する入力を受信し、
前記第一の期間とは異なる第二の期間に第二の特性グラフを測定し、
前記第二の特性グラフが前記一組の境界内に存在するか否かを判断し、
前記特性グラフが前記境界のうちの一または複数を超えるか否かに基づいて、摩擦−トルク限界例外、シャフト−棒統合性障害またはスティック−スリップ不良のうちの一つを示すようにプログラムされてなる、プロセスコントローラ。
【請求項２７】
最小境界または最大境界のうちの少なくとも一つが定義され、前記第二の特性グラフが前記最小境界または最大境界のうちの少なくとも一つを超える場合に、摩擦−トルク限界例外が発生したとされる、請求項２６に記載のプロセスコントローラ。
【請求項２８】
前記第二の特性グラフの前もって決められた数のポイントが上流側の下側の境界および下流側の下側の境界の下方に位置する場合に、シャフト−棒統合性が生じたと判断される、請求項２６に記載のプロセスコントローラ。
【請求項２９】
前記第二の特性グラフの一組のポイントの一組のアクチュエータ移動速度が前もって設定された回数以上しきい値速度を超える場合に、スティック−スリップ不良が生じたと判断される、請求項２６に記載のプロセスコントローラ。
【請求項３０】
弁特性グラフを測定し、該弁特性グラフを用いてプロセス制御弁の状態を判断するためのシステムであって、
アクチュエータ圧力を検出するための第一のセンサと、
弁位置を検出するための第二のセンサと、表示ユニットと、入力デバイスと、前記表示ユニット、前記入力デバイス、前記第一のセンサおよび前記第二のセンサへ作用可能に結合されている処理装置とを有している演算装置とを備えており、
前記処理装置が、プロセッサと、該プロセッサへ作用可能に結合されているメモリとを有しており、
前記プロセッサが、第一の試験期間にわたって、前記第一のセンサおよび前記第二のセンサからデータを収集し、
前記第一の試験期間にわたる前記第一のセンサおよび前記第二のセンサからのデータを含む第一の弁特性グラフを表示し、
表示された前記第一の弁特性グラフ上の第一の境界であって、前記第一の特性グラフとともに表示される第一の境界を規定する入力を受信し、
前記第一の弁特性グラフおよび前記第一の境界を格納し、
第二の試験期間にわたって、前記第一のセンサおよび前記第二のセンサからデータを収集して第二の弁特性グラフを作成し、
前記第二の弁特性グラフが前記第一の境界の外に存在するか否かを判断し、
前記第二の弁特性グラフが前記第一の境界の外に存在する場合、例外をあげるようにプログラムされてなる、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロセス制御診断に関するものであり、さらに詳細にはプロセス制御デバイス用のコンピュータを用いた診断試験に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既存のプロセス制御システムは、弁の如きプロセス制御デバイスまたはプロセス制御構成部品を周期的に診断してそのようなデバイスの動作性および性能を求めることが可能となっている。プロセス制御デバイスの動作性を求めることにより、プロセス制御デバイスのより良好な保守スケジュールを立案することが可能となるため、不良発生件数およびダウンタイムを削減することが出来るようになる。このことにより、効率、安全性および収入が上昇することになる。プロセス制御システムは、プロセス制御デバイスの特性を観察するためにさまざまなセンサおよび他の測定デバイスを用いることが可能である。たとえば、既存の制御システムは、デジタル式の弁コントローラを用いて制御弁上のさまざまなセンサからデータを測定、収集することが可能である。
【０００３】
制御弁に用いられる一つの診断は弁特性試験であり、この弁特性試験では、アクチュエータの位置またはアクチュエータによる弁の開度が、アクチュエータ圧力または制御信号の如き弁への入力に対して測定される。特性グラフのグラフを用いて表現することにより、プラントオペレータにとって機器の劣化を示しうる弁の特性の変化に気付くことまたは検出することがより容易となるため、いくつかの制御システムにおいては、特性グラフを表示するために、ミズーリ州のセントルイスにあるフィッシャ・コントロールズ・インターナショナルＬＬＣから入手可能なＡＭＳ（商標）ＶａｌｖｅＬｉｎｋ（登録商標）の如き弁保守用のソフトウェアを導入している場合もある。弁特性試験から求められうる弁特性としては、限定するわけではないが、弁摩擦、アクチュエータトルク、不感帯、シャットオフ能力、アクチュエータバネ定数、およびベンチセットが挙げられる。
【０００４】
たとえば、制御弁が新しいときにこの制御弁の性能の評価（たとえば、弁製造業者試験）を行うために、弁特性試験を実行することが可能である。当業者にとって明らかなように、移動を開始させるために加えられる作動圧力に対して、開弁および閉弁が行われるとき、制御弁内の弁体の如き可動要素の移動距離または位置を記録および／またはその一般的傾向を示すことが可能である。時間の経過とともに弁特性試験が引き続き制御弁に対して行われるにつれ、これらの特性試験の結果を前の試験に対して検討することによって、アクチュエータバネ定数および弁摩擦またはトルクの変化の如きさまざまな特性変化を求め、制御弁の性能または制御になんらかの劣化が生じているか否かを判断することが可能となる。すなわち、特性グラフを重ね合わせることによって、ユーザは、ある期間にわたって、現在の性能を過去の性能と視覚的に比較することができるようになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プロセス制御システムが複数の制御弁または他の同様の制御デバイスを有しうるので、オペレータにプラント内の個々の制御弁または制御デバイスの特性グラフをチェックさせることは、測定された特性グラフデータを解析のために中央ポイントに集めることができたとしても、不適切な長さの時間を消費してしまう恐れがある。さらに、制御弁がオンライン状態におかれている間、特性グラフが作成されうるので、特性グラフからの問題を判定するための自動システムは、弁の動作中に発生しうる問題を減らす補助をしてしまう恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の方法およびシステムは、プロセス制御デバイスから得られたプロセス制御デバイス特性データを収集または受信し、このデータをユーザにより設定されうる境界および設定値と対照して解析し、プロセス制御デバイスの動作に関する問題の有無を判断することが可能となっている。一つの実施形態では、前の特性グラフをユーザに対して表示することによって、ユーザによる特徴的な境界および設定値の設定を補助するようになっている。他の実施形態では、元の工場で測定された特性グラフを表示することによって、または、前の期間のグラフを重ね合わせることを選択することによって、ユーザが、アラートの発生を引き起こすために用いられる境界および設定値を設定することが可能となっている。本発明の方法およびシステムは、制御弁またはプロセス制御デバイスのフルストローク測定値または部分ストローク測定値の特性データを分析することが可能となっている。一つの実施形態では、この評価は、最大の摩擦またはトルク、最小の摩擦またはトルク、弁シャフトの切断または損傷およびスティック−スリップ発生のための特性グラフ境界を含みうる。一つの実施形態では、ベースライン特性グラフと比べて制御弁の性能に相当な差があると、Ｐａｓｓ表示またはＦａｉｌ表示が行われる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】プロセス制御システム内で用いられるプロセス制御デバイスの一例を示している。
【図２Ａ】特性グラフを示している。
【図２Ｂ】上流側の境界および下流側の境界の組を示した特性グラフである。
【図２Ｃ】複数の特性グラフを重ね合わせて上流側の境界および下流側の境界の組を作成することが示されている。
【図３】特性グラフの境界を操作するために用いられる設定用のスクリーンを示すグラフ図である。
【図４】境界ボックスおよび不良発生ポイントのマークを含む最大摩擦／トルク不良を示すグラフ図である。
【図５】境界ボックスおよび不良発生ポイントのマークを含む最小摩擦／トルク不良を示すグラフ図である。
【図６】境界ボックスを含むシャフトの統合性不良を示すグラフ図である。
【図７】境界ボックスおよび不良発生ポイントのマークを含むスティック−スリップ不良を示すグラフ図である。
【図８】部分ストローク特性グラフを示すグラフ図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の記載は、本発明のさまざまな異なる実施形態を詳細に説明するものであるが、いうまでもなく、本発明の法的な範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲により定義される。詳細な説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明のあらゆる可能な実施形態を記載したものではない。というのは、すべての可能な実施形態を記載することは、不可能なことではないとしても非現実的なことであるためである。現在の技術を用いまたは本明細書の出願日以降に開発される技術を用いて多くの他の実施形態が実施された場合であっても、それらもまた、本発明を定義する特許請求の範囲に含まれるものとする。
【０００９】
プロセス制御システム内で用いられる制御デバイスとしては、プロセス制御システム内の制御流体の流れを調整する制御弁、ダンパーまたは他の変更可能な開口手段の如きプロセス制御デバイスが含まれる。当業者にとって明らかであるように、本明細書に記載の実施形態は気圧式制御弁に基づくものであるものの、ポンプ、電気駆動式の弁、ダンパーなどの如き他のプロセス制御デバイスを、本発明の技術思想および技術範囲から逸脱することなく、用いることが可能である。一般的に、制御弁組立体の如き制御デバイスは、導管または配管内に配置され、取り付けられたアクチュエータおよびポジショナを用いて制御弁内の弁体の如き可動要素の位置を変更することにより流体流量を制御するようになっている。この制御要素を調節して、あるプロセス状態に影響を与え、選択された流量、圧力、流体レベルまたは温度を維持することが可能である。
【００１０】
制御弁組立体は、プラントのコンプレッサからの空気の如き調整気体圧力源により駆動されるように通常なっている。この気体圧力は、プロセス制御システムから受信する信号に応じて流体圧力を制御するポジショナまたは弁制御装置を通じて、アクチュエータ（たとえば、スライディングステム式の弁の場合にはバネ・ダイアフラム式のアクチュエータまたは回転式の弁の場合にはピストン式のアクチュエータ）の中へ加えられる。アクチュエータ内の気体圧力の大きさにより、アクチュエータ内のバネおよびダイヤフラムまたはピストンの移動および位置が決まり、このことにより、制御弁の可動要素へ結合されている弁棒の位置が制御されるようになっている。たとえば、バネ・ダイヤフラム式のアクチュエータでは、ダイヤフラムは、プロセス制御システム内の流れを調整するために制御弁の流入口と流出口との間の弁流路内に可動要素（すなわち、弁体）を位置決めするために、付勢バネに対抗して動作しなければならない。アクチュエータは、圧力チャンバ内の気体圧力が増加するにしたがって可動要素の開度が大きくなるまたは小さくなる（たとえば、正動作または逆動作）ように設計されてよい。本明細書では前者の状況が想定されている。
【００１１】
図１には、プロセス制御システム内で用いられる一般的な制御弁組立体９が示されている。制御弁１０は、プロセス流を調整すべくポジショナにより制御されているアクチュエータ１１によって選択的に位置決めされる弁棒および弁体（図示せず）の如き可動要素を有してよい。当業者にとって明らかなように、弁体である可動要素の位置の表示情報が位置センサ１２により提供されるようになっている。この位置センサは、弁コントローラ１６と一体式であってもよいし、またはスタンドアロン式のポジショナトランスミッタ（図示せず）であってもよい。制御弁１０は、プロセス制御システム内でプロセス材料の流れを制御するために、プロセス制御システムの経路内に可変オリフィスを形成するようになっている。プロセス制御システムは、通常、プロセスを特徴づけるプロセス変数を検出するためにトランスミッタ１４を用いる。このプロセス変数は、プロセスコントローラ１５に送信され、プロセスプラントの動作を指示し、プロセスを制御する。 
【００１２】
弁コントローラ１６はアクチュエータ制御信号発生器１７をさらに有してよい。このアクチュエータ制御信号発生器１７は、たとえば内部に設けられているマイクロコンピュータによって制御される電−空ステージ（図示せず）を有してよく、アクチュエータ１１を駆動するための弁コントローラ１６からの出力信号を生成する。当業者にとって明らかなように、アクチュエータが電気式のアクチュエータ（図示せず）であってもよいし、また、アクチュエータ制御信号発生器が、電気式のアクチュエータの位置を制御または調整するための電気制御信号を提供してもよい。アクチュエータ制御信号発生器１７は、弁コントローラ１６からの出力信号を、アクチュエータ１１内で達成される対応する制御値に変換するようになっている。位置センサ１２は、位置入力情報（アクチュエータ棒位置を通じて）を求めてアクチュエータ１１を監視してもよいし、または、点線で示されているように制御弁１０（弁棒を通じて）を監視してもよい。
【００１３】
動作において、ユーザは、プロセス１３全体の制御の責務を有するプロセスコントローラ１５に対してコマンドを送信するユーザプロセス制御インターフェイス１８において制御弁１０およびプロセス１３と相互作用する。プロセスコントローラ１５はプラント内でプロセス制御に用いられる他の制御デバイス（図示せず）との通信状態に置かれている。プロセスコントローラ１５は、インターフェイス１８においてユーザにより供給された入力コマンドを設定値信号コマンドに翻訳してよい。次いで、設定値信号コマンドは弁コントローラ１６へ送信されてよい。弁コントローラ１６は先に記載されたマイクロコンピューを内部に有してよい。マイクロコンピュータは、受信された設定値信号コマンドに応じて制御弁１０を制御しアクチュエータ制御信号発生器１７に対応する制御信号をアクチュエータ１１内に生成して制御弁１０の位置決めをするように指示するアルゴリズムに従うようにプログラムされてよい。
【００１４】
図１のシステムでは、設定値コマンドの大きさが増大すると、アクチュエータ内のアクチュエータ制御信号発生器１７により提供される気体圧力が上昇され、これにより、制御弁１０の可動要素により制御される開度がその分だけ大きくなる。これにより生じる可動要素の位置は、プロセス１３に対して、したがってプロセス変数トランスミッタ１４により監視および検出されるプロセス変数量に対して影響を与えうる。プロセス変数トランスミッタ１４は、プロセス変数量を表す信号をプロセスコントローラ１５に送信する。当業者にとって明らかなように、プロセスコントローラ１５は、プロセス変数量を表す信号をプロセス１３のステータスを示す信号として用い、システムを制御するためにフィードバックする。 
【００１５】
上述のように、プロセスコントローラ１５は、プラント内でプロセス制御に用いられる他の制御デバイスと通信状態に置かれていてよい。また、プロセスコントローラ１５は、プロセッサまたは処理装置、メモリ、入力デバイスおよび表示デバイス（たとえば、モニター）の如き一般的な演算機器を有したコンピュータをさらに備えていてもよいしまたはそれに接続されていてもよい。当業者にとって明らかなように、プロセッサは、メモリ、表示デバイスおよび入力デバイスに接続されてよい。また、コンピュータは、ネットワークとコンピュータとの間に接続されその間の通信を提供するためのネットワークインターフェイスを有していてよい。一つの実施形態では、このコンピュータは、デジタル式のプロセスコントローラの如きプロセスコントローラの一部を形成してよい。他の実施形態では、ユーザプロセス制御インターフェイスはコンピュータであってよい。あるいは、コンピュータは、ネットワーク上でプロセスコントローラに接続されてはいるものの、当該プロセスコントローラから物理的に遠隔の位置にあってよい。
【００１６】
位置センサ１２の如きさまざまなセンサが、図１に示されているシステム全体にわたって設けられ、制御デバイスおよび制御システムの特性を検出および／または測定し、以下にさらに詳細に記載されているように、この特性情報または特性データをコンピュータまたはプロセスコントローラ１５へ送信し、表示デバイス機器上に表示するようになっている。一つの実施形態では、このセンサデータがデータ収集構成機器１９により収集されてよい。データ収集構成機器１９はコンピュータのプロセッサおよびメモリを有してよい。この実施形態では、診断のモニター２０は、以下にさらに記載されている方法でセンサデータを表示するコンピュータの表示デバイスであってよい。コンピュータの入力デバイス機器としては、たとえばキーボード、タッチパッド、マウス、トラックボール、ライトペン、マイクロホン（たとえば、音声コマンド入力用）などが挙げられる。また、当業者にとって明らかなように、以下に記載される本発明のさまざまな実施形態は、コンピュータのプロセッサ内で実行される一組のインストラクションとして実現されてもよいことに留意されたい。
【００１７】
図１のシステムの制御弁１０は、弁位置の如き出力変数と、設定値またはコマンド信号の如き入力変数との間に特徴的なループを伴う関係を呈する。この関係は特性グラフと呼ばれてもよく、その一例が図２Ａに示されている。たとえば、弁コントローラからのアクチュエータの圧力が弁棒位置またはアクチュエータ棒位置により表されるような可動要素の位置に対してプロットされている。図２Ａに示されているように、アクチュエータ内の流体圧力に対する全範囲における入出力特性がそれに対応する制御弁１０の可動要素の範囲の出力位置に対してプロットされてよい。特性グラフ内では、設定値コマンド信号の如き他の入力変数が用いられてもよい。 
【００１８】
図２Ａには、制御弁が完全閉弁位置から完全に開弁され（上流側の部分２１）、また、制御弁が完全開弁位置から完全に閉弁される（下流側の部分２３）ような全ストローク特性グラフが示されている。この特徴的なグラフには、アクチュエータ１１および／または制御弁１０のモーメントおよび摩擦またはトルクを克服して制御弁１０が開弁し始めることが可能となるためには初期圧力上昇が必要となることが示されている。また、この特徴的なグラフには、ポジショナが閉弁し始めることができるようになるには比較的大きな圧力降下が必要であることが示されている。さらに、開弁移動から閉弁移送へ移行する場合、制御弁を他の方向に向けて押すためにモーメントおよび摩擦を克服する必要がある。遷移移動に必要な圧力が、上流側パスと下流側パスとの間を横断する垂直パス２５により示されている。上流側パスと下流側パスとの間の領域は不感帯と呼んでよい。
【００１９】
制御弁または制御弁の性能が時間の経過とともに劣化（たとえば、可動要素の摩耗、弁パッキンの摩耗、アクチュエータの圧力チャンバ内の漏洩など）するにつれて、特性グラフは初期のベンチマーク測定グラフから変化しうる。時間の経過による特性グラフの変化は、たとえば摩擦による弁動作の劣化を示すと考えられる。この変化により、弁または弁の構成部品の修理または交換が促される。オペレータまたはプラントマネージャの保守業務の決断を補助するため、本発明の方法およびシステムは、図２Ｂに示されているように、ユーザに前の期間において取得されたベースライン特性グラフ上に境界を設定させることを可能としてよい。図２Ｂには、単一のベースライン特性グラフに対する境界ボックス３０および境界ボックス４０が示されている。あるいは、図２Ｃに示されているように、ユーザがより優れた一組の境界を決定するように、複数の特性グラフの測定値を表示して重ね合わせてもよい。この場合、ユーザは、複数の既存の特性グラフ（製造業者により測定されたグラフを含む）を用いて平均３５を求め、この平均に基づいて境界を設定してよい。あるいは、ユーザは、ユーザが自分の設定のベースとしたい制御弁の状態をより良く表している特性グラフを決めてもよい。
【００２０】
図２Ｂおよび図２Ｃには、複数の境界が示されており、これらのうちの一または複数が同時に設定されてよい。ボックス３０として表される第一の組の境界は、特性グラフの上流側の部分に属している。上側のボックス３０の上側のライン３１は、上流側の部分の最大偏差値を表している。この最大値境界は最大の摩擦境界（スライディングステム式の弁の場合）を表してもよいし、または、最大トルク（回転式の弁の場合）を表してもよい。上側のボックス３０の下側のライン３２は、最小摩擦境界または最小トルク境界を表している制御弁の最小限度または下限を表している。制御弁位置移動範囲は、境界ボックスの幅を決めるとともに、本発明のシステムにより監視しうるグラフの偏差の範囲を表すことが可能である。
【００２１】
下側のボックス４０として表されている第二の組の境界は、特性グラフの下流側の部分に属している。この状況で、下側のボックス４０の上側のライン４１が最小摩擦／トルク境界を表し、下側のボックス４０の下側のライン４２は最大摩擦／トルク境界を表してよい。制御弁位置移動方向が逆方向になるため、これらの最大の境界および最小の境界が表示画面では逆になることに留意されたい。また、図６〜図９に示されているように、曲線の傾斜に合わせて境界が引かれて長方形の直線の境界ではない場合があることにも留意されたい。
【００２２】
ベースライン特性グラフを製造業者のテストから得ることが可能である。あるいは、設置前またはある初期の動作時間におけるユーザの測定値からベースライン特性グラフを導出してもよい。このベースライングラフをユーザに対して表示してユーザによる境界の設定を補助するようにしてよい。たとえば、表示されたベースライン特性グラフを用いて、ユーザは、新しい特性グラフの測定値を比較しうるベースラインからの偏差しきい値として働きうる一または複数の境界を指定または設定してよい。図３に示されているように、これらの境界は、表示され、ユーザがベースライン特性グラフを用いてそれらを設定するに従って更新されていく。図３には、これらの境界を、ダイアログボックスまたはメニュースクリーン（または他の一般的なコンピュータ表示画面入力調節器）の中に値を入力することにより設定または指定することが可能であることがさらに示されている。他の実施形態では、これらの境界は、マウスまたはライトペンの如き通常のコンピュータ入力デバイスを用いて引かれてよい。
【００２３】
ベースライン特性グラフを用いてユーザにより設定された境界は、更新された、現在のまたは新しい特性グラフが前もって決められた境界により表される許容誤差に合っているか否かを判定するために用いられてもよいし、または、特性グラフが制御弁の修理もしくは交換の如きなんらかの保守処置を必要とする一または複数の特徴の劣化もしくは偏差を示しているか否かを判定するために用いられてもよい。たとえば、図３に示されているように、一または複数の境界を設定したあと、現在の特性グラフが測定され、設定された境界と対照して解析され、グラフ上のいずれかのポイントが境界を破るまたは超えるか否かが判定される。一つの実施形態では、現在の特性グラフを前もって設定された境界上に重ね合わせることにより、たとえば現在の特性グラフのポイントが前もって決められた境界の外側に存在しているか否かのような特徴的な不良を判定するようになっていてよい。
【００２４】
図４には、境界ボックスと現在の特性グラフ上の不良が発生した場所を強調した領域とを含む、最大摩擦またはトルク不良のグラフ図が示されている。図４の実施形態は、「Ｘ」のマークが付けられたポイントをグラフ上で用いて不良を強調している。同様に、図５は、境界ボックスと現在の特性グラフ上の不良が発生した場所を強調した領域とを含む、最小摩擦またはトルク不良のグラフ図が示されている。図５の実施形態も、「Ｘ」のマークが付けられたポイントをグラフ上で用いて不良を強調している。
【００２５】
特性グラフを用いて評価されうる他の特性はシャフトの統合性である。たとえば、損傷したまたは故障した弁またはアクチュエータ棒を特性グラフを用いて検出することが可能である。この状況では、制御弁は、上流側方向および下流側方向のアクチュエータ圧力の変化に対して余り応答しないまたは反応していないと考えられる。図６には、上流側境界ボックスおよび下流側境界ボックスを示している、シャフト統合性不良のグラフ図が示されている。この状況では、すべてのデータポイントが、上流側方向および下流側方向の場合において最小摩擦／トルクレベル未満であるため、シャフトまたは棒がアクチュエータ圧力に対して応答していないことを示し、したがってシャフトまたは棒の統合性の問題（たとえば、シャフトの切断または損傷）を示している。
【００２６】
特性グラフを用いて評価されうる他の動作上の問題は、弁棒またはアクチュエータ棒の固着および摺動に関する問題である。上述のように、制御弁の周知の側面は、弁のトリム（たとえば、弁体、ケージまたは弁棒）およびパッキングが摩擦を受けるということである、すなわち、その移動方向を最後に従った移動方向から変更（開弁移動から閉弁移動へまたはその逆）する際に可動要素に対して差異力（ｆｏｒｃｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）を加えなければならないということである。先に記載された摩擦は、不感帯の形状により一般的に表される摩擦要素によって引き起こされる場合もある。しかしながら、実際問題として、可動要素の位置を指示するプロセスコントローラからのコマンドにより、可動要素が、通常、図２Ａの特徴的なグラフ上に示された各位置へ滑らかに移動されるわけではない。事実、この移動は、上流側カーブまたは下流側カーブに沿って「変化」（たとえば、ステップ波状に変化）するものである。この特徴は、相互に移動しうる可動要素の部品、そのハウジングおよびアクチュエータの間における不均一な摩擦の状況に一般的に起因しうる。この側面は、上流側のパスおよび／または下流側のパスの一部分が小さな位置の変化に対して比較的に大きな圧力の変化を示す特徴的なループから明らかになりうる。
【００２７】
図７は、境界ボックスおよび不良発生ポイントのマークを含むスティック−スリップ不良を示すグラフ図である。（不良ポイントにはグラフ上で「Ｘ」のマークが付与されている）。本発明の方法およびシステムは、移動パーセント（弁位置）に対するアクチュエータ圧力の変化量がしいき値よりも大きくなるとスティック−スリップ不良が発生したと判断する。図３のダイアログボックに示されているように、移動または弁位置のパーセント変化に対するアクチュエータ圧力のパーセント変化のしきい値比はユーザによってセットされてよい。一つの実施形態では、このしきい値比は、ベースライングラフからの現在のスティック−スリップ比の標準偏差限界またはベースライングラフからのアクチュエータ移動位置偏差を表す偏差パーセントを用いて表されてもよい。
【００２８】
他の実施形態では、本発明の方法またはシステムは、前もって設定されたスティック−スリップのカウント数またはスティック−スリップのカウント数のしきい値を考慮に入れるようになっていてよい。この実施形態では、本発明の方法またはシステムは、グラフの上流側部分または下流側部分の連続したスティック−スリップの発生数を数え、実際のカウント数を前もって設定されたスティック−スリップのカウント数のしきい値と比較するようになっていてよい。この実施形態では、スティック−スリップのカウント数のしきい値と一致するまたはそれを超えたときに限りスティック−スリップ不良が示されるようになっていてよい。スティック−スリップ発生のなかには深刻な動作上の問題を表したものでない場合もあるため、前もって設定されたスティック−スリップのカウント数のしきい値の使用を任意選択的なものにすることにより、ユーザに固着（スティック）または摺動（スリップ）の許容レベルを指定させることができるようになる。図７には、上流側および下流側のポイントの組をスティック−スリップ発生に関して別々にチェックすることが可能であることが示されている。
【００２９】
図２〜図７にはフルストロークの特性グラフが示されている。しかしながら、制御弁の一般的な動作では、プロセスの少なくとも一部を制御するにあたって、プロセス制御システムに接続された制御弁の正常なオンライン動作時の特徴的な弁特性曲線全体を完全に循環することを必ずしも必要するとは限らない。このような制御弁の入出力特性の全強度範囲にわたる横断、すなわちフルストロークグラフは、ほとんどのプロセスにおいて、制御弁の特別な試験時（たとえば、製造業者による試験時またはシャットダウン時）にしか生成されない。むしろ、部分的なストロークの測定しか可能ではない。この場合、図８に示されているように、本発明の方法およびシステムは部分的なストロークデータにしか作動しない。この状況では、一または複数の境界の範囲が、部分的なストローク範囲に合うようにだけ設定または調節される。また、グラフが依然としてフルストローク工場試験に基づいており、そのグラフの一部分だけが現在の弁特性の境界の決定に用いられるようになっていてもよい。あるいは、現在の部分ストロークグラフまたは現在のフルストロークグラフのための境界条件を設定するために、複数の部分ストロークグラフを用いてベースライングラフが形成されてもよい。
【００３０】
図３〜図８には、前もって設定された特性グラフの境界を超えたことを検出したことを現在の特性グラフ上に強調表示、たとえば「Ｘ」のマークを用いて示すようになっている状況が示されている。他の実施形態では、超過の検出を、ポップアップメッセージボックスを用いたアラートの発生により示すようにしてもよい。あるいは、電子メールまたはインスタントメッセージを送るような他の警告方法が用いられてもよい。他の実施形態では、プロセスコントローラがプロセス制御システム通信フレームワークに結合されている場合、本発明の方法およびシステムは、ＨＡＲＴ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓなどの如き複数の既存の通信プロトコルのうちの一つを用いて、標準的な不良またはエラーメッセージを送信することにより、不良を示してよい。
【００３１】
一つの実施形態では、本発明の方法およびシステムは、複数の境界の測定または計算の結果を総計し、不良が検出されなかった場合に総合的な判定としてＰＡＳＳを表示し、少なくとも一つの境界が超された場合にＦＡＩＬを表示してよい。あるいは、計算が、各境界のリストおよび現在の特性グラフデータがいずれかの境界を超えているか否かを表示するレポート内に集められてもよい。
【００３２】
特性グラフを用いて検出されうる他の問題は、弁座位置に関する問題または他の着座に関する問題である。弁着座に関する問題は、摩擦または摩耗した弁座構成要素から生じうる。これに関しては、最も左の端部（図３〜図８の既存のグラフに対して）の垂直方向の境界を用いて検出することが可能である。閉弁位置の直線からのズレ（偏差）によって、弁座が浸食しているまたは弁座が摩耗しているという問題が示されることになる。あるいは、開弁位置である右の端部の垂直方向の境界を用いてなんらかの停止に関する問題が存在するか否かが判断されてもよい。さらに、上述の同一のスティック−スリップ状態を分析することにより、開弁時または閉弁時の弁棒位置における固着問題を調べてもよい。このように、弁座／パッキン問題、弁座の浸食問題、弁座の固着問題、リンク部材の汚れ問題または完全に閉弁しないという問題のための境界を表すために、垂直型のボックスおよび水平型のボックスを含むボックスを用いることが可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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