(57)【要約】      （修正有）【課題】アクチュエータの健全性及び完全性を監視する方法を提供する。【解決手段】制御バルブのためのインテリジェントアクチュエータ１０４は、アクチュエータ本体１２２、アクチュエータロッド１３８、付勢デバイス１４０、制御器２０２、及び少なくとも１つのセンサを含む。アクチュエータ本体は、空洞を画定するアクチュエータケーシングを含む。アクチュエータロッドは、制御バルブの制御素子に結合されるように適合される。付勢デバイスは、アクチュエータハウジングの空洞内に配置され、アクチュエータロッドを所定の位置に付勢するためにアクチュエータロッドに動作可能に結合される。少なくとも１つのセンサは、アクチュエータの種々のパラメータを計測し、これらのパラメータを制御器に送信するために、制御器に動作可能に結合される。少なくとも１つのセンサは、１つ以上の振動センサ、１つ以上の音響センサ、１つ以上の温度センサなどを含み得る。【選択図】図２
2019143808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御バルブ用のアクチュエータであって、
空洞を画定するアクチュエータケーシングを含むアクチュエータ本体と、
制御バルブの制御素子に結合されるように適合されたアクチュエータロッドと、
前記アクチュエータハウジングの前記空洞内に配置され、前記アクチュエータロッドを所定の位置に付勢するために前記アクチュエータロッドに動作可能に結合された付勢デバイスと、
前記アクチュエータ本体によって担持され、メモリ、プロセッサ、及び前記メモリ上に記憶されたロジックを含む制御器と、
前記アクチュエータのパラメータを計測して、前記計測されたパラメータを前記制御器に送信するために前記制御器に動作可能に結合された少なくとも１つのセンサであって、（ａ）前記アクチュエータロッド内の振動を検出するために前記アクチュエータロッドによって担持される振動センサ、及び／または（ｂ）前記アクチュエータ本体内の振動を感知するために前記アクチュエータ本体によって担持される振動センサを含む、少なくとも１つのセンサと、を備える、アクチュエータ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのセンサが、前記アクチュエータ空洞内の温度を検出するために、前記アクチュエータハウジングによって担持される温度センサをさらに含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記アクチュエータ空洞内の圧力変化に応じて前記アクチュエータロッドを移動させるために、前記アクチュエータ空洞内に配置され、前記アクチュエータロッドと前記付勢デバイスとの間に動作可能に結合されたダイヤフラムアセンブリをさらに備える、請求項１または２のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ダイヤフラムアセンブリ上またはそれに隣接して装着された１つ以上の音響放出センサをさらに含む、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ダイヤフラムアセンブリがダイヤフラム及びダイヤフラム板を備え、前記１つ以上の音響放出センサが、前記ダイヤフラムに取り付けられたもしくは前記イヤフラムと一体化した第１の音響放出センサ及び／または前記ダイヤフラム板に取り付けられた第２の音響放出センサを含む、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記制御器の前記メモリに記憶された前記ロジックが、
前記少なくとも１つのセンサから計測されたパラメータを受信することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すかどうかを判定するために前記計測されたパラメータを処理することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すとき、ワークステーションへのメッセージであって、前記所定の状態の存在を示す、メッセージを送ることと、を行うために前記プロセッサによって実行可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
メッセージをワークステーションに送ることが、前記アクチュエータ上で行われるべき特定の保守作業を特定するメッセージを送ることを含む、請求項７に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
メッセージを前記ワークステーションに送ることが、前記アクチュエータの１つ以上の特定の構成要素用の残りの耐用年数の推定持続期間を特定するメッセージを送ることを含む、請求項７または８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
１つ以上のユーザワークステーションと、
前記１つ以上のユーザワークステーションに通信可能に結合されたプロセス制御器と、
前記プロセス制御器に通信可能に結合された複数のフィールドデバイスであって、そのうちの少なくとも１つが、制御バルブ及びアクチュエータを備える、複数のフィールドデバイスと、を備えるプロセス制御システムであって、前記アクチュエータが、
空洞を画定するアクチュエータケーシングを含むアクチュエータ本体と、
前記制御バルブの制御素子に動作可能に結合されたアクチュエータロッドと、
前記アクチュエータハウジングの前記空洞内に配置され、前記前記アクチュエータロッドを所定の位置に付勢するために前記アクチュエータロッドに動作可能に結合された付勢デバイスと、
前記アクチュエータ本体によって担持され、メモリ、プロセッサ、及び前記メモリ上に記憶されたロジックを含む制御器と、
前記アクチュエータのパラメータを計測して、前記計測されたパラメータを前記制御器に送信するために前記制御器に動作可能に結合された少なくとも１つのセンサであって、（ａ）前記アクチュエータロッド内の振動を検出するために前記アクチュエータロッドによって担持される振動センサ、及び／または（ｂ）前記アクチュエータ本体内の振動を感知するために前記アクチュエータ本体によって担持される振動センサを含む、少なくとも１つのセンサと、を備える、プロセス制御システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのセンサが、前記アクチュエータ空洞内の温度を検出するために、前記アクチュエータハウジングによって担持される温度センサをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アクチュエータ空洞内の圧力変化に応じて前記アクチュエータロッドを移動させるために、前記アクチュエータ空洞内に配置され、前記アクチュエータロッドと前記付勢デバイス間に動作可能に結合されたダイヤフラムアセンブリをさらに備える、請求項９または１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ダイヤフラムアセンブリ上またはそれに隣接して装着された、１つ以上の音響放出センサをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ダイヤフラムアセンブリがダイヤフラム及びダイヤフラム板を備え、前記１つ以上の音響放出センサが、前記ダイヤフラムに取り付けられたもしくは前記ダイヤフラムと一体化した第１の音響放出センサ、及び／または前記ダイヤフラム板に取り付けられた第２の音響放出センサを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御器の前記メモリに記憶された前記ロジックが、
前記少なくとも１つのセンサから計測されたパラメータを受信することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すかどうかを判定するために前記計測されたパラメータを処理することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すとき、前記１つ以上のワークステーションへのメッセージであって、前記所定の状態の存在を示す、メッセージを送ることと、を行うために前記プロセッサによって実行可能である、請求項９〜１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
メッセージを前記１つ以上のワークステーションに送ることが、前記アクチュエータ上で行われるべき特定の保守作業を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
メッセージを前記１つ以上のワークステーションに送ることが、前記アクチュエータの１つ以上の特定の構成要素の残り用の耐用年数の推定持続期間を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１４または１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記１つ以上のワークステーションが、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、またはポケットベルのデバイスのうちの１つ以上を備える、請求項９〜１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
制御バルブアクチュエータの動作の健全性及び完全性を監視する方法であって、前記方法が、
前記アクチュエータの動作環境の１つ以上のパラメータであって、（ａ）前記アクチュエータのアクチュエータケーシングの空洞内の温度、（ｂ）前記アクチュエータのアクチュエータロッドによって担持される振動、（ｃ）前記アクチュエータのアクチュエータ本体によって担持される振動、及び／または（ｄ）前記アクチュエータの音響放出パラメータを含む、１つ以上のパラメータを計測することと、
前記アクチュエータに装着された制御器で前記１つ以上のパラメータを受信することと、
前記１つ以上のパラメータが所定の状態の存在を示すかどうかを判定するために、前記１つ以上のパラメータを前記制御器で処理することと、
前記制御器が、前記検出されたパラメータが所定の状態の存在を示すと判定するとき、前記制御器によって、前記所定の状態の存在を示す、メッセージをユーザワークステーションへ送ることとを含む、方法。
【請求項１９】
前記計測されたパラメータを処理することが、前記パラメータを前記制御器のメモリ上に記憶された１つ以上の対応する動作パラメータと比較することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記パラメータが前記動作パラメータの許容される標準偏差外であるとき、前記制御器が前記メッセージを前記ユーザワークステーションに送る、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つ以上の動作パラメータを収集して記憶することによって前記アクチュエータを起動する際、前記制御器を較正することをさらに含む、請求項１９または２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記計測されたパラメータを処理することが、前記計測されたパラメータを、前記制御器のメモリ上に記憶された１つ以上の対応するイベントパラメータと比較する、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記計測されたパラメータが前記１つ以上の対応するイベントパラメータと合致するとき、前記制御器が前記メッセージを前記ユーザワークステーションに送る、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
メッセージをユーザワークステーションに送ることが、前記アクチュエータ上で行われるべき特定の保守作業を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
メッセージをユーザワークステーションに送ることが、前記アクチュエータの１つ以上の特定の構成要素用の残りの耐用年数の推定持続期間を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１８〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はプロセス制御システムに関し、さらに詳細には、プロセス制御システムで使用される制御バルブアクチュエータなどのフィールドデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学、石油または他のプロセスで使用されるような分散型または拡張可能なプロセス制御システムは、アナログ、デジタルまたはアナログ／デジタル結合バスを介して、少なくとも１つのホストまたはユーザワークステーション及び１つ以上のフィールドデバイスに通信可能に結合された１つ以上のプロセス制御器を典型的に含む。例えば、制御バルブ、バルブポジショナ、スイッチ及び送信機（例えば、温度、圧力及び流量センサ）を含み得るフィールドデバイスは、バルブの開閉及びプロセスパラメータの計測などのプロセス内の機能を行う。プロセス制御器は、フィールドデバイス及び／またはフィールドデバイスに対して他の情報によってなされるプロセス計測を示す信号を受信し、この情報を使用して、バスを通じてフィールドデバイスに送られプロセスの動作を制御する制御信号を生成するための制御ルーチンを実装する。フィールドデバイス及び制御器の各々からの情報は、典型的にユーザワークステーションによって実行される１つ以上のアプリケーションによって利用可能となり、オペレータが、プロセスの現在の状態を観察し、プロセスの動作を修正するなどのプロセスに関連するいずれかの所望の機能を行うことを可能にする。万一、フィールドデバイスが機能しなくなると、プロセス制御システム全体の動作状態は危うくされ得る。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の１つの態様は、制御バルブのためのアクチュエータを含む。アクチュエータは、アクチュエータ本体、アクチュエータロッド、付勢デバイス、制御器、及び少なくとも１つのセンサを含み得る。アクチュエータ本体は、空洞を画定するアクチュエータケーシングを含む。アクチュエータロッドは、制御バルブの制御素子に結合されるように適合される。付勢デバイスは、アクチュエータハウジングの空洞内に配置され、アクチュエータロッドを所定の位置に付勢するためにアクチュエータロッドに動作可能に結合される。制御器は、アクチュエータ本体によって担持され、メモリ、プロセッサ、及びメモリ上に記憶されたロジックを含み得る。少なくとも１つのセンサは、アクチュエータのパラメータを計測し、計測されたパラメータを制御器に送信するために、制御器に動作可能に結合され得る。少なくとも１つのセンサは、（ａ）アクチュエータロッド内の振動を検出するためにアクチュエータロッドによって担持される振動センサ、及び／または（ｂ）アクチュエータ本体内の振動を感知するためにアクチュエータ本体によって担持される振動センを含み得る。
【０００４】
本開示の別の態様は、１つ以上のユーザワークステーション、プロセス制御器、及び複数のフィールドデバイスを有するプロセス制御システムを含み得る。プロセス制御器は、１つ以上のユーザワークステーションに通信可能に結合され、複数のフィールドデバイスは、プロセス制御器に通信可能に結合される。フィールドデバイスのうちの少なくとも１つは、制御バルブ及びアクチュエータを含み得、アクチュエータは、アクチュエータ本体、アクチュエータロッド、付勢デバイス、制御器、及び少なくとも１つのセンサを含む。アクチュエータ本体は、空洞を画定するアクチュエータケーシングを含む。アクチュエータロッドは、制御バルブの制御素子に動作可能に結合される。付勢デバイスは、アクチュエータハウジングの空洞内に配置され、アクチュエータロッドを所定の位置に付勢するためにアクチュエータロッドに動作可能に結合される。制御器は、アクチュエータ本体によ
って担持され、メモリ、プロセッサ、及びメモリ上に記憶されたロジックを含み得る。少なくとも１つのセンサは、アクチュエータのパラメータを計測し、計測されたパラメータを制御器に送信するために、制御器に動作可能に結合される。少なくとも１つのセンサは、（ａ）アクチュエータロッド内の振動を検出するためにアクチュエータロッドによって担持される振動センサ、及び／または（ｂ）アクチュエータ本体内の振動を感知するためにアクチュエータ本体によって担持される振動センサを含み得る。
【０００５】
本開示のさらに別の態様は、制御バルブアクチュエータの動作の健全性及び完全性を監視する方法を含む。本方法はアクチュエータの動作環境の１つ以上のパラメータを計測することを含み、１つ以上のパラメータは、（ａ）アクチュエータのアクチュエータケーシングの空洞内の温度、（ｂ）アクチュエータのアクチュエータロッドによって担持される振動、（ｃ）アクチュエータのアクチュエータ本体によって担持される振動、及び／または（ｄ）アクチュエータ構成要素の音響放出パラメータを含む。本方法はまた、アクチュエータに装着された制御器で１つ以上のパラメータを受信することと、１つ以上のパラメータが所定の状態の存在を示すかどうかを判定するために、１つ以上のパラメータを制御器で処理することとを含み得る。さらに、本方法は、制御器が、検出されたパラメータが所定の状態の存在を示すと判定するとき、制御器によってメッセージをユーザワークステーションに送ることを含み得、このメッセージは、所定の状態の存在を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の原理に従って構成された１つ以上のインテリジェントアクチュエータを有するプロセス制御システムの概略図である。
【図２】本開示の原理に従って構成され、制御バルブに結合されたインテリジェントアクチュエータの一バージョンの横断側面図である。
【図３】図２のインテリジェントアクチュエータの制御器の一バージョンの概略ブロック図である。
【図４】本開示の原理に従って制御バルブアクチュエータの動作の健全性及び完全性を監視する方法の一バージョンのフローチャートである。
【図５】本開示の原理に従って制御バルブアクチュエータの動作の健全性及び完全性を監視する方法の別のバージョンのフローチャートである。
【図６】本開示の原理に従って構成されたインテリジェントアクチュエータの別のバージョンの横断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示は、例えば、アクチュエータの健全性及び完全性に関連する予測及び／または診断情報を感知するための１つ以上のセンサを組み込む、制御バルブアセンブリなどのプロセス制御システムのフィールドデバイスのためのインテリジェントアクチュエータを対象とする。いくつかのバージョンにおいて、少なくとも１つのセンサに加え、アクチュエータには、センサ（複数を含む）から取得されるデータを処理するための搭載制御器が備えられ得る。そのように構成されるため、制御器が、感知されたデータがアクチュエータの健全性及び／または完全性を損ない得る状態を示すと判定すると、制御器は、メッセージを、例えば、保守担当者または他のシステム要員にアクセス可能なユーザワークステーションに送ってもよい。メッセージは、例えば、アクチュエータ及びその位置の特定を含む情報、センサ（複数を含む）から取得されたデータを表す情報、アクチュエータの特定の構成要素の健全性及び／または完全性に関連する情報、構成要素または全体的なアクチュエータの推定される残りの耐用年数の予測、アクチュエータ上で特定の保守タスクを保守要員に指示する情報、及び／またはセンサ（複数を含む）から取得されたデータを通して得られ得るいずれかの他の所望の情報の種々の部分を含むことができる。したがって、本開示のインテリジェントアクチュエータ及び関連システムは、有利に、構成要素の健全性及び／または完全性に対するリアルタイムの情報及び残りの耐用年数の予測及び計画され
た保守イベントを、故障が起こるよりかなり前にその予報を促進し得る。そのような予測能力は、コストがかかり得、全体のプロセス制御環境に悪影響を及ぼし得る、予期しない保守イベントに関連付けられた計画外のシャットダウンを防ぐのに役立ち得る。
【０００８】
図１を参照すると、プロセス制御器１１と通信しており、次いでまた各々が表示スクリーン１４を有する、データヒストリアン１２及び１つ以上のユーザワークステーション１３と通信している１つ以上のフィールドデバイス１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２及び７１を組み込んでいる、本開示の一バージョンに従って構成されたプロセス制御システム１０が図示される。そのように構成されているため、制御器１１は、フィールドデバイス１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２及び７１、並びにワークステーション１３に信号を供給し、またそれらから信号を受信して、プロセス制御システムを制御する。
【０００９】
より詳細には、図１に示されるバージョンのプロセス制御システム１０のプロセス制御器１１は、配線で接続された通信接続によって入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード２６及び２８を介してフィールドデバイス１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１及び２２に接続される。データヒストリアン１２は、データを記憶するための、いずれかの所望のタイプのメモリ及びいずれかの所望のまたは既知のソフトウェア、ハードウェアまたはファームウェアを有するいずれかの所望のタイプのデータ収集ユニットであってもよい。さらに、データヒストリアン１２が図１における別個のデバイスとして図示される一方、それはワークステーション１３またはサーバなどの別のコンピュータデバイスのうちの１つの代わり、またはその一部であってもよい。例として、Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔにより市販されているＤｅｌｔａＶ（商標）制御器であってもよい制御器１１は、例えば、イーサネット（登録商標）接続であってもよい通信ネットワーク２９を介して、ワークステーション１３及びデータヒストリアン１２に通信可能に接続される。
【００１０】
記載されるように、制御器１１は、例えば、標準４〜２０ｍＡ通信、及び／またはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス通信プロトコル、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルなどのいずれかのスマート通信プロトコルを使用するいずれかの通信を含む配線で接続された通信を実装するために、いずれかの所望のハードウェア、ソフトウェア及び／またはファームウェアの使用を含み得る配線で接続された通信スキームを使用して、フィールドデバイス１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１及び２２に通信可能に接続されるように図示される。フィールドデバイス１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１及び２２は、センサ、制御バルブアセンブリ、送信機、ポジショナなどのいずれかのタイプのデバイスであってもよい一方、Ｉ／Ｏカード２６及び２８は、いずれかの所望の通信または制御器プロトコルに適合するいずれかのタイプのＩ／Ｏデバイスであってもよい。図１に示される実施形態において、フィールドデバイス１５、１６、１７及び１８は、アナログ回線を介してＩ／Ｏカード２６と通信する標準４〜２０ｍＡデバイスである一方、デジタルフィールドデバイス１９、２０、２１及び２２は、デジタルバスを介して、フィールドバスプロトコル通信を使用するＩ／Ｏカード２８と通信するＨＡＲＴ（登録商標）通信デバイス及びフィールドバスフィールドデバイスなどのスマートデバイスであり得る。もちろん、フィールドデバイス１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１及び２２は、将来、開発されるいずれかの標準またはプロトコルを含む、いずれかの他の所望の標準（複数を含む）またはプロトコルに適合し得る。
【００１１】
さらに、図１に示されるプロセス制御システム１０は、制御されるべきプラント内に配置されたいくつかの無線フィールドデバイス６０、６１、６２、６３、６４及び７１を含む。フィールドデバイス６０、６１、６２、６３及び６４は、送信機（例えば、プロセス変数センサ）として図示される一方、フィールドデバイス７１は、例えば、制御バルブ及
びアクチュエータを含む制御バルブアセンブリとして図示される。無線通信は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または現在知られているまたは後に開発されるそれらのいずれかの組み合わせを含むいずれかの所望の無線通信機器を使用して、制御器１１並びにフィールドデバイス６０、６１、６２、６３、６４及び７１間で構築されてもよい。図１に示されるバージョンにおいて、アンテナ６５が送信機６０の無線通信を行うために結合され専用とされる一方、アンテナ６７を有する無線ルータまたは他のモジュール６６は、送信機６１、６２、６３及び６４の無線通信を集合的に取り扱うために結合される。同様に、アンテナ７２は、制御バルブアセンブリ７１の無線通信を行うために、制御バルブアセンブリ７１に結合される。フィールドデバイスまたは関連するハードウェア６０、６１、６２、６３、６４、及び６６、ならびに７１は、アンテナ６５、６７及び７２を介して、無線信号を受信し、復号化し、経路指定し、符号化し、送り、プロセス制御器１１、送信機６０、６１、６２、６３、６４、及び制御バルブアセンブリ７１間の無線通信を実装するために、適切な無線通信プロトコルによって使用されるプロトコルスタック操作を実装し得る。
【００１２】
必要に応じて、送信機６０、６１、６２、６３及び６４は、種々のプロセスセンサ（送信機）及びプロセス制御器１１間で単独のリンクを構成し得、そのため、それらは、確実にプロセス性能が損なわれないようにするために、正確な信号を制御器１１に送ることに依存する。送信機６０、６１、６２、６３及び６４は、しばしばプロセス変数送信機（ＰＶＴ）と称され、したがって、制御プロセス全体を制御する上で重要な役割を果たし得る。さらに、制御バルブアセンブリ７１は、制御バルブアセンブリ７１内のセンサによってなされた計測を提供し得る、または制御バルブアセンブリ７１によって生成されたまたは計算された他のデータを、その動作の一部として制御器１１に提供し得る。もちろん、周知のように、制御バルブアセンブリ７１はまた、制御信号を制御器１１から受信して、物理パラメータ、例えば、プロセス全体内の流れを生じさせてもよい。
【００１３】
プロセス制御器１１は、各々が各アンテナ７５及び７６に接続される、１つ以上のＩ／Ｏデバイス７３及び７４に結合され、これらのＩ／Ｏデバイス及びアンテナ７３、７４、７５、及び７６は、送信機／受信機として動作し、１つ以上の無線通信網を介して、無線フィールドデバイス６１、６２、６３、６４及び７１との無線通信を行う。フィールドデバイス（例えば、送信機６０、６１、６２、６３及び６４、ならびに制御バルブアセンブリ７１）間の無線通信は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）プロトコル、Ｅｍｂｅｒプロトコル、ＷｉＦｉプロトコル、ＩＥＥＥ無線標準などの１つ以上の既知の無線通信プロトコルを使用して行われてもよい。またさらに、Ｉ／Ｏデバイス７３及び７４は、アンテナ７５及び７６を介して、無線信号を受信し、復号化し、経路指定し、符号化し、送り、制御器１１、送信機６０、６１、６２、６３及び６４、ならびに制御バルブアセンブリ７１間の無線通信を実装するために、これらの通信プロトコルによって使用されるプロトコルスタック操作を実装し得る。
【００１４】
図１に示されるように、制御器１１は従来、メモリ７８に記憶された１つ以上のプロセス制御ルーチン（またはいずれかのモジュール、ブロック、またはそれのサブルーチン）を実装するまたは監督するプロセッサ７７を含む。メモリ７８に記憶されたプロセス制御ルーチンは、加工プラント内に実装されつつある制御ループを含む、またはそれに関連付けられてもよい。一般的に言えば、また一般に知られるように、プロセス制御器１１は、１つ以上の制御ルーチンを実行し及びフィールドデバイス１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、６０、６１、６２、６３、６４、及び７１、ユーザワークステーション１３、ならびにデータヒストリアン１２との通信し、いずれかの所望の方法（複数を含む）でプロセスを制御する。さらに、それぞれが制御バルブアセンブリとして図示される、図１におけるフィールドデバイス１８、２２及び７１のうちのいずれかは、アクチュエータの健全性及び完全性の監視を促進するためにプロセス制御器１１と通信するために
、本開示の原理に従って構成されたインテリジェント制御バルブアクチュエータを含み得る。
【００１５】
図２を参照して、説明の目的で、図１からのフィールドデバイス７１は、本開示に従って構成された制御バルブ１０２及びインテリジェントアクチュエータ１０４を含む制御バルブアセンブリ１００として示される。制御バルブ１０２は、それを通して流量を制御するために、バルブボディ１０６内の転移のために配置された球体バルブボディ１０６及び制御素子１０８を含む滑りステムタイプの制御バルブを含み得る。バルブボディ１０６は、吸気口１１０、排気口１１２、吸気口１１０及び排気口１１２間に延長する流体流路１１４を定義し得る。制御素子１０８は、バルブステム１１８に接続されたバルブプラグ１１６を含み得る。バルブステム１１８は、アクチュエータ１０４が制御素子１０８の位置を調整できるように、さらに具体的には、制御バルブ１０２を通して流量を調整するために流路１１４に対してバルブプラグ１１６の位置を調整できるように、アクチュエータ１０４に結合されるためにボンネット１２０を通してバルブ本体１０８から延長する。
【００１６】
図２において、アクチュエータ１０４は、アクチュエータ本体１２２、アクチュエータケーシング１２４、及び位置決めアセンブリ１２６を含む。アクチュエータ本体１２２は、図示されるように、位置決めアセンブリ１２６の少なくとも１部分に対して、概して、誘導、支持、及び保護を提供する空隙の構成である。アクチュエータケーシング１２４は、複数のファスナー１３４によってともに締め付けられた上部及び下部のダイヤフラムケーシング構成要素１２８及び１３０を含み、内部アクチュエータ空洞１３２を画定する。位置決めアセンブリ１２６は、ダイヤフラムアセンブリ１３６、アクチュエータロッド１３８及び付勢デバイス１４０を含む。ダイヤフラムアセンブリ１３６は、アクチュエータ空洞１３２内に配置され、ダイヤフラム１４２及びダイヤフラム板１４４を含む。ダイヤフラム板１４４は、概して、剛性円形部材であり、ダイヤフラム１４２はその中央部分がダイヤフラム板１４４と噛合する従来の膜タイプのダイヤフラムを含む。ダイヤフラム１４２はまた、ダイヤフラム１４２がアクチュエータ空洞１３２を上部及び下部の封止空洞部分１４６及び１４８に分割するように、上部及び下部のダイヤフラムケーシング構成要素１２８と１３０との間に固定された周辺位置も含む。アクチュエータロッド１３８は、ダイヤフラム板１４４に固定された第１の端１３８ａと、結合ヨークまたはなんらかの他の適切なジョイント介して制御バルブ１０２のバルブステム１１８に動作可能に結合された第２の端１３８ｂを含む。最終的に、図２に示されるアクチュエータ１０４の付勢デバイス１４０は、ダイヤフラムアセンブリ１３６と、ダイヤフラムアセンブリ１３６の下の位置でアクチュエータ本体１２２によって担持されるスプリングシート１５０との間に配置された圧縮コイルスプリングを含む。そのように構成されるため、付勢デバイス１４０は必然的に、ダイヤフラムアセンブリ１３６を、図２のアクチュエータ１０４の方向に対して上方に、かつスプリングシート１５０から離間して付勢させる。別の構成において、付勢デバイスがバルブを閉じたままにしがちで、空気圧信号がダイヤフラムアセンブリにバルブのトリムを開けるほうに動かさせるときに、同様のアクチュエータはこの動きを反転させ得る。
【００１７】
図２の制御バルブアセンブリ１００が説明されるように構成されている場合、ダイヤフラムに基づくアクチュエータ１０４は、制御バルブ１０２のバルブプラグ１１６を流路１１４に対して位置決めするのに役立ち、所望のプロセス制御パラメータを満たす。例えば、記載されるように、アクチュエータ１０４の付勢デバイス１４０は、必然的に、ダイヤフラムアセンブリ１３６を、図２の方向に対して上方に付勢し、開位置に向かって制御バルブ１０２の制御素子１０８の上方の動きに変換する。制御素子１０８を閉位置に向かって下方に動かすために、空気圧信号はアクチュエータ空洞１３２の上部空洞部分１４６に供給され得、上部空洞部分１４６内の圧力を増す。この圧力の増加はダイヤフラム１４２によって感知され、付勢デバイス１４０によって加わる力を究極的に克服し、それによっ
て、ダイヤフラムアセンブリ１３６、アクチュエータロッド１３８、及び制御素子１０８を下方に移動する。上部空洞部分１４６に供給される空気圧信号が減少する及び／または除去されるとき、付勢デバイス１４０は、ダイヤフラムアセンブリ１３６、アクチュエータロッド１３８、及び制御素子１０８を図２の方向に対して上方に延長かつ促し得る。
【００１８】
直前に述べたように、ダイヤフラム１４２は、アクチュエータ１０４の周期ごとに、アクチュエータ１０４内に存在する種々の圧力及び動的な力の下で、延長、縮小、及び変形する。さらに、アクチュエータ１０４が動作している環境に依存して、温度が上下し、及び／またはアクチュエータ空洞１３２内の変化はダイヤフラム１４２の完全性に悪影響を与え得る。さらに、制御バルブ１０２の制御素子１０８も、流路１１４を通して流れる流体に存在する種々の動的な力にさらされる。これらの力はアクチュエータロッド１３８に伝達され、それによってアクチュエータロッド１３８上に、さらにダイヤフラム板１４４を含むダイヤフラムアセンブリ１３６上に直接、種々の振動応力を与える結果となる。これらの振動は、バルブ本体の内部にあるトリム構成要素に対する摩耗または損傷を示し得る。さらにまた、制御バルブアセンブリ１００の運用年数を通して、制御バルブ１０２を通して流れる種々の流体圧力は、制御バルブボディ１０６上に直接、振動及び応力を作成し、次にボンネット１２０、アクチュエータ本体１２２及びアクチュエータケーシング１２４に伝達される。アクチュエータ１０４の異なる構成要素上のこれらの種々の振動及び応力は、例えば、ダイヤフラム１４２の引き裂き、亀裂、及び剥離、ダイヤフラム板１４４の破砕または亀裂、アクチュエータロッド１３８の破砕または亀裂、アクチュエータ本体１２２の破砕または亀裂、及び／またはアクチュエータケーシング１２４の破砕または亀裂などの構成要素の故障の原因になり得る。これらの故障のいずれかは、コスト及び時間のかかる、損傷したデバイスに対する保守を行うために、プロセス制御システム全体にシャットダウンすることを要求し得る。
【００１９】
これらの潜在的な故障を監視するため、図２の制御バルブアセンブリ１００のインテリジェントアクチュエータ１０４は、スマート監視システム２００を含む。スマート監視システム２００は、アクチュエータ１０４に搭載されて配置され得るまたはアクチュエータ１０４から離れ得る制御器２０２、及び以下のセンサ、すなわち、（ａ）アクチュエータロッド１３８に装着された第１の振動センサ２０４、（ｂ）好適にはアクチュエータの重心（ＣＧ）付近で、アクチュエータ本体１２２に装着された第２の振動センサ２０６、（ｃ）アクチュエータ空洞１３２内の温度を検出するために、アクチュエータケーシング１２４に装着された温度センサ２０８、（ｄ）ダイヤフラム板１４４に装着された第１の音響放出２１０センサ、及び／または（ｅ）ダイヤフラム１４２に隣接した位置で、またはダイヤフラム自身に一体化してアクチュエータケーシング１２４に装着された第２の音響放出センサ２１２のうちの１つ以上を含む。いくつかのバージョンにおいて、１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２は、無線通信プロトコルまたは有線通信線を介して、制御器２０２と通信し得る。いくつかのバージョンにおいて、振動センサ２０４及び２０６の各々は、ＰＣＢ  Ｐｉｅｚｏｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＰＣＢモデル３５３Ｂ１５加速度計などの加速度計を含み得る。いくつかのバージョンにおいて、温度センサ２０８は、Ｆｌｕｋｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＲＴDま
たはＫタイプの熱電温度計を含み得る。いくつかのバージョンにおいて、音響放出センサ２１０及び２１２は、Ｖａｌｌｅｎ  Ｓｙｓｔｅｍｅ  ＧｍｂＨ製のモデル３５３ＶＳ１５０−ＲＩＣセンサを含み得る。いくつかのバージョンにおいて、他のセンサはまた、前述のいずれかにも使用され得る。
【００２０】
記載されるように、図２のアクチュエータ１０４の図示されるバージョンは、前述のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２の各々を含むが、これは例に過ぎない。本開示の原理に従って構成されたインテリジェントアクチュエータ１０４は、任意の種類の組み合わせにおけるセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２のうちのいずれ
か１つ以上を含み得る。さらに、本開示の原理に従って構成されたインテリジェントアクチュエータ１０４の他のバージョンは、本願に具体的に記載されたもの以外に付加的なセンサも含み得る。例えば、別のバージョンにおいて、アクチュエータ１０４のスマート監視システム２００は、例えば、アクチュエータケーシング１２４内の流体圧力を監視するための１つ以上の圧力センサ、いずれかの１つ以上のアクチュエータロッド１３８に装着された１つ以上のひずみゲージ、付勢デバイス１４０、ダイヤフラム１４２、ダイヤフラム板１４４、及びアクチュエータ本体、例えば、本開示の範囲及び目的内のアクチュエータ１０４のいずれかの１つ以上の構成要素の健全性及び／または完全性に対して重要な情報を取得可能であってもよいいずれかの他のタイプのセンサを含んでもよい。
【００２１】
図３を参照すると、現在、開示されているインテリジェントアクチュエータ１０４の制御器２０２は、ブロック図として概略的に示される。制御器２０２は、プロセッサ２１４、メモリ２１６、電源２１８、及び通信インタフェース２２０を含み得る。プロセッサ２１４は、コンピュータプログラム及び関連ロジックを実行可能な電気回路を含む従来の中央処理装置（ＣＰＵ）を含み得る。メモリ２１６は、インテリジェントアクチュエータ１０４に搭載された所望の処理を実行するためのプロセッサ２１４に連動した操作に対してＲＡＭ及び／またはＲＯＭを含み得る。一バージョンにおいて、電源２１８は、例えば、制御器２０２及びスマート監視システム２００全体が独立して電力を供給されるようにバッテリを含み得る。他のバージョンにおいて、利用可能な場合は、例えば、電源２１８はバッテリ電源を含まないこともあるが、配線で接続された送電線は含み得る。さらに他のバージョンにおいて、電源２１８は、燃料電池、太陽光パネル、風力タービン、または制御器２０２及びスマート監視システム２００の他の構成要素に電力を生成及び／または供給可能ないずれかの他のデバイスを含み得る。通信インタフェース２２０は、無線アンテナなどの無線インタフェース、ネットワークポートなどの有線インタフェース、またはインテリジェントアクチュエータ１０４の１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２と通信可能な、また、例えば、図１を参照して上述された、全体的なプロセス制御システム１０のプロセス制御器１１とも通信可能な、いずれかの他のタイプのインタフェースを含み得る。
【００２２】
制御器２０２が説明されるように構成されている場合、通信インタフェース２２０は、１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２から直接、アクチュエータ１０４の種々の環境状態に対して情報を取得し得る。プロセッサ２１４は、アクチュエータ１０４の健全性及び完全性の現在の状態を判定するために、直接、インテリジェントアクチュエータ１０４に搭載されたその情報を処理し得る。また、その処理結果に基づいて、制御器２０２はその後、特定のアプリケーションに依存する適切な方法でプロセス制御器１１と通信する。
【００２３】
例えば、図４を参照すると、本開示の原理に従って行われる処理方法の一例が説明される。図４のブロック３００は、現場でプロセス制御システム環境にインストールされた後、本開示のインテリジェントアクチュエータ１０４が最初に電源がオンにされる、起動を表す。一旦電源がオンにされると、インテリジェントアクチュエータ１０４はブロック３０２で較正される。較正中、インテリジェントアクチュエータ１０４は、例えば、１時間、１２時間、４８時間等の所定の期間、プロセス制御システムの通常の動作状態の下で動作することが許可される。この時間の間、アクチュエータ１０４の安定状態の下、プロセス制御環境が動作しており、種々の構成要素は、アクチュエータ１０４が故障の懸念を全く持たずに動作するように、完全な健全性を有すると推定される。アクチュエータ１０４が動作するにつれて、制御器２０２は、１セットのシステムの通常「動作パラメータまたは通常の範囲」、すなわち、含まれるセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２ごとの１つの動作パラメータまたは範囲を構築するために、アクチュエータ１０４上の１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２を監視する。これらの動作パ
ラメータは、特定のプロセス制御システム環境におけるアクチュエータ１０４の通常の健全な動作の間、１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２によって計測された値を表す。動作パラメータは、その後、制御器２０２のメモリ２１６に記憶される。動作パラメータは、いずれかの数の方法によって到達され得る。例えば、一バージョンにおいて、動作パラメータは、較正期間の持続期間を通して、各センサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２によって取得される計測を平均化することによって到達し得る。別のバージョンにおいて、動作パラメータは、いずれかの他の数学または他の方法によって、較正期間の持続期間を通して、各センサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２によって取得される計測の手段を取ることによって到達され得る。
【００２４】
一旦較正期間が終了すると、インテリジェントアクチュエータ１０４は、通常の動作モードに移行する。すなわち、図４のブロック３０４及び３０６によって示されるように、１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２は、前もって構築された通常動作ルーチンに従って計測されたパラメータ（ブロック３０４）を取ることと、これらの計測されたパラメータ（ブロック３０６）を処理用の制御器２０２に送信することとを開始する。通常の動作ルーチンは、概して継続的にもしくは断続的に（例えば、５分ごとに、一時間ごとに、など）、計測されたパラメータを取り、送信する、１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２を含んでもよい。電源２０８としてバッテリを頼るアクチュエータ１０４のバージョンにおいて、バッテリの寿命を保つ利益のために、計測されたパラメータを取り、送信することが望まれてもよいが、それは必ずしも要求されない。
【００２５】
一旦計測されたパラメーが制御器２０２に送信されると、ブロック３０８によって示されるように、制御器２０２は、その後、それらをメモリに記憶し得る。これは、プロセスの性質に依存して、計測されたパラメータをＲＡＭ及び／またはＲＯＭに記憶することを含んでもよい。
【００２６】
次に、ブロック３１０によって示されるように、制御器２０４のプロセッサ２１４は、計測されたパラメータを、ブロック３０２での較正中に前もってメモリ２１６に収集され記憶された動作パラメータと比較する。ブロック３１０で、プロセッサ２１４は、インテリジェントアクチュエータ１０４内に含まれるセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２ごとに、１つ以上の別個の比較を行う。例えば、振動センサ２０４及び２０６について、プロセッサ２１４は、振動加速、方向、周波数、持続期間、大きさ等を比較し得る。温度センサ２０８について、プロセッサ２１４は、温度の高さ、期間、変動等を比較し得る。音響放出センサ２１０及び２１２について、プロセッサ２１４は、音響変動、振幅、期間、エネルギー等を比較し得る。これらの比較に基づいて、プロセッサ２１４は、計測されたパラメータの各々が、較正中に収集された対応する動作パラメータに対して許容標準偏差内にあるかどうかを判定する。
【００２７】
計測されたパラメータのすべてが、対応する許容標準偏差内にあると判定された場合、その後、プロセスは、図４に示されるように、ブロック３０４に戻る。しかしながら、計測されたパラメータの１つ以上が対応する許容標準偏差外にある場合、プロセスは、図４のブロック３１２及び３１４に進む。
【００２８】
ブロック３１２で、プロセッサ２１４は、ブロック３１０で行われた処理に基づいて、プロセス制御システム１０のプロセス制御器１１に送られるメッセージを構成する。例えば、行われた比較に基づいて、プロセッサ２１４は、許容標準偏差外の計測されたパラメータを取得した特定のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２を特定する。プロセッサ２１４は、例えば、「アラーム状態」と称され得る、所定の状態の存在を示しているように、これらの１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２を特
定し得る。このように、いくつかのバージョンにおいて、プロセッサ２１４は、「アラーム状態」の存在を報告している１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２のリストを含むメッセージをブロック３１２で構成し得る。一旦メッセージが生成されると、プロセッサ２１４は、ブロック３１４で、通信インタフェース２２０を介して、メッセージをプロセス制御器１１に送信し、また、そのアラームに基づいて推奨された作用を提供し得る。プロセス制御器１１は、その後、メッセージを１つ以上のユーザワークステーション１３に送信し得、ここでメッセージは表示デバイス（複数を含む）１４上に提示されて適切な操作要員によって考慮され得る。操作要員は、その後、受信されたメッセージに応じて、最善の道を決定し得る。いくつかのバージョンにおいて、ブロック３１４でメッセージを送ることは図４の方法を妨害せず、こうして、プロセスはさらなる処理のためにブロック３０４に戻る。他のバージョンにおいて、ブロック３１４でメッセージを送ることは、さらなる処理を停止するまたは修正するトリガとして作用し得る。
【００２９】
上述のように、ブロック３１２で生成されたメッセージは、比較的、単純であり得る、すなわち「アラーム状態」の存在を報告する１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２の単純な特定であり得る。他のバージョンにおいて、メッセージは、例えば、アクチュエータ名、モード番号、及び／または他の特定情報、ＧＰＳ情報またはなんらかの他の地理空間座標システムに基づいたアクチュエータ位置、もしくは概してアクチュエータに関連した他の情報などの付加的な情報を含み得る。さらに、いくつかのバージョンにおいて、計測されたパラメータの特定の値に基づいて、プロセッサ２１４はまた、メッセージ内の予測健全性情報も含み得る。すなわち、プロセッサ２１４は、計測されたパラメータが許容標準偏差外である程度に基づいて、程度のシンボルをメッセージに含まれる各センサに割り当ててもよい。例えば、対応する標準偏差をわずかに外れている計測されたパラメータを報告するセンサのために、メッセージは、センサの特定に隣接した黄色の三角形を含んでもよい。また、標準偏差からかなり外れている計測されたパラメータを報告するセンサのために、メッセージは、センサの特定に隣接した赤い八角形を含んでもよい。記載されたように、頻度の表現を含む他の程度のシンボルも本開示の範囲内に含まれ、また、カラーの地理的形状の使用は１つの可能な例に過ぎない。どのように提示されるかに関わらず、情報のこの付加的な部分は、重大性及び／または検出された「アラーム状態」の緊急性を査定する際、操作要員を支援し得る。
【００３０】
ここまで、図４の方法は、現場でアクチュエータ１０４の通常動作の間、すなわち、ブロック３０２での較正中、収集された動作パラメータの比較に基づいて、インテリジェントアクチュエータ１０４の健全性及び完全性を査定するように説明されている。方法の他のバージョンは、他の情報との比較も含み得る。
【００３１】
例えば、図５は、現場設置に先立って制御器２０２のメモリ２１６に記憶され、「アラーム状態」の存在を示す、所定の「イベントパラメータ」に基づいて処理する代替方法のフローチャートを提供する。そのようなイベントパラメータは、例えば、実験室試験または過去のデータ分析を通して得られるパラメータを含み得、アクチュエータ１０４が使用されることになる特定の現場環境から完全に独立し得る。例えば、１つのイベントパラメータは、ダイヤフラム１４２が引き裂きを経験するとき、アクチュエータ１０４のダイヤフラム１４２によって発せられる音に具体的に関連付けられることが知られている特定の音響周波数であってもよい。さらに別のイベントパラメータはアクチュエータ空洞１３２内で特定の温度になり得て、ダイヤフラム１４２は、その温度でもしくはその温度以上で重要な構造劣化を経験することが知られている。さらに別のイベントパラメータは、例えば、アクチュエータロッド１３８またはアクチュエータ本体１２２上で感知される、特定の大きさ、方向、持続期間、または振動の周波数であり得て、その大きさ、方向、持続期間、または振動の周波数でまたはそれら以上で、アクチュエータロッド１３８またはアクチュエータ本体１２２が、亀裂または破砕などの構造的異常を処理することが知られてい
る。
【００３２】
こうして、図５を参照すると、アクチュエータ１０４がプロセス制御システム１０にインストールされた後、ブロック４００の起動のために電源がオンにされる。ブロック４０２及び４０４で、１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２は、計測されたパラメータを収集することと、計測されたパラメータを制御器２０２に送信することを開始する。ブロック４０６で、制御器は、計測されたパラメータをメモリ２１６に記憶する。図４の方法について上記に述べたことと同様に、図５の方法の１つ以上のセンサ２０４、２０６、２０８、２１０及び２１２は、いずれかの所与のプロセス及びシステム要求に対して所望されるように、継続的にもしくは断続的のどちらかで、計測されたパラメータを収集し得る。計測されたパラメータが制御器２０２に送信された後、プロセッサ２１４は、計測されたパラメータをブロック４０８でメモリ２１６に記憶された対応するイベントパラメータと比較する。プロセッサ２１４が、計測されたパラメータのすべてがイベントパラメータと合致しないと判定した場合、すなわち、それらがイベントパラメータに対して所定の標準偏差外にある場合、方法はブロック４０２に戻る。しかしながら、プロセッサ２１４が、計測されたパラメータの１つ以上が１つ以上のイベントパラメータと合致すると判定する場合、すなわち、１つ以上の計測されたパラメータが対応するイベントパラメータに対して所定の標準偏差内にあると判定する場合、方法は、その後、ブロック４１０及び４１２に進む。
【００３３】
ブロック４１０で、プロセッサ２１４は、ブロック４１２でプロセス制御器１１に送られるメッセージを構成する。図４の方法について上記に述べたことと同様に、ブロック４１０で構成されたメッセージは、アクチュエータ１０４の名前、モデル番号、位置等を含む種々の情報を含み得る。さらに、メッセージはイベントパラメータと合致する計測されたパラメータを報告した１つ以上のセンサを特定する情報を含み得る。さらにまた、メッセージは具体的に合致したイベントパラメータに関連付けられた情報を含み得、推奨された作用を提供し得る。例えば、プロセッサ２１４が、音響放出センサ２１０及び２１２の１つが、ダイヤフラム引き裂きまたは剥離に関連付けられた周波数及び振幅と合致する周波数及び振幅を報告したと判定する場合、メッセージはその後、ダイヤフラムが修理または置換を要求し得るという指示を含み得る。さらにまた、メッセージはまた、合致する１つ以上の特定のイベントパラメータに基づいて、プロセッサ２１４によって構成され得て、過去のデータ分析に基づいてダイヤフラム１４２または他のアクチュエータ構成要素の残りの耐用年数の推定持続期間を示す。例えば、実験室での試験を通して、トレンドデータは制御器２０２のメモリ２１６上で収集され記憶され得、ダイヤフラム１４２が最初に、壊滅的な故障を通して引き裂きまたは剥離を示すので、トレンドデータは、例えば、時間の経過と共に、ダイヤフラム１４２の音響の発生を示し得る。このトレンドデータは、例えば、ダイヤフラム１４２によって発せられた音響計測を着実に増加させるもしくは現象させる範囲を含み得る。こうして、１つ以上の音響放出センサ２１０及び２１２からの複数の順次的な読取りを監視することによって、プロセッサ２１４は、トレンドデータの範囲のどこに、ダイヤフラム１４２が現在、存在するかを判定し得る。トレンドデータの範囲を通して読取りが進む速度に基づいて、プロセッサ２１４は、壊滅的な故障を経験する前に、ダイヤフラム１４２がどのくらいの時間、動作し得るかを推定し得る。
【００３４】
前述の検討は、１つ以上の音響放出センサ２１０及び２１２によって行われた計測に基づくダイヤフラム１４２の健全性及び完全性に対してブロック４１０でのメッセージを調整することに焦点を合わせていたが、これは例に過ぎない。すなわち、同様の情報を含む同様のメッセージは、センサ計測のいずれかに基づいて、アクチュエータ構成要素のいずれかに対して構成され得る。すなわち、残りの耐用年数及び／または特定の保守作業に対する独自のメッセージは、ダイヤフラム１４２、アクチュエータロッド１３８、アクチュエータ本体１２２、または、その上、温度センサ２０８及び／または振動センサ２０４及
び２０６からの計測に基づくいずれかの他の構成要素の健全性及び完全性に対して、同様に構成され得る。
【００３５】
さらに、図４及び５の比較方法は、別のバージョンにおいて、別個に行われていると説明されたが、これらの２つの方法は組み合わせられ得る。すなわち、本開示のインテリジェントアクチュエータ１０４のプロセッサ２１４は、図４について説明されるように、現場で収集された通常の動作パラメータとの比較に基づいて、また、図５について説明されるように、実験室の試験及び／または過去データから収集された、所定の、定義済みのイベントパラメータとの比較に基づいて、健全性及び完全性を査定する能力を含み得る。
【００３６】
図２について説明されるように、本開示のインテリジェントアクチュエータ１０４の一バージョンは、アクチュエータロッド１３８及びいずれかの結合された制御バルブステム１１８の動きを生じさせるためのスプリング及びダイヤフラムアクチュエータアセンブリ１３６を含む。本開示は、しかしながら、ダイヤフラムに基づくアクチュエータに限定されない。例えば、図６は、空気圧ピストンに基づくアクチュエータを含む本開示のインテリジェントアクチュエータ１０４の別のバージョンを示す。すなわち、アクチュエータ１０４は、アクチュエータ本体１２２、アクチュエータケーシング１２４、ピストンアセンブリ１２６、及びアクチュエータロッド１３８を含み、コイルスプリングなどの付勢デバイス１４０は含んでも含まなくてもよい。アクチュエータケーシング１２４は、ピストンアセンブリ１２６がアクチュエータロッド１３８の動きを生じさせるために配置されているアクチュエータ空洞１３２を定義する。図６に示されてはいないが、アクチュエータロッド１３８は、例えば、図２に示された制御バルブなどの制御バルブのバルブステムに動作可能に結合されるように適合される。ピストンアセンブリ１２６は、アクチュエータロッド１３８に接続されたピストン１２５を含む。ピストン１２５は、図示されるように、その周端の回りに配置され、かつアクチュエータ空洞１３２の内部壁と封止係合したシール部材１２７を含む。このように、ピストン１２５は、互いに封止されるアクチュエータ空洞１３２を上部及び下部の空洞部分１４６及び１４８に分割する。図６のアクチュエータ１０４のバージョンの付勢デバイス１４０は、アクチュエータロッド１３８の回りのアクチュエータ空洞１３２の上部空洞部分１４６内に配置され、かつピストン１２５の上面に係合された一対のコイルスプリング１５１及び１５３を含み得る。
【００３７】
そのように構成されるため、付勢デバイス１４０は、ピストン１２５を図６の方向に対して下方に付勢する。図示されるように、アクチュエータケーシング１２４は、アクチュエータ空洞１３２の上部空洞部分１４６を通して第１の流体ポート１４９を含み、図示されないものの、アクチュエータケーシング１２４はアクチュエータ空洞１３２の下部空洞部分１４８内に第２の流体ポートを含み得る。そのように構成されるので、動作中、流体は、第２の流体ポートを通してアクチュエータ空洞１３２の下部分１４８に導入され得、ピストン１２５の下の流体圧力を増加し、ピストン１２５付勢デバイス１４０の付勢に対して強制的に動かす。このような状況で、第１の流体ポート１４９は、アクチュエータ空洞１３２の上部空洞部分１４６内の流体圧力がアクチュエータの動作にわずかな影響しか及ぼさないように、パッシブ排気口として作用し得る。複動式（非スプリング）ピストンスタイルアクチュエータの場合、ピストンを横切る差圧は、指令信号に従ってステムを動かすように制御される。
【００３８】
さらに図６を参照すると、アクチュエータ１０４はまた、図２のアクチュエータ１０４のものと同様のスマート監視システム２００も含む。具体的に、図６のアクチュエータ１０４のスマート監視システム２００は、制御器２０２及び以下のセンサ、すなわち、（ａ）アクチュエータロッド１３８上に担持される振動センサ２０４、（ｂ）アクチュエータ本体１２２上に担持される振動センサ２０６、及び／または（ｃ）アクチュエータ空洞１３２内の温度を計測するためのアクチュエータケーシング１２４によって担持される温度
センサ２０８のうちの１つ以上を含む。図６のアクチュエータ１０４は、１つ以上の音響放出センサを含むようには図示されていない。とはいえ、これはただの例に過ぎず、別のバージョンでは、図６のアクチュエータ１０４のバージョンは、１つ以上の音響放出センサまたはピストンアセンブリ１２６及び／または他の構成要素の異なる特徴を計測するための他のタイプのセンサを含み得る。図６のアクチュエータが説明されるように構成されている場合、アクチュエータ１０４全体の健全性及び完全性を監視し、査定し、それについて報告するために、制御器２０２が図４及び５について上述される方法及び手順のいずれかを行い得ることが理解されるべきである。このように、これらの方法は繰り返される必要はない。
【００３９】
前述の件に基づいて、本開示が、具体的には本願に開示されたアクチュエータ１０４の異なるバージョンと同様の制御バルブアクチュエータを含むプロセス制御システムフィールドデバイスの健全性及び完全性を監視するための独自のデバイス、システム、及び方法を提供することが理解されるべきである。そのように構成されるため、制御システム操作要員は、アクチュエータの健全性及び／または完全性に対してリアルタイムの情報を受信し得、その情報は、その後、時間、コスト、及び重大な構成要素の故障の発生数を軽減するための有効な方法で、保守作業及び関連するタスクを計画し実行するために使用される。
【図１】
2019143808.tif 000003
【図２】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月17日(2019.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御バルブ用のアクチュエータであって、
空洞を画定するアクチュエータケーシングを含むアクチュエータ本体と、
制御バルブの制御素子に結合されるように適合されたアクチュエータロッドと、
前記アクチュエータケーシングの前記空洞内に配置され、前記アクチュエータロッドを所定の位置に付勢するために前記アクチュエータロッドに動作可能に結合された付勢デバイスと、
前記アクチュエータ本体に装着され、メモリ、プロセッサ、及び前記メモリ上に記憶されたロジックを含む制御器と、
前記アクチュエータのパラメータを計測して、前記計測されたパラメータを前記制御器に送信するために前記制御器に動作可能に結合された少なくとも１つのセンサであって、    
該少なくとも１つのセンサは、振動を測定する加速度計を含み、該加速度計は前記アクチュエータロッド内の振動を検出するために前記アクチュエータロッドによって担持される、アクチュエータ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのセンサが、前記アクチュエータ空洞内の温度を検出するために、前記アクチュエータケーシングによって担持される温度センサ、及び／または前記アクチュエータ本体内の振動を感知するために前記アクチュエータ本体によって担持される振動センサをさらに含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記アクチュエータ空洞内の圧力変化に応じて前記アクチュエータロッドを移動させるために、前記アクチュエータ空洞内に配置され、前記アクチュエータロッドと前記付勢デバイスとの間に動作可能に結合されたダイヤフラムアセンブリをさらに備える、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ダイヤフラムアセンブリ上またはそれに隣接して装着された１つ以上の音響放出センサをさらに含む、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ダイヤフラムアセンブリがダイヤフラム及びダイヤフラム板を備え、前記１つ以上の音響放出センサが、前記ダイヤフラムに取り付けられたもしくは前記ダイヤフラムと一体化した第１の音響放出センサ及び／または前記ダイヤフラム板に取り付けられた第２の音響放出センサを含む、請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記制御器の前記メモリに記憶された前記ロジックが、
前記少なくとも１つのセンサから計測されたパラメータを受信することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すかどうかを判定するために前記計測されたパラメータを処理することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すとき、ワークステーションへのメッセージであって、前記所定の状態の存在を示す、メッセージを送ることと、を行うために前記プロセッサによって実行可能である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
メッセージをワークステーションに送ることが、前記アクチュエータ上で行われるべき特定の保守作業を特定するメッセージを送ることを含む、請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
メッセージを前記ワークステーションに送ることが、前記アクチュエータの１つ以上の特定の構成要素用の残りの耐用年数の推定持続期間を特定するメッセージを送ることを含む、請求項６または７に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
１つ以上のユーザワークステーションと、
前記１つ以上のユーザワークステーションに通信可能に結合されたプロセス制御器と、
前記プロセス制御器に通信可能に結合された複数のフィールドデバイスであって、そのうちの少なくとも１つが、制御バルブ及びアクチュエータを備える、複数のフィールドデバイスと、を備えるプロセス制御システムであって、前記アクチュエータが、
空洞を画定するアクチュエータケーシングを含むアクチュエータ本体と、
前記制御バルブの制御素子に動作可能に結合されたアクチュエータロッドと、
前記アクチュエータケーシングの前記空洞内に配置され、前記前記アクチュエータロッドを所定の位置に付勢するために前記アクチュエータロッドに動作可能に結合された付勢デバイスと、
前記アクチュエータ本体に装着され、メモリ、プロセッサ、及び前記メモリ上に記憶されたロジックを含む制御器と、
前記アクチュエータのパラメータを計測して、前記計測されたパラメータを前記制御器に送信するために前記制御器に動作可能に結合された少なくとも１つのセンサであって、  
該少なくとも１つのセンサは、振動を測定する加速度計であり、該加速度計は前記アクチュエータロッド内の振動を検出するために前記アクチュエータロッドによって担持される、プロセス制御システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのセンサが、前記アクチュエータ空洞内の温度を検出するために、前記アクチュエータケーシングによって担持される温度センサ、及び／または前記アクチュエータ本体内の振動を感知するために前記アクチュエータ本体によって担持される振動センサをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記アクチュエータ空洞内の圧力変化に応じて前記アクチュエータロッドを移動させるために、前記アクチュエータ空洞内に配置され、前記アクチュエータロッドと前記付勢デバイス間に動作可能に結合されたダイヤフラムアセンブリをさらに備える、請求項９または１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのセンサが、前記ダイヤフラムアセンブリ上またはそれに隣接して装着された、１つ以上の音響放出センサをさらに含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ダイヤフラムアセンブリがダイヤフラム及びダイヤフラム板を備え、前記１つ以上の音響放出センサが、前記ダイヤフラムに取り付けられたもしくは前記ダイヤフラムと一体化した第１の音響放出センサ、及び／または前記ダイヤフラム板に取り付けられた第２の音響放出センサを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御器の前記メモリに記憶された前記ロジックが、
前記少なくとも１つのセンサから計測されたパラメータを受信することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すかどうかを判定するために前記計測されたパラメータを処理することと、
前記計測されたパラメータのうちの１つ以上が所定の状態を示すとき、前記１つ以上のワークステーションへのメッセージであって、前記所定の状態の存在を示す、メッセージを送ることと、を行うために前記プロセッサによって実行可能である、請求項９〜１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
メッセージを前記１つ以上のワークステーションに送ることが、前記アクチュエータ上で行われるべき特定の保守作業を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
メッセージを前記１つ以上のワークステーションに送ることが、前記アクチュエータの１つ以上の特定の構成要素の残り用の耐用年数の推定持続期間を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１４または１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記１つ以上のワークステーションが、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、またはポケットベルのデバイスのうちの１つ以上を備える、請求項９〜１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
制御バルブアクチュエータの動作の健全性及び完全性を監視する方法であって、前記方法が、
前記アクチュエータの動作環境の１つ以上のパラメータであって、該１つ以上のパラメータは前記アクチュエータのアクチュエータロッドによって担持され、振動を測定する加速度計によって測定されるアクチュエータロッドの振動を含み、及び（ａ）前記アクチュエータのアクチュエータケーシングの空洞内の温度、（ｃ）前記アクチュエータのアクチュエータ本体によって担持される振動、及び／または（ｄ）前記アクチュエータの音響放出パラメータの少なくとも１つを含む、１つ以上のパラメータを計測することと、
前記アクチュエータ本体に装着された制御器で前記１つ以上のパラメータを受信することと、
前記１つ以上のパラメータが所定の状態の存在を示すかどうかを判定するために、前記１つ以上のパラメータを前記制御器で処理することと、
前記制御器が、前記検出されたパラメータが所定の状態の存在を示すと判定するとき、前記制御器によって、前記所定の状態の存在を示す、メッセージをユーザワークステーションへ送ることとを含む、方法。
【請求項１９】
前記計測された１つ以上のパラメータを処理することが、前記パラメータを前記制御器のメモリ上に記憶された１つ以上の対応する動作パラメータと比較することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上のパラメータが前記動作パラメータの許容される標準偏差外であるとき、前記制御器が前記メッセージを前記ユーザワークステーションに送る、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つ以上の動作パラメータを収集して記憶することによって前記アクチュエータを起動する際、前記制御器を較正することをさらに含む、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記計測されたパラメータを処理することが、前記計測された１つ以上のパラメータを、前記制御器のメモリ上に記憶された１つ以上の対応するイベントパラメータと比較する、請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記計測された１つ以上のパラメータが前記１つ以上の対応するイベントパラメータと合致するとき、前記制御器が前記メッセージを前記ユーザワークステーションに送る、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
メッセージをユーザワークステーションに送ることが、前記アクチュエータ上で行われるべき特定の保守作業を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
メッセージをユーザワークステーションに送ることが、前記アクチュエータの１つ以上の特定の構成要素用の残りの耐用年数の推定持続期間を特定するメッセージを送ることを含む、請求項１８〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【外国語明細書】
2019143808000001.pdf