(57)【要約】【課題】  プロセス制御ループ内でオンラインで接続されたプロセス制御装置の不感帯、むだ時間、または応答時間のようなひとつ以上のパラメータを非干渉的に決定する装置を提供する。【解決手段】  測定ユニットおよび処理ユニット３０を含み、プロセス制御装置１３がオンラインで動作している間に、測定ユニット３０は、プロセス制御ループに結合されて、プロセス制御装置１３に送られる制御信号１２の確率的変化を検出し、制御信号の変化に対するプロセス制御装置１３の応答の指標を検出する。処理ユニットは、制御信号の検出された変化および検出された応答指標のひとつ以上の組から装置パラメータを計算する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス制御装置の調子を示すとともに、不感帯、むだ時間および応答時間のうちの１つから構成される装置パラメータを解析することにより、制御ループ内で動作する前記プロセス制御装置の調子を決定するための装置であって、
制御器から出力される前記プロセス制御装置の動作を制御するための制御信号を連続して受信する検出センサであって、前記制御器から出力される前記制御信号の変化量を検出し、この制御信号の前記変化量が、あらかじめ設定された指定量より大きいか否かを検出する検出センサと、
前記制御信号の変化に応答してプロセス制御装置から出力されるプロセス制御装置の応答を連続して測定するように構成されている測定センサと、
前記指定量よりも大きな検出された制御信号の変化量、および、この制御信号の変化に対応した前記プロセス制御装置の応答、に基づいて前記装置パラメータを計算するように構成されている測定ユニットであって、この計算された装置パラメータを、前記プロセス制御装置の調子を決定するために、予め定められたパラメータ値の範囲と比較するように構成されている測定ユニットと
を備えてなる装置。
【請求項２】
前記装置パラメータが不感帯であり、前記測定ユニットが、観測可能なプロセス制御装置の応答の開始がなされることなく前記制御信号が変化する範囲を測定することにより、前記プロセス制御装置の不感帯を決定するための手段を備えてなる請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記不感帯を決定するための手段が、
プロセス制御装置および前記制御器の内部でプログラムされる、前記プロセス制御装置の動作方向を反転させるための一組の連続的な制御信号、を検出する検出手段であって、この検出された一組の連続的な制御信号は前記測定ユニットによって前記不感帯の計算に用いられるものである、検出手段と、
前記プロセス制御装置の応答に変化を引き起こすために必要な前記制御信号の変化量の大きさを観測する観測手段であって、観測されたこの変化量は測定ユニットにより不感帯の計算に用いられるものであり、前記プロセス制御装置の応答の変化は、プロセス制御装置の実際の動作方向の反転の結果として生じるものである、観測手段とを備えてなる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記プロセス制御装置が弁であり、前記プロセス制御装置の応答が前記弁の弁体の位置を示す請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセス制御装置がプロセス内のプロセス変数を制御しており、前記プロセス制御装置の応答がプロセス変数の値を示す請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記測定ユニットが、前記制御信号が指定された割合を上回る割合で変化するときに前記測定ユニットを不能化する手段を備えており、前記指定された割合は、前記プロセス制御装置の固有の入力−出力応答特性により決定されて測定ユニットにプログラムされてなる請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記測定ユニットが、プロセス制御装置の応答値の有効範囲を示す最大値または最小値と前記プロセス制御装置の応答とを比較するための比較手段と、該プロセス制御装置の応答が前記プロセス制御装置の応答値の有効範囲外にあるときに前記測定ユニットを不能化する不能化手段とを備えてなる請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記測定ユニットが、
計算された前記装置パラメータを、予め定められた最小値または最大値と比較する第２比較手段であって、前記最小値よりも大きい値または前記最大値よりも小さい値である装置パラメータが前記プロセス制御装置の調子が受け入れ可能なものであることを示すように、前記最小値または最大値が決定されている、第２比較手段と、
計算された装置パラメータが、前記予め定められた最小値よりも小さい値または最大値よりも大きい値であるときに、ユーザに警報を出す警報手段とをさらに備えてなる請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記装置パラメータがむだ時間であり、前記プロセス制御装置が前記制御信号の変化に応答して移動可能部材を移動し始めるのにかかる時間を測定することによりプロセス制御装置のむだ時間を決定するための手段を前記測定ユニットが備えてなる請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記むだ時間を決定するための手段が、予め定められた量の前記制御信号の変化量を検出するための手段と、制御信号に前記予め定められた量の変化が生じたあとから前記プロセス制御装置の応答が変化するまでにかかる時間を観察するための手段とをさらに備えてなる請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置パラメータが応答時間であり、前記制御信号の変化量によって示される最終値の予め定められたパーセントに前記プロセス制御装置の移動可能な部材が到達するためにかかる時間を測定することによりプロセス制御装置の前記応答時間を決定するための手段を前記測定ユニットが備えてなる請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記応答時間を決定するための手段が、前記制御信号の予め定められた量の変化を検出するための手段と、前記プロセス制御装置の応答が最終値の予め定められたパーセントに到達するのにかかる時間を観測するための手段とをさらに備えてなる請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセス制御装置が、弁に取り付けられたポジショナを含んでなる請求項1に記載の装置。
【請求項１４】
プロセス制御装置の調子を示すとともに、不感帯、むだ時間および応答時間のうちの１つから構成される装置パラメータを解析することにより、前記プロセス制御装置が制御信号により制御されている間、制御ループ内で動作するプロセス制御装置の調子を決定するための方法であって、
制御器から出力される、前記プロセス制御装置の動作を制御するための制御信号を連続して検出するとともに、この制御信号の変化量を検出するステップと、
前記制御器により出力される前記制御信号の変化量に対し、基準となる変化量を指定するステップと、
指定された前記基準となる変化量と前記検出された制御信号の変化量とを比較することにより、前記制御信号の変化量が指定された前記基準となる変化量よりも大きいか否かを決定するステップと、
前記制御信号の変化に応答して前記プロセス制御装置により生成されるプロセス制御装置の応答を連続して測定するステップと、
指定された前記基準となる変化量よりも大きいと決定された前記制御信号の変化量と、この制御信号の変化に対応したプロセス制御装置の応答とに基づいて、前記装置パラメータを計算するステップと、
この計算された装置パラメータを、前記プロセス制御装置の調子を決定するために、予め定められたパラメータ値の範囲と比較するステップと
を含んでなるプロセス制御装置の調子を決定するための方法。
【請求項１５】
前記装置パラメータが不感帯であり、前記装置パラメータを計算するステップが、観測可能なプロセス制御装置の応答の開始がなされることなく前記制御信号が変化する範囲を測定することにより、前記プロセス制御装置の前記不感帯を決定するステップを含んでなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記不感帯を決定するステップが、
前記プロセス制御装置および前記制御器の内部でプログラムされる、前記プロセス制御装置の動作方向を反転させるための一組の連続的な制御信号を検出する検出ステップであって、この検出された一組の連続的な制御信号は前記不感帯の計算に用いられる、検出ステップと、
前記プロセス制御装置の応答に変化を引き起こすために必要な前記制御信号の変化量の大きさを観測する観測ステップであって、観測されたこの変化量は不感帯の計算に用いられるものであり、前記プロセス制御装置の応答の変化は、プロセス制御装置の実際の動作方向の反転の結果として生じるものである、観測ステップと
を含んでなる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記計算された装置パラメータを、予め定められた最小値または最大値と比較するステップと、
前記計算された装置パラメータが、前記予め定められた最小値よりも小さい値、または、前記最大値よりも大きい値であるときには、ユーザに警報を出すステップとをさらに含んでおり、
前記計算された装置パラメータが、前記最小値よりも大きい値または前記最大値よりも小さい値であるときには、前記プロセス制御装置の調子が受け入れ可能なものであることを示すように前記最小値または最大値を定める、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記装置パラメータがむだ時間であり、前記計算するステップが、前記制御信号の変化に応答してプロセス制御装置が移動可能な部材を移動し始めるにかかる時間を測定することによりプロセス制御装置の前記むだ時間を決定するステップを含んでなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記装置パラメータが応答時間であり、前記計算するステップが、前記制御信号の変化により示される最終値の予め定められたパーセントに前記プロセス制御装置の移動可能な部材が到達するためにかかる時間を測定することによりプロセス制御装置の応答時間を決定するステップを含んでなる請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記応答時間を決定するステップが、前記制御信号の変化を検出するステップと、前記制御信号に予め定められた量の変化が生じてから前記プロセス制御装置の応答が最終値のあるパーセントに到達するまでにかかる時間を測定するステップとを含んでなる請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に弁ポジショナに関し、より特定的には、プロセス環境内でオンラインで接続されたプロセス制御装置のパラメータを測定する方法および装置に関する。
（関連出願）
これは、１９９５年１０月３０日に出願された米国出願連続番号０８／５４９，９９８の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
大規模な商業的製造および精製プロセスは典型的には、プロセス制御器を用いて、プロセス内で、例えば流体流量、温度、圧力などを含むひとつ以上のプロセス変数を制御する弁機構のようなひとつ以上のプロセス制御装置の動作を制御する。一般に、各プロセス制御装置は、プロセス制御器により生成されたコマンド信号に応答して弁体、ダンパ、または他の変更可能な開口部材のような関連の制御要素を移動させるポジショナにより制御されるアクチュエータを有する。プロセス制御装置の制御要素は、例えば、ばね付勢ダイアフラムまたはピストン上の変化する流体圧力に応答して、またはシャフトの回転に応答して（これらの各々はコマンド信号の変化により引き起こされ得る）、移動する。ある標準的な弁機構においては、大きさが４―２０ｍＡ（ミリアンペア）の範囲で変動するコマンド信号によって、ポジショナは、コマンド信号の大きさに比例して圧力チャンバ内の流量、従って流体圧力を変更する。圧力チャンバ内の変化する流体圧力によって、ダイアフラムは、付勢ばねに抗して動き、これにより、ダイアフラムに取りつけられた弁体が動く。
【０００３】
プロセス制御装置は通常、装置のコマンド信号に対する応答を示すフィードバック信号を生じさせるか生成し、このフィードバック信号（または応答指標）を、プロセスを制御するために用いられるプロセス制御器に与える。例えば、弁機構は典型的には、弁体の位置（例えば行程）、流体チャンバ内の圧力、または弁体の実際の位置に関連する他の現象の値を示すフィードバック信号を生成する。
【０００４】
プロセス制御器は一般に、他の信号とともにこれらのフィードバック信号を、プロセスの全体の制御を実行する正確にチューニングされた集中制御アルゴリズムへの入力として用いているが、低い制御ループ性能が、制御ループ内で接続された個々の制御装置の不充分な動作状況により引き起こされるおそれがあることが発見された。多くの場合、ひとつ以上の個々のプロセス制御装置に付随する問題は、制御ループの外ではプロセス制御器によりチューニングできない。その結果、不充分に動作する制御ループは手操作で配置されているか、またはそれらが事実上手操作で配置されているような状態であるぐらいにチューニングされていない。これらの制御ループと関連するプロセスは、ひとり以上の熟練の操作員により絶え間なく監視される必要があり、これは望ましくないことである。
【０００５】
低い制御ループ性能は、ループ内で接続されたプロセス制御装置の各々の、またはループ内で接続された少なくとも決定的に重要なプロセス制御装置の動作状況または「調子」を監視し、不充分に動作しているプロセス制御装置を修理するか取りかえることで、克服することが出来る。プロセス制御装置の調子は、プロセス制御装置と関連するひとつ以上のパラメータを測定すること、ひとつ以上のパラメータが受け入れ可能な範囲の外にあるかどうか決定することにより、決定可能である。
【０００６】
プロセス制御装置の調子を決定するために用いられ、この調子を示すあるプロセス制御装置パラメータは不感帯である。一般的に、プロス機器においては、不感帯は、入力信号が、方向が逆になるとすぐに、出力信号において観察可能な変化を起こすことなく変動し得る範囲である。不感帯は、機械的に相互接続された構成部品間の物理的な可動空間、摩擦、および／または他の公知の物理的な現象により引き起こされるものであるが、コマンド信号がプロセス制御装置の移動可能な要素（可動要素）の動きを逆にするときに一番よく観察される。この動きが逆になる間、プロセス制御装置の可動要素が実際に別の方向に動く前に、コマンド信号は離散的量の変化（不感帯）を経る。別の言い方をすれば、プロセス制御装置要素が前に第１の方向に動いていたときのコマンド信号（または他の制御信号）の値と、プロセス制御装置が、異なる第２の方向に最初に動くときのコマンド信号（または他の制御信号）の値との間の差が、プロセス制御装置の不感帯の測定値である。
【０００７】
プロセス制御装置の調子を決定するために用いられてよい他の装置パラメータは、むだ時間および応答時間である。むだ時間は、制御信号の変化に応答してプロセス制御装置が実際に移動可能要素を移動させ始めるのにかかる時間の測定値と関連しており、この測定値であると考えられてよい。応答時間は、プロセス制御装置の可動要素が、制御信号の変化に応答してその最終値のあるパーセント、例えば６３パーセントに達するのにかかる時間である。
【０００８】
プロセス制御装置の不感帯、むだ時間、応答時間、または他のプロセス制御装置パラメータが、それらの較正された値に対しかなり増大するならば、プロセス制御ループ内の十分な制御を確立すべくプロセス制御装置を修理するかまたは取りかえる必要があるかもしれない。しかしながら、それらの装置が制御ループ内でオンラインで接続されるときに、不感帯、むだ時間、および応答時間のようなプロセス制御装置パラメータを測定して、機能しているプロセス制御装置の調子を監視することはあまり簡単とは言えない。
【０００９】
従来、操作員は、制御ループからプロセス制御装置を外してその装置のベンチテストをおこなわなければならなかった。代替的には、制御ループには、プロセスが動作している間に特定のプロセス制御装置をバイパスしてそれによりその装置をテストすることが出来るようにバイパス弁と冗長なプロセス制御装置とが設けられていた。代替的には、プロセスが停止するかまたは予定された遮断を経てプロセス内の個々のプロセス制御装置をテストするまで待たなければならなかった。これらの選択肢の各々は、時間がかかり、高価であり、個々の制御装置の調子を決定するために必要なそれら装置のパラメータの間欠的測定値を与えるだけである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、プロセス制御装置がプロセス制御ループ内でオンラインで接続されている間に、プロセス制御装置の不感帯、むだ時間、または応答時間のようなひとつ以上の装置パラメータを非干渉的に決定するための方法および装置に向けられている。本発明の方法および装置の動作により、プロセスの操作員は、プロセス制御装置を制御ループから外す必要なく、制御ループ内でプロセス制御装置をバイパスする必要なく、外生制御信号を制御ループ内に導入する必要なく、他のどんな方法でもプロセスを断つかまたはプロセスに干渉する必要なく、連続的にプロセス内でひとつ以上の制御装置の調子を非干渉的に監視できるようになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある態様によれば、プロセス制御装置がプロセス内でオンラインで接続されたときにプロセス制御装置と関連する装置パラメータを決定する装置は、プロセス制御装置がオンラインで動作をしているときに、制御信号の変化を非干渉的に検出し、制御信号の変化に対するプロセス制御装置の応答の指標を非干渉的に検出するかまたは測定する測定装置を含む。この装置は、制御信号の検出された変化および応答指標から装置パラメータを確かめるかまたは計算する処理ユニット（ソフトウェアまたはハードウェアで実行されてよい）を含む。制御信号は、装置に送られるコマンド信号、設定点信号、誤差信号、またはプロセス制御装置を制御するために用いられる他の信号であってよい。応答指標は、位置（例えば弁行程）、プロセス変数の指標または他の所望の信号であってよい。所望であれば、操作員は、設定点、制御信号などに変化を意図的に導入して、システム内に変化を生じさせ、それにより、本発明に従って、むだ時間、応答時間、または不感帯の一つ以上の測定値を強制してもよい。
【００１２】
装置がプロセス制御装置の不感帯を決定する場合、処理ユニットは好ましくは、プロセス制御装置の動きの方向の反転（逆）を検出し、方向が逆になった直後に応答指標を変化させるために必要な制御信号の大きさの変化を決定する。装置が、プロセス制御装置のむだ時間または応答時間を検出するならば、処理ユニットは好ましくは、予め定められた量に対する制御信号の変化を検出するソフトウェアまたは回路と、制御信号の変化に応答して、応答指標が動き始める、即ちその最終値の予め定められたパーセントに達するのにかかる時間を測定するクロックとを含む。
【００１３】
プロセスユニットは、制御信号が特定された割合を上回る割合で変化するとき、および／または応答指標が有効範囲から外れるときに、装置パラメータの決定を不能化してもよい。
【００１４】
また、処理ユニットは、予め定められた装置パラメータが予め定められた基準を満たさないとき、例えば、装置パラメータが予め定められた値よりも大きいときに操作員に警報を出すソフトウェアまたは回路を含んでよい。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、プロセス制御装置がプロセス内でオンラインで接続された場合にプロセス制御装置と関連する装置パラメータを決定する方法は、プロセス制御装置を制御するために用いられる制御信号の変化を非干渉的に検出するステップと、制御信号の変化に対するプロセス制御装置の応答の指標を非干渉的に測定するステップと、制御信号の検出された変化と応答指標とから装置パラメータを確認するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照して、典型的な単一入力単一出力プロセス制御ループ１０はプロセス制御器１２を含み、この制御器１２は、電流対圧力トランスデューサ（Ｉ／Ｐ）１４を含むものとして示されるプロセス制御装置１３に例えば４―２０ｍＡのコマンド信号を送り、トランスデューサ１４は、（典型的には）、３―１５ｐｓｉｇ（２０．７―１０３．４ｋＰａｇ）圧力信号を弁ポジショナ１５に送り、ポジショナ１５は、圧力信号（空気）を用いて弁１８を空圧で制御する。弁１８の動作は、そこに配置された可動弁部材（図示せず）の振動音を制御し、これは、プロセス２０内でプロセス変数を制御する。しかしながら、プロセス制御装置１３は、例えば、Ｉ／Ｐユニットがそこに統合された電子ポジショナを含め、図１に示されるものの代わりにまたはそれに付け加えて他の種類の弁機構または要素を含んでもよい。さらに、プロセス制御装置１３は、他の所望のまたは公知の方法でプロセス変数を制御する他の種類の装置（弁制御装置に加えて）であってもよく、例えば、ダンパなどであってよい。
【００１７】
図１に示されるように、送信機２２は、プロセス２０のプロセス変数を測定し、測定されたプロセス変数の指標を加算接合点２６に送信する。加算接合点２６は、プロセス変数の測定された値（正規化された（normalized）パーセンテージに変換された）を設定点と比較して、その間の差を示す誤差信号を生成し、この誤差信号をプロセス制御器１２に与える。設定点は、ユーザ、操作員、または別の制御器により生成されてよく、典型的には、０から１００パーセントの間であるように正規化され、プロセス変数の所望の値を示す。プロセス制御器１２は、誤差信号を用いて、所望の技術に従ってコマンド信号を生成し、このコマンド信号をプロセス制御装置１３に送り、それによりプロセス変数の制御を実行する。
【００１８】
装置パラメータ測定ユニット３０は、ポジショナ１５の内部にあっても、外部にあってもよく、プロセス制御装置１３に送られるかまたはこれを制御するために用いられる制御信号を測定するか検出し、例えば、プロセス制御装置１３の内部または外部にあってよい位置センサ３１により生じさせられるような、制御信号に対するプロセス制御装置１３の応答の指標（応答指標）を検出する。図１に示されるように、測定ユニット３０は、電流センサ３２によって、Ｉ／Ｐユニット１４（ポジショナと一体化していてよい）に送られるコマンド信号を制御信号として検出してよく、弁１８の出力で（位置センサ３１によって）弁位置を応答指標として検出してもよい。代替的には、または付け加えると、測定ユニット３０は、設定点信号、加算接合点２６の出力での誤差信号、Ｉ／Ｐユニット１４によって生じさせられた圧力コマンド信号（圧力センサ３４を介して）、ポジショナ１５により生じさせられたアクチュエータコマンド信号（圧力センサ３６を介して）、および／または、プロセス制御装置１３の制御を特定するまたはそれに関連する他の信号を検出してよい。同様に、測定ユニット３０は、ポジショナ１５からの圧力コマンド信号、プロセス変数、送信機２２の出力、または、応答指標として制御信号の変化に応答してプロセス制御装置１３の動きまたは動作を示す他の信号もしくは現象を測定してもよい。尚、他の種類のプロセス制御装置は、応答指標として測定ユニット３０に用いられる、制御信号の変化に対する応答を示す他の信号またはそれと関連する現象を有して良い。
【００１９】
明らかに、ポジショナ１５がその測定値を伝えることができるならば、測定ユニット３０は、コマンド信号、圧力信号、アクチュエータコマンド信号、またはポジショナ１５によりもうすでに与えられた弁位置の指標を読みとってよく、および／または、測定ユニット３０は、圧力センサ３６または位置センサ３１により示される弁位置を検出してもよい。位置センサ３１は、例えば、電位差計、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）、ロータリ可変差動変圧器（ＲＶＤＴ）、ホール効果動作センサ、磁気制限（ magneto restrictive）動作センサ、可変コンデンサ動作センサなど含め、所望の動作測定装置または位置測定装置を含んでよい。
【００２０】
理解されるように、測定装置３０は、プロセス制御装置１３の不感帯、むだ時間または応答時間を非干渉的にオンラインで測定することが出来る。なぜなら、それは、プロセス２０の動作の制御の間に通常は発生するようなプロセス制御装置１３のわずかな動きに基づいてこれらのパラメータを検出することが出来るからである。言いかえると、測定ユニット３０は、プロセス制御装置１３に、不感帯、むだ時間、または応答時間を検出するためにフルストロークまたはテストストロークシーケンスを経ることを要求しない。さらに、プロセス制御ループ１０の正規動作の間に、測定ユニット３０はプロセス制御ループ１０に接続されて、制御信号および応答指標を測定するので、測定ユニット３０は、プロセス２０の動作に干渉することなく連続してプロセス装置パラメータを決定する。
【００２１】
所望であれば、測定ユニット３０は、決定されたプロセス制御装置パラメータをひとつ以上の記憶された値と比較して、測定されたパラメータが受け入れ可能であるのか、特定された範囲内であるのかを決定する。決定されたパラメータが特定された範囲内でないときには、測定ユニット３０は、ＣＲＴ画面、プリンタ、音声発生器、警報装置、または他の所望の通信装置を含むディスプレイ３８によって、プロセス制御装置１３を修理したり取り替えたりする必要があるかもしれないと、ユーザに警報を出してよい。また、所望であれば、測定ユニット３０は、ディスプレイ３８によって、ユーザに測定された装置パラメータのリストを与えてよい。
【００２２】
制御装置１３の不感帯をオンラインで測定するには、測定ユニット３０はまず、装置１３を制御する制御信号と、制御信号のそれらの組に対するプロセス制御装置１３の応答とを検出するか測定する。測定ユニット３０は次いで、制御信号における反転（逆）、即ち、制御信号がプロセス制御装置１３の可動要素の動きの方向に変更を指定する点を探索する。反転が生じるのは、例えば、プロセス制御器１２が、プロセス制御装置１３に弁位置を上昇させ、離散的量の時間の間定数信号を送り、その後プロセス制御装置１３に弁位置を下げるようにする信号を送る時である。制御信号の反転を検出すると、測定ユニット３０は、弁が実際に逆方向（例えば、下がる方向）に移動するまで待ち、弁が前に第１（例えば上がる）方向に移動したときの制御信号と弁が逆（下がる）方向に最初に移動したときの制御信号との間の差を不感帯として決定する。
【００２３】
所望であれば、測定ユニット３０は、制御信号の各反転を認識し、この反転と関連する不感帯を決定し、検出された反転および、プロセス制御装置１３の不感帯の別個の測定値としての不感帯値の各々を記憶して、操作員に、プロセス制御装置１３の不感帯の連続的履歴を与えることができる。また、所望であれば、測定ユニット３０は、例えば、ひとつ以上の不感帯測定値をまとめて平均化することにより、不感帯の別個の測定値を組み合わせて全体の不感帯測定値としてもよい。さらに、測定ユニット３０は、不感帯測定値の各々を、不感帯の有効範囲を特定するひとつ以上の限界値と比較することができ、そして、測定された不感帯値が有効範囲をはずれるときに、プロセス制御ループ１０の効率的な動作を確実にするためにプロセス制御装置１３を修理したり取り替えたりする必要があると操作員に警報を出すことができる。
【００２４】
同様に、測定ユニット３０は、プロセス制御器１２により送られたコマンド信号の変化を検出し、次いでコマンド信号のその変化に応答して弁が動く前に生じる時間量を測定することにより、プロセス制御装置１３のむだ時間を決定してもよい。さらに、測定ユニット３０は、プロセス制御器１２により送られるコマンド信号の変化を検出し、次いで、コマンド信号の変化の結果として生じる弁位置の完全な変化の最終値の予め定められたパーセンテージ、例えば６３パーセントに弁１８が達するのにかかる時間を測定することにより、プロセス制御装置１３の応答時間を測定してよい。予め定められたパーセンテージは、例えば、操作員または制御ループ設計者により指定されてよい。当然のことながら、プロセス制御装置１３が不感帯を経て上下に移動しているときにまたはプロセス制御装置１３が不感帯を経て移動していないときにむだ時間または応答時間を測定してよい。所望であれば、測定ユニット３０は、どんな方法でもこれらの異なる測定値を組み合わせて、プロセス制御装置１３のむだ時間または応答時間の統計的測定値を与えてよい。明らかに、測定ユニット３０は、むだ時間または応答時間を測定するためにクロックまたは他のタイミング装置を含む。
【００２５】
不感帯の測定値と同様に、例えば、コマンド信号の変化の大きさまたは割合が小さすぎるかまたは大きすぎる場合、測定された時間量が小さすぎるかまたは大きすぎる（何らかの他の問題がプロセス制御ループ１０または測定ユニット３０内に存在することを潜在的に示す）場合などは、測定ユニット３０は、データの組を破棄してよい。同様に、不感帯に類似して、プロセス制御装置１３のむだ時間または応答時間は、設定点、加算接合点２６の出力、またはプロセス変数の変化に対して測定されても、他の制御信号またはプロセス制御装置１３と関連する応答指標に対して測定されてもよい。
【００２６】
さらに、このような他のプロセス制御装置パラメータが制御信号のひとつ以上の値から、またはプロセス制御装置の制御信号に対する応答を示す信号のひとつ以上の値から決定される限りは、測定ユニット３０は、他の所望のプロセス制御装置パラメータをオンラインで測定してよい。
【００２７】
測定ユニット３０は、マイクロプロセッサのような所望のハードワイヤード論理装置またはソフトウェア制御処理装置として実現されてよく、これは、制御信号および応答指標を検出し記憶することができるとともに、それからプロセス制御装置１３の不感帯、むだ時間、および応答時間のようなひとつ以上の装置パラメータを決定することができる。図２Ａ、２Ｂ、および３は、測定ユニット３０がプロセス制御装置１３の不感帯、むだ時間または応答時間を決定するために用いられるときの測定ユニット３０の動作を示すフローチャートを含み、理解されるように、図２Ａ、２Ｂ、および３のフローチャート内のステップは、所望の方法でソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアまたはその組み合わせで実行されてよい。
【００２８】
図２Ａを参照して、プロセス制御装置１３の不感帯を測定するために、ブロック４０は、例えば、プロセス制御器１２からＩ／Ｐユニット１４に与えられたコマンド信号の連続組を記録するが、このコマンド信号は図２Ａに入力（Ｉ）として示される。ブロック４０は、記録されたコマンド信号に関連する弁位置１８の値も記録し、これは、図２Ａに位置（Ｚ）として示される。加えて、ブロック４０は、Ｉ（ハイ）およびＩ（ロー）キャプチャフラグを「偽」に設定する。ブロック４２は、入力（Ｉ）および位置（Ｚ）の前の値をそれぞれＩ（古）およびＺ（古）として記録し、これらは後の比較に用いられる。
【００２９】
次に、ブロック４４は、コマンド信号Ｉおよび弁位置Ｚの現在の値を検出し、記録する。所望であれば、ブロック４４は、これらの値を記録する前にコマンド信号または弁位置がほぼ静止状態に達するまで待ってもよい。
【００３０】
ブロック４６は、現在の読取りと前の読取りとの間の差、即ちＺ−Ｚ（古）の位置変化ΔＺが何らかの閾値、イプシロンｅ（ｅはゼロより大きいかまたはそれに等しい）より大きいかどうか調べる。位置変化ΔＺがｅより大きければ、ブロック５０は、コマンド信号をＩ（ハイ）として記録し、Ｉ（ハイ）キャプチャフラグを「真」に設定して  Ｉ（ハイ）がキャプチャされたことを示す。代替的には、ブロック４８は、現在の読取りと前の読取りとの間の位置変化ΔＺが何らかの閾値、マイナスイプシロン−ｅ（−ｅはゼロより小さいかまたはそれに等しい）より小さいかどうか調べる。位置変化ΔＺが−ｅより小さければ、ブロック５２は、コマンド信号をＩ（ロー）として記録し、Ｉ（ロー）キャプチャフラグを「真」に設定して  Ｉ（ロー）がキャプチャされたことを示す。明らかに、値が１方向に動きつづけるならば、Ｉ（ハイ）およびＩ（ロー）の値は必要に応じて更新される。
【００３１】
次に、ブロック５４はＩ（ハイ）およびＩ（ロー）がキャプチャされたかどうか決定する。Ｉ（ハイ）およびＩ（ロー）両方がキャプチャされた場合、ブロック５６は、Ｉ（ハイ）およびＩ（ロー）間の差としての不感帯、即ち、プロセス制御装置１３が不感帯内に入ったときのコマンド信号と不感帯から出たときのコマンド信号との間の差を計算する。そうでなければ、新たなコマンド信号および位置信号がブロック４２でキャプチャされる。
【００３２】
Ｉ（ハイ）およびＩ（ロー）がブロック５４でキャプチャされたとき、ブロック５８は、コマンド信号が、ＭａｘＲａｔｅ変数により示される特定された割合を上回る割合で変化しているかどうか決定する。コマンド信号がＭａｘＲａｔｅ変数により特定される割合を上回る割合で変化しているならば、制御はブロック４２に戻され、構成中の不感帯計算値は破棄される。ブロック５８の動作は、コマンド信号があまりにも急に変化しているので不感帯の正確な指標を与えることが出来ないときに不感帯の測定を妨げる。具体的には、プロセス制御装置１３がコマンド信号に応答することができる割合を上回る割合で（即ちプロセス制御装置１３の自然の入／出力応答特性を上回る割合で）プロセス制御器１２がコマンド信号を変化させているときに、ブロック５８は、プロセス制御装置１３の不感帯の測定を妨げる。これらの場合に不感帯を決定するとしたら、測定ユニット３０は、不感帯を出るために必要なコマンド信号の値を高く推定してしまうだろう。当然、ＭａｘＲａｔｅ変数の値はどんな方法でも設定可能であるが、好ましくは、プロセス制御装置１３の入／出応答特性に関する。
【００３３】
コマンド信号がＭａｘＲａｔｅ変数により特定される割合を上回る割合で変化していないならば、ブロック６０は、弁位置が上限よりも高いのか、下限よりも低いかどうか決定して、不感帯測定値が信頼のおけないものである位置に弁１８の可動要素があるかどうか検出する。このような信頼性のない不感帯計算値は、例えば、弁１８の可動部材がその行程の最後にあるか、またはそうでなければ異常に高い摩擦力を受けるときに生じる恐れがある。弁位置が有効範囲からはずれるならば、制御はブロック４２に戻され、現在構成中の不感帯計算値は放棄される。
【００３４】
しかしながら、弁位置が有効範囲内にあるときに、ブロック６２は、不感帯計算値を上限値または下限値と比較して、計算された不感帯値が適度な範囲または有効範囲にあるかどうか決定し、不感帯計算値が不適当に小さいのかまたは大きいのか確かめる。不感帯計算値が、予め設定された範囲の限界値により決定されるように小さすぎるか大きすぎるときに、エラーが生じたかもしれない。このような場合、ブロック６４は、操作員に潜在的エラーの警報を出し、制御をブロック４２に戻し、生じさせられている不感帯計算値を再び放棄するか不能化する。
【００３５】
ブロック６２は、不感帯が有効範囲内にあると決定すると、ブロック６６は、別の反転が生じたと示す反転カウントを増やし、メモリ内に、不感帯に関する他の所望の情報（不感帯に関する時間、弁位置などのような）とともに不感帯計算値を記録するか記憶する。
ブロック６８は、不感帯が限界値よりも大きいかどうか決定し、もしそうならば、ブロック７０は警報を設定し、またはそうでなければオペレータに高い不感帯測定値の存在を表示する。その後、プロセスは、次ぎの不感帯測定値を決定すべく繰り返される。
【００３６】
所望であれば、ブロック６６は、ひとつ以上の計算された不感帯値を記憶するとともに、それらの不感帯測定値の平均値かまたは何らかの組み合わせを計算して、プロセス制御装置１３の不感帯の統計的な測定値を生成する。当然、ブロック５８、６０、６２、または６８は、一組の予め定められた条件にもとづいて操作員によりまたは自動的に選択的に不能化されてよい。さらに、不感帯を決定するために他のテストが行なわれてよく、特定の不感帯計算値を組み合わせる他の方法は、ここで説明されたものと関連して用いられてもよい。
【００３７】
さて図３を参照して、プロセス制御装置１３のむだ時間または応答時間を計算するか決定するために測定ユニット３０により実行され得るフローチャートが示される。ブロック８０は、コマンド信号、またはプロセス制御装置１３を制御するために用いられる他の制御信号の変化を検出するまで、繰り返される。変化が検出されると、ブロック８２は、この変化が特定された量、例えば、（最新の計算されたまたは観察された不感帯値プラス１パーセントのようなその予め定められたパーセント）よりも大きいかどうか決定する。コマンド信号の変化が特定された量よりも多くなければ、制御はブロック８０に戻る。
【００３８】
しかしながら、ブロック８２が、特定された量を上回るコマンド信号の変化を検出する場合、ブロック８４は時間を記録するとともに応答指標（例えば弁位置）の値を記録する。ブロック８６は次いで、応答指標の変化が生じたかどうか決定する。生じていなければ、ブロック８８は、コマンド信号の変化を検出してからの経過時間が、図３にＭａｘＴｉｍｅ変数として示される特定された量を上回るかどうか決定する。もしも経過時間がＭａｘＴｉｍｅ変数を上回れば、これは、応答指標に変化が生じそうにないことを示す。なぜならば、例えば、プロセス制御装置１３が不感帯内にあり、制御はブロック８０に戻り、現在構成中のむだ時間データは破棄されるからである。しかしながら、ブロック８８で、経過時間がＭａｘＴｉｍｅ変数を上回らなければ、制御はブロック８４に戻されて、ブロック８４は新たな時間および応答指標を記録する。このようにして、ブロック８４、８６、および８８は、応答指標に変更が生じるのを待つか、続行前に予め定められた量の時間が経過するまで待つ。当然のことながら、所望であれば、ブロック８６は、応答指標のノイズによってむだ時間または応答時間が不正確に測定されないようにするために、検出された変化が予め定められた量を上回るかどうか、および／または予想される方向にあるかどうか決定してよい。
【００３９】
ブロック８６が応答指標の変化を検出すると、コマンド信号の変化の受信と、コマンド信号の変化の結果としての応答指標の最初の変化の検出との間の経過時間としてむだ時間を測定する。ブロック９２は、このむだ時間計算値を記憶する。
【００４０】
応答時間が測定されているならば、ブロック８４は、コマンド信号の変化に応答して変化する応答指標の連続的値を記録する。ブロック８６は、応答指標がコマンド信号の予め定められたパーセント変化（６３％のような）に達したかどうか検出し、もしそうでなければ、ブロック８８は、経過時間がＭａｘＴｉｍｅ変数（むだ時間測定のために用いられる変数とは異なる値に設定されてよい）より大きいかどうか検出する。ブロック８８が、経過時間がＭａｘＴｉｍｅ変数より大きく、ブロック８０でコマンド信号の最初の変化を検出したのでコマンド信号がひとつ以上の変化を経たかもしれないと示していると決定するならば、応答時間計算値は放棄され、制御はブロック８０に戻される。しかしながら、ブロック８８で、経過時間がＭａｘＴｉｍｅ変数より大きくなく、応答指標がコマンド信号変化の予め定められたパーセントに達しなければ、制御はブロック８８に戻され、ここで応答指標および時間が再び記録される。ブロック８４、８６、および８８は、コマンド信号の変化に応答して変動するときの応答指標の履歴繰り返し記録する。
【００４１】
応答指標が定常状態に達すると、ブロック９０は、コマンド信号が変化した時間と、応答指標がコマンド信号の特定されたパーセント変化に達するのにかかる時間との間の差を決定する。ブロック９２は、この決定された時間をプロセス制御装置１３の応答時間として記憶してよい。
【００４２】
当然、必要であれば、ブロック９０は、記録された点間の補間を行なって応答時間を決定してよい。さらに、ブロック９０は、ブロック８４、８６、および８８のの動作の間にコマンド信号の別の変化（例えばブロック８４により記録された）が生じたかどうか決定してもよく、もしそうであれば計算された応答時間を破棄してよい。なぜならば、それはコマンド信号の２つ以上の変化に基づいているからである。
【００４３】
ブロック９４は、記録されたむだ時間または応答時間が、図３にＭａｘＤＴおよびＭａｘＲＴ変数として示される最大許容可能な量を上回るどうか決定する。むだ時間または応答時間の一方または両方がそれぞれＭａｘＤＴまたはＭａｘＲＴ量を上回るならば、ブロック９６は、ユーザまたは操作員にむだ時間または応答時間が最大の所望量を上回り、従ってプロセス制御装置１３またはその何らかの部品を修理する必要があるか取りかえる必要があると示す警報を設定する。制御はブロック８０に戻されて、次ぎのむだ時間または応答時間計算を行う。
【００４４】
不感帯計算値と同様に、プロセス制御装置１３の特定の測定されたむだ時間または応答時間は、まとめて平均化されるかまたはそうでなければ統計的に組み合わされて所与の瞬間のプロセス制御装置１３の全体のむだ時間または応答時間測定値を与えることができる。また、所望であれば、不感帯、むだ時間、または応答時間は、周期的にまたは操作員の要求があり次第、表示画面、プリンタ、または他の出力装置によって操作員に与えられてよい。当然、図２Ａ、２Ｂおよび図３に示されるステップは、不感帯、むだ時間、および／または応答時間測定値のひとつ以上の組み合わせが、プロセス制御装置１３が異常に応答しているか仕様を超えており、修理または取り替えを必要とするときに操作員に警報を発せられるように組み合わされてよい。
【００４５】
図２Ａ、２Ｂおよび図３は、測定ユニット３０が上で述べたようなコマンド信号および弁位置を用いて、プロセス制御装置１３の不感帯、むだ時間、および応答時間を測定するか決定するが、他の制御信号または応答指標も同様に用いられてよい。
【００４６】
本発明は具体的な例を参照して説明されたが、これはあくまで例示であり、本発明の限定を意図するものではないが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、変更、付加、または消去が開示された実施例に行なわれてよいことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に従ってプロセス制御装置のパラメータを非干渉的に決定する制御ループおよび装置のブロック図である。
【図２Ａ】本発明に従ってプロセス制御装置の不感帯をオンラインで非干渉的に決定する方法のフローチャートである。
【図２Ｂ】本発明に従ってプロセス制御装置の不感帯をオンラインで非干渉的に決定する方法のフローチャートである。
【図３】本発明に従ってプロセス制御装置のむだ時間または応答時間をオンラインで非干渉的に決定する方法のフローチャートである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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