ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ И/ИЛИ ПРОГНОСТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
ENSURING DIAGNOSTIC AND/OR PROGNOSTIC OPPORTUNITIES IN PROCESS CONTROL SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к системам управления технологическим процессом и, в частности, к обеспечению диагностических и/или прогностических возможностей в системе управления технологическим процессом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Системы управления технологическим процессом, такие как распределенные или масштабируемые системы управления технологическим процессом подобные тем, которые применяют в химическом, нефтяном или других технологических процессах, как правило, содержат один или более контроллеров процесса, коммуникативно соединенных с одним или более полевых устройств посредством аналоговых, цифровых или комбинированных аналоговых/цифровых шин. Полевые устройства, которые могут включать, например, узлы управляющих клапанов (например, управляющие клапаны, исполнительные приводы, контроллеры клапана), устройства позиционирования клапана, переключатели и передатчики (например, датчики температуры, давления и расхода потока), выполняющие функции в рамках процесса, такие как открытие или закрытие клапанов, измерение параметров технологического процесса и выполнение первичной диагностики (например, контроллеры клапана могут оценивать в режиме реального времени массу текучей среды, проходящей через технологический процесс с целью обнаружения утечек). Контроллер процесса получает сигналы, указывающие на измерения технологических показателей, выполненные полевыми устройствами, и/или другие сведения относительно полевых устройств, и применяет эти сведения для выполнения или реализации одной или более управляющих программ с целью генерирования управляющих сигналов, которые посылаются по шинам к полевым устройствам для контроля функционирования технологического процесса. Информация от каждого из полевых устройств и указанного контроллера, как правило, доступна одному или более приложениям, выполняемых одним или более других аппаратных устройств, таких как главные рабочие станции или рабочие станции пользователя, персональные компьютеры или вычислительные устройства, чтобы обеспечить оператору возможность выполнения любой требуемой функции в отношении технологического процесса, такой как установка параметров для технологического процесса, просмотр текущего состояния технологического процесса, изменение функционирования технологического процесса и т.д.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Один аспект данного изобретения включает устройство управления технологическим процессом. Указанное устройство управления технологическим процессом содержит клапан управления технологическим процессом, исполнительный привод и цифровой контроллер клапана. Указанный исполнительный привод соединен с клапаном управления технологическим процессом и сконфигурирован для управления положением клапана управления технологическим процессом путем управлением давлением находящейся под давлением вспомогательной текучей среды. Цифровой контроллер клапана коммуникативно соединен с клапаном управления технологическим процессом и исполнительным приводом. Цифровой контроллер клапана сконфигурирован для получения первых данных и вторых данных, при этом первые данные связаны с потоком текучей среды через исполнительный привод или цифровой контроллер клапана в первый момент времени, а вторые данные связаны с потоком текучей среды через исполнительный привод или цифровой контроллер клапана во второй момент времени, отличающийся от первого момента времени. Процессор выполнен с возможностью агрегирования первых данных и вторых данных, а также выполнения одного или более диагностических и/или прогностических технических приемов. Один или более диагностических и/или прогностических технических приемов могут, например, включать оценку состояния одного или более компонентов устройства управления технологическим процессом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0004] Фиг. 1 является схематичным представлением системы управления технологическим процессом, имеющей одно или более полевых устройств, сконструированных в соответствии с принципами данного изобретения.
[0005] Фиг. 2 иллюстрирует один из примеров полевого устройства, сконструированного в соответствии с принципами данного изобретения.
[0006] Фиг. 3 представляет собой поперечный разрез управляющего клапана, исполнительного привода и цифрового контроллера клапана полевого устройства по Фиг. 2.
[0007] Фиг. 4 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую один вариант реализации способа обеспечения диагностических и/или прогностических возможностей в связи с системой управления технологическим процессом в соответствии с данным изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] С течением времени высокие уровни потока текучей среды и высокие уровни загрязняющих примесей, твердых частиц и влаги в потоке текучей среды могут привести к повреждению и/или к снижению эффективности работы устройства управления технологическим процессом. Например, когда загрязняющие примеси и/или значительная масса или объем текучей среды проходит через один или более компонентов устройства управления технологическим процессом, загрязняющие примеси и/или значительные массы или объемы текучей среды контактируют с данными компонентами, а также могут привести к растрескиванию или иному повреждению данных компонентов, в частности, эластомерных компонентов в устройстве управления технологическим процессом. Эти типы потока текучей среды могут привести к сокращению срока службы и/или препятствовать производительности компонентов в устройстве управления технологическим процессом. Подобным образом твердые частицы (например, пыль, минералы) в или вместе с текущей средой, проходящей через устройство управления технологическим процессом, могут разрушать или портить прилегающие поверхности, в частности, прилегающие поверхности, изготовленные из «мягких» материалов, таких как алюминий, латунь, резина и т.д. Эта эрозия может, в свою очередь, значительно сокращать срок службы компонентов, которые содержат эти поверхности. Кроме того, текучая среда, которая содержит твердые частицы и/или имеет значительную влагу, может с течением времени откладывать эти твердые частицы и/или другие материалы на, в или вблизи существенно важных компонентов потока, таких как насадки, каналы, реле, другое вспомогательное оборудование и инструменты, тем самым препятствуя потоку, проходящему вблизи этих компонентов или через них.
[0009] Для уменьшения этих нежелательных воздействий, данное изобретение направлено на получение и агрегирование данных относительно текучей среды, проходящей через устройство управления технологическим процессом. Данное изобретение, на основании полученных и/или агрегированных данных, направлено на обеспечение диагностических и/или прогностических возможностей в связи с одним или более компонентов устройства управления технологическим процессом, которые непосредственно не защищены или иным образом подвергаются воздействию потока текучей среды через устройство управления технологическим процессом и, как таковые, подвержены повреждениям, описанным выше. Диагностические возможности, предлагаемые данным изобретением, могут, например, содействовать быстрому и несложному мониторингу и/или устранению неполадок этих компонентов. Прогностические возможности, предлагаемые данным изобретением, могут, например, содействовать расчету или оценке будущих эксплуатационных качеств.
[0010] Ссылаясь сейчас на Фиг. 1, система управления технологическим процессом 10, сконструированная в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения, проиллюстрирована как содержащая одно или более полевых устройств 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 и 71 в коммуникации с контроллером процесса 11, который в свою очередь, находится в коммуникации с архивным хранилищем данных 12 и с одной или более рабочими станциями пользователя 13, каждая из которых имеет экран 14. В такой конфигурации контроллер 11 подает сигналы к и принимает сигналы от полевых устройств 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 и 71, а также от рабочих станций 13 для управления системой управления технологическим процессом.
[0011] В дополнение, контроллер процесса 11 системы управления технологическим процессом 10 согласно варианту, проиллюстрированному на Фиг. 1, соединен через аппаратную систему связи с полевыми устройствами 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и 22 с помощью плат ввода/вывода (I/O) 26 и 28. Архивное хранилище данных 12 может представлять собой любой тип устройства сбора данных, имеющий любой требуемый тип запоминающего устройства и любое требуемое или известное программное обеспечение, аппаратное обеспечение или микропрограммное обеспечение для хранения данных. Более того, в то время как архивное хранилище данных 12 проиллюстрирован в виде отдельного устройства на Фиг. 1, он может быть замещением или дополнением одной из рабочих станций 13 или другого компьютерного устройства, такого как сервер. Контроллер 11, который может представлять собой, например, контроллер DeltaV™, продаваемый компанией Emerson Process Management, коммуникативно подключен к рабочим станциям 13 и архивному хранилищу данных 12 через сеть связи 29, которая может представлять собой, например, подключение типа Ethernet.

[0012] Как указывалось, контроллер 11 проиллюстрирован коммуникативно подключенный к полевым устройствам 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и 22, с применением схемы аппаратной системы связи, которая может включать применение любого требуемого аппаратного средства, программного обеспечения и/или микропрограммного обеспечения для реализации аппаратной связи, включая, например, стандартные устройства связи на 4-20 мА и/или любые другие устройства связи с применением любого интеллектуального протокола связи, такого как протокол связи FOUNDATION Fieldbus, протокол связи HART и т.д. Полевые устройства 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и 22 могут быть представлены любыми типами устройств, такими как датчики, узлы управляющих клапанов, передатчики, устройства позиционирования и т.д., в то время как платы ввода/вывода (I/O) 26 и 28 могут быть представлены любыми типами устройств ввода/вывода (I/O), соответствующими любому требуемому протоколу связи или протоколу контроллера. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 1, полевые устройства 15, 16, 17, 18 являются стандартными устройствами на 4-20 мА, которые сообщаются через аналоговые линии с платой ввода/вывода (I/O) 26, в то время как цифровые полевые устройства 19, 20, 21, 22 могут быть представлены интеллектуальными устройствами, такими как устройства связи HART и полевые устройства Fieldbus, которые сообщаются по цифровой шине с платой ввода/вывода (I/O) 28, с применением связи по протоколу Fieldbus. Конечно, полевые устройства 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и 22 могут соответствовать любому другому требуемому стандарту (стандартам) или протоколам, в том числе любым стандартам и протоколам, разработанным в будущем.
[0013] Кроме того, система управления технологическим процессом 10, проиллюстрированная на Фиг. 1, содержит ряд беспроводных полевых устройств 60, 61, 62, 63, 64 и 71, расположенных с целью управления на производственном предприятии. Указанные полевые устройства 60, 61, 62, 63, 64 проиллюстрированы в виде передатчиков (например, датчиков параметров процесса), в то время как полевое устройство 71 проиллюстрировано в виде узла управляющего клапана, содержащего, например, управляющий клапан и исполнительный привод. Виды беспроводной связи могут быть установлены между контроллером 11 и полевыми устройствами 60, 61, 62, 63, 64 и 71 с применением любого требуемого оборудования беспроводной связи, в том числе программное обеспечение, аппаратные средства, микропрограммное обеспечение или любую их комбинацию, известную в настоящее время или разработанную позже. В варианте, проиллюстрированном на Фиг. 1, антенна 65 соединена с передатчиком 60 и предназначена для осуществления беспроводной связи с ним, в то время как беспроводной маршрутизатор или другой модуль 66, имеющий антенну 67, соединен с управляемыми совместно видами беспроводной связи для передатчиков 61, 62, 63 и 64. Аналогичным образом, антенна 72 соединена с узлом управляющего клапана 71 с целью осуществления беспроводной связи с узлом управляющего клапана 71. Полевые устройства или взаимодействующие аппаратные средства 60, 61, 62, 63, 64, 66 и 71 могут реализовать операции со стеком протоколов, применяемых соответствующим протоколом беспроводной связи для приема, декодирования, маршрутизации, кодировки и передачи беспроводных сигналов через антенны 65, 67 и 72 с целью осуществления беспроводной связи между контроллером процесса 11 и передатчиками 60, 61, 62, 63, 64 и узлом управляющего клапана 71.
[0014] При необходимости, передатчики 60, 61, 62, 63, 64 могут составлять единственную связь между различными датчиками процесса (передатчиками) и контроллером процесса 11 и, как таковые, применяются для передачи точных сигналов на контроллер 11 для обеспечения того, чтобы производительность технологического процесса не была нарушена. Указанные передатчики 60, 61, 62, 63, 64, часто называемые передатчиками переменных технологического процесса (ППТП), по этой причине могут играть важную роль в управлении общим процессом управления. Кроме того, узел управляющего клапана 71 может обеспечить измерения, выполненные с помощью датчиков в узле управляющего клапана 71, или может обеспечить другие данные, генерируемые или вычисляемые посредством узла управляющего клапана 71 для контроллера 11, как часть его работы. Конечно, как известно, узел управляющего клапана 71 может также принимать управляющие сигналы от контроллера 11, чтобы влиять на физические параметры, например, расход потока, в рамках всего технологического процесса.

[0015] Контроллер процесса 11 соединен с одним или более устройств ввода/вывода (I/O) 73 и 74, каждое из которых соединено с соответствующей антенной 75 и 76, и эти устройства ввода/вывода (I/O) и антенны 73, 74, 75, 76 работают как передатчики/приемники для осуществления беспроводной связи с беспроводными полевыми устройствами 61, 62, 63, 64 и 71 посредством одной или более сетей беспроводной связи. Виды беспроводной связи между полевыми устройствами (например, передатчиками 60, 61, 62, 63, 64 и узлом управляющего клапана 71) могут быть выполнены с применением одного или более известных протоколов беспроводной связи, таких как протокол WirelessHART, протокол Ember, протокол Wi-Fi, беспроводной стандарт IEEE и т.д. Более того, устройства ввода/вывода (I/O) 73 и 74 могут реализовывать операции со стеком протоколов, применяемые этими протоколами связи, для приема, декодирования, маршрутизации, кодировки и отправки беспроводных сигналов посредством антенн 75 и 76 с целью осуществления беспроводной связи между контроллером 11 и передатчиками 60, 61, 62, 63, 64 и узлом управляющего клапана 71.
[0016] Как проиллюстрировано на Фиг. 1, контроллер 11 обычно содержит процессор 77, который выполняет или контролирует одну или более управляющих программ технологического процесса (или любой модуль, блок или подпрограмму), хранящихся в запоминающем устройстве 78. Указанные управляющие программы технологического процесса, хранящиеся в запоминающем устройстве 78, могут включать или быть связаны с контурами управления, реализованными в рамках технологической установки. В целом и, как известно, контроллер процесса 11 выполняет одну или более управляющих программ и взаимодействует с полевыми устройствами 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 60, 61, 62, 63, 64 и 71, рабочими станциями пользователя 13 и архивным хранилищем данных 12 для управления процессом в любой требуемой(ых) форме(ах). Кроме того, любое из полевых устройств 18, 22 и 71, проиллюстрированных на Фиг. 1, каждое из которых проиллюстрировано как узел управляющего клапана, может содержать программируемый цифровой контроллер клапана, сконструированный в соответствии с принципами данного изобретения, для коммуникации с контроллером процесса 11 с целью содействия мониторингу и/или оценке рабочего состояния, надежности и производительности компонентов узла управляющего клапана (например, диафрагмы исполнительного привода).
[0017] Обращаясь к Фиг. 2, в интересах описания, полевое устройство 71 по Фиг. 1 проиллюстрировано как устройство управления технологическим процессом 100, сконструированное в соответствии с данным изобретением. В этом примере устройство управления технологическим процессом 100 представляет собой узел управляющего клапана, который содержит управляющий клапан 102, исполнительный привод 104 и цифровой контроллер клапана 105, коммуникативно соединенный с управляющим клапаном 102 и исполнительным приводом 104. Как проиллюстрировано на Фиг. 2, цифровой контроллер клапана 105 физически присоединен к (например, смонтирован) управляющему клапану 102 и исполнительному приводу 104, но это не обязательно (например, он может быть расположен удаленно от управляющего клапана 102 и исполнительного привода 104). В других примерах устройство управления технологическим процессом 100 может представлять собой другой тип устройства управления технологическим процессом и/или может содержать другие и/или дополнительные компоненты.
[0018] Со ссылкой на Фиг. 3, далее будут описаны дальнейшие подробности относительно управляющего клапана 102, привода 104 и цифрового контроллера клапана 105. Управляющий клапан 102 представляет собой управляющий клапан с поступательным движением штока (например, клапан Fisher ED), который содержит корпус клапана 106 проходного типа и управляющий элемент 108, настроенный на перемещение в корпусе клапана 106 для управления потоком текучей среды через него. Текучая среда может представлять собой газ (например, воздух, природный газ) или жидкость (например, вода, сжиженный природный газ). Корпус клапана 106 ограничивает впускное отверстие 110, выпускное отверстие 112 и канал потока текучей среды 114, проходящий между впускным отверстием 110 и выпускным отверстием 112. Управляющий элемент 108 содержит плунжер клапана 116, соединенный со штоком клапана 118. Шток клапана 118 выступает из корпуса клапана 108 через колпак 120, чтобы присоединиться к исполнительному приводу 104 таким образом, что исполнительный привод 104 может регулировать положение управляющего элемента 108 и, в частности, положение плунжера клапана 116 относительно канала текучей среды 114 для регулирования потока текучей среды через управляющий клапан 102.
[0019] В других примерах управляющий клапан 102 может представлять собой другой тип управляющего клапана, такой как, например, поворотный управляющий клапан (например, клапан Fisher Vee-Ball™ V150, клапан Fisher Vee-Ball™ V300 и т.д.), дроссельный клапан, запорный клапан или другой управляющий клапан. Кроме того, компоненты управляющего клапана 102 (например, корпус клапана 106, управляющий элемент 108 и колпак 120) могут отличаться от проиллюстрированных в данном документе. Например, впускное отверстие 110, выпускное отверстие 112 и канал потока текучей среды 114, проходящий между ними, могут различаться по форме и/или размеру и при этом все же выполнять предназначенные функции.
[0020] Как проиллюстрировано на Фиг. 3, исполнительный привод 104 представляет собой пневматический исполнительный привод с поступательным движением штока (например, привод Fisher 667). Привод 104 содержит корпус исполнительного привода 122, кожух привода 124 и узел регулировки положения 126. Корпус привода 122, как правило, имеет полую конструкцию, обеспечивая управление, поддержку и защиту, по меньшей мере части узла регулировки положения 126, как проиллюстрировано. Кожух привода 124 содержит верхний и нижний компоненты корпуса диафрагмы 128, 130, скрепленные вместе с помощью множества крепежей 134, для ограничения внутренней полости исполнительного привода 132. Узел регулировки положения 126 содержит узел диафрагмы 136, вал исполнительного привода 138 и устройство смещения 140. Узел диафрагмы 136 расположен в полости привода 132 и содержит диафрагму 142 и тарелку диафрагмы 144. Тарелка диафрагмы 144, как правило, представляет собой жесткую дискообразную деталь, а диафрагма 142 содержит стандартную диафрагму мембранного типа, центральная часть которой находится в сцеплении с тарелкой диафрагмы 144. Диафрагма 142 также содержит периферийный участок, закрепленный между верхним и нижним компонентами корпуса диафрагмы 128, 130 таким образом, что диафрагма 142 разделяет полость привода 132 на верхнюю и нижнюю герметичные части полости 146, 148. Вал исполнительного привода 138 содержит первую концевую часть 138а, прикрепленную к тарелке диафрагмы 144, и вторую концевую часть 138b, функционально соединенную со штоком 118 управляющего клапана 102 с помощью соединения хомутом или любого другого подходящего соединения. Наконец, устройство смещения 140 исполнительного привода 104, проиллюстрированного на Фиг. 3, содержит сжатую спиральную пружину, расположенную между узлом диафрагмы 136 и гнездом пружины 150, расположенным в корпусе привода 122 в месте ниже узла диафрагмы 136. В такой конфигурации устройство смещения 140 естественно смещает узел диафрагмы 136 в направлении вверх по отношению к ориентации исполнительного привода 104, проиллюстрированного на Фиг. 3, и в направлении от гнезда пружины 150. В другой конфигурации аналогичный привод может двигаться в обратном направлении, когда устройство смещения стремиться удержать клапан в закрытом состоянии, и пневматический сигнал вызывает движение узла диафрагмы к открытию затвора клапана.
[0021] В качестве альтернативы, исполнительный привод 104 может представлять собой другой тип исполнительного привода, такой как, например, поворотный, поршневой, двухпозиционный, с механизмом реечной передачи и/или электрический или гидравлический исполнительный привод. Компоненты исполнительного привода 104 могут также отличаться от проиллюстрированного в данном документе. Например, корпус исполнительного привода 122, кожух исполнительного привода 124 или узел регулировки положения 126 могут различаться по размеру и/или форме и при этом все же выполнять предназначенные функции.
[0022] Цифровой контроллер клапана ("ЦКК") 105, проиллюстрированный на Фиг. 3, представляет собой цифровой контроллер клапана Fisher FIELDVUE™ DVC 6200. В других примерах цифровой контроллер клапана 105 может представлять собой цифровой контроллер клапана Fisher FIELDVUE™ DVC 6000 или другой тип цифрового контроллера клапана (например, цифровой контроллер клапана, изготовленный компанией Fisher или другой компанией). Цифровой контроллер клапана 105, как отмечалось выше, коммуникативно соединен с клапаном 102 и исполнительным приводом 104. Хотя он явным образом не описан в данном документе, цифровой контроллер клапана 105 может также быть коммуникативно соединен с контроллером процесса 11, описанным выше.
[0023] Цифровой контроллер клапана 105 содержит основание модуля 200. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, цифровой контроллер клапана 105 содержит процессор 202, запоминающее устройство 204, коммуникационный интерфейс 208, компьютерную логическую схему 212, электропневматический преобразователь 216 и пневматическое реле 220, размещенное внутри основания модуля 200. Хотя и не
проиллюстрированы в данном документе, эти компоненты располагаются известным образом, но могут быть расположены любым образом. Специалист в данной области техники поймет, что цифровой контроллер клапана 105 может также содержать дополнительные компоненты, такие как, например, аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, усилители и контрольно-измерительные приборы, которые явным образом не описаны в данном документе.
[0024] Процессор 202 может представлять собой общий процессор, цифровой процессор сигналов, специализированную интегральную схему (СИС), программируемую логическую матрицу, графический процессор, аналоговую схему, цифровую схему или любой другой известный или со временем разработанный процессор. Процессор 202 функционирует в соответствии с командами, заложенными в запоминающем устройстве 204. Запоминающее устройство 204 может представлять собой энергозависимое запоминающее устройство или энергонезависимое запоминающее устройство. Запоминающее устройство 204 может включать одно или более из последующих: постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), флэш-памяти, электронного стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM) или другого типа запоминающего устройства. Запоминающее устройство 204 может включать оптическое устройство, магнитное устройство (жесткий диск) или любую другую форму устройства хранения данных.
[0025] Предложен коммуникационный интерфейс 208, который может представлять собой, например, интерфейс HART, интерфейс FOUNDATION™ fieldbus, интерфейс PROFIBUS или какой-то другой порт или интерфейс, для обеспечения или содействия электронной коммуникации между цифровым контроллером клапана 105 и контроллером процесса 11, а также между цифровым контроллером клапана 105 и другими компонентами устройства управления технологическим процессом (например, клапан 102 и исполнительный привод 104). Данная электронная коммуникация может осуществляться посредством любого известного коммуникационного протокола, такого как, например, коммуникационный протокол HART, коммуникационный протокол FOUNDATION™ fieldbus, коммуникационный протокол PROFIBUS или любой другой подходящий коммуникационный протокол связи.
[0026] Логическая схема 212 включает одну или более программ и/или одну или более подпрограмм, реализованных в виде машиночитаемых команд, хранящихся в запоминающем устройстве 204. Цифровой контроллер клапана 105, в частности, его процессор 202, может выполнять логическую схему 212 для того, чтобы вызвать выполнение процессором 202 действий, связанных с функционированием (например, управлением, регулировкой), техническим обслуживанием, диагностикой и/или устранением неисправностей узла управляющего клапана 100 (например, управляющего клапана 102, исполнительного привода 104 и/или их компонентов), как будет описано более подробно далее.
[0027] С устройством управления технологическим процессом 100, сконфигурированным в соответствии с описанием, исполнительный привод на основе диафрагмы 104 служит для позиционирования плунжера клапана 116 управляющего клапана 102 по отношению к каналу текучей среды 114, для удовлетворения требуемым параметрам управления технологическим процессом (например, требуемое давление уставки). Например, как уже указывалось, устройство смещения 140 привода 104 естественно смещает узел диафрагмы 136 в направлении вверх по отношению к ориентации по Фиг. 2, что приводит к восходящему движению управляющего элемента 108 управляющего клапана 102 по направлению к открытому положению. Для того чтобы переместить управляющий элемент 108 вниз к закрытому положению, контроллер процесса 11 может передавать управляющий сигнал процессору 202 цифрового контроллера клапана 105. Управляющий сигнал представляет собой сигнал 4-20 мА, однако в других примерах может быть сигнал 0-5 вольт постоянного тока, сигнал цифровой связи или другой тип сигнала. Электропневматический преобразователь 216, который имеет жидкостное сообщение с источником подачи давления (например, источник сжатого воздуха), может преобразовывать управляющий сигнал в сигнал давления при помощи находящейся под давлением текучей среды (например, сжатого воздуха, гидравлической жидкости и т.д.) от источника подачи давления. Электропневматический преобразователь 216 сконфигурирован для отправки сигнала давления на пневматическое реле или переключатель 220. Пневматическое реле 220 преобразовывает сигнал давления в пневматический сигнал, который, в свою очередь, поступает от процессора 202 в верхнюю часть 146 полости исполнительного привода 132 для повышения давления в верхней части полости 146. Это повышение давления воспринимается диафрагмой 142 и, в конечном счете, преодолевает усилие, прилагаемое устройством смещения 140, тем самым передвигая узел диафрагмы 136, вал исполнительного привода 138 и управляющий элемент 108 в направлении вниз. Когда пневматический сигнал, подаваемый в верхнюю часть полости 146, снижается и/или исчезает, устройство смещения 140 может расшириться и привести к передвижению узла диафрагмы 136, вала исполнительного привода 138 и управляющего элемента 108 вверх относительно ориентации по Фиг. 3.
[0028] Логическая схема 212 может, при выполнении, приводить процессор 202 к получению данных, связанных с и указывающих на работу устройства управления технологическим процессом 100. Данные, связанные с устройством управления технологическим процессом 100, как правило, включают данные, связанные с или относящиеся к текучей среде, проходящей через один или более компонентов устройства управления технологическим процессом 100, таких как, например, исполнительный привод 104 и/или цифровой контроллер клапана 105.
[0029] Процессор 202 может получать данные, указывающие на характеристики или свойства текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105 в один момент времени (например, настоящий момент времени, предыдущий момент времени). Процессор 202 может, например, получать данные, указывающие на массу текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105, и/или указывающие на объем текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105 в один момент времени. Например, данные могут представлять собой или включать положение пневматического реле 220, данные, измеряемые или собираемые одним или более датчиков, размещенных внутри цифрового контроллера клапана 105, или другие данные. Данные могут автоматически передаваться процессору 202 (т.е. автоматически приниматься процессором 202) и/или приниматься в ответ на запрос, переданный процессором 202. В любом случае, на основании на этих данных процессор 202 может определять соответствующие характеристики или свойства текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105 в один момент времени, такие как, например, масса и/или объем текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105 в один момент времени.
x
x
2
[0030] В качестве альтернативы или дополнения, процессор 202 может получить данные, указывающие на качество текучей среды, проходящей через исполнительный привод 104 и/или цифровой контроллер клапана 105 в один момент времени. Данные, указывающие на качество текучей среды, могут, например, включать (i) данные, указывающие на содержание загрязняющих примесей (например, озон, SO, NO, HS или другая загрязняющая примесь) в текучей среде, например, из-за окружающей среды или близкого расположения устройства управления технологическим процессом 100 к электродвигателю, (ii) данные, указывающие на содержание твердых частиц в текучей среде, (iii) данные, указывающие на содержание влаги в текучей среде, (iv) другие данные или их комбинации.
[0031] Данные, указывающие на качество текучей среды, поступают от пользователя (например, пользователя устройства управления технологическим процессом 100). Пользователь может предоставлять данные о качестве текучей среды непосредственно через цифровой контроллер клапана 105 или посредством контроллера процесса 11 или посредством пользовательского устройства в коммуникации с цифровым контроллером клапана 105. Данные о качестве текучей среды могут быть получены или измерены с помощью одного или более датчиков, таких как датчик загрязняющих примесей, сконфигурированный для обнаружения содержания загрязняющих примесей в текучей среде, датчик твердых частиц, сконфигурированный для обнаружения или замера твердых частиц (например, пыли) в текучей среде, датчик влаги, сконфигурированный для обнаружения или замера уровня или количества влаги, присутствующей в текучей среде, один или более датчиков, или их комбинации, установленные или размещенные в пределах или вблизи системы управления технологическим процессом 10 (например, устройство управления технологическим процессом 100). В качестве примера, пользователь может ввести данные, указывающие на качество текучей среды, измеренные одним или более датчиков, при посредстве одной из рабочих станций 13, и, в свою очередь, контроллер 11 может передать данные в процессор 202. В других примерах процессор 202 может получать некоторые или все эти данные непосредственно от одного или более датчиков, исполнительного привода 104, цифрового контроллера клапана 105, некоторых других компонентов или их комбинаций.
[0032] В дополнение к получению данных, измеренных в один момент времени, логическая схема 212 может, при выполнении, быть причиной, чтобы процессор 202 стал накапливать или собирать данные в течение некоторого периода времени (например, одной недели, одного месяца и т.д.). Это, как правило, предполагает получение данных, связанных с устройством управления технологическим процессом 100, измеренных или собранных, как описано выше, в два или более различных моментов времени, как описано выше. Полученные данные могут быть измерены с определенными интервалами (например, каждые 5 секунд), таким образом, что два или более различных моментов времени разделены заданными интервалами. После получения, данные могут быть сохранены в запоминающем устройстве 204 или в другом запоминающем устройстве.
[0033] В свою очередь, процессор 202 может агрегировать, аккумулировать или суммировать некоторые или все полученные данные. В некоторых вариантах реализации изобретения, процессор 202 может агрегировать только данные о массе или объеме. В других вариантах реализации изобретения процессор 202 может агрегировать данные о массе, данные об объеме и данные о качестве текучей среды. Данные могут быть просуммированы посредством или с помощью алгоритма суммирования, такого как, например, алгоритм Кэхэна, алгоритм Брезенхэма, парный алгоритм, алгоритм быстрого преобразования Фурье или тому подобное. Например, процессор 202 может получать от пневматического реле 220 данные, указывающие на измеренную массу текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105 в три различных момента времени, определять массу, проходящую через цифровой контроллер клапана 105 в три различных момента времени, и, в свою очередь, использовать алгоритм суммирования для подведения итога или суммирования данных о массе по трем различным моментам времени и получения общей массы текучей среды, потребляемой в течение трех моментов времени. Данные могут быть агрегированы в ответ на (т.е. сразу после) получение данных или позже. Агрегированные данные могут быть сохранены в запоминающем устройстве 204 или в другом запоминающем устройстве.
[0034] Накопление данных может, в свою очередь, производить или давать общую массу и/или объем текучей среды, прошедшие через цифровой контроллер клапана 105 за определенный период времени, общее количество или уровень загрязняющих примесей и/или твердых частиц (в текучей среде), которые прошли через привод 104 и/или цифровой контроллер клапана 105 за определенный период времени, общее количество или уровень влаги, присутствующий в текучей среде, прошедший через привод 104 и/или цифровой контроллер клапана 105 за определенный период времени, или их комбинации. Накопление может также давать или выявлять закономерности данных, такие как, например, увеличения или уменьшения объема текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105 (это может быть, например, из-за утечек в устройстве управления технологическим процессом 100), как будет описано более подробно дальше.
[0035] Один или более диагностических и/или прогностических технических приемов могут быть выполнены на основании или с применением полученных и/или агрегированных данных. Диагностические и/или прогностические технические приемы, как правило, выполняются в связи с одним или более компонентов устройства управления технологическим процессом 100, которые непосредственно не защищены или иным образом подвергаются воздействию текучей среды, проходящей через устройство управления технологическим процессом 100 и, таким образом, подвержены описанному выше ущербу. Иными словами, диагностические и/или прогностические технические приемы сосредоточиваются на одном или более компонентах устройства управления технологическим процессом 100, которые непосредственно не защищены или иным образом подвергаются воздействию текучей среды (и ее загрязняющих примесей, твердых частиц и влаги), проходящей через устройство управления технологическим процессом 100, и, как таковые, подвержены отмеченным выше типам ущерба. Такие компоненты могут, например, включать диафрагму 142 исполнительного привода 104, электропневматический преобразователь 216 цифрового контроллера клапана 105, пневматическое реле 220 цифрового контроллера клапана 105, один или более датчиков или преобразователей, другие компоненты или их комбинации.
[0036] Технические приемы могут, например, включать мониторинг общего потока, твердых частиц, загрязняющих примесей и/или влаги (например, уровней или объемов) с течением времени. Например, можно осуществлять мониторинг общей массы текучей среды, проходящей через цифровой контроллер клапана 105. В качестве другого примера, можно осуществлять мониторинг общего объема твердых частиц, проходящих через пневматическое реле 220 цифрового контроллера клапана 105 в течение определенного периода времени. Диагностические технические приемы могут, в качестве другого примера, включать анализ тенденций или закономерностей в значениях показателей текучей среды, твердых частиц, загрязняющих примесей и/или влаги. Изменения массы и/или объема потока текучей среды, проходящего через соответствующие компоненты, могут в некоторых случаях указывать на проблемы или сомнения в устройстве управления технологическим процессом 100. Например, резкие увеличения массы и/или объема потока текучей среды, проходящего через цифровой контроллер клапана 105, могут указывать на утечку в устройстве управления технологическим процессом 100. Также или в качестве альтернативы могут быть выполнены другие диагностические технические приемы. Может быть выполнен любой объем статистического анализа на основании или с применением итоговых данных. Например, средний уровень содержания твердых частиц может быть рассчитан для определенного периода времени. В других примерах среднее, стандартное отклонение, среднеквадратичное значение или тому подобное могут быть рассчитаны или определены с применением итоговых данных. Могут также быть выполнены другие статистические технические приемы, такие как, например, многомерные статистические технические приемы, на основании или с применением итоговых данных.
[0037] Данные технические приемы могут, например, включать оценку состояния одного или более компонентов (например, диафрагмы 142). Состояние может представлять собой текущее состояние одного или более компонентов, таких как текущее рабочее состояние, целостность и/или эффективность одного или более компонентов. В качестве альтернативы или дополнения, состояние может представлять собой будущее состояние одного или более компонентов, таких как оцененное или прогнозируемое рабочее состояние, целостность и/или эффективность одного или более компонентов. Например, может быть вычислен оцененный остаточный срок службы диафрагмы 142. В общем, когда через один из компонентов проходят более высокие уровни загрязняющих примесей, твердых частиц и/или влаги, существует большая вероятность того, что соответствующий компонент подвергнется ущербу и, как следствие, будет не таким работоспособным и/или не будет эффективно функционировать в будущем. И наоборот, когда через один из компонентов проходят более низкие уровни загрязняющих примесей, твердых частиц и/или влаги, существует большая вероятность того, что соответствующий компонент работоспособен и, как следствие, эффективно функционирующий и/или будет эффективно функционировать в будущем.
[0038] Чтобы оценить состояние одного или более компонентов, данные о массе и/или объеме и/или данные о качестве текучей среды могут быть сопоставлены с другими данными и/или коэффициентом качества или его пороговым значением. Другие данные могут, например, включать эмпирические данные и/или ожидаемые данные (например, ожидаемые значения). Эмпирические данные могут представлять собой или включать предыдущие данные о массе, данные об объеме и/или данные о качестве текучей среды (например, данные о твердых частицах, данные о загрязняющих примесях), связанные с одним или более компонентов устройства управления технологическим процессом 100 или другим устройством управления технологическим процессом. Данные о массе, объеме и/или качестве текучей среды, отклоняющиеся от предыдущих данных, могут указывать на то, что один или более компонентов не функционируют эффективно и/или подвергаются воздействию различных уровней текучей среды, твердых частиц, загрязняющих примесей и/или влаги по сравнению с предыдущим периодом времени, что может сказываться на рабочем состоянии и/или эффективности одного или более компонентов. Ожидаемые данные могут представлять собой или включать средние или ожидаемые данные о массе, данные об объеме и/или данные о качестве текучей среды, такие как, например, данные о массе, данные об объеме и/или данные о качестве текучей среды, как правило, ожидаемые в связи с устройством управления технологическим процессом 100. Данные о массе, объеме и/или качестве текучей среды, которые отклоняются от ожидаемых данных, могут указывать на то, что один или более компонентов подвергаются воздействию отклоняющихся от нормы уровней текучей среды, твердых частиц, загрязняющих примесей и/или влаги, и, таким образом, не находятся в настоящее время в хорошем рабочем состоянии и/или, скорее всего, уже не будут эффективно функционировать впредь. Коэффициент или пороговое значение могут, например, представлять собой максимальное пороговое значение (например, максимальное пороговое значение твердых частиц, максимальное пороговое значение содержания влаги, максимальное пороговое значение содержания загрязняющих примесей и т.д.), значения которых не должны превышать агрегированные данные. Когда, например, итоговые данные о твердых частицах указывают на то, что диафрагма 142 подвергается воздействию количества частиц, превышающему максимальное пороговое значение для твердых частиц, может быть определено, что один или более компонентов, возможно, должны быть скоро заменены.
[0039] Состояние одного или более компонентов может быть оценено, оперируя понятиями числа (например, число от 0 до 10), класса (например, А), процентного соотношения (например, 50% работоспособных/эффективных) или по какой-либо другой шкале. В одном примере состояние может оцениваться по показателям числа от 0 до 10, при этом 0 означает, что компонент больше не является работоспособным/эффективно работающим, а 10 означает, что компонент является полностью работоспособным/эффективно работающим.
[0040] В некоторых вариантах реализации изобретения, процессором 202 могут быть выполнены описанные выше диагностические и/или прогностические технические приемы. В других вариантах реализации изобретения, технические приемы может выполнять не процессор 202, а контроллер процесса 11 или какой-то другой компонент системы управления технологическим процессом 10. В еще одном варианте реализации изобретения, процессор 202 может предоставлять анализируемые данные и предоставлять возможность выполнения диагностических и/или прогностических технических приемов, но эти технические приемы фактически выполняются одним или более пользователями системы управления технологическим процессом 10 (с помощью процессора 202 или без нее).
[0041] По данным мониторинга и/или анализу изменений в них, как описано в данном документе, можно быстро определять или прогнозировать и устранять проблемы с производительностью (например, утечки) и/или отклонения от нормы в устройстве управления технологическим процессом 100. Путем оценки состояния одного или более компонентов, как описано в данном документе, можно определять и устранять или восстанавливать неисправные или по иным причинам вышедшие из строя компоненты, и можно оценивать будущую эффективность и/или работоспособность компонентов, тем самым повышая производительность устройства управления технологическим процессом 100 и, в более общем смысле, системы управления технологическим процессом 10.
[0042] Фиг. 4 иллюстрирует типовой способ или процесс обеспечения диагностических и/или прогностических технических приемов или возможностей в связи с системой управления технологическим процессом 10. Хотя данный способ или процесс описан дальше как выполняемый цифровым контроллером клапана 105 устройства управления технологическим процессом 100, этот способ или процесс могут, в качестве альтернативы, частично или полностью выполняться контроллером процесса 11, другим компонентом или приложением системы управления технологическим процессом 10, каким-то другим компонентом или приложением, или их комбинациями. Данный способ или процесс выполняются в последовательности, проиллюстрированной и описанной в данном документе, но могут быть реализованы в или в соответствии с любым количеством различных последовательностей. В других вариантах реализации изобретения, данный способ или процесс могут включать дополнительные действия, меньшее количество действий или другие действия. Например, действие получения первых данных (блок 300), действие получения вторых данных (блок 304) и действие агрегирования или суммирования первых данных и вторых данных (блок 308) могут повторяться любое количество раз. В качестве другого примера, третьи, четвертые и т.д. данные могут быть получены и агрегированы или просуммированы с любыми другими данными.
[0043] Во первых, способ включает получение первых данных, связанных с потоком текучей среды через привод 104 или цифровой контроллер клапана 105 в первый момент времени (блок 300). В некоторых вариантах реализации изобретения, получение первых данных может включать измерение или сбор данных, указывающих на массу или объем, проходящих через исполнительный привод 104 или цифровой контроллер клапана 105, в частности, пневматическое реле 220 цифрового контроллера клапана 105 в первый момент времени.
[0044] Затем способ включает получение вторых данных, связанных с потоком текучей среды через привод 104 или цифровой контроллер клапана 105 во второй момент времени (блок 304). В некоторых вариантах реализации изобретения, получение вторых данных может включать измерение или сбор данных, указывающих на массу или объем, проходящих через привод 104 или цифровой контроллер клапана 105, в частности, пневматическое реле 220 цифрового контроллера клапана 105 во второй момент времени. Второй момент времени отличается от первого момента времени. Любой интервал (например, 1 секунда, 30 секунд и т.д.) может отделить первый момент времени от второго момента времени.
[0045] Данный способ дополнительно включает агрегирование или суммирование первых данных и вторых данных (блок 308). Агрегирование или суммирование могут выполняться посредством или с помощью алгоритма суммирования, такого как, например, алгоритм Кэхэна, алгоритм Брезенхэма, парный алгоритм, алгоритм быстрого преобразования Фурье или тому подобное.
[0046] В некоторых вариантах реализации изобретения, способ дополнительно включает получение данных о качестве текучей среды (например, данные о твердых частицах, данные о загрязняющих примесях, данные о содержании влаги), связанных с текучей средой, проходящей через привод 104 или цифровой контроллер клапана 105. Данные о качестве текучей среды могут быть получены (например, приняты) от пользователя, связанного с устройством управления технологическим процессом 100. Пользователь может предоставить данные о качестве текучей среды локально (например, посредством цифрового контроллера клапана 105) или удаленно (например, посредством пользовательского устройства или рабочей станции в коммуникации с цифровым контроллером клапана 105). Данные о качестве воздуха могут быть измерены или собраны с помощью одного или более датчиков (например, одного или более датчиков, размещенных внутри или соединенных с устройством управления технологическим процессом 100) в один момент времени или во многие различные моменты времени по одному или более. В некоторых вариантах реализации изобретения, данные о качестве воздуха могут также быть агрегированы или просуммированы за определенный период времени. Например, могут быть агрегированы данные о твердых частицах за определенный период времени, таким образом, что может быть определен общий уровень твердых частиц в текучей среде, проходящей через привод 104 или цифровой контроллер клапана 105.
[0047] В свою очередь, данный способ включает выполнение одного или более диагностических и/или прогностических технических приемов с применением или на основании агрегированных данных и/или данных о качестве текучей среды (которые в некоторых вариантах реализации изобретения также могут быть агрегированы) (блок 312). Диагностические и/или прогностические технические приемы, как правило, выполняются в связи с одним или более компонентов устройства управления технологическим процессом 100, которые непосредственно не защищены или иным образом подвергаются воздействию текучей среды, проходящей через устройство управления технологическим процессом 100 и, таким образом, подвержены повреждениям со стороны больших масс или объемов текучей среды, а также различного содержания загрязняющих примесей, содержания твердых частиц и содержания влаги в текучей среде, проходящей через устройство 100. Указанные один или более компонентов могут, например, включать диафрагму 142 исполнительного привода 104, электропневматический преобразователь цифрового контроллера клапана 105, пневматическое реле цифрового контроллера клапана 105, один или более датчиков 160, 164, 166, 168, 172, 176, другие компоненты или их комбинации. Диагностические и/или прогностические технические приемы включают, например, мониторинг агрегированных данных о массе и/или объеме (т.е. мониторинг массы и/или объема текучей среды, проходящей через исполнительный привод 104 или цифровой контроллер клапана 105), мониторинг данных о качестве текучей среды (т.е. мониторинг твердых частиц, содержания загрязняющих примесей и/или содержания влаги), анализ изменений или тенденций в данных о массе, данных об объеме и/или данных о качестве текучей среды, и/или оценку состояния одного или более компонентов устройства управления технологическим процессом 100.
[0048] Исходя из вышеизложенного описания, следует отметить, что устройства и способы, описанные в данном документе, обеспечивают диагностические и/или прогностические возможности в связи с одним или более компонентов устройства управления технологическим процессом, которые непосредственно не защищены или иным образом подвергаются воздействию потока текучей среды через устройство управления технологическим процессом. Путем обеспечения этих возможностей, проблемы производительности, утечки и/или другие отклонения от нормы в устройстве управления технологическим процессом могут быстро распознаваться и исправляться, неисправные или иным образом вышедшие из строя компоненты могут быстро и легко распознаваться и заменяться, и может оцениваться будущая производительность компонентов, что таким образом повышает производительность системы управления технологическим процессом.