СПОСОБЫ И СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕХОДА В РЕЗЕРВНЫЙ РЕЖИМ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КОНТУРА
METHODS AND SYSTEM FOR TRANSITION TO THE BACKUP CONTROL MODE OF THE AUXILIARY CIRCUIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к переходу в резервный режим обратной связи вспомогательного контура и, в частности, к способам и системе для перехода в резервный режим обратной связи вспомогательного контура.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Для управления узлом клапана/исполнительно-приводного механизма или другим устройством для управления технологическим процессом могут быть использованы различные управляющие механизмы. Например, в контроллерах клапана может быть использовано управление с обратной связью для регулирования узла клапана/исполнительно-приводного механизма. При управлении с обратной связью используется сигнал ошибки, сгенерированный на основании разности между необходимым сигналом заданной уставки и сигналом обратной связи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0003] На фиг. 1 показан пример сервоконтроллера цифрового установочного устройства, который может быть использован для осуществления вариантов реализации, описанных в настоящей заявке.
[0004] На фиг. 2 показан пример регулировочной карты.
[0005] На фиг. 3 показан график примеров процессов настройки клапана.
[0006] На фиг. 4 показан пример сервоконтроллера, иллюстрирующий пример перехода в резервный режим по давлению.
[0007] На фиг. 5 и 6 показаны примеры снимков экрана процессов и/или операций, которые могут быть использованы для осуществления вариантов реализации, описанных в настоящей заявке.
[0008] На фиг. 7 показана функциональная схема примера вычислительной платформы, которая может быть использована и/или запрограммирована для осуществления любых примеров систем и способов, описанных в настоящей заявке.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Обратная связь посредством вспомогательного контура может быть использована для стабилизирования реакции установочного устройства. В некоторых известных системах в случае отказа датчика сигнала обратной связи вспомогательного контура установочное устройство (например, цифровой контроллер клапана DVC6200) осциллирует вокруг заданного значения уставки и тем самым вызывает неустойчивую реакцию при перемещении клапана. В других известных системах источник тока может генерировать большое магнитное поле, которое захватывается датчиком сигнала обратной связи вспомогательного контура и таким образом вводит кратковременное нарушение в компенсирующую цепь обратной связи, в результате чего клапан перемещается неуправляемым способом. В других примерах циклическое воздействие тепловых нагрузок, вибрации, ударная нагрузка или другие внешние экологические факторы становятся причиной выхода сигналов датчика обратной связи вспомогательного контура из рабочего диапазона, вызывают повреждение и/или отказ датчика сигнала обратной связи вспомогательного контура и/или нарушают связь с указанным датчиком.
[0010] Взаимные помехи, которые способны вывести из равновесия систему управления, могут быть введены путем кратковременного нарушения, вызванного сбоем трансивера, или постоянного нарушения, вызванного расположенными рядом приборами или машинами. В примерах отказов датчика сигнала обратной связи вспомогательного контура сигнал обратной связи вспомогательного контура может оставаться постоянным вблизи его нулевого состояния, может сохранять постоянное значение, значительно отличающееся от его нулевого состояния, и/или значительно смещение может быть введено в контур компенсации обратной связи вспомогательного контура. В некоторых примерах нахождение сигнала обратной связи вспомогательного контура вблизи нулевого состояния вызывает реакцию системы замкнутой петли, состоящую в осциллировании вокруг заданной точки. В некоторых примерах сигнал обратной связи вспомогательного контура сохраняет постоянное значение при существенном отличии от нулевого состояния и тем самым вызывает реакцию системы замкнутого контура, состоящую в осциллировании вокруг заданной точки с некоторым добавочным смещением. В некоторых примерах наличие существенного смещения, введенного в обратную связь вспомогательного контура, вызывает предельное насыщение регулирующего клапана у одного конца или у другого.
[0011] В примерах, где сигнал обратной связи является ненадежным (например, используемый трансивер расположен вблизи датчика, содержащего магнит), в сервоуправление может быть введено кратковременное возмущение, вызывающее неуправляемое перемещение штока устройства управления технологическим процессом. Некоторые датчики, на которые может воздействовать внешнее магнитное поле, содержат датчики Холла и/или супермагниторезистивные датчики (на эффекте GMR). Согласно некоторым вариантам реализации отказ обратной связи вспомогательного контура может быть идентифицирован, если имеется предельный цикл в сигнале обратной связи перемещения, но сигнал обратной связи вспомогательного контура является постоянным. Согласно некоторым вариантам реализации, сигнал обратной связи вспомогательного контура может быть коррелирован с производной dp/dt сигнала обратной связи для идентификации разности и/или отказа. Согласно некоторым вариантам реализации, если имеется изменение, идентифицированное в производной dp/dt сигнала обратной связи без соответствующего изменения, идентифицированного в супермагниторезистивном датчике, переход в резервный режим вспомогательного контура может быть использован для управления обратной связью вспомогательного контура в установочном устройстве. В некоторых случаях для идентификации внешних возмущений сигнал обратной связи вспомогательного контура может быть коррелирован с управляющим сигналом электропневматического преобразователя I/P. В примерах, в которых сигнал обратной связи вспомогательного контура управляет управляющим сигналом электропневматического преобразователя I/P, может иметься внешнее возмущение, действующее на сигнал обратной связи вспомогательного контура. Дополнительно к данному примеру или в другом примере могут быть использованы один или большее количество датчиков, которые генерируют сигнал, указывающий на отказа обратной связи вспомогательного контура.
[0012] В описанных в настоящей заявке примерах предусмотрено управление переходом в резервный режим обратной связи вспомогательного контура в случае отказа датчика сигнала обратной связи вспомогательного контура. Согласно некоторым вариантам реализации приведенный в качестве примера переход в резервный режим вспомогательного контура может быть осуществлен путем использования цифровой производной dp/dt (производной давления (р) исполнительно-приводного механизма по времени). Согласно некоторым вариантам реализации производная dp/dt сигнала обратной связи управляет обратной связью вспомогательного контура в установочном устройстве. Согласно некоторым вариантам реализации производная dp/dt сигнала обратной связи может быть использована для демпфирования реакции, когда установочное устройство управляет перемещением или когда установочное устройство управляет давлением. Согласно некоторым вариантам реализации цифровая производная dp/dt сигнала обратной связи является столь же эффективной при демпфировании установочного устройства, что и супермагниторезистивный датчик. Согласно некоторым вариантам реализации цифровая производная dp/dt сигнала обратной связи включена в сервоконтроллер давления, но ее действие является не очевидным во всей полноте для пользователя. Цифровая производная dp/dt сигнала обратной связи может быть осуществлена в сервоконтроллере давления в форме резервной копии для случаев применения, в которых супермагниторезистивный датчик не может быть откалиброван по давлению (например, при "горячем" переключении).
[0013] Варианты реализации, описанные в настоящей заявке, относятся к отказам и/или значительным смещениям, введенным в обратную связь вспомогательного контура. Согласно некоторым вариантам реализации, если сигнал от супермагниторезистивного датчика по существу и/или значительно находится за пределами рабочего диапазона, усиление в прямой цепи может быть автоматически уменьшено (например, разделено на 3 с нижним пределом 2), и производная dp/dt, которая может быть осуществлена в цифровой форме, может быть использована в качестве резервного сигнала обратной связи вспомогательного контура. В дополнение к данному или согласно другому варианту реализации, в случае отказа датчика давления, усиление сигнала обратной связи вспомогательного контура может быть установлено в нулевое значение, и усиление прямой цепи может быть автоматически уменьшено, например, с применением коэффициента 3 с фиксированным верхним порогом и/или фиксированным нижним порогом. Согласно некоторым вариантам реализации в результате фиксации верхнего порога большое усиление прямой цепи уменьшается в достаточной степени, и таким образом может быть достигнута устойчивая характеристика.
[0014] В дополнение к настоящему и/или согласно другому варианту реализации в некоторых примерах может быть повышена обратная связь по скорости для дополнительного демпфирования сервоконтроллера. В некоторых таких примерах усиление прямой цепь может быть уменьшено с использованием коэффициента 3 с минимальным значением 2,8. Например, во время нормальной работы усиление (K) прямой цепи может составлять 12, обратная связь вспомогательного контура, осуществленная положением (Kmlfb) реле, может составлять 35, и усиление обратной связи по скорости (Kvel) может составлять 4. В некоторых примерах во время отказового состояния, в котором отказывает датчик сигнала обратной связи вспомогательного контура, усиление K может быть уменьшено до 4, сигнал Kmlfb может быть установлен в нулевое значение, и усиление Kvel может быть повышено до 15. В некоторых примерах во время отказового состояния, в котором отказывает датчик давления, усиление K может составлять 4, сигнал Kmlfb может составлять 0, и усиление Kvel может оставлять 15. Однако, если для обратной связи вспомогательного контура используют производную dp/dt, настройка остальной части системы не будет нарушена. Кроме того, примеры, описанные в настоящей заявке, могут включать добавления, такие как сигнализация об отказе, автоматическое или ручное восстановление, регулировка усиления обратной связи по скорости и/или регулировка усиления перехода в резервный режим по давлению и/или сервопривода.
[0015] На фиг. 1 показана схема сервоконтроллера 100 цифрового установочного устройства. Сервоконтроллер 100 представляет собой пропорциональный регулятор с большим коэффициентом усиления и с двумя демпфирующими элементами. Согласно данному варианту реализации демпфирующие элементы включают обратную связь 102 по скорости и обратную связь 104 вспомогательного контура. Согласно некоторым вариантам реализации настройка сервоконтроллера 100 содержит регулировку усиления прямого пути 106, обратной связи 102 по скорости и сигнала обратной связи 104 вспомогательного контура.
[0016] В сервоконтроллере 100 сигнал обратной связи 104 вспомогательного контура, который является основным демпфирующим элементом, может быть предсказан на основании положения реле 108. Обратная связь 102 по скорости также может демпфировать реакцию контроллера 100, но не настолько же эффективно при демпфировании сервоконтроллера 100, как сигнал обратной связи 104 вспомогательного контура.
[0017] На фиг. 2 показан пример регулировочной карты 200. При настройке сервопривода, такого как сервоконтроллер 100, усиление прямой цепи может быть повышено для достижения такого высокого усиления, насколько возможно, без дестабилизации системы. Согласно некоторым вариантам реализации при повышении усиления прямой цепи также повышается демпфирование путем повышения усиления обратной связи вспомогательного контура. Без усиления обратной связи вспомогательного контура и/или увеличения усиления обратной связи вспомогательного контура система может стать неустойчивой.
[0018] На фиг. 3 показан пример графика процессов 300 настройки клапана. В процессах 300 предполагается, что обратная связь вспомогательного контура является активной и действующей. В случае отказа обратной связи вспомогательного контура (например, отказа датчика) клапан может прийти в неустойчивое состояние и начать осциллировать.
[0019] На фиг. 4 показан пример схемы сервоконтроллера 400, содержащей первый путь 401 управления обратной связью вспомогательного контура, относящийся к взятым в качестве примера датчику перехода в резервный режим по давлению и/или датчику 402 давления, и второй путь 403 управления обратной связью вспомогательного контура, относящийся к датчику 404 сигнала обратной связи вспомогательного контура. Согласно некоторым вариантам реализации датчик 402 перехода в резервный режим по давлению определяет значение усиления обратной связи вспомогательного контура и/или значение сигнала обратной связи вспомогательного контура путем взятия производной давления после реле 406 и до входа в устройство 407 для управления технологическим процессом (см. 409). Согласно некоторым вариантам реализации датчик 404 сигнала обратной связи вспомогательного контура определяет значение усиления обратной связи вспомогательного контура и/или значение сигнала обратной связи вспомогательного контура на основании положения реле 406. Как описано выше, значение усиления сигнала обратной связи вспомогательного контура может быть использовано для демпфирования сервоконтроллера 400.
[0020] В процессе работы, в случае отказа и/или неустойчивости датчика 404 сигнала обратной связи вспомогательного контура, сервоконтроллер 400 автоматически переключается посредством переключателя 408 от датчика 404 к датчику 402 (например, переключается из первого режима управления сигналом обратной связи вспомогательного контура во второй режим управления сигналом обратной связи вспомогательного контура). Таким образом, даже в случае отказа первого режима управления сигналом обратной связи вспомогательного контура сервоконтроллер 400 продолжает работать. Согласно некоторым вариантам реализации возможное значение производной dp/dt, используемое во втором режиме управления сигналом обратной связи вспомогательного контура, может быть записано как: (p[k]-p[k-1])/dt. В примерах, в которых величина dt является фиксированной периодичностью выборки, указанная величина dt может быть включена в коэффициент усиления, и разностное уравнение p[k]-p[k-1] может быть использовано для определения значения усиления сигнала обратной связи вспомогательного контура и/или значения сигнала обратной связи вспомогательного контура, где p - давление исполнительно-приводного механизма, k - индекс, k-1 - предыдущий индекс.
[0021] На фиг. 5 показан пример снимка 500 экрана процесса и/или операции, который может быть использован для осуществления вариантов реализации, описанных в настоящей заявке. Индикация "Перемещение" 502 может относиться к принудительному управлению перемещением, и индикация "Ручное Восстановление TVL/PRESS" 504 может относиться к переходу в резервный режим давления в случае отказа датчика перемещения. Согласно некоторым вариантам реализации в случае поступления предупреждения об опасности отказа датчика перемещения выполняют следующее для переключения назад к управлению перемещением (например, перемещением 502): сбрасывают предупреждение об опасности отказа датчика перемещения, и включают рабочий цикл системы. Давление 506 относится к принудительному регулированию давления, и индикация "Автоматическое Восстановление TVL/PRESS" 508 относится к переходу в резервный режим по давлению в случае отказа датчика перемещения. Согласно некоторым вариантам реализации в случае возникновения предупреждения об опасности отказа датчика перемещения и последующего сброса указанного предупреждения система автоматически переходит назад к управлению перемещением (например, перемещением 502). Не смотря на то что на фиг. 5 показан переход в резервный режим по давлению в случае отказа датчика перемещения, подобный пользовательский интерфейс может быть использован для конфигурирования перехода в резервный режим обратной связи вспомогательного контура.
[0022] На фиг. 6 показан пример снимка 600 экрана процесса и/или операции, который может быть использован для осуществления вариантов реализации, описанных в настоящей заявке, и, в частности, для настройки управляющего давления. Согласно некоторым вариантам реализации буквы C-M набора настройки давления должны соответствовать индикаторам "Перемещение Н" и "Давление Н" набора настройки. Согласно некоторым вариантам реализации буква В набора настройки предназначена для сильфонов или конфигураций с ограничивающими вспомогательными частями, расположенными далее после установочного устройства, такими как игольчатые клапаны (например, игольчатый клапан типа 111, имеющийся в продаже у компании Emerson Process Management) и/или их эквиваленты. Согласно некоторым вариантам реализации для регулирования давления требуется интегральное управление. Однако согласно другим вариантам реализации регулирование давления может быть осуществлено без интегрального управления. Согласно некоторым вариантам реализации в качестве параметра настройки включена производная Kdp/dt. Согласно некоторым вариантам реализации используют экспертный режим, если имеются вспомогательные части далее после установочного устройства, поскольку реакцию системы настраивают на основании объема трубопровода в отношении вспомогательных частей, но не на основании объема исполнительно-приводного механизма.
[0023] На фиг. 7 показана функциональная схема примера вычислительной платформы P100, которая может быть использована и/или запрограммирована для осуществления вариантов реализации, описанных в настоящей заявке. Например, платформа P100 может быть осуществлена путем использования одного или большего количества процессоров общего назначения, процессорных ядер, микроконтроллеров, и т.п.
[0024] Платформа P100, показанная на фиг. 7, содержит по меньшей мере один программируемый процессор P105 общего назначения. Процессор P105 исполняет кодированные команды P110 и/или P112, сохраненные в основном запоминающем устройстве процессора P105 (например, в ОЗУ P115 и/или ПЗУ P120). Процессор P105 может быть процессором любого типа, таким ядро процессора, процессор и/или микроконтроллер. Посредством процессора P105 могут быть осуществлены помимо прочего варианты реализации способов и устройства, описанные в настоящей заявке.
[0025] Процессор P105 соединен с основной памятью (включая ROM P120 и/или RAM P115) посредством шины P125. ОЗУ P115 может быть реализовано посредством динамического ОЗУ (DRAM), синхронного динамического ОЗУ (SDRAM) и/или ОЗУ и ПЗУ любого другого типа, а также посредством флэш-памяти и/или запоминающего устройства любого другого необходимого типа. Доступом к запоминающему устройству P115 и запоминающему устройству P120 можно управлять посредством контроллера запоминающего устройства (не показан).
[0026] Платформа P100 также содержит интерфейсную схему P130. Интерфейсная схема P130 может быть осуществлена посредством интерфейса любого типа, например стандартного, такого как внешний интерфейс запоминающего устройства, последовательный порт, устройство ввода-вывода общего назначения, и т.п. Одно или большее количество устройств P135 для ввода данных и одно или большее количество устройств P140 для вывода данных соединены с интерфейсной схемой P130.
[0027] Как указано в настоящей заявке, пример способа содержит этапы, согласно которым определяют первое значение сигнала обратной связи вспомогательного контура с использованием первого управляющего режима и управляют устройством для регулирования технологического процесса по меньшей мере частично на основании указанного первого значения сигнала обратной связи вспомогательного контура. Согласно некоторым вариантам реализации способ содержит этап, согласно которому идентифицируют первое значение сигнала обратной связи вспомогательного контура, выходящее за пределы заданного диапазона, или отказ первого управляющего режима, определяют второе значение сигнала обратной связи вспомогательного контура с использованием второго управляющего режима и управляют устройством для регулирования технологического процесса по меньшей мере частично на основании указанного второго значения сигнала обратной связи вспомогательного контура.
[0028] Согласно некоторым вариантам реализации первый управляющий режим содержит определение положения реле, расположенного до входа в устройство для регулирования технологического процесса. Согласно некоторым вариантам реализации второй управляющий режим содержит определение давления на выходе реле, расположенного до входа в устройство для регулирования технологического процесса. Согласно некоторым вариантам реализации второй управляющий режим также содержит определение производной давления на выходе для определения второго значения сигнала обратной связи вспомогательного контура. Согласно некоторым вариантам реализации способ также содержит этапы, согласно которым идентифицируют отказ второго управляющего режима и управляют устройством для регулирования технологического процесса по меньшей мере частично на основании третьего значения сигнала обратной связи вспомогательного контура и уменьшенного значения усиления прямой цепи. Третье значение сигнала обратной связи вспомогательного контура является приблизительно нулевым.
[0029] Согласно некоторым вариантам реализации уменьшенное значение сигнала прямой цепи содержит фиксированный верхний порог или фиксированный нижний порог. Согласно некоторым вариантам реализации способ содержит этап, согласно которому подают сигнал тревоги, когда первое значение сигнала обратной связи вспомогательного контура идентифицировано как выходящее за пределы заданного диапазона, или когда идентифицирован отказ первого управляющего режима. Согласно некоторым вариантам реализации способ также содержит этап, согласно которому снижают значение сигнала прямой цепи, когда первое значение сигнала обратной связи вспомогательного контура идентифицировано как выходящее за пределы заданного диапазона, или когда идентифицирован отказ первого управляющего режима.
[0030] Пример устройства содержит первый датчик для идентификации первого значения, используемого для определения первого значения сигнала обратной связи вспомогательного контура. Первое значение основано на положении реле, расположенного до входа в устройство для регулирования технологического процесса. Указанное устройство содержит второй датчик для идентификации второго значения, используемого для определения второго значения сигнала обратной связи вспомогательного контура. Указанное второе значение основано на давлении на выходе реле. Устройство также содержит контроллер для использования второго значения сигнала обратной связи вспомогательного контура по меньшей мере для частичного управления устройством для регулирования технологического процесса на основании первого значения сигнала обратной связи вспомогательного контура, выходящего за пределы заданного диапазона. Согласно некоторым вариантам реализации второй датчик содержит датчик давления. Согласно некоторым вариантам реализации второй датчик содержит датчик управления переходом в резервный режим. Согласно некоторым вариантам реализации первый датчик содержит датчик сигнала обратной связи вспомогательного контура. Согласно некоторым вариантам реализации контроллер уменьшает значение сигнала прямой цепи, когда первое значение сигнала обратной связи вспомогательного контура идентифицировано как выходящее за пределы заданного диапазона.
[0031] Другой пример устройства содержит вспомогательный контур обратной связи, имеющий первый режим и второй режим. Первый режим предназначен для получения первого значения, используемого для управления устройством для регулирования технологического процесса при нормальной работе. Второй режим предназначен для получения второго значения, используемого для управления устройством для регулирования технологического процесса во время отказового состояния. Устройство содержит контроллер для переключения между первым режимом и вторым режимом на основании идентификации отказового состояния.
[0032] Согласно некоторым вариантам реализации первый режим должен определять первое значение сигнала обратной связи вспомогательного контура на основании положения реле, расположенного до входа в устройство для регулирования технологического процесса. Согласно некоторым вариантам реализации второй режим должен определить второе значение сигнала обратной связи вспомогательного контура на основании давления на выходе реле, расположенного до входа в устройство для регулирования технологического процесса. Согласно некоторым вариантам реализации контроллер должен генерировать сигнал тревоги при идентифицировании отказового состояния. Согласно некоторым вариантам реализации контроллер должен уменьшить значение усиления прямой цепи при идентифицировании отказового состояния. Согласно некоторым вариантам реализации уменьшенное значение усиления прямой цепи содержит фиксированный верхний порог или фиксированный нижний порог.
[0033] Несмотря на то что в настоящей заявке описаны некоторые конкретные варианты реализации способов, устройства и изделия, приведенные в качестве примера, они не ограничивают объем защиты настоящего изобретения. Напротив, объем защиты настоящего изобретения охватывает все способы, устройство и изделия, объективно находящиеся в пределах объема, определенного в пунктах приложенной формулы.