Позиционер клапана с возможностью защиты от избыточного давления
Способ предназначен для ограничения управляющего давления, подаваемого к исполнительному механизму клапана, соединенному с позиционером клапана, причем управляющий сигнал подается на пневматическую ступень позиционера клапана. Пневматическая ступень выполнена с возможностью управления выходным давлением позиционера клапана в соответствии с управляющим сигналом. Осуществляется получение данных измерения давления от датчика давления, коммуникативно связанного с позиционером клапана, и детектирование аномального давления на основании данных измерения давления. В ответ на детектирование аномального давления осуществляют регулирование управляющего сигнала для ограничения выходного давления позиционера клапана, обеспечивающего подачу управляющего давления к исполнительному механизму. Предотвращается повреждение исполнительного механизма. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится в целом к системам управления технологическими процессами и, более конкретно, к обеспечению защиты от избыточного давления для устройств регулирования технологического процесса в системах управления технологическими процессами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы управления технологическими процессами, такие как распределенные или наращиваемые системы управления технологическими процессами, подобные тем, что применяются в химических, нефтехимических и прочих технологических процессах, обычно включают технологические контроллеры, коммуникативно связанные с одним или более полевых устройств через аналоговые, цифровые или комбинированные аналого-цифровые шины. Полевые устройства, которые могут включать, например, блоки клапанов управления (например, регулирующие клапаны, исполнительные механизмы, контроллеры клапанов), позиционеры клапанов, переключатели и передатчики (например, датчики температуры, давления и скорости потока), выполняют функции в рамках технологического процесса, такие как открывание или закрывание клапанов, измерение технологических параметров и выполнение основной диагностики. Технологический контроллер получает сигналы, свидетельствующие о технологических измерениях, выполненных полевыми устройствами, и/или другую информацию, относящуюся к полевым устройствам, и использует эту информацию для выполнения или осуществления одной или более управляющих программ для генерирования управляющих сигналов, которые отправляются по шинам к полевым устройствам с целью управления ходом технологического процесса. Информация от каждого из полевых устройств и контроллера, как правило, предоставляется одному или более приложений, выполняемых одним или более других аппаратных устройств, таких как главная или пользовательская рабочая станция, персональные компьютеры или вычислительные устройства, чтобы обеспечить оператору возможность выполнения любых необходимых функций, касающихся технологического процесса, таких как установка параметров для технологического процесса, рассмотрение текущего состояния технологического процесса, внесение изменений к ход технологического процесса и т.п.
В системах управления технологическими процессами часто применяют электропневматические контроллеры (например, электропневматические позиционеры) для управления устройствами регулирования технологического процесса в системах управления технологическими процессами (например, регулирующими клапанами, насосами, задвижками и т.д.). Электропневматические контроллеры обычно выполнены с возможностью осуществления приема одного или более управляющих сигналов и преобразования этих управляющих сигналов в давление, подаваемое к пневматическому исполнительному механизму для обеспечения необходимой работы устройства регулирования технологического процесса, соединенного с пневматическим исполнительным механизмом. Например, если программа управления технологическим процессом требует, чтобы клапан с пневматическим приводом пропускал больший объем технологической текучей среды, величина управляющего сигнала, адресуемого электропневматическому контроллеру, связанному с клапаном, может быть увеличена (например, с 10 миллиампер (мА) до 15 мА в случаях, когда электропневматический контроллер выполнен с возможностью получения управляющего сигнала величиной 4-20 мА).
Электропневматический контроллер, как правило, содержит пневматический модуль, который может включать первую пневматическую ступень, такую как преобразователь силы тока в давление (I/P) или преобразователь напряжения в давление (E/P), и вторую пневматическую ступень, такую как реле. Пневматический модуль, как правило, принимает подаваемую под давлением текучую среду, такую как воздух, и регулирует ее в соответствии с управляющим сигналом (например, управляющим сигналом тока) для формирования пневматического выходного сигнала в ответ на управляющий сигнал. Подаваемая среда, как правило, подается к электропневматическому контроллеру и, более конкретно, к пневматической ступени электропневматического контроллера через регулятор подаваемого давления, такой как фильтр-регулятор или воздушный фильтр, предусмотренный между источником давления и входом подаваемого давления электропневматического устройства. Регулятор давления обычно используют для создания соответствующего подаваемого давления, которое обеспечивает управляющее давление на выходе электропневматического контроллера, не превышающее определенное максимальное давление (например, максимальное управляющее рабочее давление исполнительного механизма, управляемого электропневматическим контроллером), тем самым обеспечивая защиту от избыточного давления для управляемого устройства.
Однако, выход из строя или некорректная работа регулятора давления может привести к подаче избыточного давления к устройству, управляемому электропневматическим контроллером, что может повредить управляемое устройство (например, разрушить исполнительный механизм) и привести к возникновению потенциально опасной ситуации в рамках системы управления технологическим процессом. Для защиты устройства в случае выхода из строя или некорректной работы регулятора давления часто между выходом управляющего давления электропневматического контроллера и входом управляющего давления устройства, управляемого контроллером, подключается клапан избыточного давления. Клапан избыточного давления сбрасывает управляющую текучую среду, например, в атмосферу, когда давление управляющей текучей среды увеличивается вследствие, например, выхода из строя или некорректной работы регулятора давления. Сам по себе клапан избыточного давления обеспечивает дублированную защиту от избыточного давления во избежание подачи избыточного давления к устройству в случае выхода из строя или некорректной работы регулятора подаваемой текучей среды. Однако, такие клапаны избыточного давления могут быть дорогими и неудобными и/или представлять трудности с установкой на устройства контроля технологического процесса.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым иллюстративным аспектом предлагается способ ограничения управляющего давления, подаваемого к исполнительному механизму клапана, соединенному с позиционером клапана. Способ включает в себя обеспечение управляющего сигнала, подаваемого на пневматическую ступень позиционера клапана, которая используется для управления выходным давлением позиционера клапана в соответствии с управляющим сигналом. Способ также включает в себя получение данных измерения давления от датчика давления, коммуникативно связанного с позиционером клапана, и детектирование аномального давления на основании измерения давления. Кроме того, способ включает в себя регулирование управляющего сигнала в ответ на детектирование аномального давления для ограничения выходного давления позиционера клапана, обеспечивающего подачу управляющего давления к исполнительному механизму.
В соответствии со вторым иллюстративным аспектом устройство регулирования технологического процесса содержит клапан, исполнительный механизм, соединенный с клапаном и выполненный с возможностью управления положением клапана, и позиционер клапана, соединенный с клапаном и исполнительным механизмом и выполненный с возможностью подачи управляющего давления к исполнительному механизму для управления положением исполнительного механизма. Позиционер клапана содержит пневматическую ступень, выполненную с возможностью приема управляющего сигнала и управления выходным давлением позиционера клапана в соответствии с управляющим сигналом. Позиционер клапана дополнительно содержит модуль защиты от избыточного давления, выполненный с возможностью получения данных измерения от датчика давления, коммуникативно связанного с позиционером клапана, детектирования аномального давления на основании измерения давления и регулирования управляющего сигнала в ответ на детектирование аномального давления для ограничения выходного давления позиционера клапана, обеспечивающего подачу управляющего давления к исполнительному механизму.
В соответствии с третьим иллюстративным аспектом позиционер клапана соединен с устройством регулирования технологического процесса, содержащим клапан и исполнительный механизм, и выполнен с возможностью приема управляющего сигнала от системы управления технологическим процессом и возможностью управления давлением, подаваемым к исполнительному механизму, в соответствии с управляющим сигналом. Позиционер клапана содержит пневматическую ступень, выполненную с возможностью приема управляющего сигнала и управления выходным давлением позиционера клапана в соответствии с управляющим сигналом. Позиционер клапана дополнительно содержит модуль защиты от избыточного давления, выполненный с возможностью получения данных измерения от датчика давления, коммуникативно связанного с позиционером клапана, детектирования аномального давления на основании измерения давления и регулирования управляющего сигнала в ответ на детектирование аномального давления для ограничения выходного давления позиционера клапана, обеспечивающего подачу управляющего давления к исполнительному механизму.
Кроме того, в соответствии с любым одним или более из ранее упомянутых первым, вторым или третьим аспектом способ, устройство регулирования технологического процесса и/или позиционер клапана могут дополнительно включать один или более следующих предпочтительных вариантов.
В одном предпочтительном варианте датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня подаваемого давления, подводимого к позиционеру клапана.
В другом предпочтительном варианте датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня выходного давления позиционера клапана.
Еще в одном предпочтительном варианте детектирование аномального давления содержит сравнение данных измерения давления с заданным пороговым значением и определение того, что давление аномальное, когда измеренное значение давления превышает заданное пороговое значение.
В другом предпочтительном варианте позиционер клапана содержит процессор и память, а детектирование аномального давления и регулирование управляющего сигнала включает в себя выполнение хранящихся в памяти машиночитаемых команд.
Еще в одном предпочтительном варианте позиционер клапана содержит управляющую схему, выполненную с возможностью приема данных измерения давления, а детектирование аномального давления и регулирование управляющего сигнала осуществляется этой управляющей схемой.
В дополнительном предпочтительном варианте управляющий сигнал является сигналом тока, а регулирование управляющего сигнала включает в себя установку указанного управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю миллиампер.
В другом предпочтительном варианте управляющий сигнал является сигналом напряжения, а регулирование управляющего сигнала включает в себя установку указанного управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю милливольт.
Еще в одном предпочтительном варианте модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью сравнения данных измерения давления с заданным пороговым значением и определения того, что давление аномальное, когда измеренное значение давления превышает заданное пороговое значение.
В другом предпочтительном варианте позиционер клапана содержит процессор и память, а модуль защиты от избыточного давления включает машиночитаемые команды, хранящиеся в памяти и выполняемые процессором.
В дополнительном предпочтительном варианте модуль защиты от избыточного давления содержит управляющую аппаратную схему.
В другом предпочтительном варианте управляющий сигнал является управляющим сигналом тока, а модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью установки управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю миллиампер, в ответ на детектирование аномального давления.
Еще в одном предпочтительном варианте управляющий сигнал является управляющим сигналом напряжения, а модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью установки управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю милливольт, в ответ на детектирование аномального давления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 изображает схематическое представление системы управления технологическим процессом, имеющей одно или более полевых устройств, в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Фиг. 2 изображает блок-схему примера полевого устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 изображает блок-схему примера полевого устройства в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 изображает схему защиты от избыточного давления в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Фиг. 5 изображает блок-схему примера полевого устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 изображает блок-схему примера полевого устройства в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 изображает структурную схему иллюстративного способа ограничения управляющего давления, подаваемого к исполнительному механизму клапана, соединенному с позиционером клапана.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 изображена система 10 управления технологическим процессом, выполненная в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, включающая одно или более полевых устройств 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 71, связанных с технологическим контроллером 11, который в свою очередь имеет связь с архивным хранилищем 12 данных и одной или более пользовательских рабочих станций 13, каждая из которых имеет экран 14 монитора. Имея такую конфигурацию, контроллер 11 посылает сигналы полевым устройствам 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 71 и рабочим станциям 13 и принимает сигналы от них для регулирования работы системы управления технологическим процессом.
Кроме того, технологический контроллер 11 системы 10 управления технологическим процессом в соответствии с вариантом, представленным на фиг. 1, подключен посредством проводных коммуникационных соединений к полевым устройствам 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 через платы 26 и 28 ввода/вывода (I/O). Архивное хранилище 12 данных может являться устройством сбора данных любого нужного типа, имеющим любой необходимый тип памяти и любое необходимое или известное программное обеспечение, аппаратные средства или программно-аппаратные средства для хранения данных. Кроме того, хотя архивное хранилище 12 данных изображено на фиг. 1 в качестве отдельного устройства, вместо этого или помимо этого оно может быть частью одной из рабочих станций 13 или другого вычислительного устройства, такого как сервер. Контроллер 11, который может быть, например, контроллером DeltaVTM производства компании Emerson Process Management, коммуникативно связан с рабочими станциями 13 и архивным хранилищем 12 данных посредством сети 29 связи, которая может быть, например, Ethernet-соединением.
Как было упомянуто, контроллер 11 изображен коммуникативно связанным с полевыми устройствами 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 при помощи схемы проводных линий связи, которая может включать применение любых необходимых аппаратных средств, программного обеспечения и/или программно-аппаратных средств, включая, к примеру, стандартные линии связи на 4-20 мА и/или любые линии связи, использующие интеллектуальный протокол передачи данных, такой как протокол передачи данных на промышленных шинах FOUNDATION®, протокол передачи данных HART® и т.д. Полевые устройства 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 могут быть устройствами любого типа, такими как датчики, блоки клапанов управления, передатчики, позиционеры и т.п., тогда как платы 26 и 28 ввода/вывода могут быть устройствами ввода/вывода любого типа, соответствующими необходимому протоколу передачи данных или протоколу контроллера. В варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 1, полевые устройства 15, 16, 17, 18 являются стандартными устройствами на 4-20 мА, которые обмениваются данными по аналоговым линиям с платой 26 ввода/вывода, тогда как цифровые полевые устройства 19, 20, 21, 22 могут быть интеллектуальными устройствами, такими как устройства связи HART® и полевые устройства на промышленных шинах, которые обмениваются данными по цифровой шине с платой 28 ввода/вывода, используя линии связи сетевого протокола. Конечно, полевые устройства 5, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 могут соответствовать любым другим необходимым стандартам или протоколам, включая любые стандарты или протоколы, разработанные в будущем.
Кроме того, система 10 управления технологическим процессом, изображенная на фиг. 1, включает ряд беспроводных полевых устройств 60, 61, 62, 63, 64, 71, расположенных на управляемой установке. Полевые устройства 60, 61, 62, 63, 64 изображены в виде передатчиков (например, датчиков параметров технологического процесса), тогда как полевое устройство 71 изображено в виде блока клапанов управления, содержащего, например, клапан управления и исполнительный механизм. Между контроллером 11 и полевыми устройствами 60, 61, 62, 63, 64, 71 может быть установлена беспроводная связь при помощи любого необходимого оборудования беспроводной связи, включая аппаратные средства, программное обеспечение, программно-аппаратные средства или любое их сочетание, известное в настоящее время или разработанное в будущем. В изображенном на фиг. 1 варианте антенна 65 соединена с передатчиком 60 и предназначена для осуществления беспроводной связи для этого передатчика, а беспроводной маршрутизатор или другой модуль 66, имеющий антенну 67, соединен с передатчиками 61, 62, 63, 64 для совместного обеспечения беспроводной связи для этих передатчиков. Аналогичным образом антенна 72 соединена с блоком 71 клапанов управления для осуществления беспроводной связи для этого блока. Полевые устройства или соответствующие аппаратные средства 60, 61, 62, 63, 64, 66, 71 могут осуществлять операции пакета протоколов, используемые соответствующим беспроводным протоколом обмена данных для приема, декодирования, направления, кодирования и отправки беспроводных сигналов при помощи антенн 65, 67, 72, с целью обеспечения беспроводной связи между технологическим контроллером 11 и передатчиками 60, 61, 62, 63, 64 и блоком 71 клапанов управления.
При необходимости передатчики 60, 61, 62, 63, 64 могут составлять единую связь между различными датчиками (передатчиками) технологического процесса и технологическим контроллером 11, и в этом качестве от них зависит отправка точных сигналов контроллеру 11 для обеспечения надлежащего осуществления технологического процесса. Передатчики 60, 61, 62, 63, 64 часто называют передатчиками параметров технологического процесса (PVTs), следовательно, они могут играть значительную роль в регулировании процесса управления в целом. Кроме того, блок 71 клапанов управления может предоставлять данные измерений, выполняемых датчиками в рамках блока 71 клапанов управления, или другие данные, выработанные или вычисленные блоком 71 клапанов управления, контроллеру 11 в ходе своей работы. Как известно, блок 71 клапанов управления может также принимать управляющие сигналы от контроллера 11 для воздействия на физические параметры, например, на поток, в рамках технологического процесса в целом.
Технологический контроллер 11 подключен к одному или более устройств 73 и 74 ввода/вывода, каждое из которых соединено с соответствующей антенной 75 и 76, и эти устройства ввода/вывода и антенны 73, 74, 75, 76 работают как передатчики/приемники для осуществления беспроводной связи с беспроводными полевыми устройствами 61, 62, 63, 64, 71 посредством одной или более сетей беспроводной связи. Беспроводная связь между полевыми устройствами (например, передатчиками 60, 61, 62, 63, 64 и блоком 71 клапанов управления) может быть осуществлена при помощи одного или более известных протоколов беспроводной связи, таких как протокол WirelessHART®, протокол Ember, протокол WiFi, беспроводной стандарт IEEE и т.д. Кроме того, устройства 73 и 74 ввода/вывода могут осуществлять операции пакета протоколов, используемые этими протоколами обмена данных для приема, декодирования, направления, кодирования и отправки беспроводных сигналов при помощи антенн 75 и 76, с целью обеспечения беспроводной связи между контроллером 11 и передатчиками 60, 61, 62, 63, 64 и блоком 71 клапанов управления.
Как показано на фиг. 1, контроллер 11 традиционно включает процессор 77, который реализует одну или более программ (или модуль, блок, подпрограмму) управления технологическим процессом, хранящихся в памяти 78, или осуществляет контроль за их реализацией. Программы управления технологическим процессом, хранящиеся в памяти 78, могут включать или быть связаны с контурами управления, реализуемыми в рамках технологической установки. Вообще говоря, общеизвестно, что технологический контроллер 11 выполняет одну или более программ управления и обменивается данными с полевыми устройствами 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 60, 61, 62, 63, 64, 71, пользовательской рабочей станцией 13 и архивным хранилищем 12 данных для управления технологическим процессом любым требуемым образом.
На фиг. 2 изображена блок-схема примера полевого устройства 200 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Полевое устройство 200 может быть включено в систему управления технологическим процессом, такую как иллюстративная система 100 управления технологическим процессом, представленная на фиг. 1. Полевое устройство 200 может быть одним из полевых устройств 15-18, показанных на фиг. 1, которые обмениваются данными с контроллером 11 через аналоговое соединение, используя, например, стандартное коммуникационное соединение на 4-20 мА. В другом варианте осуществления изобретения полевое устройство 200 может быть одним из полевых устройств 19-22, которые обмениваются данными с контроллером 11 через цифровую шину, используя цифровой протокол передачи данных, такой как HART или сетевой протокол, или любой другой подходящий цифровой протокол связи. Еще в одном варианте осуществления изобретения полевое устройство 200 может быть полевым устройством 72, которое обменивается данными с контроллером 11 через беспроводное соединение, используя любой подходящий беспроводной протокол связи. В этом варианте полевое устройство 200 содержит антенну (не показана), включенную в полевое устройство 200 или соединенную с ним, для обеспечения беспроводной связи между полевым устройством 200 и контроллером 11.
Полевое устройство 200 изображено на фиг. 2 как блок клапанов управления, содержащий клапан 202, исполнительный механизм 204 и позиционер 206 клапана, коммуникативно связанный с клапаном 202 и исполнительным механизмом 204. Клапан 202 может быть, например, поворотным клапаном, поворотным клапаном на четверть оборота, заслонкой или любым другим управляющим устройством или аппаратом. Исполнительный механизм 204 может быть пневматическим приводом, функционально связанным, например, с элементом управления потоком в пределах клапана 202 через шток клапана. Шток клапана может перемещать элемент управления потоком в первом направлении (например, от седла клапана) для обеспечения потока текучей среды между входным и выходным отверстиями клапана и во втором направлении (например, к седлу клапана) для ограничения или предотвращения потока текучей среды между входным и выходным отверстиями клапана. В различных вариантах осуществления изобретения исполнительный механизм 204 может включать поршневой исполнительный механизм двустороннего действия, мембранный или поршневой исполнительный механизм с пружинным возвратом одностороннего действия или любой другой подходящий исполнительный механизм или устройство регулирования технологического процесса.
На фиг. 2 позиционер 206 клапана изображен как цифровой позиционер клапана, содержащий процессор 208, память 210 и интерфейсный модуль 212. Кроме того, позиционер клапана 206 содержит пневматический модуль 214, включающий первую пневматическую ступень 215 и вторую пневматическую ступень 216. Первая пневматическая ступень 215 может быть электропневматическим преобразователем, таким как преобразователь силы тока в давление (I/P), преобразователь напряжения в давление (Е/Р) и т.п., который может генерировать выходное давление пропорционально управляющему сигналу, подаваемому на первую пневматическую ступень 215. Вторая пневматическая ступень 216 может повышать давление, сгенерированное первой пневматической ступенью 215, для создания давления, подходящего для работы исполнительного механизма 204. Вторая пневматическая ступень 216 может быть, например, золотниковым клапаном, тарельчатым клапаном, реле и т.п. Сетевой интерфейс 212 позиционера 206 клапана выполнен с возможностью передачи и/или приема сигналов в соответствии с конкретным протоколом передачи данных системы управления технологическим процессом, частью которой является полевое устройство 200. В некоторых вариантах осуществления изобретения протокол передачи данных является протоколом беспроводной ячеистой сети, таким как протокол WirelessHART или ISA 100.11a. В альтернативном варианте сетевой интерфейс 212 может поддерживать проводную связь, например, стандартные линии связи на 4-20 мА и/или любые линии связи, использующие интеллектуальный протокол передачи данных, такой как протокол передачи данных на промышленных шинах FOUNDATION®, протокол передачи данных HART® и т.д. В некоторых вариантах осуществления изобретения сетевой интерфейс 212 включает приемопередатчик (не показан). Приемопередатчик, как правило, содержит один или более процессоров (также не показаны) для выполнения команд, относящихся к задачам физического уровня (PHY) и другого уровня (например, уровня управления доступом к среде (MAC)) в соответствии с протоколом беспроводной передачи данных, используемым системой управления технологическим процессом. Сетевой интерфейс может быть соединен с одной или более антенн (не показаны). Посредством одной или более антенн сетевой интерфейс 212 передает и/или принимает пакеты данных в соответствии с протоколом беспроводной передачи данных. В предпочтительном варианте сетевой интерфейс 212 выполнен с возможностью и передачи, и приема пакетов данных.
Процессор 208 может быть процессором общего назначения, процессором цифровых сигналов, специализированной интегральной схемой (ASIC), программируемой пользователем матрицей логических элементов или любым другим процессором, известным в настоящее время или разработанным в будущем. Процессор 208 выполняет операции в соответствии с командами, хранящимися в памяти 210. Хотя пример полевого устройства 200, показанный на фиг. 2, включает один процессор 208, другие варианты осуществления изобретения могут включать два или более процессоров, выполняющих функции процессора 208. Память 210 может быть энергозависимой или энергонезависимой памятью. Память 210 может включать одно или более постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), флэш-ПЗУ, электрически стираемых программируемых ПЗУ (ЭСППЗУ) или других типов запоминающих устройств. Память 210 может включать оптический, магнитный (накопитель на жестких дисках) или любой другой вид устройства хранения данных.
Во время работы процессор 208 получает командный сигнал, такой как командный сигнал 4-20 мА или командный сигнал 0-10 В, который представляет необходимое положение клапана 202. Кроме того, процессор 208 получает данные о фактическом положении клапана 202, отправляемые процессору 208 датчиком 218 перемещения. Датчик 218 перемещения может быть аналоговым датчиком перемещения и может быть соединен с процессором 208 посредством аналого-цифрового преобразователя 219. Аналого-цифровой преобразователь 219 может преобразовывать аналоговый сигнал, сформированный датчиком 218 перемещения, в цифровой сигнал, подходящий для использования процессором 208. В другом варианте осуществления изобретения датчик 218 перемещения может быть цифровым датчиком. Например, датчик 218 перемещения может включать аналого-цифровой преобразователь, встроенный в датчик 218 перемещения. В этом случае аналого-цифровой преобразователь 219 можно не использовать, и выходной сигнал датчика 218 перемещения может быть подан непосредственно на процессор 208.
Процессор 208 сравнивает необходимое положение для клапана 202, указанное командным сигналом, полученным от технологического контроллера, с фактическим положением клапана 202, указанным датчиком 218 перемещения, и генерирует управляющий сигнал для пневматического модуля 214 на основании разницы между требуемым положением и фактическим положением клапана 202. Управляющий сигнал может являться, например, управляющим сигналом тока или управляющим сигналом напряжения. Управляющий сигнал соответствует величине, на которую позиционер 206 клапана должен изменить положение исполнительного механизма 204, соединенного с клапаном 202. Управляющий сигнал, сгенерированный процессором 208, подается на первую пневматическую ступень 215 пневматического модуля 214 через цифро-аналоговый преобразователь 217, который преобразует (цифровой) управляющий сигнал, сгенерированный процессором 208, в аналоговый управляющий сигнал, подходящий для управления первой пневматической ступенью 215. Первая пневматическая ступень 215 регулирует подаваемую на нее под давлением текучую среду в соответствии с управляющим сигналом для формирования выходного давления, пропорционального этому управляющему сигналу. Выходное давление первой пневматической ступени 215 подается на вторую пневматическую ступень 216, которая может повышать давление на выходе первой пневматической ступени 215 и подавать повышенное давление на выход позиционера 206 клапана. Давление на выходе позиционера 206 клапана связано с управляющим давлением на входе исполнительного механизма 204 и обеспечивает управляющее давление для исполнительного механизма 204 с целью управления положением исполнительного механизма 204, тем самым осуществляя управление клапаном 202 для его перемещения в требуемое положение.
Следует отметить, что хотя первая пневматическая ступень 215 в общих чертах описана в настоящей заявке как пропорциональный преобразователь силы тока в давление, она вместо этого может являться двухпозиционным преобразователем. В этом случае пневматический модуль 214 может изменять свое состояние между подачей подводимой под давлением текучей среды для обеспечения управляющего давления на входе исполнительного механизма 204, или выпуском подводимой под давлением текучей среды (например, в атмосферу), тем самым осуществляя управление положением исполнительного механизма 204. Следует также отметить, что позиционер 206 клапана может включать другой тип механизмов управления положением вместо или помимо изображенных на фиг. 2. Кроме того, следует понимать, что полевое устройство 200 может являться любым другим типом устройства с пневматическим приводом, работающим в рамках системы управления технологическим процессом. Например, полевое устройство 200 может быть заслонкой и т.п.
Как показано на фиг. 2, подаваемое давление может быть подведено к позиционеру 206 клапана и, более конкретно, к первой пневматической ступени 215 и второй пневматической ступени 216 через регулятор давления, такой как фильтр-регулятор 220. Фильтр-регулятор может регулировать и фильтровать поступающую под давлением текучую среду, такую как воздух, подаваемую источником подачи давления в рамках системы управления технологическим процессом, и снижать давление, подаваемое источником подачи давления, до уровня, подходящего для использования позиционером 206 клапана и исполнительным механизмом 204. Как правило, позиционер 206 клапана формирует выходное давление посредством регулирования подаваемого давления, и величина вырабатываемого выходного давления обычно меньше величины подаваемого давления. В некоторых ситуациях позиционер 206 клапана может выводить полное подаваемое давление, подводимое к позиционеру 206 клапана, к исполнительному механизму 204 с тем, чтобы обеспечить максимальное усилие исполнительного механизма 204, например, для установки клапана 202 в седло клапана. Посредством регулирования и/или снижения давления, подаваемого источником подачи давления, регулятор 220 давления, как правило, обеспечивает управляющее давление на выходе позиционера 206 клапана, не превышающее определенное максимальное давление, такое как максимальное рабочее давление исполнительного механизма 204, тем самым обеспечивая защиту от избыточного давления для исполнительного механизма 204. Однако, в случае выхода из строя или некорректной работы фильтра-регулятора 220 (например, когда фильтр-регулятор 220 заклинивает в открытом положении и соответственно подает полное, а не пониженное, подаваемое давление на позиционер 206 клапана), позиционер 206 клапана может создавать давление на выходе, превышающее максимальное рабочее давление исполнительного механизма 204 или другой необходимый уровень максимального управляющего давления для исполнительного механизма 204, например, в ситуации, когда позиционер 206 клапана выводит на исполнительный механизм 204 полное подаваемое давление, подводимое к позиционеру клапана 206, тем самым превышая максимальное управляющее давление исполнительного механизма 204. Превышение максимального давления исполнительного механизма 204 может привести к подаче избыточного давления на исполнительный механизм 204, которое может его повредить и/или привести к возникновению потенциально опасной ситуации в системе управления технологическим процессом.
Позиционер 206 клапана включает модуль 222 защиты от избыточного давления и датчик 224 давления. Модуль 222 защиты от избыточного давления обеспечивает подачу безопасного управляющего давления на исполнительный механизм 204 даже в случае выхода из строя или некорректной работы фильтра-регулятора 220, тем самым обеспечивая дополнительную или дублирующую защиту от избыточного давления для исполнительного механизма 204. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 2, модуль 222 защиты от избыточного давления содержит машиночитаемые команды, хранящиеся в памяти 210. Процессор 208 выполнен с возможностью исполнения машиночитаемых команд для обеспечения защиты исполнительного механизма 204 от избыточного давления. Модуль 222 защиты от избыточного давления может ограничивать управляющий сигнал, подаваемый к первой пневматической ступени 215, для обеспечения давления на выходе позиционера 206 клапана, не превышающего определенное максимальное значение, такое как максимальное значение рабочего давления исполнительного механизма 204 или любое другое подходящее значение, необходимое для работы исполнительного механизма 204.
Датчик 224 давления связан с выходным давлением позиционера 206 клапана и выполнен с возможностью передачи данных измерения давления на выходе позиционера 206 клапана процессору 208. Датчик 224 давления может быть аналоговым датчиком давления, и в этом случае выход датчика 224 давления может быть соединен с аналого-цифровым преобразователем 225. Аналого-цифровой преобразователь 225 может преобразовывать аналоговый сигнал, сформированный датчиком 224 давления, в цифровой сигнал, подходящий для использования процессором 208. В другом варианте осуществления изобретения датчик 224 давления может быть цифровым датчиком давления. Например, датчик 224 давления может включать аналого-цифровой преобразователь, встроенный в датчик 224 давления. В этом случае аналого-цифровой преобразователь 225 можно не использовать, и выходной сигнал датчика 224 давления может быть направлен непосредственно к процессору 208.
Модуль 222 защиты от избыточного давления может контролировать давление на выходе позиционера 206 клапана, периодически получая данные измерений давления, представляемые датчиком 224 давления. Модуль 222 защиты от избыточного давления может сравнивать данные измерений, полученные от датчика 224 давления, с заданным пороговым значением и детектировать аномальное (например, аномально высокое) давление, когда измеренное значение давления превышает заданное пороговое значение. В ответ на детектирование аномального давления модуль 222 защиты от избыточного давления может регулировать уровень управляющего сигнала, подаваемого процессором 208 к первой пневматической ступени 215, с тем, чтобы ограничить давление на выходе первой пневматической ступени 215 и, соответственно, ограничить давление на выходе позиционера 206 клапана. Например, модуль 222 защиты от избыточного давления может устанавливать управляющий сигнал на заданное значение, такое как значение, равное или близкое к нулю миллиампер, в случае, когда управляющий сигнал является управляющим сигналом тока, или значение, равное или близкое к нулю милливольт, в случае, когда управляющий сигнал является управляющим сигналом напряжения. В альтернативном варианте осуществления изобретения модуль 222 защиты от избыточного напряжения может устанавливать управляющий сигнал на другое подходящее значение или может настраивать управляющий сигнал другим подходящим образом с тем, чтобы снизить или ограничить давление на выходе позиционера 206 клапана.
В качестве еще одного примера, в ответ на детектирование аномального давления модуль 222 защиты от избыточного давления может предотвратить любое дальнейшее регулирование управляющего сигнала с тем, чтобы остановить какое-либо дальнейшее регулирование уровня выходного давления позиционера 206 клапана. В этом случае уровень выходного давления позиционера 206 клапана перестанет реагировать на дальнейшие изменения командного сигнала, получаемого позиционером 206 клапана. По этой причине давление на выходе позиционера 206 клапана будет оставаться на уровне, произведенным позиционером 206 клапана до детектирования аномального давления, например, перед началом некорректной работы или выхода из строя фильтра-регулятора 220 в данном варианте осуществления изобретения. В альтернативном варианте осуществления изобретения в ответ на детектирование аномального давления модуль 222 защиты от избыточного давления может предотвращать любое дальнейшее повышение уровня управляющего сигнала, при этом обеспечивая возможность понижения уровня управляющего сигнала в ответ на получение командного сигнала, что приводит к снижению уровня управляющего сигнала. В любом случае, модуль 222 защиты от избыточного давления в ответ на детектирование аномального давления не допускает повышение уровня выходного давления до уровня, который является небезопасным или нежелательным для работы исполнительного механизма 204.
Компоненты позиционера 206 клапана могут быть коммуникативно связаны, как показано на фиг. 2, или могут быть соединены любым другим соответствующим образом. Кроме того, позиционер 206 клапана может включать какие-либо другие компоненты для регулирования и/или подачи давления к исполнительному механизму 204 в дополнение к компонентам, изображенным на фиг. 2, или вместо них. В дополнительном или альтернативном варианте, хоть и не показанном, позиционер 206 клапана может включать другие компоненты обработки сигналов, такие как, например, аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, фильтры (например, фильтры нижних частот, фильтры верхних частот, цифровые фильтры), усилители и т.д.
На фиг. 3 изображена блок-схема полевого устройства 200 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 3, позиционер 206 клапана, изображенный на фиг. 2, заменен позиционером 306 клапана. Позиционер 306 клапана в основном аналогичен позиционеру 206 клапана и включает многие элементы, имеющие те же обозначения, что и у позиционера 206 клапана. Однако, позиционер 306 клапана выполнен с возможностью детектирования аномального подаваемого давления, подводимого к позиционеру 306 клапана, в отличие от позиционера 206 клапана, детектирующего аномальное выходное давление.
Позиционер 306 клапана включает модуль 322 защиты от избыточного давления и датчик 324 давления. Датчик 324 давления связан с подаваемым давлением позиционера 306 клапана и выполнен с возможностью измерения уровня подаваемого давления, подводимого к позиционеру 306 клапана. Датчик 324 давления может представлять данные измерений подаваемого давления процессору 208. Датчик 324 давления может быть аналоговым датчиком давления, и в этом случае выход датчика 324 давления может быть соединен с аналого-цифровым преобразователем 325. Аналого-цифровой преобразователь 325 может преобразовывать аналоговый сигнал, сформированный датчиком 324 давления, в цифровой сигнал, подходящий для использования процессором 208. В альтернативном варианте осуществления изобретения датчик 324 давления может быть цифровым датчиком давления. Например, датчик 324 давления может включать аналого-цифровой преобразователь, встроенный в датчик 324 давления. В этом случае можно обойтись без аналого-цифрового преобразователя 325, и выходной сигнал датчика 324 давления может быть направлен непосредственно к процессору 208.
Модуль 322 защиты от избыточного давления содержит машиночитаемые команды, хранящиеся с памяти 210 и выполняемые процессором 208. Модуль 322 защиты от избыточного давления может быть таким же или аналогичным модулю 222 защиты от избыточного давления, показанному на фиг. 2. Модуль 322 защиты от избыточного давления может работать таким же или сходным образом, как и модуль 222 защиты от избыточного давления, для детектирования аномального давления и регулирования, в ответ на детектирование аномального давления, уровня управляющего сигнала, подаваемого к первой пневматической ступени 215 для ограничения выходного давления позиционера 306 клапана. Однако, в представленном на фиг. 3 варианте осуществления изобретения модуль 322 защиты от избыточного давления детектирует аномальное давление на основании данных измерения подаваемого давления, представленных датчиком 324 давления. Например, модуль 322 защиты от избыточного давления может получать данные измерений подаваемого давления от датчика 324 давления и сравнивать полученные данные с заданным пороговым значением. Модуль 322 защиты от избыточного давления может детектировать наличие аномального давления, когда измеренное значение подаваемого давления превышает заданное пороговое значение. В ответ на детектирование аномального давления модуль 322 защиты от избыточного давления может регулировать уровень управляющего сигнала, подаваемого к первой пневматической ступени 215. Например, модуль 322 защиты от избыточного давления может устанавливать управляющий сигнал на ноль миллиампер, устанавливать управляющий сигнал на ноль милливольт, устанавливать управляющий сигнал на другое подходящее значение, предотвращать дальнейшую регулировку управляющего сигнала, предотвращать дальнейшее повышение управляющего сигнала и т.д., как описано выше в отношении модуля 222 защиты от избыточного давления, показанного на фиг. 2.
На фиг. 4 изображена схема 400 защиты от избыточного давления, которая может быть осуществлена модулем 222 защиты от избыточного давления, представленным на фиг. 2, или модулем 322 защиты от избыточного давления, представленным на фиг. 3. Изображенные на фиг. 2 и 3 модуль 222 защиты от избыточного давления или модуль 322 защиты от избыточного давления могут работать в соответствии со схемой 400 для регулирования управляющего сигнала, подаваемого к первой пневматической ступени 215 для ограничения давления на выходе позиционера 206 клапана. На этапе 402 модуль защиты от избыточного давления получает данные измерения от датчика давления, такого как датчик давления, связанный с выходным давлением позиционера клапана, или датчик давления, связанный с подаваемым давлением позиционера клапана. На этапе 404 модуль защиты от избыточного давления сравнивает полученные на этапе 402 значения измерения давления с заданным пороговым значением. Если измеренное значение давления превышает заданное значение, то схема 400 переходит на этап 406, на котором модуль защиты от избыточного давления регулирует управляющий сигнал, подаваемый к пневматической ступени позиционера клапана, с тем, чтобы снизить давление на выходе позиционера клапана. Например, модуль защиты от избыточного давления может устанавливать управляющий сигнал на значение, равное или близкое к нулю миллиампер, устанавливать управляющий сигнал на значение, равное или близкое к нулю милливольт, или устанавливать управляющий сигнал на какое-либо другое подходящее значение. В альтернативном варианте модуль защиты от избыточного давления может предотвращать дальнейшую регулировку управляющего сигнала, тем самым фиксируя управляющий сигнал на текущем значении. Еще в одном примере модуль защиты от избыточного давления может предотвращать любое дальнейшее повышение уровня управляющего сигнала, при этом обеспечивая возможность понижения уровня управляющего сигнала, или может регулировать управляющий сигнал другим подходящим образом с тем, чтобы ограничить давление на выходе позиционера клапана.В любом случае, схема 400 затем возвращается к этапу 402, на котором процессор получает следующие данные измерений от датчика давления.
Возвращаясь к этапу 404, следует отметить, что если выполняемое на этапе 404 сравнение указывает на то, что измеренное значение давление не превышает (например, меньше или равно) заданное пороговое значение, то схема 400 просто возвращается к этапу 402 для получения следующих данных измерения от датчика давления.
На фиг. 5 изображена блок-схема полевого устройства 200 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 4, позиционер 206 клапана, изображенный на фиг. 2, заменен позиционером 506 клапана. Позиционер 506 клапана в основном аналогичен позиционеру 206 клапана, показанному на фиг. 2, и включает многие элементы, имеющие те же обозначения, что и у позиционера 206 клапана на фиг. 2. В показанном на фиг. 5 варианте осуществления изобретения защиту от избыточного давления обеспечивает аппаратный модуль, такой как управляющая схема, соединенная с первой пневматической ступенью 215 и выполненная с возможностью регулирования управляющего сигнала, подаваемого к первой пневматической ступени 215, с тем, чтобы ограничить давление на выходе позиционера 506 клапана в ответ на детектирование аномального выходного давления позиционера 506 клапана.
Позиционер 506 клапана включает модуль 522 защиты от избыточного давления, подключенный между процессором 208 и пневматическим модулем 214. Датчик 524 давления связан с выходным давлением позиционера 506 клапана и выполнен с возможностью измерения уровня давления на выходе позиционера 506 клапана. Датчик 524 давления представляет данные измерений выходного давления модулю 522 защиты от избыточного давления. Модуль 522 защиты от избыточного давления может включать аналоговую схему и/или цифровую схему, выполненную с возможностью детектирования аномального выходного давления позиционера 506 клапана на основании данных измерений выходного давления, представленных датчиком 524 давления. При необходимости датчик 524 давления может быть соединен с аналого-цифровым преобразователем или в альтернативном варианте с цифро-аналоговым преобразователем для формирования сигнала, подходящего для использования модулем 522 защиты от избыточного давления.
В ответ на детектирование аномального давления на основании данных измерения, полученных от датчика 524 давления, модуль 522 защиты от избыточного давления воздействует на уровень управляющего сигнала, подаваемого к пневматической ступени 215 для ограничения выходного давления позиционера 506 клапана. Например, модуль 522 защиты от избыточного давления может в ответ на детектирование аномального давления устанавливать управляющий сигнал на значение, равное или близкое к нулю миллиампер или нулю милливольт (отключить управляющий сигнал), устанавливать управляющий сигнал на другое соответствующее значение, предотвращать дальнейшую регулировку управляющего сигнала, предотвращать дальнейшее повышение управляющего сигнала и т.д., как описано выше в отношении модуля 222 защиты от избыточного давления, показанного на фиг. 2.
На фиг. 6 изображена блок-схема полевого устройства 200 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 6, позиционер 206 клапана, изображенный на фиг. 2, заменен позиционером 606 клапана. Позиционер 606 клапана в основном аналогичен позиционеру 506 клапана, показанному на фиг. 5, и включает многие элементы, имеющие те же обозначения, что и у позиционера 506 клапана на фиг. 5. В показанном на фиг. 6 варианте осуществления изобретения защиту от избыточного давления обеспечивает аппаратный модуль, такой как управляющая схема, соединенная с первой пневматической ступенью 215 и выполненная с возможностью регулирования управляющего сигнала, подаваемого к первой пневматической ступени 215, с тем, чтобы ограничить давление на выходе позиционера 606 клапана в ответ на детектирование аномального подаваемого давления позиционера 606 клапана.
Позиционер 606 клапана включает модуль 622 защиты от избыточного давления, подключенный между процессором 208 и пневматическим ступенью 214. Датчик 624 давления связан с подаваемым давлением позиционера 606 клапана и с модулем 622 защиты от избыточного давления. Датчик 624 давления выполнен с возможностью измерения уровня подаваемого давления позиционера 606 клапана и представления данных измерения подаваемого давления модулю 622 защиты от избыточного давления. Модуль 622 защиты от избыточного давления может включать аналоговую схему и/или цифровую схему, выполненную с возможностью детектирования аномального давления на основании данных измерений подаваемого давления, полученных от датчика 624 давления. При необходимости датчик 624 давления может быть соединен с аналого-цифровым преобразователем или в альтернативном варианте с цифро-аналоговым преобразователем для формирования сигнала, подходящего для использования модулем 622 защиты от избыточного давления.
В ответ на детектирование аномального давления на основании данных измерения, полученных от датчика 624 давления, модуль 622 защиты от избыточного давления регулирует уровень управляющего сигнала, подаваемого к пневматической ступени 215 для ограничения выходного давления позиционера 606 клапана. Например, модуль 622 защиты от избыточного давления может в ответ на детектирование аномального давления устанавливать управляющий сигнал на значение, равное или близкое к нулю миллиампер или нулю милливольт (отключить управляющий сигнал), устанавливать управляющий сигнал на другое подходящее значение, предотвращать дальнейшую регулировку управляющего сигнала, предотвращать дальнейшее повышение управляющего сигнала и т.д., как описано выше в отношении модуля 222 защиты от избыточного давления, показанного на фиг. 2.
Хотя на фиг. 5 и 6 позиционеры 506 и 606 клапана изображены как цифровые позиционеры клапана, в альтернативном варианте осуществления изобретения они могут быть аналоговыми позиционерами клапана, выполненными с возможностью приема аналогового командного сигнала, такого как командный сигнал 4-20 мА, и управления положением клапана 202 в соответствии с аналоговым командным сигналом. В некоторых таких вариантах осуществления изобретения интерфейс 212 и/или процессор 208 и память 210 могут не использоваться с позиционером 506, 606 клапана. В таких случаях аналоговый командный сигнал может быть подан к пневматической ступени 214 через модуль 522, 622 защиты от избыточного давления для обеспечения защиты исполнительного механизма 204 от избыточного давления.
В различных вариантах осуществления изобретения, описанных выше, модули 222, 322, 522, 622 защиты от избыточного давления могут быть выполнены с возможностью, в ответ на детектирование аномального давления (например, подаваемого входного аномального давления или управляющего выходного аномального давления), отправки сигнала, свидетельствующего об аномальном давлении, контроллеру и/или главному устройству в рамках системы управления технологическим процессом, частью которой является полевое устройство 200, такому как технологический контроллер 11, показанный на фиг. 1. Передача сигнала, свидетельствующего о детектированном аномальном давлении, контроллеру или главному устройству в рамках системы управления технологическим процессом может указать оператору, контролирующему систему управления технологическим процессом, на то, что фильтр-регулятор 220 вышел из строя, и может позволить оператору выполнить соответствующие действия, такие как ремонт или замена фильтра-регулятора, отключение полевого устройства 200, отключение системы управления технологическим процессом (или ее части), содержащей полевое устройство 200, и т.д.
На фиг. 7 изображена структурная схема примера способа 700 ограничения управляющего давления, подаваемого к исполнительному механизму клапана, соединенному с позиционером клапана. В различных вариантах осуществления изобретения способ 700 реализуется полевым устройством 200, представленным на фиг. 2. В одном варианте осуществления изобретения способ 700 реализуется процессором 208 в соответствии с модулем 222 защиты от избыточного давления, хранящимся в памяти 210. В другом варианте осуществления изобретения способ 700 реализуется при помощи аппаратного модуля защиты от избыточного давления, соединенного с входом пневматической ступени позиционера клапана, к которому подается управляющий сигнал тока. В других вариантах осуществления настоящего изобретения способ 700 реализуется по меньшей мере частично при помощи других компонентов полевого устройства 200 или реализуется другими устройствами, отличными от полевого устройства 200.
На этапе 702 осуществляется получение данных измерения давления. В одном варианте осуществления изобретения данные измерения давления получают от датчика давления, связанного с управляющим давлением на выходе позиционера клапана. В другом варианте осуществления изобретения данные измерения давления получают от датчика давления, связанного с подаваемым давлением на входе позиционера клапана. На этапе 704 осуществляется детектирование аномального давления на основании данных измерения давления, полученных на этапе 702. Например, измеренное давление сравнивается с заданным пороговым значением, и аномальное давление детектируется, когда измеренное значение давления, полученное на этапе 702, превышает заданное пороговое значение. Затем, на этапе 706, в ответ на детектирование на этапе 704 аномального давления осуществляется регулировка управляющего сигнала, подаваемого к пневматической ступени позиционера клапана с тем, чтобы ограничить выходное управляющее давление позиционера клапана. Например, этап 706 может включать установку управляющего сигнала на ноль миллиампер, установку управляющего сигнала на ноль милливольт, установку управляющего сигнала на другое подходящее значение, предотвращение дальнейшей регулировки управляющего сигнала, предотвращение дальнейшего повышения управляющего сигнала и т.д., как описано выше в различных предполагаемых вариантах осуществления изобретения.
Несмотря на то, что различные функции и/или системы полевых устройств описаны в настоящей заявке как "модули", "компоненты" или "функциональные блоки", следует отметить, что эти термины не ограничены едиными встроенными блоками. Кроме того, хотя настоящее изобретение описано со ссылками на конкретные примеры, эти примеры являются чисто иллюстративными и не ограничивают настоящее изобретение. Специалистам в данной области техники понятно, что в отношении раскрытых вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть осуществлены изменения, добавления или удаления в пределах объема и сущности изобретения. Например, одна или более частей способов, описанных выше, могут быть выполнены в разном порядке (или параллельно), и при этом может быть обеспечен желаемый результат.
1. Способ ограничения управляющего давления, подаваемого к исполнительному механизму клапана, соединенному с позиционером клапана, включающий в себя:
обеспечение управляющего сигнала, подаваемого на пневматическую ступень позиционера клапана, которая выполнена с возможностью управления выходным давлением позиционера клапана в соответствии с управляющим сигналом;
получение данных измерения давления от датчика давления, коммуникативно связанного с позиционером клапана;
детектирование аномального давления на основании данных измерения давления; и
регулирование управляющего сигнала в ответ на детектирование аномального давления для ограничения выходного давления позиционера клапана, обеспечивающего подачу управляющего давления к исполнительному механизму.
2. Способ по п. 1, в котором датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня подаваемого давления, подводимого к позиционеру клапана.
3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня выходного давления позиционера клапана.
4. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором детектирование аномального давления включает в себя:
сравнение значения измеренного давления с заданным пороговым значением; и
определение наличия аномального давления при превышении измеренным давлением заданного порогового значения.
5. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором позиционер клапана содержит процессор и память, а детектирование аномального давления и регулирование управляющего сигнала включает в себя выполнение хранящихся в памяти машиночитаемых команд.
6. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором позиционер клапана содержит управляющую схему, выполненную с возможностью приема данных измерения давления, и в котором детектирование аномального давления и регулирование управляющего сигнала осуществляют посредством указанной управляющей схемы.
7. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором управляющий сигнал является сигналом тока, и регулирование управляющего сигнала включает в себя установку указанного управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю миллиампер.
8. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором управляющий сигнал является сигналом напряжения, и регулирование управляющего сигнала включает в себя установку указанного управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю милливольт.
9. Устройство регулирования технологического процесса, содержащее:
клапан;
исполнительный механизм, соединенный с клапаном и выполненный с возможностью управления положением клапана; и
позиционер клапана, соединенный с клапаном и исполнительным механизмом и выполненный с возможностью подачи управляющего давления к исполнительному механизму для управления положением исполнительного механизма, и содержащий:
пневматическую ступень, выполненную с возможностью приема управляющего сигнала и управления выходным давлением позиционера клапана в соответствии с управляющим сигналом, и
модуль защиты от избыточного давления, выполненный с возможностью:
получения данных измерения давления от датчика давления, коммуникативно связанного с позиционером клапана;
детектирования аномального давления на основании данных измерения давления; и
регулирования управляющего сигнала в ответ на детектирование аномального давления для ограничения выходного давления позиционера клапана, обеспечивающего подачу управляющего давления к исполнительному механизму.
10. Устройство регулирования технологического процесса по п. 9, в котором датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня подаваемого давления, подводимого к позиционеру клапана.
11. Устройство регулирования технологического процесса по любому из пп. 9 или 10, в котором датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня выходного давления позиционера клапана.
12. Устройство регулирования технологического процесса по любому из пп. 9 или 10, в котором модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью:
сравнения значения измеренного давления с заданным пороговым значением; и
определения наличия аномального давления при превышении измеренным давлением заданного порогового значения.
13. Устройство регулирования технологического процесса по любому из пп. 9 или 10, в котором позиционер клапана содержит процессор и память, а модуль защиты от избыточного давления содержит машиночитаемые команды, хранящиеся в памяти и выполняемые процессором.
14. Устройство регулирования технологического процесса по любому из пп. 9 или 10, в котором модуль защиты от избыточного давления содержит управляющую аппаратную схему.
15. Устройство регулирования технологического процесса по любому из пп. 9 или 10, в котором управляющий сигнал является управляющим сигналом тока, а модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью установки управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю миллиампер, в ответ на детектирование аномального давления.
16. Устройство регулирования технологического процесса по любому из пп. 9 или 10, в котором управляющий сигнал является управляющим сигналом напряжения, а модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью установки управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю милливольт, в ответ на детектирование аномального давления.
17. Позиционер клапана, соединенный с устройством регулирования технологического процесса, содержащим клапан и исполнительный механизм, причем позиционер клапана выполнен с возможностью приема управляющего сигнала от системы управления технологическим процессом и возможностью управления давлением, подаваемым к исполнительному механизму, в соответствии с управляющим сигналом, и содержит:
пневматическую ступень, выполненную с возможностью приема управляющего сигнала и управления выходным давлением позиционера клапана в соответствии с управляющим сигналом, и
модуль защиты от избыточного давления, выполненный с возможностью:
получения данных измерения давления от датчика давления, коммуникативно связанного с позиционером клапана;
детектирования аномального давления на основании данных измерения давления; и
регулирования управляющего сигнала в ответ на детектирование аномального давления для ограничения выходного давления позиционера клапана, обеспечивающего подачу управляющего давления к исполнительному механизму.
18. Позиционер клапана по п. 17, в котором датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня подаваемого давления, подводимого к позиционеру клапана.
19. Позиционер клапана по п. 17, в котором датчик давления выполнен с возможностью измерения уровня выходного давления позиционера клапана.
20. Позиционер клапана по любому из пп. 17-19, который содержит процессор и память, а модуль защиты от избыточного давления содержит машиночитаемые команды, хранящиеся в памяти и выполняемые процессором.
21. Позиционер клапана по любому из пп. 17-19, в котором модуль защиты от избыточного давления содержит управляющую аппаратную схему.
22. Позиционер клапана по любому из пп. 17-19, в котором управляющий сигнал является управляющим сигналом тока, а модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью установки управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю миллиампер, в ответ на детектирование аномального давления.
23. Позиционер клапана по любому из пп. 17-19, в котором управляющий сигнал является управляющим сигналом напряжения, а модуль защиты от избыточного давления выполнен с возможностью установки управляющего сигнала на значение, равное или близкое к нулю милливольт, в ответ на детектирование аномального давления.
