BR0110203B1

BR0110203B1 - “atuador elétrico para operar uma válvula de controle de fluido e controlar a operação de um ou mais instrumentos de campo tendo uma válvula de controle de fluido associada”

Info

Publication number: BR0110203B1
Application number: BRPI0110203-6A
Authority: BR
Inventors: J. K. Groeneveld Floris
Original assignee: Emerson Process Management Valve Automation, Inc.
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2014-11-04
Also published as: EP1278977A2; AU2001255842A1; DE60117137T2; CA2406844C; JP2003532180A; DE60117137D1; BR0110203A; JP4805519B2; TW593914B; CN1182448C; US6371162B1; CN1430740A; WO2001081802A2; CA2406844A1; WO2001081802A3; EP1278977B1; HK1057403A1

Description

“ATUADOR ELÉTRICO PARA OPERAR UMA VÁLVULA DE CONTROLE DE FLUIDO E CONTROLAR A OPERAÇÃO DE UM OU MAIS INSTRUMENTOS DE CAMPO TENDO UMA VÁLVULA DE CONTROLE DE FLUIDO ASSOCIADA” [0001] Esta invenção refere-se, de modo geral, a atuadores para válvulas de controle de fluxo de fluido e, em particular, a atuadores eletro-mecânicos. Fundamentos da invenção [0002] Uma variedade de válvulas de controle de fluxo de fluido e correspondentes atuadores de válvulas é utilizada para controle de liga/desliga ou estrangulamento de fluxo de fluido, como em um sistema de tubulação de gás ou óleo, ou em outros sistemas de fluido de processamento. As válvulas de controle de fluxo de fluido são, tipicamente, válvulas de controle de haste deslizante ou válvulas de controle de ação rotativa, e são operadas por um atuador de válvula, como um pistão de atuador eletro-pneumático ou unidade de diafragma. Em uma situação de controle de fluxo de fluido, o atuador responde à saída de um instrumento posicionador de válvula ou controlador de válvula para controle preciso de estrangulamento da válvula. Um outro tipo de atuador é um atuador de válvula eletro-mecânico contendo um motor elétrico, uma unidade de motor elétrico, e uma configuração de engrenagem de acionamento com dispositivos de limitação de torque para controlar o torque aplicado ao eixo da válvula. Um tal atuador pode conter diversas opções, como controle de velocidade, uma unidade de modulação, um transmissor de posição etc. [0003] Em tais sistemas de fluido de processamento, uma variedade de atuadores de válvulas, instrumentos posicionadores ou controladores etc,, (adiante chamados de “instrumentos de campo”) são conectados ao sistema de tubulação para controlar e/ou responder ao fluxo de fluido. Alguns dos instrumentos de campo presentes são os assim chamados instrumentos “inteligentes” contendo um microprocessador para que os instrumentos de campo possam ser controlados de um local remoto para adequadamente controlar a taxa de fluxo de fluido, e possam também prover uma variedade de características de fluxo, bem como, informação diagnostica. Entretanto, os instrumentos normais de campo sem microprocessadores estão ainda sendo substancialmente usados e solicitados devido ao seu baixo custo em comparação a um instrumento de campo “inteligente”. Portanto, em muitos casos o sistema de fluido de processamento inclui uma mistura de instrumentos de campo “inteligentes”, bem como, instrumentos de campo normais. Tipicamente, estes instrumentos de campo são conectados a um barramento de um controlador para receber energia extraída do barramento na forma de sinais normais de 4-20ma ou de controle de voltagem. [0004] É desejável, por vezes, reduzir a necessidade de grande número de instrumentos de campo “inteligentes” dispendiosos em tais sistemas de fluido de processamento e, em vez disso, utilizar grande número de instrumentos de campo normais sempre que viável. Como um exemplo, seria desejável utilizar um instrumento de campo "inteligente" dispendioso para controlar outros instrumentos de campo normais, e seria especialmente desejável controlar outros instrumentos de campo normais de tipos diferentes, ou seja, atuadores eletro-mecânicos, atuadores eletro-pneumáticos, instrumentos controladores de válvulas etc., via o instrumento "inteligente". Em segundo lugar, é desejável controlar uma variedade de tais instrumentos de campo sem necessitar que o barramento seja conectado a sinais de controle convencionais que, de outro modo, extraem uma quantidade substancial de potência do barramento que tem uma capacidade de condução de potência um tanto limitada.

Sumário da invenção [0005] De acordo com os princípios da presente invenção, é provido um atuador eletro-mecânico para operar uma válvula de controle de fluido e controlar a operação de um ou mais instrumentos de campo. Em particular, é provido um atuador eletro-mecânico incluindo uma engrenagem de acionamento tendo uma saída acoplada a um outro atuador eletro-pneumático ou atuador eletro-mecânico. Uma unidade de controle é acoplada a uma fonte de energia e supre os níveis de potência de abertura e fechamento, em forma de sinais de controle para o motor elétrico para abrir e fechar a válvula. A unidade de controle inclui entradas e saídas auxiliares para controlar a operação de um ou mais instrumentos de campo. [0006] A saída de controle auxiliar do atuador eletro-mecânico da presente invenção pode ser conectada a um atuador eletro-mecânico normal para controle de liga/desliga da válvula de controle de fluido associada. Em adição, a saída de controle auxiliar pode ser acoplada a um posicionador eletro-pneumático para ativar o posicionador e prover controles de liga/desliga adequados para, correspondentemente, abrir e fechar a válvula de controle de fluido associada. [0007] Em adição, respectivos sensores de abertura e fechamento podem ser providos para monitorar as condições aberta e fechada dos instrumentos de campo e prover um sinal adequado de sua indicação. Um computador pessoal ou outro computador principal é conectado ao atuador eletro-mecânico da presente invenção e pode ser usado não só para controlar este primeiro atuador eletro-mecânico, mas, através de sinais adequados de controle auxiliar provenientes do primeiro atuador eletro-mecânico, controlar um segundo atuador eletro-mecânico, bem como, um posicionador eletro-pneumático ou outro tipo de instrumento de campo. Consequentemente, respectivos dispositivos de limitação de abertura e fechamento para cada um dos instrumentos de campo provê a posição aberta/fechada da válvula associada através do primeiro atuador eletro-mecânico, para o computador pessoal ou computador principal. [0008] A presente invenção provê, desse modo, uma vantagem significativa ao possibilitar um primeiro atuador eletro-mecânico tendo a capacidade de prover sinais de controle auxiliar para atuar outros instrumentos de campo.

Descrição resumida dos desenhos [0009] As características desta invenção, acreditadas como sendo inéditas, estão apresentadas com particularidades nas reivindicações anexas. A invenção pode ser mais bem compreendida pela referência à descrição a seguir, considerada em conjunto com os desenhos anexos, onde referências iguais identificam elementos iguais nas diversas figuras, e nas quais: [0010] A Fig. 1 é um diagrama de bloco esquemático ilustrando um atuador eletro-mecânico de acordo com a presente invenção utilizado em um sistema de fluido de processamento tendo uma variedade de instrumentos de campo; e [0011] A Fig. 2 é um diagrama de bloco esquemático ilustrando as linhas de sinal de controle auxiliar providas pelo atuador eletro-mecânico da Fig. 1, em resposta a um computador pessoal ou computador principal para controlar pelo menos dois outros instrumentos de campo e linhas de entrada de deslocamento auxiliar para monitorar as posições de deslocamento limite de abertura e de fechamento dos outros instrumentos de campo.

Claims

1. Atuador elétrico (10) para operar uma válvula de controle de fluido (14) e controlar a operação de uma pluralidade de instrumentos de campo (40s 44, 48) tendo uma válvula de controle de fluido (42, 46, 54) associada, o atuador elétrico (10) compreendendo: uma unidade de acionamento (22) tendo uma saída para acoplamento da dita válvula de controle de fluido (14) para abrir e fechar a válvula; um motor elétrico (16) acoplado à unidade de acionamento para acionar a unidade de acionamento (22) em resposta a níveis de potência de abertura e fechamento; uma unidade de controle (24) acoplada a uma fonte de potência e suprindo os ditos níveis de potência de abertura e fechamento ao motor elétrico (16) para abrir e fechar a válvula (14); e a dita unidade de controle (24) incluindo meios de controle auxiliares (24, 32, 50) para responder a um sinal de início e provendo níveis de potência de controle auxiliar à dita pluralidade de instrumentos de campo (40, 44, 48) para controlar a operação dos ditos instrumentos de campo na abertura e fechamento da válvula de controle de fluido associada (42, 46, 54); os ditos meios de controle auxiliares (24, 32, 50} incluindo linhas de saída de controle auxiliar (50) para conexão à dita pluralidade de instrumentos de campo (40, 44, 48) para prover níveis de potência de abertura e fechamento de controle auxiliares para um instrumento de campo selecionado para controlar o percurso de abertura e fechamento de uma válvula de controle de fluido (42, 46, 54) associado com o dito instrumento de campo selecionado (40, 44, 48); e os ditos meios de controle auxiliares (24, 32, 50) incluindo adicionalmente meios de monitoração auxiliares (24, 52) para monitorar a condição totalmente aberta e totalmente fechada de cada uma das válvulas (42, 46, 54) associada com cada um dos instrumentos de campo (40, 44, 48) e prover uma indicação de sinal respectiva da mesma para os ditos meios de controle auxiliares (24, 32, 50), caracterizado por: um respectivo par de linhas de entrada de percurso auxiliar (52a, 52b) ser provido para conexão à dita pluralidade de instrumentos de campo (40, 44, 48) para respectivamente monitorar e acoplar a dita condição totalmente fechada e totalmente aberta de cada uma das ditas válvulas associadas (42, 46, 54) aos ditos meios de monitoração auxiliares (24, 52) e para descontinuar os ditos níveis de potência de abertura e fechamento de controle auxiliar para os respectivos dos ditos instrumentos de campo (40, 44, 48) mediante a detecção da condição totalmente aberta ou totalmente fechada da dita válvula associada (42, 46, 52) ter sido atingido.

2. Atuador elétrico (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dos ditos instrumentos de campo (40, 44, 48) incluírem uma pluralidade de atuadores eletro-mecânicos (40) e atuadores eletro-pneumáticos (44), cada um com uma válvula de controle de fluido associada (42, 46).

3. Atuador elétrico (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de cada um dos instrumentos de campo (40, 44, 48) ser acoplado a uma respectiva linha de saída de controle auxiliar (50) e a um respectivo par de linhas de entrada auxiliar (52a, 52b).