BR112012027910B1 - Diagnóstico de válvula de controle - Google Patents
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Abstract
diagnóstico de válvula de controle em um método de diagnóstico de uma válvula de controle, os dados de posição que representam a posição de uma válvula de controle, e dados de pressão que representam uma diferença de pressão através de um atuador de válvula e, opcionalmente, a direção de deslocamento da válvula de controle, são medidos (41) durante o funcionamento em linha da válvula de controle. os dados de posição e os dados de diferença de pressão são processados (42) para conter dados em torno de pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais do deslocamento da válvula de controle durante a operação normal em linha da válvula de controle. finalmente, é determinado um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle (44) com base nos dados de posição e de diferença de pressão processados, coletados em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha da válvula de controle.
Description
[001] A presente invenção refere-se genericamente aos diagnósticos de válvulas de controle, e em particular a técnicas para determinar a assinatura de válvula para uma válvula de controle.
[002] A válvula de controle é geralmente usada para um controle contínuo de um fluxo de líquido ou de gás em diferentes tubulações e processos. Em uma indústria de processamento, como papel e celulose, refino de petróleo, petroquímica e indústrias químicas, diferentes tipos de válvulas de controle instaladas em uma planta de tubulação do sistema controlam fluxos de materiais no processo. Um fluxo de material pode conter qualquer material fluido, tal como fluidos, água, líquidos, gases e vapores. A válvula de controle é geralmente ligada a um atuador, o qual move o elemento de fechamento da válvula para a posição de abertura desejada entre as posições totalmente aberta e totalmente fechada. O atuador pode ser um dispositivo pneumático de cilindro e bobina, por exemplo. O atuador, por seu lado, é geralmente controlado por um posicionador de válvula, por vezes definido como um controlador de válvula, que controla a posição do elemento de fechamento da válvula de controle e, portanto, o fluxo de material no processo de acordo com um sinal de controle a partir do controlador.
[003] O posicionador de válvula inteligente de alta performance é um dispositivo importante quando é necessária uma solução de controle de longo prazo. Mesmo que, por vezes, o seu papel possa ser crucial, o desempenho de uma válvula de controle não resulta unicamente do posicionador inteligente. A válvula de controle em si também deve estar funcionando bem. Problemas tais como a elevada fricção e folga têm sido associados com as válvulas de controle.
[004] Alcançar um desempenho de malha começa com a seleção e dimensionamento corretos da válvula. Analisar a característica de vazão instalada é importante, a fim de otimizar o desempenho do controle. O desempenho de malha é mantido somente se todos os componentes na malha de controle funcionarem corretamente. É crucial a manutenção de válvulas, a intervalos regulares, a fim de manter o processo suficientemente eficaz e manter o desempenho de malha durante todo o ciclo de vida completo. É também essencial prever quando as válvulas de controle devem ser reparadas. A manutenção das válvulas antes que isso seja realmente necessário poderia funcionar, mas seria uma forma bastante cara e demorada de fazer a manutenção. Esperar até que as válvulas falhem e causar um possível desligamento não previsto também pode ser muito caro. Idealmente, apenas as válvulas que realmente necessitam de manutenção devem ser reparadas durante um desligamento. Para conseguir isso, teria que ser utilizado diagnóstico de válvulas e / ou monitoramento avançados, incluindo diagnósticos em linha e fora de linha.
[005] Os chamados diagnósticos fora de linha são realizados durante o desligamento do processo. Durante um desligamento, é possível monitorar e analisar as válvulas para verificar se elas precisam de manutenção ou não, usando, por exemplo, um teste de assinatura de válvula. A assinatura de válvula plota pressão de atuador contra deslocamentos para um posicionador. Comparando-se uma curva de assinatura de válvula recentemente gerada com a curva original de fábrica pode-se descobrir uma deterioração do desempenho. No entanto, essa abordagem tem problemas: 1) Qualquer visão deste teste mostra apenas um instante no tempo, ele não fornece qualquer valor preditivo. 2) Como o teste é realizado durante o desligamento, ou seja, a válvula não está nas condições verdadeiras de processo, o resultado da análise não reflete a situação real. 3) A duração do desligamento precisa ser minimizada, o que significa que os usuários não têm tempo para testar, analisar e tomar decisões em todos os conjuntos da válvula. 4) Você não pode planejar atividades de manutenção e necessidade de peças de reposição com antecedência. 5) A comparação com os resultados anteriores é um processo tedioso.
[006] Em vez disso, deve ser possível analisar os dados da válvula imediatamente antes do desligamento, enquanto o processo ainda está em funcionamento. Desta forma, essas válvulas que requerem manutenção podem ser identificadas previamente. Isto requer dispositivos com capacidades de diagnóstico em linha. Diagnósticos em linha fazem com que seja possível monitorar o desempenho da válvula, enquanto o processo estiver em execução, não apenas durante os desligamentos. O objetivo da manutenção preditiva é indicar a diminuição do desempenho da válvula e avisar o usuário antes que a falha esteja tão ruim que cause uma variabilidade excessiva do processo ou até mesmo um desligamento inesperado. Diagnósticos em linha podem monitorar continuamente o desempenho da válvula, mas a análise dos resultados pode ser muito demorada e trabalhosa. A maneira mais eficiente para realizar a manutenção preditiva e os diagnósticos em linha é utilizar controladores de válvula, que sejam capazes de armazenar resultados em sua memória e enviar avisos e alarmes com base em limites de desempenho armazenados em sua memória. Desta forma, não é necessária mão de obra adicional para analisar e estudar os resultados de forma contínua, porque o controlador inteligente de válvula, com a ajuda de um software avançado de gestão de ativos, pode medir o desempenho da válvula automaticamente. Um exemplo de um controlador inteligente de válvula com diagnósticos em linha é ND9000® da Metso Automation Inc.
[007] O documento US7478012 revela uns gráficos de avaliação computadorizada da assinatura de válvula. A válvula de controle pode ser forçada a fazer um deslocamento completo ou ciclo em torno da curva característica da assinatura de válvula inteira durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle. No entanto, o teste de deslocamento completo em linha não é possível na maioria dos processos, e, por conseguinte, são preferidos os testes de deslocamento parcial em linha. O controlador de válvulas inteligente envia os dados de teste de assinatura a um monitor de diagnóstico, que compara os dados de assinatura com limites definidos.
[008] O documento US6751575 revela monitoramento e diagnóstico de dispositivos de processo através da coleta de medições de variáveis do processo e os testes resultam em banco de dados de histórico a ser comparado com as informações de atributos de processo armazenadas nos bancos de dados.
[009] No documento US5115672 as condições ou "assinaturas" de uma válvula são monitoradas através de transdutores ultrassônicos montados em tubos que detectam a turbulência de fluidos causada pela válvula.
[0010] Um objetivo da presente invenção é o de melhorar o diagnóstico em linha de válvulas de controle. Este objetivo da presente invenção é alcançado através de métodos, sistemas, posicionadores de válvulas, e um programa de computador de acordo com as reivindicações independentes. As concretizações preferidas da invenção são divulgadas nas reivindicações dependentes.
[0011] Um aspecto da invenção é um método para o diagnóstico de uma válvula de controle, que compreende
[0012] medir os dados de posição que representam a posição de uma válvula de controle, e dados de pressão que representam uma diferença de pressão ao longo de um atuador de válvula e, opcionalmente, direção de deslocamento da válvula de controle, durante o funcionamento em linha da válvula de controle,
[0013] processar os dados de posição e dados de diferença de pressão para conter dados em torno de pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais do deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle, e
[0014] determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base na posição processada e nos dados de diferença de pressão, recolhidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha da válvula de controle.
[0015] De acordo com outro aspecto da invenção, um método compreende
[0016] fornecer os dados processados com marcas de tempo, e
[0017] determinar o gráfico atualizado de assinatura de válvula da válvula de controle para qualquer período de tempo desejado com base na posição com marca de tempo processada, na diferença de pressão e nos dados de direção de deslocamento.
[0018] De acordo com outro aspecto da invenção, um método compreende
[0019] fornecer os dados processados com marcas de tempo, e
[0020] formar um gráfico que representa o valor de pelo menos um dos dados de posição de processados, de dados de diferença de pressão processados e de dados de direção de deslocamento, ou de qualquer parâmetro derivado a partir dos dados processados, ao longo do tempo com base nas referidas marcas de tempo.
[0021] De acordo com outro aspecto da invenção, um método compreende
[0022] efetuar dita medição por meio de um posicionador de válvula da válvula, transferir dados em bruto para um sistema central de diagnóstico e executar dito processamento e determinação no sistema centralizado de diagnóstico.
[0023] De acordo com outro aspecto da invenção, um método compreende
[0024] realizar dita medição e dito processamento por meio de um posicionador de válvula da válvula, enviar os dados processados a um sistema central de diagnóstico, e realizar dita determinação no sistema centralizado de diagnóstico.
[0025] De acordo com outro aspecto da invenção, um método compreende
[0026] sondar regularmente o posicionador de válvula pelo sistema centralizado de diagnóstico para a obtenção de dados em bruto ou dados processados.
[0027] De acordo com outro aspecto da invenção, um método compreende
[0028] realizar dita medição, dito processamento e dita determinação por meio de um posicionador de válvula da válvula.
[0029] De acordo com outro aspecto da invenção, um método para o diagnóstico de uma válvula de controle compreende
[0030] medir os dados de posição que representam a posição de uma válvula de controle e os dados de pressão que representam uma diferença de pressão ao longo de um atuador de válvula durante a operação em linha da válvula de controle,
[0031] processar os dados de posição e de diferença de pressão para conter apenas os dados de diferença de pressão amostrados quando a válvula está em uma posição estacionária durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle, e
[0032] determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base nos dados processados de diferença de pressão recolhidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante a operação em linha da válvula de controle.
[0033] De acordo com um outro aspecto da invenção, a referida medição de compreende amostrar regularmente um posicionador de válvula por um sistema centralizado de diagnóstico para obter dados não processados de posição e de diferença de pressão, e em que o referido processamento e dita determinação são executados no sistema centralizado de diagnóstico.
[0034] Um aspecto da invenção é um posicionador de válvula para operar uma válvula de controle compreendendo
[0035] meios para medição de dados de posição que representam uma posição de uma válvula de controle e dados de pressão que representam uma diferença de pressão ao longo de um atuador de válvula durante a operação em linha da válvula de controle,
[0036] meios para processar os dados de posição e dados de diferença de pressão para conter dados em torno de pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha da válvula de controle, meios para armazenar os dados processados no posicionador de válvula e / ou transferir os dados processados através de um barramento de comunicação a um sistema de diagnóstico.
[0037] De acordo com outro aspecto da presente invenção, uma válvula de posicionador compreende ainda meios para determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base nos dados de posição e de diferença de pressão processados, recolhidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante operação em linha normal da válvula de controle.
[0038] Um aspecto da invenção é um sistema de diagnóstico de válvula para diagnosticar válvulas de controle, que compreende
[0039] meios para receber os dados de posição e um atuador de dados de diferença de pressão de uma válvula de controle a partir de um posicionador de válvula, sendo os dados medidos pelo posicionador de válvula durante a operação em linha da válvula de controle,
[0040] meios para processar os dados de posição e dados de diferença de pressão para conter dados em torno de pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais do deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha da válvula de controle, e
[0041] meios para determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base nos dados de posição e de diferença de pressão processados, recolhidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha da válvula de controle.
[0042] Um aspecto da invenção é um sistema de diagnóstico de válvula para o diagnóstico de válvulas de controle, que compreende
[0043] meios para receber os dados de posição e um dado de atuador de diferença de pressão de uma válvula de controle a partir de um posicionador de válvula, sendo os dados medidos pelo posicionador de válvula durante a operação em linha da válvula de controle,
[0044] meios para o processamento de dados de posição e de diferença de pressão para conter apenas os dados de diferença de pressão amostrados quando a válvula está em uma posição estacionária durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle, e
[0045] meios para determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base nos dados de diferença de pressão processados, recolhidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha do válvula de controle.
[0046] Um aspecto da presente invenção é um programa de computador que compreende meios de código de programa adaptados para realizar as etapas de qualquer um dos aspectos do método descrito acima, quando o programa é executado em um computador ou em um processador.
[0047] Um aspecto da invenção é um sistema que compreende meios para implementar as etapas de qualquer um dos aspectos do método descrito acima.
[0048] A seguir, a invenção será descrita em maiores detalhes por meio de concretizações preferidas, com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema exemplificativo do processo de automatização e um sistema de campo de gestão de equipamento; A Figura 2 ilustra um diagrama de bloco de exemplo de um controlador inteligente de válvula baseado em microcontrolador; As Figuras 3A e 3B ilustram o comportamento de uma diferença de pressão de atuador e a posição da válvula, com o tempo, respectivamente, quando a válvula é movida para uma nova posição; A Figura 4 é um diagrama de fluxo que ilustra um método de diagnóstico de acordo com uma concretização exemplificativa da presente invenção; A Figura 5 mostra um exemplo de uma exibição de gráfico de assinatura de válvula; A Figura 6 mostra um exemplo de uma referência de exibição de gráfico de assinatura de válvula; A Figura 7 mostra um exemplo de uma exibição de gráfico que ilustra a fricção de válvula ou pressão do atuador em função do tempo, bem como vários gráficos de assinatura de válvula; A Figura 8 é um diagrama de fluxo que ilustra um método de diagnóstico de acordo com uma outra concretização exemplificativa da presente invenção; e A Figura 9 mostra um exemplo de um gráfico "grosseiro" de assinatura de válvula.
[0049] A presente invenção pode ser aplicada no diagnóstico de quaisquer válvulas de controle e de seus controladores de válvula (posicionadores) e atuadores em qualquer processo industrial e semelhantes.
[0050] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos esquemático de um sistema de automatização de processo exemplificativo e um sistema de gestão de dispositivo de campo, em que os princípios da invenção podem ser aplicados. O bloco de sistema de controle (5) geralmente representa toda e qualquer ambiente de controle de computador(es) / programas de computador e processo de controle de computador(es) / programas, bem como bancos de dados do sistema de automação. Existem diversos tipos de arquitetura de um sistema de controle. Por exemplo, o sistema de controle pode ser um sistema de controle digital direto (DDC) ou um sistema de controle distribuído (DCS), ambos bem conhecidos na técnica.
[0051] Existem várias formas alternativas de organizar a interligação entre o sistema de controle e os dispositivos de campo, como válvulas de controle, em uma área de planta. Na Figura 1, o barramento de campo / processo (3) geralmente representa qualquer interligação deste tipo. Tradicionalmente, os dispositivos de campo são conectados ao sistema de controle por laços pares de dois fios torcidos, cada dispositivo sendo ligado ao sistema de controle por um único par torcido fornecendo sinal de entrada analógico de 420 mA. Mais recentemente, novas soluções, tais como protocolo transdutor remoto endereçável de via de comunicação (HART) (do inglês Highway Addressable Remote Transducer), que permitem a transmissão de dados digitais junto com o sinal convencional analógico de 4-20 mA no circuito de par torcido, têm sido usadas em sistemas de controle. O protocolo HART é descrito em maiores detalhes, por exemplo, na publicação “HART Field Communication Protocol: An Introduction for Users and Manufacturers”, pela HART Communication Foundation, 1995. O protocolo HART também foi desenvolvido em uma norma industrial. Exemplos de outras redes de campo incluem barramento de campo e barramento de perfil. No entanto, deve ser entendido que o tipo ou a aplicação do barramento de campo / processo (3) não é relevante para a presente invenção. O barramento de campo / processo (3) pode ser baseado em qualquer uma das alternativas descritas acima, ou em qualquer combinação das mesmas, ou em qualquer outra concretização.
[0052] No exemplo da Figura 1, a válvula de controle (1) está ligada a um processo para controlar o fluxo de uma substância na tubulação de processo. O fluxo de material pode conter qualquer material fluido, tal como fluidos, agua, líquidos, gases e vapores. A posição (abertura) da válvula de controle (1) é operada por meio de um controlador de válvula (posicionador) e do atuador (2). Mais especificamente, a posição de um elemento de fechamento, a parte móvel da válvula de controle, localizada na corrente de fluxo, é operada para controlar o fluxo através da válvula. O elemento de fechamento pode ser, por exemplo, um tampão, um pêndulo, uma bola, dependendo do tipo da válvula. Um atuador é um dispositivo de montagem da válvula e move uma válvula para uma posição desejada utilizando uma fonte de energia exterior, tal como pressão pneumática. Um posicionador de válvula compara um sinal de controle com uma posição de um atuador de válvula e move o atuador de acordo. No exemplo da Figura 1, é mostrada apenas uma válvula de controle, mas o sistema de automatização pode, contudo, incluir qualquer número de dispositivos de campo, tais como válvulas de controle, muitas vezes centenas deles. Exemplos de controladores de válvula / posicionadores inteligentes incluem modelos ND800® e ND9000® da Metso Automation Inc..
[0053] Os dispositivos de campo podem ser geridos através de um sistema de gestão e diagnóstico de dispositivo de campo (4). O sistema de gestão e diagnóstico (4) pode ainda ser ligado a uma rede de área local LAN da fábrica, o que lhe permite comunicação com os programas de controle de ambiente, por exemplo. Alternativamente, o sistema de gestão e diagnóstico de dispositivo de campo (4), ou funcionalidade semelhante pode ser integrado ao sistema de controle (5), por exemplo, ao ambiente de controle ou computadores de controle de processos. O sistema de gestão e de diagnóstico (4) pode ser ligado a dispositivos de campo (por exemplo, controlador de válvula (2)) através do barramento de campo / processo (3), como descrito acima. Por exemplo, cada dispositivo de campo pode ter um barramento de campo dedicado à ligação a um multiplexador HART, que é por sua vez ligado ao sistema de gestão e de diagnóstico (4). O sistema de gestão e de diagnóstico (4) pode compreender uma estação de trabalho computadorizada fornecida com um programa de diagnóstico e gestão adequado. Exemplo de um sistema de gestão e diagnóstico é um computador equipado com software Neles FieldCare da Metso Automation Inc.. Neles FieldCare é um software universal baseado em FDT / DTM (Field Device Tool / Device Type Manager). Uma das características do Neles FieldCare é o monitoramento em linha de condições, o que permite a coleta de dados em linha a partir de dispositivos de campo e fornece ferramentas para o planejamento de manutenção preditiva.
[0054] Um diagrama de blocos exemplificativo de um controlador de válvula inteligente com base em microcontrolador encontra- se ilustrado na Figura 2. O dispositivo pode conter uma interface de usuário local (LUI) permitindo a configuração local. Um microcontrolador (11) controla a posição da válvula. Para esse efeito, o microcontrolador (11) pode receber um sinal de entrada (um ponto de regulação) através de um processo / barramento de campo (3), tal como par 420 mA e HART, e pode efetuar várias medições. O dispositivo pode ser alimentado a partir de um 4-20 mA ou barramento de campo. Após as ligações de sinal elétrico e alimentação pneumática (S), o microcontrolador (11) lê o sinal de entrada, um sensor de posição (12), um sensor de fornecimento de pressão (Ps), um primeiro sensor de pressão de atuador (P1), um segundo sensor de pressão de atuador (P2), e um sensor de posição de bobina de comutação de SPS. A diferença entre o ponto de ajuste definido pelo sinal de entrada e a posição medida pelo sensor de posição (12) é detectada por meio de um algoritmo de controle no interior do microcontrolador (11). O microcontrolador (11) calcula um novo valor para pré-estágio (PR) de corrente de bobina (10) com base na informação do sinal de entrada e a partir dos sensores. A corrente alterada (10) para o (PR) altera a pressão de comando (15) para a válvula de bobina (14). A pressão piloto reduzida (15) move a bobina e as pressões do atuador (15) e (16) se alteram nesse sentido. Na Figura 2, a bobina é mostrada na posição intermediária em que as pressões do atuador estão nos seus níveis médios, por exemplo, iguais (P1-P2 = 0). Quando a bobina se move (por exemplo, para baixo na Figura 2), a bobina abre o fluxo para o lado de acionamento do atuador de diafragma duplo (20) (por exemplo, o canal ilustrado pela seta superior inclinada liga a linha de pressão do atuador (16) ao fornecimento pneumático (S)) e abre o fluxo para fora do outro lado do atuador (20) (por exemplo, o canal ilustrado pela seta horizontal superior liga a linha de pressão do atuador (15) à porta de escape da válvula de bobina (14)). O aumento de pressão irá mover o pistão de diafragma (18). O eixo de atuador e realimentação (19) gira. O sensor de posição (12) mede a rotação para o microcontrolador (11). O microcontrolador (11) modula a corrente PR (10) a partir do valor de estado estacionário até uma nova posição do atuador (20) de acordo com o sinal de entrada é atingido. O movimento (deslocação) da válvula de controle na direção oposta é obtido fazendo com que a bobina se movimente para a direção oposta (por exemplo, para cima, a linha (16) está ligada a uma abertura de escape, e a linha (17) está ligada ao fornecimento pneumático (S)). Deve ser apreciado que o controlador de válvula ilustrado é apenas um exemplo e a invenção não se limita a qualquer aplicação específica de um controlador de válvula. É apenas essencial que um controlador de válvula seja capaz de medir uma diferença de pressão do atuador (por exemplo, P2-P1) e uma posição de válvula. Deve ser apreciado que a posição da válvula pode também ser medida indiretamente, por exemplo, medindo a posição de um atuador, de modo que os dados de posição do atuador represente a posição da válvula.
[0055] O atrito é um dos fatores mais comuns que podem causar o mau desempenho em uma válvula de controle. Em válvulas lineares, o atrito é afetado principalmente pelo empanque. Em válvulas rotativas, é tipicamente a vedação (ou assento) que provoca atrito. Além de atrito, problemas tais como folga, estão normalmente associados com as válvulas de controle rotativas. Além disso, durante o funcionamento em linha, há também forças de atrito causadas pelo fluxo de material através da válvula. Particularmente em válvulas de esfera existe uma alteração significativa no atrito de um elemento de fechamento, quando a diferença de pressão ao longo da válvula é elevada.
[0056] Vamos examinar o efeito do atrito de válvula na operação da válvula, através do controlador de válvula da Figura 2, como um exemplo. Um exemplo do comportamento de uma diferença de pressão do atuador e da posição da válvula, com o tempo, quando a válvula é movida para uma nova posição está ilustrado nas Figuras 3A e 3B, respectivamente. A válvula está fixa em uma primeira posição (X1). O microprocessador (11) recebe um novo conjunto de pontos, isto é, uma nova posição (X2) para a qual a válvula deve ser ajustada. Como descrito acima, a pressão pneumática (por exemplo, P1) no lado de acionamento do atuador de diafragma duplo (20) é aumentada e a pressão do atuador pneumático ((P2), por exemplo) no outro lado do atuador (20) é reduzida para aumentar a diferença de pressão (por exemplo, (P1 - P2)) e para deslocar o atuador e a válvula para a nova posição (X2). Quando o atuador é iniciado (no instante de tempo t0) para mover a válvula a partir da posição atual (X1) para a nova posição (X2), a pressão pneumática para o lado de acionamento do atuador (20) e, portanto, a diferença de pressão do atuador P1-P2 tem que ser continuamente aumentada até que, finalmente, (a diferença de pressão (Pf) no instante (t1)) supera o atrito nesta direção e a válvula começa a se mover. Quando a válvula se move, uma diferença de pressão de atuador inferior P1-P2 a (Pf) é necessária para mover a válvula. O microprocessador (11) detecta o início do movimento de válvula por meio do sensor de posição (12), e ajusta a pressão do atuador por meio do pré-estágio (PR) de corrente de bobina de acordo com um algoritmo de controle, como descrito acima. Com uma fricção mais baixa da válvula, o comportamento da diferença de pressão pode ser como ilustrado pela linha a tracejada (31) na Figura 3A.
[0057] De acordo com um aspecto da invenção, uma posição de uma válvula de controle e uma diferença de pressão ao longo de um atuador de válvula e, opcionalmente, o sentido de deslocamento da válvula de controle, é monitorado durante a operação em linha normal da válvula de controle (etapa (41) na Figura 4). De acordo com concretizações exemplificativas da invenção, o controlador de válvula, por exemplo, o microprocessador (11) do controlador de válvula, está disposto de modo amostrar as pressões do atuador P1, P2, e a posição da válvula com uma frequência de amostragem predeterminada, para cada deslocamento individual da válvula durante o funcionamento em linha da válvula de controle, e para armazenar os valores de amostragem em uma memória interna do controlador de válvula, e / ou transferir (ativamente ou sob demanda), os valores de amostragem para o sistema de gestão e diagnóstico através do barramento de campo (4) / de processo (3). A amostragem pode ser feita a uma taxa de amostragem relativamente elevada em comparação com as mudanças no atrito, as pressões e a posição do atuador. A taxa de amostragem pode ser de preferência em uma gama de 1 a 500 milissegundos. Isso resulta em maior precisão e confiabilidade da medição e diagnóstico. De preferência, em vez de ambas as pressões do atuador P1 e P2, pode ser armazenada uma diferença de pressão de atuador P1-P2 calculada com base nas amostras. Em concretizações preferidas, a monitorização, adicionalmente à posição da válvula de controle e à diferença de pressão sobre o atuador de válvula, também de uma direção de percurso da válvula de controle durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle pode ser monitorizada, e informação sobre o sentido da marcha está associada com a pressão amostrada e os valores de posição de cada um dos eventos de deslocamento de válvula. Em algumas concretizações, os dados amostrados de pressão do atuador e os dados amostrados de diferença de posição da válvula são armazenados em diferentes estruturas de dados, tais como vetores, para sentidos diferentes do deslocamento. Além disso, em algumas concretizações, um marca de tempo pode ser associada com os dados de cada evento individual de deslocamento da válvula.
[0058] Em algumas concretizações, os dados de posição e os dados de diferença de pressão do atuados podem ser processados para conter dados em torno de pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle (etapa (42) na Figura 4). O referido tratamento, por exemplo, filtração, dos dados da amostra diminui a capacidade de memória necessária para o controlador de válvula, ou a quantidade de dados a serem transferidos para o sistema de gestão e de diagnóstico (4). De preferência, apenas os dados de diferença de pressão do atuador e os dados de posição da válvula que são de áreas em torno do momento de início do deslocamento da válvula, por exemplo, em torno do instante de tempo (t1), ou em torno período de tempo t0-t1, ou em torno período de tempo t1-t2, ou em torno do período de tempo t0-t2, são armazenados no controlador de válvula e / ou transferidos para o sistema de diagnóstico (4). "Em torno" pode ser tipicamente um período de tempo na ordem de milissegundos ou dezenas de milissegundos. Além disso, em algumas concretizações, uma marca de tempo pode ser associada com os dados transformados de cada evento individual de deslocamento da válvula (etapa (43) na Figura 4).
[0059] Em seguida, pode ser determinado um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle (por exemplo, calculado) com base na posição processada e nos dados de diferença de pressão obtidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle (etapa (44) na Figura 4). À medida que a válvula de controle se move tipicamente com frequência durante a operação em linha, os dados de diferença de pressão do atuador e os dados de posição da válvula em uma pluralidade de eventos de deslocamento da válvula devem ser recolhidos durante um período de coleta razoável, que pode ser, por exemplo, em ordem de dias, semanas ou meses. Em outras palavras, a posição da válvula e dados de diferença de pressão recolhidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle são obtidos durante o funcionamento em linha normal da válvula de controle. Estes dados em linha vão ser suficientes para determinar e apresentar um gráfico de assinatura de válvula sem a realização de testes separados de "assinatura de válvula" para a válvula. Assim, os testes fora de linha, ou testes que perturbem o processo podem ser evitados.
[0060] Similarmente ao processamento dos dados, também a determinação (por exemplo, cálculo) da assinatura de válvula pode realizada localmente em cada controlador de válvula, centralmente no sistema de gestão e diagnóstico (4), ou estes procedimentos podem ser adequadamente distribuídos entre o controlador de válvula e o sistema de diagnóstico.
[0061] Em uma concretização da invenção, o processamento dos dados de amostragem para conter apenas os dados em torno de pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais de deslocamento da válvula de controle durante a operação normal em linha da válvula de controle é realizado no controlador de válvula (2), por exemplo, através do microcontrolador (11). Tais dados processados podem conter a diferença de pressão, a posição da válvula, o sentido da marcha, e a marca de tempo. O controlador de válvula pode enviar os dados processados para o sistema de diagnóstico em momentos adequados. Por exemplo, o controlador de válvula pode enviar os dados processados logo após a válvula começar a mover-se. Como outro exemplo, o sistema de diagnóstico (4) pode consultar ou solicitar os dados processados a partir do controlador de válvula em momentos adequados. O sistema de diagnóstico (4) coleta e armazena os dados processados. Quando uma quantidade suficiente de dados foi coletada, o sistema de diagnóstico (4) determina o gráfico atual de assinatura de válvula, e arquiva e / ou exibe os dados de assinatura de teste ou gráficos para usuários da interface de usuário, por exemplo, em uma tela de vídeo. Um exemplo de uma tela de gráficos de assinatura de válvula é mostrado na Figura 5. O sistema de diagnóstico (4) pode também gerar a partir dos dados armazenados, um gráfico de assinatura de válvula para qualquer momento específico solicitado por um utilizador através da interface do utilizador. O sistema de diagnóstico (4) pode também mostrar gráficos de assinatura da válvula de tempos diferentes no visor, ao mesmo tempo, permitindo assim ao utilizador analisar a mudança na válvula ao longo do tempo. O sistema de diagnóstico (4) pode também armazenar pelo menos um gráfico de assinatura de referência e os gráficos de subsequentes podem ser comparados com, por exemplo, um gráfico de assinatura válvula determinada na partida inicial da válvula de controle. Um exemplo de uma exibição de referência de gráfico de assinatura de válvula é mostrado na Figura 6. O sistema de diagnóstico (4) também pode fornecer visualização do gráfico de assinatura de válvula com outras informações, tais como alarmes, limites, etc.. O sistema de diagnóstico (4) pode gerar também outras visualizações e gráficos com base nos dados recolhidos, como um gráfico que ilustra o atrito da válvula ou a pressão do atuador em função do tempo. Um exemplo de exibição de gráfico tal é ilustrado na Figura 7. No exemplo da Figura 7, a vista de exibição também contém gráficos de assinatura de válvulas para vários pontos de tempo na válvula de fricção de válvula.Ao comparar os gráficos, o utilizador pode facilmente observar como o comportamento da válvula mudou com o tempo e determinar se a válvula necessita de assistência. A determinação do gráfico de assinatura de válvula no sistema de diagnóstico permite mais liberdade na visualização dos dados, mas por outro lado o sistema de diagnóstico deve pesquisar os controladores de válvula frequentemente e recuperar grandes quantidades de dados.
[0062] Em outra concretização da invenção, além de se realizar o processamento, o controlador de válvula (por exemplo, o microcontrolador (11) no controlador de válvula) também determina o gráfico de assinatura da válvula e o armazena na memória interna. Nesta abordagem, o sistema de diagnóstico (4) não tem de consultar os dispositivos de campo e coletar os dados processados, mas pode exibir os dados de teste de assinatura ou gráficos finalizados aos usuários. O controlador de válvula pode armazenar uma pluralidade de assinaturas de controle de válvulas para tempos diferentes. Como alternativa, o controlador de válvula pode armazenar os dados processados, e determinar um gráfico de assinatura de válvula quando solicitado pelo sistema de diagnóstico (4). O controlador de válvula também pode gerar, com base nos dados armazenados, um gráfico de assinatura de válvula para qualquer momento específico solicitado por um utilizador através da interface do utilizador no sistema de diagnóstico. O controlador de válvula também pode produzir gráficos de válvula de diferentes tempos de assinatura a serem apresentados no visor, ao mesmo tempo, permitindo assim ao utilizador analisar a mudança na válvula ao longo do tempo. O controlador de válvula pode também armazenar pelo menos um gráfico de assinatura de referência com o qual gráficos subsequentes podem ser comparados, por exemplo, um gráfico de assinatura válvula determinado na partida inicial da válvula de controle. O controlador de válvula também pode fornecer exibição do gráfico de assinatura de válvula com outras informações, tais como alarmes, limites, etc.. O controlador de válvula pode também gerar outros monitores e gráficos com base nos dados recolhidos, como um gráfico que ilustra atrito de válvula ou pressão do atuador em função do tempo. A determinação do gráfico de assinatura válvula no controlador de válvula reduz a sondagem dos controladores de válvula por intermédio do sistema de diagnóstico e reduz a quantidade de dados transferidos através do barramento de processo / de campo.
[0063] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, a monitorização (etapa (81) na Figura 8) pode incluir o fato de que o sistema de diagnóstico (4) pode sondar o controlador de válvula em momentos adequados, recuperar a posição amostrada e os dados de pressão do atuador a partir do controlador de válvula através do barramento de processo / de campo (3) (etapa (82) na Figura 8). O sistema de diagnóstico (4) pode aceitar para processamento apenas as amostras de posições e as amostras de pressão do atuador que são amostradas quando a válvula estiver parada, isto é, a válvula está em uma posição estacionária (etapa (84) na Figura 8) e determinar um gráfico de assinatura da válvula ou um gráfico de pressão do atuador com base nestes dados de diferença de pressão processados (etapa (84) na Figura 8). A coleta de dados centralizada sobre o barramento de processo / de campo (3) permite apenas uma taxa de amostragem baixa em relação às rápidas alterações de atrito no início do movimento da válvula. Portanto, esta abordagem não fornece informações detalhadas e precisas sobre a fricção no início de um evento individual de deslocamento da válvula, mas fornece informações grosseiras da mudança do comportamento de atrito da válvula com o tempo, por exemplo, pelo monitoramento da dispersão dos valores da pressão do atuador nas posições estacionárias. Por outro lado, o resultado deste método de diagnóstico não é muito fiável. A vantagem mais importante é que esta abordagem não requer nenhuma modificação nos controladores de válvulas / posicionadores existentes, a fim de que esta abordagem possa ser aplicada a dispositivos já instalados em um processo. Um exemplo de tal gráfico de assinatura de válvula "grosseiro" encontra-se ilustrado na Figura 9.
[0064] Pode haver controladores de válvula de acordo com diferentes concretizações da invenção no mesmo sistema, e o sistema de gestão e de diagnóstico pode sondar cada tipo de controlador de válvula e processar os dados de forma diferente. Em outras palavras, os diagnósticos "grosseiros" acima descritos podem ser aplicados aos atuais controladores de válvula instalados, e um ou mais dos diagnósticos mais sofisticados descritos acima pode ser aplicado aos controladores de válvula recém-instalados.
[0065] As técnicas descritas na presente invenção podem ser implementadas de várias maneiras. Por exemplo, estas técnicas podem ser implementadas em hardware (um ou mais dispositivos), firmware (um ou mais dispositivos), software (um ou mais módulos), ou combinações dos mesmos. Para um firmware ou software, a execução pode ser através de módulos (por exemplo, procedimentos, funções e assim por diante) que executam as funções descritas neste documento. Os códigos de software podem ser armazenados em qualquer unidade de processamento, adequado / legível por computador, meio de armazenamento de dados ou unidades de memória e executados por um ou mais processadores / computadores. O meio de armazenamento de dados ou unidade de memória pode ser implementado dentro do processador / computador ou externamente ao processador / computador, caso em que ele pode ser comunicativamente acoplado com o processador / computador através de vários meios, tal como é conhecido na técnica. Além disso, os componentes dos sistemas descritos no presente documento podem ser rearranjados e / ou complementados por componentes adicionais a fim de facilitar a realização dos vários aspectos, objetivos, vantagens, etc., descritos em relação a isso, e não estão limitados às configurações precisas estabelecidas em uma dada Figura, como será apreciado por um perito na técnica .
[0066] A descrição e as Figuras relacionadas são destinadas apenas a ilustrar os princípios da presente invenção por meio de exemplos. Várias concretizações alternativas, variações e modificações são óbvias para um perito na técnica com base na presente descrição. O presente invento não se destina a ser limitado aos exemplos aqui descritos, mas a presente invenção pode variar dentro do âmbito e do espírito das reivindicações anexas.
Claims (12)
1. Método para o diagnóstico de uma válvula de controle, que compreende medir os dados de posição que representam a posição de uma válvula de controle, e dados de pressão que representam uma diferença de pressão através de um atuador de válvula e, opcionalmente, a direção de deslocamento da válvula de controle, durante o funcionamento online normal da válvula de controle, caracterizado por processar os dados de posição medidos e os dados de diferença de pressão medidos de modo que somente os dados de posição e de diferença de pressão medidos dentro de um período pré determinado de tempo a partir do início do deslocamento dos pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais do deslocamento da válvula de controle são coletados, ou de modo que somente o dado de diferença de pressão amostrado quando a válvula esta em uma posição estacionaria é coletado durante o funcionamento online normal da válvula de controle, e determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base nos dados de posição e de diferença de pressão processados, recolhidos em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha da válvula de controle.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender fornecer os dados processados com marcas de tempo, e determinar o gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle para qualquer período de tempo desejado com base na posição, diferença de pressão e dados de direção de deslocamento com marca de tempo processados.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender fornecer os dados processados com marcas de tempo, e formar um gráfico que representa o valor de um dos dados de posição processados, dos dados de diferença de pressão processados e dos dados de direção de deslocamento processados, ou de qualquer um dos parâmetros derivados a partir dos dados processados, ao longo do tempo com base nas referidas marcas de tempo.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender realizar a dita medição por meio de um posicionador de válvula da válvula, a transferência de dados não processados para um sistema de diagnóstico central, e realização de dito processamento e determinação no sistema centralizado de diagnóstico.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender realizar a referida medição e dito processamento por meio de um posicionador de válvula da válvula, envio dos dados processados para um sistema central de diagnóstico e execução de dita determinação no sistema centralizado de diagnóstico.
6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de compreender regularmente sondar o posicionador de válvula pelo sistema centralizado de diagnóstico para a obtenção dos dados em bruto ou dos dados processados.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender realizar a dita medição, o dito processamento e a dita determinação por meio de um posicionador de válvula da válvula.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida medição compreende regularmente amostrar um posicionador de válvula por um sistema centralizado de diagnóstico para obter dados de posição e de diferença de pressão não processados, e em que o dito processamento e dita determinação são realizados no sistema centralizado de diagnóstico.
9. Posicionador de válvula para operar uma válvula de controle, o posicionador de válvula compreendendo meios para medir os dados de posição representando uma posição de uma válvula de controle e os dados de pressão que representam uma diferença de pressão através de um atuador de válvula durante a operação online normal da válvula de controle, caracterizado pelo fato de compreender meios para processar os dados de posição medidos e os dados de diferença de pressão medidos de modo que somente os dados de posição e de diferença de pressão medidos dentro de um período pré determinado de tempo a partir do início do deslocamento dos pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais do deslocamento da válvula de controle são coletados durante o funcionamento online normal da válvula de controle, meios para armazenar os dados processados coletados no posicionador de válvula e / ou transferir os dados processados coletados através de um barramento de comunicações para um sistema de diagnóstico.
10. Posicionador de válvula, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender meios para determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base nos dados de posição e de diferença de pressão processados, coletados em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante a operação em linha da válvula de controle.
11. Sistema de diagnóstico de válvula para o diagnóstico de válvulas de controle, compreendendo meios para receber os dados de posição e dados de diferença de pressão de um atuador de uma válvula de controle a partir de um posicionador de válvula, sendo os dados medidos pelo posicionador de válvula durante a operação em linha da válvula de controle, caracterizado pelo fato de compreender meios para processar os dados de posição e dados de diferença de pressão recebidos de modo que somente os dados de posição e de diferença de pressão em torno de pontos de partida de uma pluralidade de movimentos individuais de deslocamento da válvula de controle são dispostos para serem coletados, ou de modo que somente o dado de diferença de pressão amostrado quando a válvula esta em uma posição estacionaria é disposto para ser coletado durante o funcionamento online normal da válvula de controle, e meios (4, 84) para determinar um gráfico de assinatura de válvula da válvula de controle com base nos dados de posição e de diferença de pressão processados, coletados em uma pluralidade de pontos ao longo da faixa de deslocamento da válvula de controle durante o funcionamento em linha da válvula de controle.
12. Sistema, caracterizado pelo fato de compreender meios para implementar as etapas do método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
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Free format text: O PRESENTE PEDIDO TEVE UM PARECER DE DEFERIMENTO NOTIFICADO NA RPI NO 2634 DE29/06/2021. COMO EXISTE UM ERRO NO QUADRO 1 DO PARECER DE DEFERIMENTO, NAO FOI POSSIVELMONTAR A CARTA PATENTE REFERENTE A ESTE PEDIDO. AS CORRECOES QUE DEVERAO COMPOR A CARTAPATENTE SAO APRESENTADAS NESTE PARECER DE RETIFICACAO. DIANTE DISSO, CONCLUO PELARETIFICACAO DO PARECER DE DEFERIMENTO, DEVENDO INTEGRAR A CARTA PATENTE OS DOCUMENTOSQUE CONSTAM NO QUADRO 1 DESTE PARECER. |
|
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 30/04/2010, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO. |