BRPI0713975A2 - Método para determinar uma condição de um componente de controle de processo, e, controlador de processo e sistema para medir gráficos de assinaturas de válvula para determinar uma condição de uma válvula de controle de processo - Google Patents

Método para determinar uma condição de um componente de controle de processo, e, controlador de processo e sistema para medir gráficos de assinaturas de válvula para determinar uma condição de uma válvula de controle de processo Download PDF

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BRPI0713975A2
BRPI0713975A2 BRPI0713975-6A BRPI0713975A BRPI0713975A2 BR PI0713975 A2 BRPI0713975 A2 BR PI0713975A2 BR PI0713975 A BRPI0713975 A BR PI0713975A BR PI0713975 A2 BRPI0713975 A2 BR PI0713975A2
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Michael John Tewes
Mahesh Gade
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Abstract

MéTODO PARA DETERMINAR UMA CONDIçãO DE UM COMPONENTE DE CONTROLE DE PROCESSO, E, CONTROLADOR DE PROCESSO E SISTEMA PARA MEDIR GRáFICOS DE ASSINATURAS DE VáLVULA PARA DETERMINAR UAM CONDIçãO DE UAM VáLVULA DE CONTROLE DE PROCESSO. O método e sistema reivindicados podem medir ou receber dados de assinatura de um dispositivo de controle de processo, como uma válvula, e analisar os dados em relação a limites e ajustes configuráveis pelo usuário para determinar se há algum problema com a operação do dispositivo de controle. Um ou mais gráficos de assinaturas medidos de um período anterior pdoem ser exibidos a um usuário para assistir o usuário na configuração dos limites e ajustes característicos. O método e sistema reivindicações pdoem avaliar um gráfico de assinatura presente em relação a um limite configurado pelo usuário para determinar, entre outras características, se um limiar de atrito ou torque máximo ou mínimo foi cruzado, se a integridade de um atuador ou eixo de válvula foi comprometida, e se ocorrências de adere-desliza de válvula estão dentro de um nível de tolerância.

Description

"MÉTODO PARA DETERMINAR UMA CONDIÇÃO DE UM COMPONENTE DE CONTROLE DE PROCESSO, E, CONTROLADOR DE PROCESSO E SISTEMA PARA MEDIR GRÁFICOS DE ASSINATURAS DE VÁLVULA PARA DETERMINAR UMA CONDIÇÃO DE UMA VÁLVULA DE CONTROLE DE PROCESSO"
Campo técnico
A presente invenção refere-se a diagnósticos de controle de processo e, mais especificamente, a testes diagnósticos computadorizados para dispositivos de controle de processo.
Fundamentos
Os sistemas de controle de processo atuais podem efetuar diagnósticos periódicos sobre dispositivos de controle de processo ou componentes de controle de processo. A determinação da operacionalidade de um dispositivo de controle de processo pode permitir melhor agendamento de manutenção do dispositivo de controle de processo, reduzindo, assim, ocorrências de falha e tempo de interrupção. Isto pode resultar em maior eficiência, segurança e lucro. Os sistemas de controle de processo podem usar vários sensores e outros dispositivos de medição para observar características de um dispositivo de controle de processo. Por exemplo, alguns sistemas de controle atuais podem usar um controlador de válvula digital para medir e coletar dados de vários sensores sobre uma válvula de controle.
Um diagnóstico usado para válvulas de controle é um teste de assinatura de válvula que mede a posição de um atuador ou abertura de válvula pelo atuador em relação a uma entrada para a válvula, como uma pressão de atuador ou sinal de controle. Uma representação gráfica de um gráfico de assinatura pode tornar mais fácil para operadores de fábricas notarem ou detectarem mudanças nas características de uma válvula que podem indicar degradação do equipamento e, assim, alguns sistemas de controle podem implementar software de manutenção de válvula, como software MAS™ ValveLink, de Fisher Controls International LLC of St. Louis, MO, para exibir gráficos de assinaturas. Algumas características de válvula que podem s determinadas de um teste de assinatura de válvula incluem, mas não de modo limitativo, atrito de válvula, torque de atuador, faixa morte e capacidade de interrupção, e taxa de mola de atuador e ajuste de referência. Por exemplo, um teste de assinatura de válvula pode ser efetuado quando uma válvula de controle for nova, de modo a referenciar o desempenho de válvula de controle (por exemplo, teste de fabricante de válvula). Alguém experiente na técnica entendera que o teste de assinatura da válvula pode registrar e/ou determinar a tendência da distância de deslocamento ou posição do elemento móvel, como um plugue de válvula, na válvula de controle quando esta abrir e fechar em relação á pressão atuante aplicada para iniciar tal movimentação. Uma vez que testes de assinatura subseqüentes são efetuados sobre a válvula de controle ao longo do tempo, os resultados dos testes de assinatura podem ser revistos em relação aos testes anteriores para determinar várias mudanças de características, como mudanças na taxa de mola do atuador e atrito ou torque de válvula, para determinar se alguma degradação em desempenho ou controle da válvula de controle ocorreu. Ou seja, pela sobreposição dos gráficos de assinaturas, usuários podem ser capazes de comparar visualmente o desempenho atual com o desempenho passado por um período de tempo predeterminado.
Entretanto, devido ao sistema de controle de processo poder envolver muitas válvulas de controle ou outros dispositivos de controle similares, tendo um operador que verificar individualmente gráficos de assinaturas de cada válvula de controle ou dispositivo de controle em uma fábrica e, desse modo, consumir uma quantidade indesejável de tempo, mesmos que os dados de gráfico de assinatura medidos possam ser coletados em um ponto central para análise. Além disso, devido aos gráficos de assinaturas poderem ser gerados enquanto válvulas de controle estão on-line, um sistema automatizado para determinar problemas a partir dos gráficos de assinaturas pode assistir na redução de problemas que possam surgir durante a operação das válvulas.
Sumário
O método e sistema reivindicados podem coletar ou receber dados de assinatura de dispositivo de controle de processo obtidos de um dispositivo de controle de processo e analisar os dados em relação a limites e ajustes configuráveis pelo usuário para determinar se há algum problema com a operação do dispositivo de controle de processo. Em um modo de realização, gráficos de assinaturas anteriores são exibidos a um usuário para assistir o usuário na configuração dos limites e ajustes de características. Em outro modo de realização, os usuários podem configurar os imites e ajustes usados para disparar um alerta pela exibição de um gráfico de assinatura original rodado na fábrica ou pela escolha de sobreposições de gráficos de assinaturas anteriores. O método e sistema reivindicados podem analisar os dados de assinatura através de medições de curso total ou parcial para a válvula de controle ou dispositivo de controle de processo. Em um modo de realização, a avaliação pode envolver limites de gráfico de assinatura para atrito ou torque máximo, atrito ou torque mínimo, eixo de válvula desconectado ou rompido, e ocorrências de emperramento-deslizamento. Em um modo de realização, uma diferença considerável no desempenho da segunda válvula em relação aos gráficos de assinaturas de referência pode causar uma indicação de Aprovado ou Reprovado. Desenhos
A fig. 1 ilustra um dispositivo de controle de processo exemplificativo usado em um sistema de controle de processo;
A fig. 2A ilustra um gráfico de assinatura; A fig. 2B ilustra um gráfico de assinatura mostrando conjuntos de limites a montante e a jusante; A fig. 2C ilustra configurações de conjuntos de limites a montante e jusante sobre uma sobreposição de múltiplos gráficos de assinaturas;
A fig. 3 ilustra uma representação gráfica de uma tela de configuração usada para manipular os limites para um gráfico de assinatura;
A fig. 4 ilustra uma representação gráfica de uma falha de atrito/torque máximo incluindo caixas e pontos marcados de limites nos quais a falha ocorre;
A fig. 5 ilustra uma representação gráfica de uma falha de atrito/torque mínimo incluindo caixas e pontos marcados de limites nos quais falhas ocorrem;
A fig. 6 ilustra uma representação gráfica de uma falha de integridade de eixo incluindo caixas de limite;
A fig. 7 ilustra uma representação gráfica de uma falha de emperramento-deslizamento incluindo caixas pontos marcados de limites nos quais falhas ocorrem; e
A fig. 8 ilustra uma representação gráfica de um gráfico de assinatura de curso parcial.
Descrição
Embora o texto a seguir apresente uma descrição detalhada de numerosos modos de realização diferentes, deve ser entendido que o escopo legal da descrição é definido pelos termos das reivindicações apresentadas ao final deste relatório. A descrição detalhada deve ser considerada apenas como exemplificativa e não descreve todos os modos de realização possíveis, uma vez que sua descrição seria impraticável, ou mesmo impossível. Numerosos modos de realização alternativos poderiam ser implementados, usando tecnologia atual ou tecnologia desenvolvida após a data de depósito desta patente, quer ainda estariam abrangidas pelo escopo das reivindicações. Dispositivos de controle usados nos sistemas de controle de processo podem incluir dispositivos de controle de processo, como válvulas de controle, abafadores ou outros meios de abertura alteráveis, para modular ou controlar fluxo de fluido dentro do sistema de controle de processo. Deve ser entendido por alguém experiente na técnica que, embora os modos de realização exemplificativos aqui descritos sejam baseados em válvulas de controle pneumáticas, outros dispositivos de controle de processo, como bombas, válvulas atuadas eletricamente, abafadores etc. Também podem ser contemplados sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. Em geral, dispositivos de controle, como conjuntos de válvulas de controle, podem ser posicionados em condutos ou tubulações para controlar tampão de fluido pela alteração da posição de um elemento móvel, como um plugue de válvula dentro da válvula de controle, usando um atuador ou posicionador acoplado. Os ajustes feitos no elemento de controle podem ser usados para influenciar alguma condição do processo para manter uma vazão, uma pressão, um nível ou temperatura de fluido selecionados. O conjunto de válvula de controle é, tipicamente, operado a partir de uma fonte regulada de pressão de fluido pneumático, como ar proveniente de um compressor de fábrica. Esta pressão de fluido é introduzida no atuador (como um atuador de mola e diafragma para válvulas de hastes deslizantes ou um atuador de pistão para válvulas rotativas) através de um posicionador ou instrumento de controle de válvula que controla a pressão de fluido em resposta a um sinal recebido do sistema de controle de processo. A grandeza da pressão de fluido no atuador determina a movimentação e posição da mola e diafragma ou pistão dentro do atuador, controlando, desse modo, a posição de uma haste de válvula acoplada ao elemento móvel da válvula de controle. Por exemplo, no atuador de mola e diafragma, o diafragma tem que trabalhar contra uma mola de solicitação, para posicionar o elemento move (ou seja, o plugue de válvula) dentro de uma passagem de válvula entre a entrada e a saída da válvula de controle, para modificar o fluxo dentro do sistema de controle de processo. O atuador pode ser desenhado de modo que o aumento da pressão de fluido na câmara de pressão aumente a extensão da abertura de elemento móvel ou diminua a mesma (por exemplo, atuação direta ou atuação inversa), a primeira situação sendo assumida aqui.
A fig. 1 ilustra um conjunto de válvula de controle geral 9 usado em um sistema de controle de processo. Uma válvula de controle 10 pode ter um elemento móvel, como uma haste de válvula e plugue de válvula (não mostrado, que é seletivamente posicionada por um atuador 11 sendo controlado por um posicionador para modificar o fluxo do processo. Deve ser entendido por alguém experiente na técnica que uma indicação da posição do elemento móvel de plugue de válvula é provida através de um sensor de posição 12, que pode ser integrado ao controlador de válvula 16 ou pode ser um transmissor de posicionador isolado (não mostrado). A válvula de controle cria um orifício variável dentro do trajeto de fluxo do sistema de controle de processo para controlar o fluxo de materiais do processo no sistema de controle de processo. O sistema de controle de processo pode, geralmente, usar transmissor 14 para detectar uma variável de processo para caracterizar o processo. A variável de processo pode ser transmitida de volta para um controlador de processo 15 direcionando a operação da fábrica de processo para controlar o processo.
O controlador de válvula 16 também pode incluir um gerador de sinal de controlador de atuador 17, que pode incluir, por exemplo, um estágio eletro-pneumático (não mostrado controlado por um microcomputador provido no mesmo, que gera um sinal de saída do controlador de válvula para acionar o atuador 11. Deve ser apreciado por alguém experiente na técnica que o atuador pode ser um atuador elétrico (não mostrado e o gerador de sinal de controlador de atuador pode prover um sinal de controle elétrico para controlar ou modificar a posição do atuador elétrico. O gerador de sinal de controlador de atuador 17 converte o sinal de saída do controlador de válvula16 em um correspondente valor de controle a ser estabelecido no atuador 11. O sensor de posição 12 pode monitorar o atuador 11 para informação de entrada de posição via a posição de haste do atuador) ou válvula de controle10 (via a haste de válvula), mostrado em linha pontilhada.
Em operação, um usuário interage com a válvula de controle10 e processo 13 em uma interface de controle de processo 18 que prove comandos a um controlador de processo 15 responsável pelo controle de todo o processo 13, onde o controlador de processo 15 fica em comunicação com outros dispositivos de controle (não mostrados) usados na fabrica para controle de processo. O controlador de processo 15 pode traduzir os comandos de entrada supridos pelo usuário na interface 18 em comandos de sinal de ponto de ajuste. Os comandos de sinal de ponto de ajuste podem, então, ser enviados ao controlador de válvula 16. O controlador de válvula 16 pode conter o microcomputador descrito acima. O microcomputador pode ser programado para acompanhar um algoritmo para controlar a válvula de controle 10 em resposta aos comandos de sinal de ponto de ajuste recebidos e direcionar o gerador de sinal de controlador de atuador 17a gerar um sinal de controle correspondente no atuador 11 para posicionar a válvula de controle10.
No sistema da fig. 1, o aumento da magnitude dos comandos de ponto de ajuste pode causar correspondentes aumentos na pressão pneumática provida pelo gerador de sinal de controlador de atuador 17 no atuador, causando, desse modo, correspondentes aumentos na abertura controlada pelo elemento móvel da válvula de controle 10. A posição resultante do elemento móvel pode ter um efeito no processo 13 e, conseqüentemente, sobre a variável de processo monitorada e detectada pelo to de variável de processo 14. O transmissor de variável de processo 14 transmite um sinal representativo da variável de processo de volta para o controlador de processo 15. Alguém experiente na técnica entenderá que o controlador de processo 15 usa o sinal representativo como uma indicação do status do processo 13 para retroalimentação ao sistema de controle.
Como explicado acima, o controlador de processo 15 pode ficar em comunicação com outros dispositivos de controle na fábrica para controle do processo. O controlador de processo 15 também pode incluir ou pode ser conectado a um computador tendo elementos de computação gerais, como um processador ou aparelho de processamento, uma memória, um dispositivo de entrada e um dispositivo de exibição (por exemplo, monitor). O processador pode ser conectado à memória, o dispositivo de exibição e o dispositivo de entrada, como sabido por alguém experiente na técnica. Além disso, o computador pode incluir uma interface de rede para conexão ente uma rede e o computador para prover comunicação entre ele. Em um modo de realização, o computador pode formar uma porção do controlador de processo, como em um controlador de processo digital. Em outro modo de realização, a interface de controle de processo pode representar o computador. Alternativamente, o computador pode ser conectado a uma rede para o controlador de processo, mas ficar fisicamente remoto do controlador de processo.
Além disso, vários sensores, como sensor de posição 12, podem ser posicionados por todo o sistema mostrado na fig. 1 para detectar e/ou medir características do dispositivo e sistema de controle e podem prover esta informação ou dados de características ao computador ou controlador de processo 15 para exibição no elemento de dispositivo de exibição. Como descrito mais adiante. Em um modo de realização, os dados de sensor podem ser coletados por um componente de aquisição de dados 19, que pode incluir o processador e memória do computador. Neste modo de realização, um monitor de diagnóstico 20 pode representar o dispositivo de exibição do computador que exibe os dados de sensor de uma maneira descrita mais adiante. O elemento de dispositivo de entrada do computador pode ser, por exemplo, um teclado, uma base de toque, mouse, esfera móvel, uma caneta, microfone (por exemplo, para entradas de comando de voz) etc. Note ainda que vários modos de realização do método e sistema reivindicados abaixo descritos podem ser implementados como um conjunto de instruções no processador do computador para execução, conforme sabido por alguém experiente na técnica. A válvula de controle 10 do sistema da fig. 1 exibe relações envolvendo circuitos fechados característicos entre uma variável de saída, como uma posição de válvula, e uma variável de entrada, como um sinal de ponto de ajuste ou comando. Esta relação pode ser referida como gráfico de assinatura, um exemplo do qual está ilustrado na fig. 2A, onde, por exemplo, uma pressão de atuador do controlador de válvula é plotada em relação à posição do elemento móvel representado pela haste de válvula ou posição de haste do atuador. Como ilustrado na fig. 2A, uma característica de entrada- saída de faixa completa característica para pressão do fluido no atuador pode ser plotada sobre uma faixa correspondente da posição de saída do elemento móvel da válvula de controle 10. Variáveis de entrada alternativas, como sinais de comando de ponto de ajuste, também podem ser usadas nos gráficos de assinaturas.
A fig. 2A ilustra um gráfico de assinatura de curso completo, onde uma válvula de controle está totalmente aberta a partir de uma posição totalmente fechada (porção a montante) 21 e onde a válvula de controle está totalmente fechada a partir de uma posição totalmente aberta (posição a jusante) 23. O gráfico de assinatura de característica ilustra que um acúmulo de pressão inicial é necessário para superar o momento e atrito ou torque do atuador 11 e/ou válvula de controle 10 antes da válvula de controle 10 começar a se abrir e permitir fluxo. O gráfico de característica também ilustra que uma queda de pressão relativamente grande é necessária antes do posicionador ser capaz de começar a fechar. Além disso, ao transicionar de uma movimentação de abertura para uma movimentação de fechamento, momento e atrito podem precisar ser superados para forçar a válvula de controle em outra direção. A pressão necessária para a movimentação de transição pode ser ilustrada por um trajeto vertical 25 cruzando entre os trajetos a montante e jusante. A área entre os trajetos a montante e a jusante pode ser referida como uma faixa morta.
À medida que a válvula de controle ou desempenho da válvula degrada com o tempo (por exemplo, desgaste do elemento móvel, desgaste do acondicionamento da válvula, vazamentos na câmara de pressão do atuador etc.), o gráfico de assinatura pode mudar de um gráfico de medição de referência inicial. Esta mudança no gráfico de assinatura com o tempo pode ser indicativa de degradação na operação da válvula devido a, por exemplo, atrito. A mudança pode significar reparo ou substituição da válvula ou componentes da válvula. Para assistir um operador ou gerente de fábrica na determinação de operações de manutenção, o método e sistema podem permitir que um usuário configure um limite sobre um gráfico de assinatura de referência capturado em um período anterior no tempo, como ilustrado na fig. 2B. A fig. 2B ilustra uma caixa de limite 30 e uma caixa de limite 40 para um único gráfico de assinatura de referência. Alternativamente, uma pluralidade de medições de gráfico de assinatura pode ser exibida e sobreposta apara que um usuário determine um melhor conjunto de limites, como ilustrado na fig. 2C. Neste caso, um usuário pode usar múltiplos gráficos de assinaturas existentes (incluindo um gráfico medido pelo fabricante) para determinar uma média 35 e configurar limites com base nesta média. Alternativamente, um usuário pode decidir que gráficos de assinaturas são mais representativos de uma condição da válvula de controle na qual o usuário desejaria basear suas configurações.
As figs. 2B e 2C ilustram múltiplos limites, um ou mais dos quais pode ser configurado em qualquer instante. Um primeiro conjunto de limites representado como caixa 30 pode ser associado a uma porção a montante do gráfico de assinatura. A linha do lado superior 31 da caixa superior 30 pode representar um valor máximo de desvio para a porção a montante. Este limite de valor máximo pode representar um limite de máximo atrito (no caso de uma válvula de haste deslizante) ou um torque máximo (no caso de uma válvula do tipo rotativo). A linha do lado de baixo 32 da caixa superior 30 pode representar um limite mínimo ou inferior para a válvula de controle representando um limite de atrito ou torque mínimo. A faixa de movimentação de posição da válvula de controle determina a largura das caixas de limite e pode representar a faixa na qual o sistema reivindicado pode monitorar os desvios do gráfico.
Um segundo conjunto de limites representado como caixa inferior 40 pode ser associado á porção a jusante do gráfico de assinatura. Nesta situação, a linha de lado de baixo 41 da caixa inferior 40 pode representar um limite de atrito/torque mínimo, enquanto a linha do lado de baixo 42 da caixa inferior 40 pode representar um limite de atrito/torque máximo. Note que os limites máximo e mínimo estão invertidos na exibição devido à direção invertida da movimentação de posição da válvula de controle. Além disso, note que os limites podem ser traçados para conformar com a inclinação das curvas e podem não ser limites retangulares retos, como ilustrado nas figs. 6-9, por exemplo. Um gráfico de assinatura de referência pode ser obtido de um teste de fabricante. Alternativamente, o gráfico de assinatura de referência pode ser derivado de medição de usuário antes da instalação ou durante algum tempo de operação inicial. Este gráfico de referência pode ser exibido a um usuário para assistir o usuário na configuração do limite. Por exemplo, pelo uso do gráfico de assinatura de referência exibido, um usuário pode estabelecer ou configurar um ou mais limites que podem servir de limites de desvio da referência em relação à qual novas medições de gráfico de assinatura podem ser comparadas. Os limites podem ser exibidos e atualizados à medida que o usuário os configura usando gráficos de assinaturas de referência, como ilustrado na fig. 3. A fig. 3 ilustra ainda que os limites podem ser configurados ou estabelecidos pela entrada de valores nas caixas de diálogo ou telas de menu (ou outros controles de entrada de exibição de computador comuns). Em um modo de realização alternativo, os limites podem ser traçados usando-se um dispositivo de entrada de computador típico, como um mouse ou caneta.
Os limites configurados pelo usuário usando um gráfico de assinatura de referência podem ser usados para determinar se um gráfico de assinatura atualizado, atual ou novo conforma com as tolerâncias representadas pelos limites preestabelecidos ou se o gráfico de assinatura indica uma degradação ou desvio em uma ou mais características que exijam alguma ação de manutenção, como reparo ou substituição da válvula de controle. Por exemplo, após configurar um ou mais limites, como ilustrado na fig. 3, um gráfico de assinatura corrente pode ser medido e analisado em relação aos limites configurados para determinar se algum ponto do gráfico viola ou excede os limites. Em um modo de realização, um gráfico de assinatura corrente pode ser exibido e superposto aos limites pré-configurados para determinar falhas de características, por exemplo, se o gráfico de assinatura corrente tem os pontos fora de um limite preestabelecido.
A fig. 4 ilustra uma representação gráfica de uma falha de atrito ou torque máxima incluindo caixas de limite e áreas iluminadas nas quais as falhas ocorrem em um gráfico de assinatura corrente. O modo de realização da fig. 4 ilumina as falhas usando pontos marcados com "X" no gráfico. De modo similar, a fig. 3 ilustra uma representação gráfica de uma falha de atrito ou torque mínima incluindo caixas de limite e áreas iluminadas nas quais as falhas ocorrem em um gráfico de assinatura corrente. O modo de realização da fig. 5 também ilumina as falhas usando pontos marcados com "X" sobre ο gráfico.
Outra característica que pode ser examinada pelo uso do gráfico de assinatura é a integridade do eixo. Por exemplo, uma haste de válvula ou atuador rompida ou danificada pode ser detectável pelo uso de gráficos de assinaturas. Nesta situação, a válvula de controle pode ser menos responsiva ou não-responsiva a mudanças na pressão do atuador nas direções a montante e jusante. A fig. 6 ilustra uma representação gráfica de uma falha de integridade de eixo mostrando as caixas limite a montante e jusante. Nesta situação, note que quase todos os pontos de dados podem cair abaixo do nível de atrito/torque mínimo para ambas as direções à montante e à jusante, indicando que o eixo ou haste pode estar sem resposta à pressão do atuador e, assim, indicar um problema com a integridade do eixo ou haste (por exemplo, um eixo desconectado ou rompido).
Outro problema operacional que pode ser examinado pelo uso de gráfico de assinatura é o emperramento e deslizamento da haste do atuador de válvula. Como explicado acima, um aspecto bem-conhecido de válvulas de controle é o fato do equilíbrio da válvula (por exemplo, plugue, gaiola ou haste) e acondicionamento ser sujeito a atrito, ou seja, uma exigência de que uma força diferencial tem que ser aplicada contra o elemento móvel antes de sua direção de deslocamento poder ser mudada (de uma movimentação de abertura para uma movimentação de fechamento, ou vice versa) da direção de deslocamento seguida por último. O atrito descrito previamente pode ser causado por um elemento de atrito geralmente representado pela forma da faixa morta. Entretanto, na prática, os comandos do controlador de processo direcionando o posicionamento do elemento móvel pode, tipicamente, empurrar não suavemente o elemento move sobre cada posição ilustrada no gráfico de característica da fig. 2A. De fato, a movimentação pode ser "saltitante" (por exemplo, ter uma forma de onda escalonada) ao longo da curva a montante ou a jusante. Esta característica pode, geralmente, ser atribuída a alguma circunstância irregular de atrito entre as partes do elemento move e seu alojamento e o atuador que se movem um em relação ao outro. Este aspecto pode ser revelado por um circuito fechado característico, onde uma porção do trajeto a montante ou jusante mostra uma mudança relativamente grande em pressão para uma pequena mudança em posição.
A fig. 7 ilustra uma representação gráfica de uma falha de emperramento-deslizamento incluindo caixas limite e pontos marcados onde a falha ocorre pontos estão marcados com "X" sobre o gráfico). O método e sistema reivindicados pode determinar a ocorrência de uma condição de emperramento-deslizamento quando a quantidade de mudança na pressão do atuador por uma percentagem de deslocamento (posição da válvula) for maior do que um valor de limiar. A relação de limiar de percentagem de mudança na pressão do atuador sobre a percentagem de mudança no deslocamento, ou posição de válvula, pode ser estabelecida pelo usuário, como mostrado na caixa de diálogo da fig. 3. Em um modo de realização, a relação de limiar pode ser designada pelo uso de uma percentagem de desvio, representando o limite de desvio padrão de uma relação de emperramento-deslizamento corrente de um gráfico de referência ou um desvio de posição de curso de atuador de um gráfico de referência.
Em outro modo de realização, o método ou sistema pode levar em consideração uma contagem presente de emperramento-deslizamento ou limiar de contagem de emperramento-deslizamento. Neste modo de realização, o método ou sistema pode contar o número de ocorrências de emperramento-deslizamento consecutivas para uma porção a montante ou jusante do gráfico e comparar a contagem presente com um limiar de contagem de emperramento-deslizamento. Neste modo de realização, uma indicação de falha de emperramento-deslizamento pode ser dada apenas quando o limiar de contagem de emperramento-deslizamento tiver sido igualado ou excedido. Devido a algumas ocorrências de emperramento- deslizamento poder ocorrer sem representar um sério problema operacional, o provimento da opção de uso de um limiar de contagem de emperramento- deslizamento preestabelecido possibilita que um usuário designe um nível aceitável de emperramento ou deslizamento. A fig. 7 ilustra que os conjuntos de pontos à montante e jusante podem Sr checados separadamente quanto a ocorrências de emperramento-deslizamento.
As figs. 2-7 ilustram gráficos de assinaturas de curso completo. A operação geral de uma válvula de controle, entretanto, nem sempre pode forçar um ciclo completo ao redor de toda a curva de assinatura de válvula característica durante operação on-line normal da válvula de controle em relação a um sistema de controle de processo par controlar pelo menos parte do processo. Esta transversal de faixa de magnitude completa, ou gráfico de curso completo, sobre a característica de entrada-saída da válvula de controle pode, em muitos processos, ocorrer apenas durante testes especiais da válvula de controle (por exemplo, durante teste de fabricante ou interrupção de fábrica). Em vez disso, apenas medição de curso parcial pode ser possível. Neste caso, o método e sistema podem operar com dados de curso apenas parciais, como ilustrado na fig. 8. Nesta situação, a faixa de um ou mais limites pode, simplesmente, ser configurada ou ajustada para casar com a faixa de curso parcial. Além disso, o gráfico pode ainda ser baseado em um teste de fábrica de curso total, entretanto, apenas uma porção deste gráfico pode ser usada para determinar limites de característica de válvula correntes. Alternativamente, múltiplos gráficos de cursos parciais podem ser usados para formar um gráfico de referência para fins de estabelecer condições limite tanto para gráficos e curso correntes ou gráficos de curso completo correntes.
As figs. 3-8 ilustram situações nas quais uma violação detectada de um gráfico de um limite de assinatura preestabelecido pode ser indicada pelo uso de uma iluminação sobre o corrente gráfico de assinatura, por exemplo, com marcas "X". Em outro modo de realização, uma violação detectada pode ser indicada pela emissão de alerta usando uma caixa de mensagem pop-up. Alternativamente, outros métodos de alerta podem ser usados, como envio de um e-mail ou mensagem instantânea. Em outro modo de realização, quando um controlador de processo é acoplado a uma rede de comunicação de sistema de controle de processo, o método e sistema reivindicados podem prover um de um número de protocolos de comunicação existentes, como HART, Fieldbus etc.
Em um modo de realização, o método e sistema podem agregar os resultados de uma pluralidade de medições ou cálculos de limite e prover uma indicação APROVADA geral caso nenhuma falha seja detectada, ou uma indicação de FALHA, caso pelo menos um limite seja violado. Alternativamente, a indicação dos cálculos pode ser agregada em um relatório exibido listando cada limite e se ou não os dados de gráfico de assinatura correntes violam algum limite.
Outro problema que pode ser detectado pelo uso de gráficos de assinaturas trata de problemas de posicionamento de assento de válvula ou outras questões de assentamento. Problemas de assentamento de válvula podem surgir de atrito ou desgaste de componentes de assento. Isto pode ser detectado pelo uso de limites verticais ao redor do extremo mais à esquerda (em relação aos gráficos existentes das figs. 3-8, onde desvios em uma posição próxima de linha reta podem indicar um problema de erosão ou desgaste de assento. Alternativamente, na extrema direita aberta, limites verticais podem ser usados para determinar se há problemas de alguma interrupção. Além disso, as mesmas condições de emperramento-deslizamento podem ser analisadas como descrito acima para determinar problemas de emperramento nas posições de haste de válvula fechada ou aberta. Desse modo, uma caixa usando ambas as caixas vertical e horizontal pode ser usada para representar limites para problemas de assento/acondicionamento, bem como, problemas de erosão de assento, colagem de assento, sujeira na ligação ou problemas de não totalmente fechada.

Claims (30)

1. Método para determinar uma condição de um componente de controle de processo usando gráficos de assinatura, caracterizado pelo fato de compreender: receber um primeiro gráfico de assinatura de um componente de controle de processo no qual o primeiro gráfico de assinatura é medido em um primeiro período; exibir o primeiro gráfico de assinatura; receber uma entrada definindo um primeiro limite, no qual o primeiro limite é exibido com o primeiro gráfico de assinatura; medir um segundo gráfico de assinatura em um segundo período diferente do primeiro período; e determinar se o segundo gráfico de assinatura está dentro do primeiro limite.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente receber uma pluralidade de primeiros gráficos de assinatura do componente de controle de processo correspondentes às medições em períodos de tempo anteriores ao segundo período.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender sobrepor para exibição pelo menos alguns dos primeiros gráficos de assinaturas do componente de controle de processo.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender iluminar uma área do gráfico na qual a segunda assinatura excede o primeiro limite.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do primeiro gráfico de assinatura ser criado a partir de uma medição de referência de fábrica provida com o componente de controle de processo, uma medição de assinatura de usuário off-line de curso total, uma medição de assinatura de usuário on-line de curso parcial, ou uma pluralidade de medições de assinatura de usuário de curso parcial tomada por um período de tempo.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do primeiro limite ser provido como um valor padrão com base em pelo menos um de tipo válvula, tipo atuador, ou dados de tamanho de atuador, e onde a entrada definindo o primeiro limite compreende um de uma seleção de valor padrão ou informação para ajuste do primeiro valor de limite.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente indicar se o segundo gráfico de assinatura excede o primeiro limite, onde a indicação compreende um de exibir uma mensagem na tela, enviar um e-mail, enviar uma mensagem de texto, enviar uma mensagem instantânea, ou abrir uma exceção usando um protocolo de comunicação de sistema de controle de processo.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do primeiro limite ser definido como uma percentagem de um dentre atrito ou torque.
9. Método de acordo com a revestimento 1, caracterizado pelo fato do primeiro limite ser definido pelo esboço de um limite sobre o visor contendo o primeiro gráfico de assinatura usando um dispositivo de entrada.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do componente de controle de processo ser uma de uma válvula de haste deslizante ou válvula rotativa.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do primeiro limite ser um limite inferior para uma porção a montante do gráfico de assinatura.
12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente receber uma entrada correspondente ao segundo limite sobre o gráfico de limite exibido e correspondente a um limite superior para uma porção a montante do gráfico de assinatura, e determinar se o segundo gráfico de assinatura está dentro do segundo limite.
13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma entrada correspondente a um terceiro limite sobre o gráfico de limite exibido e correspondente a um limite inferior de uma porção a jusante do gráfico de assinatura, e determinar se o segundo gráfico de assinatura está dentro do terceiro limite.
14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente uma entrada correspondente a um quarto limite sobre o gráfico de limite exibido e correspondente a um limite superior de uma porção a jusante do gráfico de assinatura, e determinar se o segundo gráfico de assinatura está dentro do quarto limite.
15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente receber uma entrada correspondente a uma faixa de deslocamento de atuador e onde a determinação de se o segundo gráfico de assinatura excede o primeiro limite é efetuada para a faixa de deslocamento de atuador fornecida como entrada.
16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente calcular um conjunto de velocidades de deslocamento de atuador para um conjunto de pontos do segundo gráfico de assinatura e comparar o conjunto de velocidades de deslocamento de atuador com uma velocidade de limiar.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato da velocidade limiar ser baseada em um desvio padrão da velocidade de atuador sobre um conjunto de pontos.
18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do conjunto de pontos serem de pontos consecutivos.
19. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do número de pontos no conjunto de pontos ser determinado com base em uma percentagem preestabelecida dos pontos de dados coletados para uma dada percentagem de deslocamento do atuador.
20. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente determinar uma contagem real de adere-desliza do número de vezes que a velocidade de limiar é excedida pelo conjunto calculado de velocidades de deslocamento de atuador.
21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente capturar uma entrada correspondente a uma contagem preestabelecida de adere-desliza e indicar a existência de uma falha de adere-desliza quando a contagem real de adere- desliza exceder a contagem presente de adere-desliza.
22. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente detectar um compromisso na integridade de eixo-haste quando um número de pontos predefinido do segundo gráfico de assinatura cair abaixo tanto do limite inferior a montante como do limite inferior a jusante e, ainda, indicar o compromisso de integridade de eixo-haste quando detectado.
23. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do segundo gráfico de assinatura representar uma de uma medição de curso parcial ou uma medição de curso total.
24. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato da medição de curso parcial ser efetuada enquanto o componente de controle de processo está conectado a um sistema de controle de processo.
25. Método de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato da medição de curso total ser efetuada enquanto ao componente de controle de processo não está conectado a um sistema de controle de processo.
26. Controlador de processo para determinar uma condição de uma válvula de controle de processo usando gráficos de assinaturas, caracterizado pelo fato de compreender: uma unidade de exibição capaz de gerar imagens de vídeo; um dispositivo de entrada; um aparelho de processamento operacionalmente acoplado à mencionada unidade de exibição e ao mencionado dispositivo de entrada, o mencionado aparelho de processamento compreendendo um processador e uma memória operacionalmente ao mencionado processador; uma interface de rede conectada a uma rede e ao aparelho de processamento; o mencionado aparelho de processamento sendo programado para: receber um primeiro gráfico de assinatura de um componente de controle de processo, onde o primeiro gráfico de assinatura é medido em um primeiro período; exibir o primeiro gráfico de assinatura; receber uma entrada definindo um conjunto de limites, onde o conjunto de limites é exibido com o primeiro gráfico de assinatura; medir um segundo gráfico de assinatura em um segundo período diferente do primeiro período; determinar se o segundo gráfico de assinatura está dentro do conjunto de limites; e indicar um dentre exceção de limite de atrito-torque, compromisso de integridade de eixo-haste, ou uma falha de adere-desliza com base em se o gráfico de assinatura excede um ou mais dos limites.
27. Controlador de processo de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato da exceção de limite de atrito-torque ocorrer quando pelo menos um de um limite máximo ou mínimo é definido e o segundo gráfico de assinatura exceder o pelo menos um limite mínimo ou máximo.
28. Controlador de processo de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato da integridade de eixo-haste ocorrer quando um número predefinido de pontos do segundo gráfico de assinatura cair abaixo tanto de um limite inferior a montante, como de um limite inferior a jusante.
29. Controlador de processo de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de uma falha de adere-desliza ocorrer quando um conjunto de velocidades de deslocamento de atuador para um conjunto de pontos do segundo gráfico de assinatura exceder uma velocidade limiar mais do que um número preestabelecido de vezes.
30. Sistema para medir gráficos de assinaturas de válvula para determinar uma condição de uma válvula de controle de processo usando gráficos de assinaturas de válvula, caracterizado pelo fato de compreender: um primeiro sensor para sensorear uma pressão de atuador: um segundo sensor para sensorear uma posição de válvula; um aparelho de computação compreendendo uma unidade de exibição, um dispositivo de entrada, e um aparelho de processamento operacionalmente acoplado à unidade de exibição, o dispositivo de entrada, e os primeiro e segundo sensores, onde o aparelho de processamento compreende um processador e uma memória operacionalmente acoplada ao mencionado processador, onde o processador é programado para: coletar dados do primeiro sensor e do segundo sensor por um primeiro período de teste; exibir um primeiro gráfico de assinatura de válvula incluindo dados dos primeiro e segundo sensores pelo primeiro período de teste; receber uma entrada definindo um primeiro limite sobre o primeiro gráfico de assinatura exibido, onde o primeiro imite é exibido juntamente com o primeiro gráfico de assinatura; armazenar o primeiro gráfico de assinatura de válvula e primeiro limite; coletar dados do primeiro sensor e segundo sensor por um segundo período de teste para criar um segundo gráfico de assinatura de válvula; determinar se o segundo gráfico de assinatura de válvula está fora do primeiro limite; e promover uma exceção quando o segundo gráfico de assinatura de válvula estiver fora do primeiro limite.
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