CN101360944B - 通用紧急关闭装置控制器 - Google Patents

Abstract

一种多功能或通用紧急关闭阀控制器可用于多种不同的紧急关闭结构，以便能够对不同类型和结构的紧急关闭装置和与之相关联的支持设备进行测试。在一个示例中，用于紧急关闭阀的数字阀控制器包括两个压力传感器，并适于连接到气动阀致动器和电磁阀装置以助于该阀致动器的在线测试和该电磁阀的在线测试。为执行电磁阀的测试，该阀控制器可在电磁阀启动一段非常短的时间时测量该电磁阀不同端口处的压力。所述阀控制器可基于所测量压力信号之间的差的导数，即基于所测压力信号之间的差对时间的变化率确定该电磁阀是否完全起作用或可操作。

Description

通用紧急关闭装置控制器

相关申请的交叉引用

本申请基于2006年1月20日提交的序列号为60/760,665的美国临时专利申请(代理备案No.06005/561731P)并要求该专利申请的优先权，其公开内容通过引用特别合并于此；此申请为2002年4月5日提交的名称为“在过程控制环境中手动启动一紧急关闭测试和收集诊断数据的系统”的序列号为10/117,007的美国专利申请(代理备案No.06005/37207B)的部分延续，该申请基于2001年4月5日提交的名称为“用于检查紧急关闭阀状态的系统”的序列号为60/281,852的美国临时专利申请(代理备案No.06005/37207)并要求该专利申请的优选权，它们各自的公开内容通过引用特别合并于此。

技术领域

本申请总体上涉及在过程控制环境中使用的紧急关闭系统，更具体地涉及用于在紧急关闭装置的测试和诊断中使用的通用控制器和在过程控制环境中使用的支持设备。

背景技术

安全仪器系统典型地合并紧急关闭阀，所述紧急关闭阀通常处于完全打开或完全关闭状态并由逻辑解算器、可编程逻辑控制器(PLC)或在发生紧急情况时改变状态的某类型的紧急关闭控制器控制。为确保这些阀可正确工作，过程控制系统操作员典型地通过进行部分或完全打开或关闭阀门的行程测试运行这些阀门而周期性地测试紧急关闭阀。因为这些测试典型地在所述过程在线运行或运转时进行，因此可靠地进行测试，随后将阀尽块转至其正常状态是非常重要的。在此文中，术语“正常状态”指没有紧急情况时和紧急关闭阀未被测试时，即过程正常运行时的紧急关闭阀的位置或状态。

在许多情况下，紧急关闭测试由位于远处的控制器以预定时间间隔进行。例如，紧急关闭测试可由于麻烦的测试程序和人力问题每年仅进行几次。而且，在紧急关闭测试过程中，如果发生真正的紧急情况时，紧急关闭阀或其他被测的紧急关闭装置无法使用。但是，有限的、周期性的测试不是检验紧急关闭测试系统可操作性的有效方法。其结果是，在某些情况下，数字阀控制器被编程以帮助阀测试的操作，以使测试更自动化，对用户友好和可靠。

另外，典型重要的是，任何紧急关闭系统即使在未必发生但有可能的紧急关闭装置测试过程中紧急事件发生的情况下由紧急关闭控制器命令时，都能够启动一紧急关闭装置(例如一紧急关闭阀)至其安全情况。在此文中，术语“安全情况”指紧急关闭装置使过程设备或过程设备的部分“安全”的位置。典型地，此安全位置与关闭或停止过程设备某部分的关闭装置的位置相关联。

尽管有许多测试最终紧急关闭装置的系统，例如紧急关闭阀自身，但是在许多情况下与紧急关闭装置相关联的支持设备也应被测试，以保证在任何特定设备位置紧急关闭能力的完全可操作性。例如，在一些气动阀结构中，一电磁阀连接在紧急关闭阀的气动阀致动器与紧急关闭控制器之间，以响应于来自紧急关闭控制器的信号来重复地控制阀致动器的操作。尽管紧急关闭阀可以起作用，但电磁阀可能出问题，因而不能作为启动紧急关闭阀的重复方法而正确工作。在一些情况下，不正确工作的电磁阀甚至可能在紧急关闭控制器将关闭信号发送给紧急关闭阀的阀控制器时阻止紧急关闭阀正确动作。

尽管可以在设备内各紧急关闭位置开发和提供专用设备，以进行各不同紧急关闭装置及其支持设备的测试，但更希望提供一套可在许多不同情况使用的通用或普通的设备，以测试不同类型的紧急关闭装置和与之相关联的支持设备，或者在设备中执行其他功能。例如，希望这样的通用设备能够控制和测试不同类型的紧急关闭阀和电磁阀结构，而同时或可选地作为闭环分布的过程控制系统的部分而工作。

发明内容

一种例如紧急关闭阀控制器的多功能或通用紧急关闭装置控制器，可用于多种不同的紧急关闭结构以使不同类型和结构的紧急关闭阀及与之相关联的支持设备能够控制和测试，而同时还能够用于其他设备构造，例如闭环过程控制结构。在一个示例中，用于紧急关闭阀的数字阀控制器包括两个压力传感器，并适于连接到气动阀致动器和电动阀装置以辅助所述阀致动器的在线测试以及所述电磁阀的在线测试。

为进行所述电磁阀的测试，所述阀控制器可在该电磁阀启动一段非常短的时间后在电磁阀的不同端口测量压力。阀控制器可基于被测压力信号之间差异的导数，即基于被测传感器信号之间的差异对时间的变化率确定电磁装置是否完全可起作用或可操作。在这种情况下，如果所确定导数的绝对值大于预定的阈值，则数字阀控制器，或连接到所述数字阀控制器的紧急关闭测试系统可确定电磁铁处于可接受的操作状况，如果所确定导数的绝对值小于相同或不同的预定阈值则可确定电磁阀存在问题。

在一种情况下，所述数字阀控制器可用作压力传感器，以基于对供应到阀致动器的压力的测量控制阀门，所述阀致动器可以是例如弹簧和隔膜型阀致动器。在这种情况下，所述数字阀控制器可使用两个压力传感器，一个进行阀控制，另一个进行电磁铁的测试。可替换地，所述数字阀控制器可使用压力传感器中的一个来进行基于压力的控制，即在所述阀的伺服控制环内，并可使用另一个压力传感器，不测试电磁阀，而是测量过程设备内的一些其他压力信号。此其他压力信号需要与紧急关闭装置或其相联设备的控制或测试无关。在另一种情况，所述数字阀控制器可使用压力传感器中的一个来控制或限制用来测试阀的力的大小。如此构造，数字阀控制器可通过在测试过程中过调节阀的位置而使对过程的无意的影响最小化。

在另一种情况，数字阀控制器可用作定位器，并基于由位置传感器提供给数字阀控制器的位置测量控制阀的运动。在这种情况下，数字阀控制器可使用压力传感器中的一个来进行电磁铁或与紧急关闭装置相关联的其他设备的测试，并可使用第二压力传感器来检测在紧急关闭装置的伺服控制环内不需要的或用于测试紧急关闭装置的另外的压力信号。在这种情况下，例如，数字阀控制器的第二压力传感器可连接到过程设备内的另一位置，例如连接到来自紧急关闭阀的流体线路，以向紧急关闭控制器，甚至向与过程的正常控制相关联的过程控制器提供过程可变信号。

更进一步，相同的数字阀控制器可用在紧急关闭装置结构的外部，并可使用压力控制(即如同一压力传感器)或位置控制(即如同一定位器)来控制一阀。在先前的情况中，传感器中的一个可为了控制的目的，即作为压力反馈，用于测量阀的气动环路中的压力，而其他传感器可用于测量与阀无关或者控制或测量阀所需要的压力。在后一种情况下，两个传感器都可用于测量与阀无关的或者控制或测试阀所需要的压力。

紧急关闭装置控制器可包括处理器、联接到该处理器的存储器以及联接到该处理器的通信输入，该通信输入适于接收来自例如紧急关闭控制器、用户等的测试致动信号。一个或多个第一测试程序存储在该存储器中，并各自适于在处理器上执行，以使某种紧急关闭测试响应于来自例如紧急关闭控制器的适当测试开始信号的接收而进行。这些测试程序可例如为阀的部分或完全行程测试程序、用于电磁阀的程序，等。一个或多个第二程序存储在存储器中，并适于在例如电磁阀的紧急关闭测试过程中在处理器上执行，以使一个或多个传感器输出存储在存储器中以用于随后的检索，和/或经处理以确定一个或多个例如与紧急关闭装置相关联的电磁阀这样的装置的操作功能性。

如上所述，紧急关闭装置控制器可包括通信单元，其中该通信单元联接到处理器，并通过通信网络或线路使用开放的例如HART协议、现场总线协议或任何其他希望的专有或非专有的通信协议与诊断装置或控制器通信。在某些结构中，该通信单元可向通过通信网络或通信线路向过程控制系统中的另外的装置发送一个或多个收集的传感器信号。

附图说明

图1是一示例性紧急关闭系统的几个部件的示意图，该紧急关闭系统包括气动紧急关闭阀、阀致动器、数字阀控制器和成形为执行紧急关闭操作和测试的电磁阀；

图2是与图1的紧急关闭系统相关联的数字阀控制器的方块图；

图3是一示例性紧急关闭系统的示意图，该紧急关闭系统包括图1和2的数字阀控制器，所述数字阀控制器成形为在紧急关闭系统中操作，并收集该紧急关闭系统所不使用的或不与之相关联的压力信号；以及

图4是一典型阀结构的示意图，该阀结构包括图1和2的数字阀控制器，该数字阀控制器成形为操作以在过程设备的分布式控制系统内进行阀控制，从而执行阀的闭环控制，并收集不用于阀的闭环控制的一个或多个辅助压力信号。

具体实施方式

在许多工业中，阀和其他机械装置用于过程控制系统中，以在紧急情况发生时迅速将过程转变为安全状态。周期性地测试这些阀门和相关的电/机械装置，以检验它们处于正确操作状况是重要的。例如，为了检验紧急关闭阀的性能，需要在没有不当地影响过程的情况下，以可靠和安全的方式检验阀的机械运动而。另外，如果阀具有支持设备，例如附带的电磁铁等，则希望在过程在线运行时能够以安全和可靠的方式，而非不当地干扰过程的方式来测试这些支持设备。

图1图示了示例性紧急关闭系统10，其可用来测试连接在过程设备中的紧急关闭阀12的操作。本领域技术人员应当理解，尽管图1的实施例中示出了紧急关闭阀系统，但是紧急关闭系统10可包括或用来控制包括其他类型的控制装置、其他类型的阀装置等的其他类型的紧急关闭装置。

如图1中所示，紧急关闭阀12可设置在过程设备中的流体线路内，例如设置在具有将流体供应至紧急关闭阀12的入口12a的部分，和接收来自紧急关闭阀12的出口12b的流体的部分的管道13中。由阀致动器14致动的紧急关闭阀12通常可位于两个位置中的一个，即在允许流体在入口12a与出口12b之间自由流动的完全打开位置，或在阻止流体在入口12a与出口12b之间流动的完全关闭位置。为确保紧急关闭阀12在真实的紧急关闭情况下正确动作，紧急关闭阀12可通过使阀致动器14部分打开或关闭紧急关闭阀12而进行周期性的测试，这被称为部分行程测试。当然，可进行其他类型的测试以测试阀12的操作能力。

在图1的示例系统中，紧急关闭系统10包括图示为气动控制致动器的阀致动器14，并进一步包括气动地连接到阀致动器14以控制阀致动器14操作的数字阀控制器(DVC)16以及电磁阀18。另外，DVC 16和电磁阀18通过通信线路和/或电源线22和24通信地连接到紧急关闭控制器20。在一个实施例中，DVC 16可以是由费希尔控制产品国际公司销售的DVC 6000阀。在图1的实施例中，电磁阀18具有电磁铁S，该电磁铁由发自线路22上的紧急关闭控制器20的24伏DC电源信号供电，同时DVC 16通过4-20ma的通信线24与紧急关闭控制器20通信，该通信线24可以是例如传统的4-20ma控制线、HART协议线等。当然，如果需要的话，DVC 16可以通过任何其他希望的专有或非专有通信网络，例如

现场总线网络、Profibus通信网络或任何其他已知或稍后开发的通信网络来通信地连接到紧急关闭控制器20。同样，电磁阀18的电磁铁S可以使用提供在任何希望的或适合的通信或电源线上的任何其他希望的通信或电源信号连接到紧急关闭控制器20并接收来自紧急关闭控制器20的控制信号。

图1的阀致动器14图示为弹簧和隔膜型致动器，其成形为在弹簧偏压隔膜(未示出)的一侧(在此指顶侧)接收气动信号，以导致阀12的阀杆28的运动。然而，如果希望的话，阀致动器14可以是一侧或两侧活塞型致动器或可以是任何其他类型的已知气动阀致动器。为控制致动器14，DVC 16接收来自供应线30的气动供应压力信号，并经气动线路34、电磁阀18的阀部分以及气动线路36将气动信号提供至阀致动器14的顶侧。应该理解的是，DVC 16通过控制提供到致动器14顶侧的压力来控制阀致动器14的运动，从而控制阀杆28的运动。当然，DVC 16可响应于由紧急关闭控制器20通过通信线路24发至DVC 16的控制信号而致使阀致动器14的隔膜运动。

DVC 16可包括一存储器，该存储器存储一个或多个例如部分行程测试或完全行程测试的行程测试以用于测试阀12，DVC 16可响应于由紧急关闭控制器20发出，由在DVC 16自身的用户或操作者输入或以任何其他希望的方式提供给DVC 16的一个或多个测试信号启动这些测试。当然，DVC 16可用于执行任何已知或希望的阀12和阀致动器14上的测试，以确保这些装置的可操作性。

在使用例如图1所示气动阀致动器的安全仪器装备的系统中，气动电磁阀18经常用作确保所有空气均在紧急要求发生时从致动器14排空，从而迫使阀/致动器的结合到紧急座上，即进入安全状态的重复性手段。在正常的非紧急情况下，阀致动器14受压以迫使阀12抵靠正常或非紧急的座，电磁阀18定位以保持致动器14中的气动压力，并使DVC 16通过气动线路34调整该压力。特别是，在图1的实施例中，在紧急关闭阀12的正常操作过程(即正常的、非安全或非关闭状态)中，如图1所示，电磁阀18将其端口A连接至端口B，以使DVC 16可控制线路36中的压力，从而控制在阀致动器14相关输入处的压力。然而，在紧急关闭操作过程中，电磁阀18启动(通常基于去除来自线路22的24伏DC电信号)以将电磁阀18的端口A与端口C相连，而同时将线路34与线路36断开。应当理解的是端口C通向大气。当此动作发生时，通过线路36供应到阀致动器14的压力排至大气，使得阀致动器14内的弹簧偏压隔膜和相关连接将阀杆28和阀塞从正常座移至紧急座。

因此，在正常操作下，电能应用到并保持在电磁阀18的输入处以启动电磁阀18，允许空气或其他气体在电磁端口A和B之间自由通过，这使得DVC 16可通过致动器14交换空气，从而控制阀致动器14顶侧的内压。当发生紧急关闭时，电能从电磁阀18的电磁铁S去除，允许健康的电磁阀18移动到相对位置。此动作关闭端口B，并将端口A与端口C相连，从而允许阀致动器14内的空气排至大气中。此操作可与DVC 16去除来自线路34的压力(例如通过将此压力排至大气中)共同发生或作为其重复操作，这还将导致在电磁阀18不移动时，阀致动器14将阀12移至紧急座。

如上所述，希望在设备的正常运转过程中周期性地测试电磁阀18，以确保在实际的紧急情况下，电磁阀18如期启动，以实际上将DVC 16从阀致动器14断开，并使所有或大多数气体/空气可从阀致动器14的顶侧排出，从而将阀12移动至紧急座位置。

为帮助此测试过程，DVC 16配备有两个压力传感器40和42，它们定位以监测通过电磁阀18的空气或其他气体流。特别是压力传感器40监测提供在电磁阀端口B处，即线路34中的阀控制器输出压力，而传感器42流体连接到电磁阀端口A，并监测在电磁阀端口A处的阀致动器压力。如图1所示，传感器42通过线路45流体连接到电磁阀18的端口A。另外，DVC 16可配备有测试程序，该测试程序可收集、存储和处理由传感器40和42进行的测量，以基于所测得的压力信号确定电磁阀18的操作能力，这将在下文中更详细地说明。

一般而言，在电磁阀18的测试过程中，紧急关闭控制器20可将电能从电磁阀18的电磁铁S去除一小段时间，从而导致健康的电磁阀启动。此时，由传感器40测得的控制器输出压力名义上应保持恒定(因为DVC 16不再将线路34中的压力排至大气)，而由传感器42测得的端口A的压力将随着阀致动器14排出而迅速下降。一般而言，电磁阀18的机械健康可通过推断电磁阀18从一位置转换到另一位置的行程的速率和长度而进行估计。此推断可将通过持续监测或确定由传感器40和42测得的压力差的绝对值作为时间的函数。

更特别地，如果电磁阀18仅部分启动，它将不完全打开或关闭端口A、B和/或C。如此削弱的电磁行程将减小阀致动器14排气的速率，导致端口A压力变化的速率比具有健康或正常工作的电磁阀所发生的速率慢。由于电磁阀的结构，这样的部分启动还可将端口B部分地打开至大气，导致由传感器40测量的端口B压力同样下降(而不是保持相同)。这些现象的每一个都减小端口A和B之间压力差的变化率。同样，如果电磁阀18由于变差的物理情况所导致的摩擦而更慢地启动，则电磁阀18也将更慢地打开和关闭其端口A、B和/或C，这同样将影响端口A和B之间压力差关于时间的变化率。

其结果是，在电磁阀18的测试过程中(即当电能从电磁阀18的电磁铁S去除时)，DVC 16可收集并存储由传感器40和42测得的压力测量值。在测试过程中或之后，DVC 16可进行这些测量，以确定电磁阀18的操作状况。特别是，DVC 16可执行通常由下面的等式(1)所限定的不连续时间范围的数字算法，以确定电磁阀18的健康。

DP＝abs((S1-S2)dt)    (1)

其中：DP＝压差关于时间的导数；

S1＝压力传感器40的测量值；以及

S2＝压力传感器42的测量值。

应理解的是，无论如何该相同基础计算或等式的其他实现是可能的并可被代替使用。

上面的等式(1)可在电磁阀测试过程中或在与电磁阀测试相关联的分离的时间周期性地进行，以计算电磁阀18的两端口A与B之间的压差关于时间的导数的绝对值。该等式的输出反应电磁阀18的端口A相对于端口B压降的变化率。将被理解的是，值DP在压差变化更快时将更大，意味着电磁阀响应于从线路22去除的电能而被更快速地操作。将量DP与期望阈值MinDP对比，MinDP在压力转换足以构成健康电磁状况时提供。换句话说，正确工作并且无障碍或其他约束摩擦的电磁阀将迅速“蹿”至产生压力的剧烈迅速转变，导致更大的DP值的新位置。阻塞的、缓慢移动的或未完全启动的电磁阀将产生更迟缓、圆滑的压力波形或削弱的压差，从而产生基于时间的导数(DP)，其振幅更小。所产生的DP值小于最小DP值的电磁阀可被确定为有在实际紧急情况中被要求时无法按期望执行的风险，并由此可确定为有故障或需要修理或更换。

在实践中，即在实际测试过程中，例如紧急关闭控制器20的外部系统可命令DVC 16发起电磁阀测试，该测试始于收集来自传感器40和42的传感器测量值以及在传感器40和42中的一个或多个输入观察压力脉动。此压力脉动的接收可起动上述等式(1)的周期性评估。在将测试信号发至DVC16之后，紧急关闭控制器20于是可中断线路22上的电磁电能一小段时间。电能中断的实际时间将取决于该系统的动态特性，但可典型地在数十或数百毫秒的量级。该时间长度应足以使健康的电磁铁在正常的操作压力下实现完整的行程，但不足以使阀12产生相当大的实际运动，从而阻止受控过程内引入重大干扰。特别是，传感器40和42以及将这些传感器连接到电磁阀18的端口A和B上的气动线路成形为确定在这些端口处压力的下降或变化，但电磁阀18启动时间的长度并不足以使阀致动器14能产生大的运动或实际上使阀12产生大的移动量。也就是说，电磁阀18可被断电一段短于与电磁阀、阀致动器以及阀杆结构的操作相关联的停滞时间(dead-time)或相当于其数量级的时间，以便当阀12实际开始移动时，电磁阀18断电并回到其正常的、非紧急的情况或状态。当然，此操作是假定电磁阀18操作比阀12快得多(例如，成数量级的更快)的典型情况。

无论如何，在电磁阀18恢复能量之后，DVC 16可由例如紧急关闭控制器20通过通信网络24进行轮询，以确定是否信号DP曾大到超过预期标准MinDP。如果是的话，则电磁阀18可被认为是健康的。当然，上面等式(1)的计算可在电磁阀正响应于电磁铁S的断电而从一个位置移向另一位置时、电磁阀18处于紧急位置(即已将端口A与C相连)时和/或在电磁阀18正响应于电磁铁S的重新通电而从一个位置移向另一位置时进行。

一般来说，应该理解的是MinDP的值可以是用户基于电磁铁类型、所包含的压力以及系统的动态特性而可调节或选择的，并可以任何希望的方式，例如通过实验测试来确定。更进一步来说，在此描述的电磁铁是正常时通电的，致动器正常时加压的。然而，在此描述的技术还可应用于电磁铁正常时断电，而仅在紧急需要情况下通电，和/或阀致动器在正常情况下不加压，仅在紧急情况下加压的情况，或它们相结合的情况。再进一步来说，当压力计算描述为在测试过程中由DVC 16进行时，压力计算可在电磁阀18已经启动之后，即测试之后，基于所收集(即存储)的压力信号而进行，和/或由任何其他例如紧急关闭控制器20的装置进行。在这种情况下，DVC将向紧急关闭控制器20提供来自传感器40和42实时的或存储的压力信号。还进一步说，可进行任何执行等式(1)中导数计算的方法，例如包括，使用周期性的数字取样和数字计算，使用机械装置或使用模拟电路。

现在参见图2，DVC 16的方块图被图示以示出某些与DVC 16相关联的内部部件。特别是，除了图1所示的压力传感器40和42之外，DVC 16还包括处理器50、存储器52、一个或多个模-数(A/D)转换器54、一个或多个数-模(D/A)转换器56、以及电流-压力转换器58。存储器52用来存储包括用于测试阀12和阀致动器14的测试60以及用于测试电磁阀18以及任何其他相关装置的测试62的指令或脚本。存储器52还可存储所收集的传感器信号和诊断数据。A/D转换器54将例如来自传感器40和42的信号的模拟传感器输入转换为处理器50可直接处理和/或存储在存储器52中的数字信号。可由DVC 16获得和存储的传感器输入的其他示例包括阀杆行程或位置信号(或阀塞行程或位置信号)，输出线路压力信号、回路电流信号等。

D/A转换器56可将来自处理器50的多个数字输出转换为模拟信号，这些模拟信号在某些情况下可用于电流-压力转换器58，以控制压力或气动开关64。气动开关64将压力供应线路30(图1)联接至一个或多个输出线路，例如图1的线路34。当然，气动开关64还可以或者在某些情况下，将线路34与大气线路65相连，以将受压气体排至大气。可选地，流-压转换器58可接收直接来自处理器50的数字信号，或可接收模拟电流信号，例如来自通信单元70的4-20ma的电流信号，以执行压力转换和控制功能。

通信单元70用作图1的通信网络24的界面。通信单元70可以是或包括任何所希望类型的通信栈或与任何希望的通信协议相关联的软件/硬件的结合。已知的是，通信单元70可用于使处理器50接收的信号能够传递至紧急关闭控制器20或任何其他与通信网络24相连的装置，例如负责控制与阀12、用户界面或任何其他装置无关的过程的一个或多个部分的过程控制器。特别是，处理器50可接收和处理来自传感器40和42的压力信号，并可将这些信号中的一个或多个提供为数字数据，经通信单元70和通信网络24传送至其他装置。以此方式，传感器40和42中的一个或多个在过程设备内可用于执行测量活动，所述测量活动对于图1的紧急关闭系统10的控制和/或测试是不需要的。此特征使DVC 16在不需要用于控制和/或测试紧急关闭装置内部件的传感器40和42的过程或紧急关闭装置中更加通用和有用。

如图2中所示，DVC 16还可包括时钟72和辅助输入界面74，辅助输入界面74可由处理器50使用来监测或接收例如来自电开关或其他经辅助界面74与DVC 16直接相连的装置的输入的辅助输入。另外，如果希望的话，DVC 16可包括壳体76，该壳体可以是用于阻止火花接触设备内爆炸气体的防爆壳体，从而减小紧急关闭系统10将导致爆炸的可能性。

尽管DVC 16已描述为存储和执行图1的阀12、阀致动器14和电磁阀18的行程测试和完整测试，但应理解的是，DVC 16还可存储和完成任何其他类型或任何附加的基于或使用除了或可选由传感器40和42所收集数据以外的其他由DVC 16收集的诊断数据的测试。在例如紧急关闭测试过程中收集的传感器或诊断数据可由未在图2中示出的其他类型的传感器收集，和/或可使用经辅助界面74或经通信单元70可与DVC 16通信的手持型计算装置重新得到。许多可能的测试在公开号为US 2002-0145515 A1的美国专利申请中描述，该申请特在此通过引用合并于此。另外或可选地，如果希望的话，DVC 16可将所收集的数据通过例如紧急关闭控制器20传送回主控制室，以由其他装置处理。

图3图示了以稍微不同的方式使用图1和2的DVC 16的紧急关闭系统100的不同结构。此结构和下面所描述的图4的结构仅显示在许多方法中的两个例子，其中在此描述的DVC 16足够通用，以在不经过大的改变的情况下用于不同的过程设备。图3的紧急关闭系统100类似于图1的系统10，相似的部件具有相同的附图标记。然而，在图3的系统100中，DVC 16并未设置为执行上述的电磁阀测试，而是成形为使用传感器40的输出来执行阀致动器14的闭环压力控制，来使阀致动器14响应于例如在DVC 16的紧急关闭信号的接收而以任何希望的方式启动或执行例如阀致动器14部分行程的测试。在此情况下，DVC 16使用传感器40来作为用于阀致动器14的压力传感器，并可提供阀12的任何类型的控制。

然而，如图3所示的那样，DVC 16的第二传感器42可连接到过程内任何希望的流体线路，以获得控制和/或测试阀12、阀致动器14或电磁阀18所不需要的过程变量测量。尽管传感器42在图3中图示为连接到阀12的出口12b，它还可替换为连接到与任何其他过程控制装置或设备相关联的任何其他流体线路或压力出口。此其他的过程设备可以但不需要与紧急关闭装置100相联。另外，应理解的是，传感器42的输出是过程变量，其可存储在DVC 16中或由DVC 16发送到其他装置中，例如通过通信网络24发送到紧急关闭控制器20，通过主通信控制器或辅助界面74(图2)发送到手持装置，通过通信网络24或辅助界面74发送到与紧急关闭系统100无关的分布式控制器或用户界面等。因此，来自传感器42的传感器数据的收集和使用并不限于在紧急关闭装置或DVC 16位于其中的系统中使用。此特征使DVC16在用作紧急关闭系统的部分时更加通用，因为它使DVC 16能够向分布式过程控制系统或与过程设备相关联的维修系统提供辅助压力输入。

可替换地，紧急关闭装置100可成形为如图3所示，其中DVC 16运行以执行阀12的位置控制，即，其中DVC 16用作定位器。然而，在此情况下，传感器40可如图3所示连接以进行压力控制，作为如果位置控制伺服环路发生问题，例如如果与此环路相联的位置传感器失效时的后退控制方法。此后退控制方法在2005年8月2日提交的名称为“用于过程控制装置的反馈控制的传送的系统和方法”的序列号为11/195,281的美国专利申请中更详细地描述，该申请的公开内容特通过引用合并于此。然而，在这种情况下，附加传感器42仍可用于测量阀12和阀致动器14结构外部的压力信号。尽管附图标记为40的传感器在图3中刚刚描述为进行压力控制，但是一可选实施例可包括附图标记为40的传感器或者进行作为后退控制方法的压力控制的附图标记为42的传感器。另外，附图标记为40的传感器可选择地用作测量阀12和致动器14结构外部压力的压力传感器。因此，应该理解的是，任一传感器可执行任何上述功能，这是所希望的应用所必需的。

同样，图4图示了图1和2的DVC 16，其用于闭环阀控制结构110中，以控制不是紧急关闭装置一部分的阀12与阀致动器14的结合。闭环阀控制结构110包括与图1的系统10相同或相似的元件，相似的元件具有相同的附图标记。然而，在图4的结构110中，DVC 16图示为连接到过程控制器200，并用于提供阀12的标准伺服控制，在此情况下，该阀12可以是与紧急关闭装置或系统无关的过程阀。在此结构中，DVC 16的传感器40可连接到阀致动器14的输出(例如可连接到气动线路34)以执行阀致动器14的过程控制。在此，DVC 16用作用于控制阀12的传统的压力变换器。然而，如图4所示，压力传感器42连接到阀与阀致动器结构外侧，以获得控制阀12所不需要的外部压力测量值。因此，以与前述结构类似的方法，DVC 16可使过程控制器200将传感器42作为设置在过程设备内的另一压力传送器。

可替换地，阀控制结构110可成形为如图4所示，其中DVC 16操作以执行阀12的位置控制，即，使得DVC 16用作过程控制方案内的定位器。然而，在此情况下，传感器40仍可如图4所示连接以执行压力控制，作为如果位置控制环路出现问题时，例如位置传感器失效时的后退控制方法。此后退控制方法在前述序列号为11/195,281的美国专利申请中更详细地描述。

更进一步，尽管图4中未示出，但如果DVC 16用于执行阀12的位置控制，即如果DVC 16用作过程控制方案内的定位器，则传感器40和42都可用作外部或辅助压力传送器，以测量任何与过程设备相关联或出现在其中的希望的压力信号，包括与阀12或阀致动器14的控制或测试无关的压力信号。当然，传感器40和42的输出可存储在DVC 16中，和/或可通过例如通信网络24发送到例如过程控制器200、用户界面装置(未示出)等的其他装置。

从以上提供的描述应当理解，DVC 16可用于许多不同的过程设备的结果和方案，以对于不同用途提供不同的压力测量，而且当执行这些压力测量时，DVC 16可用作紧急关闭装置的一部分或用作分布式过程控制装置的一部分。尽管DVC 16已描述和图示为包括两个压力传感器40和42，应当理解的是，DVC 16不限于使用两个压力传感器，而是附加的压力传感器可提供到DVC 16上，以在过程设备内执行其他压力测量。

尽管本发明已参照特定示例进行了描述，但这些例子仅意在说明，而并不作为本发明的限制，对于本领的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，对所公开的实施例进行改变、增加和/或删除是显而易见的。

Claims (17)

1.一种流体过程控制系统，包括：

可在第一位置与关闭位置之间移动的控制阀；

用于控制所述控制阀在所述第一位置与关闭位置之间的动作的阀控制器；

联接到所述阀控制器以使该控制阀移动的流体控制线路；

支持设备，其联接到所述流体控制线路上，并用于将所述控制阀从所述第一位置朝所述关闭位置驱动；

第一压力传感器，其可通信地联接到所述阀控制器，并用于以在所述支持设备操作过程中，在流体控制线路上的第一地点检测第一压力，其中所述第一压力是所述支持设备的入口压力；

第二压力传感器，其可通信地联接到所述阀控制器，并用于在所述支持设备操作过程中，在流体控制线路上的与所述第一地点不同的第二地点检测第二压力，其中所述第二压力是所述支持设备的出口压力；

由所述阀控制器执行的逻辑，用于基于所述第一压力和第二压力至少之一确定所述支持设备的操作状况；

所述阀控制器中的处理器，用于执行所述逻辑，以确定在所述支持设备操作过程中所述入口压力与所述出口压力之间的压差，以及所述压差的变化率；以及

所述阀控制器中的存储器，用于存储阈值比率，使得所述处理器将所述变化率与所述阈值比率相比较，以确定所述支持设备的操作状况。

2.如权利要求1所述的流体过程控制系统，其中所述处理器通过计算所述压差对时间的导数来确定所述压差的变化率。

3.如权利要求1所述的流体过程控制系统，其中所述第一压力传感器在所述支持设备操作过程中检测对应于多种情况的多个入口压力，所述第二压力传感器检测对应于所述多种情况的多个出口压力。

4.如权利要求3所述的流体过程控制系统，其中所述处理器执行所述逻辑，以基于所述多个入口压力与相应所述多个出口压力之间的差确定多个压差，并确定所述多个压差的变化率。

5.如权利要求1所述的流体过程控制系统，其中所述支持设备包括电磁阀，用于选择性地排放所述流体控制线路以驱动所述控制阀。

6.如权利要求1所述的流体过程控制系统，其中所述流体控制线路是气动控制线路。

7.一种监控阀控制回路的方法，所述阀控制回路包括可在第一位置与关闭位置之间移动的控制阀，用于控制所述控制阀动作的阀控制器，联接到所述阀控制器以移动所述控制阀的流体控制线路，以及联接在所述流体控制线路上以移动所述控制阀的支持设备，该方法包括：

启动所述支持设备；

在启动所述支持设备时确定所述流体控制线路上两个不同地点之间的压差；以及

基于所述压差确定所述支持设备的操作特性。

8.如权利要求7所述的方法，其中确定压差包括：

在所述流体控制线路上的第一地点检测第一压力；

在所述流体控制线路上的与所述第一地点不同的第二地点检测第二压力；以及

计算所述第一压力与第二压力之间的差。

9.如权利要求8所述的方法，其中确定所述支持设备的操作特性包括，确定所述压差的变化率以及将所述变化率与阈值比率进行比较。

10.如权利要求9所述的方法，其中确定所述压差的变化率包括，计算所述压差对时间的导数。

11.如权利要求7所述的方法，其中确定压差包括：

在所述流体控制线路上的第一地点检测多个第一压力，所述多个第一压力对应于启动所述支持设备时的多种情况；

在所述流体控制线路上的第二地点检测多个第二压力，所述多个第二压力对应于所述多种情况；

基于所述多个第一压力与多个第二压力之间的差来确定多个压差；以及

确定所述多个压差的变化率。

12.如权利要求11所述的方法，其中确定所述支持设备的操作特性包括，将所述多个压差的变化率与阈值比率进行比较。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述变化率是最大变化率。

14.如权利要求7所述的方法，其中确定所述流体控制线路上两个不同地点之间的压差包括，检测在所述支持设备入口处的入口压力，以及检测在所述支持设备出口处的出口压力。

15.如权利要求7所述的方法，其中启动所述支持设备包括启动所述支持设备一段时间，在该段时间内所述控制阀基本不移动。

16.如权利要求7所述的方法，其中启动所述支持设备包括启动所述支持设备一段时间，该段时间小于或等于所述控制阀的停滞时间。

17.如权利要求7所述的方法，其中启动所述支持设备包括从所述流体控制线路排放流体。

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