CN103064304A - 具有预定义的错误状态的现场控制设备及相关方法 - Google Patents

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Abstract

描述了具有预定义的错误状态的控制装置及相关方法。所述用于控制现场控制设备的示例性方法包括：通过耦接至所述控制设备的控制器，接收来自远离所述控制器设置的控制系统的通信以在无错误情况下操作所述现场控制设备，检测错误情况是否已经出现，当所述错误情况被检测出时，基于存储于所述控制器内的预先确定的错误状态指令，操作所述现场控制设备。

Description

具有预定义的错误状态的现场控制设备及相关方法
技术领域
本发明涉及现场控制装置，并且，更具体地来说，涉及具有预定义的错误状态的现场控制设备及相关方法。
背景技术
过程控制系统使用各种现场设备来控制和/或监控过程参数。现场设备(诸如阀)通常具有相关的仪器(诸如阀位置控制器和/或位置发送机)，其控制现场设备的位置和/或发送关于现场设备的信息以在过程工厂中实施一个或多个所需的过程和/或操作。示例性阀组件包括隔膜型气动促动器，其由电-气阀位置控制器控制。阀位置控制器例如接收来自控制单元或系统(例如，控制室系统)的控制信号和将该控制信号转换成一个或多个气动压力，其被提供给气动促动器，从而打开、关闭或保持对应现场设备或阀的位置。然而，在一些例子中，过程系统可能会经历错误或失败情况，其可能影响阀的准确性及可靠性。例如，控制器和控制系统间的通信可能中断或延误。在这样的例子中，控制器不能接收到来自控制系统的信号，因此导致流动控制设备停留在其最后位置或情况。
发明内容
在此描述的用于操作现场控制设备的示例性方法包括：通过耦接到所述现场控制设备的控制器，接收来自远离所述控制器设置的控制系统的通信，以在无错误情况下操作所述现场控制设备；检测错误情况是否已经出；以及当所述错误情况被检测出时，基于存储于所述控制器内的预先确定的错误状态指令，操作所述现场控制设备。
在此描述的用于操作流体控制系统的另一个示例性方法包括：监控过程控制系统的操作参数；基于所述操作参数检测错误情况；以及当所述错误情况被检测出时，通过操作地耦接至所述现场控制设备的本地控制器，基于存储于所述控制器的至少一个预先确定错误状态设定或指令，控制现场控制设备。
在此描述的示例性现场控制系统包括用于控制过程流体的流体流动的流体控制设备以及装配到所述现场控制设备的控制器。所述控制器操作地耦接到所述现场控制设备并且被配置成用于接收来自远离所述控制器设置的系统的命令来控制所述现场控制设备的位置。所述控制器具有本地控制系统，以便当错误情况被检测出时，基于存储于所述本地控制系统的预定义的错误状态设定，命令所述现场控制设备。
附图说明
图1示出了具有在此描述的示例性控制器装置的过程控制系统。
图2是图1的示例性控制器装置的示意图。
图3是代表可与图1和2的示例性控制器装置一起实施的示例性方法的流程图。
图4是代表可用于操作图1和2的示例性控制器装置的示例性过程的流程图。
图5是代表用于检测错误情况的图4的示例性过程的流程图。
图6是可用于实施在此描述的示例性方法和装置的示例性处理器系统的框图。
图7是代表图1中所述的用于安装控制器装置的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在此描述的示例性装置和相关方法使得现场控制设备或现场设备(例如，阀、泵、通风孔、散热孔、末控元件等)或，更普遍地，末控元件能够当操作情况和/或参数偏离无错误情况或非失败情况(例如，正常操作情况)时基于预定义的错误状态设定进行操作。偏离无错误情况可能影响现场设备的功能和/或可能影响控制现场设备的能力。因此，如果错误情况出现，只要至现场设备的控制流体(例如，空气、液压油等)处于非失败情况下，现场设备可能保持在其最后当前的位置。
例如，一个已知的现场设备(例如，阀)可能耦接至具有通信接口以接收来自远离控制器设置的控制系统的过程控制信号的控制器(例如，阀定位器，收发器，变送器等)。在一些例子中，例如，当控制系统的电源中断，控制系统和控制器的通信接口之间的通信可能丢失。没有了至控制器的通信，控制器不能接收信号或指令以控制所述现场设备。因而，当所述控制器检测到错误情况时(例如，控制器和控制系统间通信中断时)，已知的现场设备通常不会移动至错误-安全情况。
不同于已知的现场设备，在此描述的示例性装置和相关方法能够当操作情况或参数(例如，网络连接状态)偏离无错误情况时控制末控元件或现场控制设备(例如，流体控制组件)。示例性现场设备、末控元件和/或流体控制装置例如可包括流体或流动控制阀、泵、通风孔、散热孔、诸如气动促动器、液压促动器的促动器和/或任何其它现场设备和/或末控元件。当过程控制系统和/或现场设备的操作参数和/或情况偏离无错误情况时，不同于已知的控制器装置，在此描述的示例性控制器装置和相关方法使用本地控制过程和/或逻辑电路来提供预定义的错误状态指令或命令。
例如，在此描述的示例性控制器装置可以在错误情况被检测出时促使现场设备移动至预定义的错误状态情况。所述预定义的错误状态情况和/或指令或设定可以是例如经由在此描述的示例性控制器装置的输入接口而由用户选择的、用户定义的和/或可编程的。在一些例子中，在此描述的示例性控制器装置可以提示用户从例如表格或清单中选择或激活一个或多个预定义的错误状态情况或设定。因此，即使控制系统和/或过程控制系统的其它控制装置不能够与在此描述的示例性控制器装置通信，在此描述的控制器装置也能够响应错误情况。
用户定义的或预定义的错误状态情况可以对应于检测出远离控制器设置的控制系统(例如，控制室或系统)和在此描述的控制器装置间的通信中断。因此，在此描述的示例性控制器装置的本地控制系统或逻辑电路可以基于存储或配置在示例性控制装置内的预定义的错误状态设定或指令来控制或操作现场设备或流动控制组件。例如，在此描述的错误状态设定或指令可以包括当例如通信中断被检测出时移动现场设备至打开位置、关闭位置、节流位置、任何处于完全打开或完全关闭间的位置。
在此描述的用户定义的错误情况可包括检测出在此描述的示例性控制器装置周围环境温度大于温度阈值。在一些例子中，当控制器装置和/或现场设备的校准值偏离预先设定的校准范围时，在此描述的错误情况可能出现。在另外一些例子中，当所述现场设备的测量位置值与由过程系统的控制系统提供给示例性控制器装置的命令位置值不对应时，在此描述的错误情况可能出现。
在一些例子中，预定义的错误状态设定或指令可以包括将现场设备(例如，阀)定位至第一或完全打开位置(例如，100％行程)和第二或完全关闭位置(例如，0％行程)间的位置。附加地或作为替代，在一些例子中，预定义的错误状态设定或指令可包括在检测到错误情况后将现场设备定位至第一位置并持续第一时段或时间量，以及如果在第一时段终止后错误情况仍持续，在第一时段终止后将现场设备定位至第二位置并持续第二时段或时间量。所述第一位置可能与第二位置不同。
附加地或作为替代，在一些例子中，现场设备操作可以取决于过程控制系统(例如，联锁过程，级联过程等)中的另一现场设备的操作和/或位置。在这些例子中，当该另一现场设备在控制器装置接收控制信号时未被适当地定位时，在此描述的示例性控制器装置可以延迟、忽略和/或覆写由控制系统提供的控制信号(例如，协调信号)。附加地或作为替代，控制器装置可以向控制系统广播警告或维护信号，以警示控制室作业员该另一现场设备未被适当地定位。
附加地或作为替代，例如当阀未移动至预期位置、在某个位置停留太长、维护未按预期执行等时，在此描述的示例性控制器装置可以用作检测或提供诊断信息和警示(例如，维护警示)。在一些例子中，在此描述的控制器装置能够基于用户定义时间表(例如，定期地操作阀以防止阀的流动控制元件被卡)等发起自动维护例程(例如，轮转现场设备)。
图1示出了示例性过程控制系统100，其包括在此描述的示例性控制器装置或设备102，其具有一个或多个预定义的错误状态情况或指令。如图1示出，示例性过程控制系统100通过通信网络106通信地耦接至控制系统104(例如，控制室系统)。通常地，使控制器装置102能够在过程控制系统100内运行的通信信道、链接和路径一般总称为通信网络106。在图1所示例子中，所述通信网络106包括无线通信网络。虽然未示出，在其它例子中，所述通信网络106可以是硬连线的通信系统。
图1的示例性过程控制系统100包括现场设备或传感器108(例如，无线发送机或传感器)以监视或感知在流体容积装置或罐110内的过程流体(例如液体、气体等)的过程参数(例如，压力、流体水平等)。为控制来自罐110的流体流动，过程控制系统100使用流体地耦接至罐110的现场设备112。如图1示出，图1的现场设备112包括流动控制装置或控制阀114，其具有示例性控制器装置102以控制流动控制装置114的操作，如将在下面详述的。如图1示出，过程控制系统100可包括另一个或第二现场设备116以控制流入罐110的流体的流动。第二现场设备116可包括流动控制装置或控制阀118和另一个或第二在此描述的示例性控制器装置120以控制流动控制装置118的操作。
图1的示例性通信网络106通过至少一个无线接口124(例如，网关)通信地耦接至所述无线现场设备108、112和116和控制系统122(例如，主系统、控制器、报警系统或其它系统)。例如，控制系统122可位于远离现场设备108、112、116设置的控制室中。通过连接126，诸如，例如，以太网连接、Modbus总线以太网连接、R485串行连接和/或任何其它适合的连接，无线接口124通信地耦接至控制系统122。无线接口124还可支持或利用通信标准和协议，诸如，例如，本地接口、串行modbus总线、远程接口、Modbus总线TCP/IP、HART或任何其它适合通信标准和/或协议。附加地，无线接口124可充当通信集线器。
在一些例子中，无线现场设备112可被启用以执行与其它被启用的无线现场设备(诸如所述无线现场设备108或116和/或一个或多个无线接口诸如无线接口124)的无线通信。特别地，无线现场设备108、112和116中的每一个可以被配置成通过一个或多个无线通信信道、路径或链接128a、128b和128c进行通信。因此，无线现场设备108、112和116中的每一个可通过多个或冗余通信路径128a-f与无线接口124通信。
附加地，现场设备108、112和/或116可位于网状结构的节点网络(例如，全部或部分网状拓扑结构)处并且因此可同时与所述过程控制系统100内的其它被启用的无线现场设备和/或无线接口(例如，其它网关、路由或中继器)通信。在一些例子中，无线通信网络106(包括硬件和与此相关的软件)提供点对点或直接通信路径，其在安装期间被选择并在系统的后续操作中被固定。
图1中的示例性流动控制装置114包括所130、气动促动器132(例如，隔膜或活塞促动器)和位置传感器134。位置传感器134可以是但不局限于非接触式传感器，诸如例如线性阵列的霍尔效应传感器，其针对耦接至阀130的阀杆和/或促动器132的行程指示符的不同位置而输出具有不同值的模拟信号(例如，电压或电流)。其它示例性位置传感器可包括限位开关、接头、和基于电位器的位置传感器。图1的示例性阀130提供孔口(例如，由阀座所限定的)和在入口136和出口138间的流体流动通路。图1所述示例性促动器132通过阀杆142操作地耦接至流动控制元件140，基于通过控制流体(例如，空气)在促动器132的感应元件上提供的压力差，该阀杆将流动控制元件140向第一方向(例如，远离孔口)移动以允许在入口136和出口138间更大流体流量和向第二方向(例如，朝向孔口)以限制或阻止在入口136和出口138间的流体流动。流动控制装置114使用位置传感器134以检测或感知流动控制元件140相对于孔口的位置。位置传感器134可被配置成生成代表阀130的位置的信号。
在其它例子中，控制器装置102可被用以控制其它类型的促动器，诸如例如电气、液压促动器等。例如，当操作地耦接至液压促动器时，控制器装置102可提供电气控制信号至电气促动器和/或可提供代表将被提供至液压促动器的液压控制流体压力的信号。
在操作中，现场设备或传感器108监控在罐110内的流体水平并且生成代表罐110内的流体水平的信号。现场设备108的发送机通过通信网络106向控制系统122和/或现场设备112和116广播或通信该信号。附加地，所述现场设备112和116可被配置成通过通信网络106向控制系统122广播或传递由控制器装置102和120所生成的对应于各自的现场设备112和116的位置的信号，和/或还可被配置为用以通过通信网络106接收来自控制系统122的命令信号。例如，控制器装置102可以接收来自控制系统122的控制信号以移动阀130至关闭位置以阻止来自罐110的流体流动。
当控制系统122接收来自现场设备108的、对应于罐110的大于所期望的水平的流体水平的信号，控制系统122发出控制信号至控制器装置102以移动阀130至打开位置以允许流体从罐110流出。例如，控制器装置102接收到来自控制系统122的控制信号(例如，4-20毫安计(mA)控制信号，0-10直流电压(VDC)控制信号，数字控制信号等)，并且控制器装置102将控制信号转换成气动或液压压力，其被通过通道144a和/或144b提供至促动器132以移动所述阀130至打开位置。作为替代，在其它例子中，控制器装置102可以被配置成用于转换和/或发送一个或多个电气信号至电气促动器以移动阀至打开位置。例如，如果所述控制系统122的过程控制例程确定阀130允许过程流体的更大的流量和/或流速，提供到与阀相关联的控制器的控制信号的幅度可从4mA增加至8mA，假设使用控制信号的目前类型。
然而，在操作中，过程控制系统100的一个或多个操作参数能偏离无错误情况(例如，正常操作情况)。偏离无错误情况可影响流动控制组件的功能和/或可影响控制现场设备112的能力。因此，例如，当错误情况出现时，阀130(例如，流动控制元件相对于孔口的位置)可保持在其最后当前位置(假设至流动控制组件的控制流体处于非失败情况)。
例如，当控制系统122和现场设备108、112和/或116之间的通信中断或延迟时，偏离无错误情况可能出现。例如，控制系统122的电力可能失败或控制信号(例如，由点对点通信路径提供的)可能被阻断或恶化并且由此可能不能够与现场设备108、112和/或116有效地通信，从而降低过程控制系统100的准确性和可靠性。在一些例子中，控制器装置102的周围环境温度可能上升至高于建议操作温度的温度。在一些例子中，控制器装置102和/或位置传感器134的校准范围或值可能偏离预先设定的校准范围或值。
如将在下面较详细描述的，控制器装置102包括预定义的错误状态情况或指令，其使控制器装置102能够在一个或多个操作参数偏离无错误情况时控制现场设备112(例如，所述阀130)。例如，控制器装置102可以包括预定义的错误状态指令(例如，命令)，其使控制器装置102能够在控制系统122和控制器装置102间的通信中断的情况下基于所述预定义的错误状态指令而将阀130的流动控制元件140移动至预定义位置。在一些例子中，当错误状态情况被检测出，控制器装置102可以覆写由控制系统122提供的控制信号并且替代地基于预定义的错误状态指令来操作现场设备112直至错误情况被解决。
附加地或作为替代，现场设备112的操作动作可取决于过程系统100的另一现场设备(诸如图1的第二现场设备116)的位置。更具体地，在此描述的示例性控制器装置102可被配置为接收来自所述第二现场设备116的控制器装置120的状态信号，第二现场设备116的操作先于现场设备112的操作。在这种情况下，只有当第二现场设备116处于适当位置时，控制器装置102才操作现场设备112。在一些例子中，如果第二现场设备116未处于适当位置，控制器装置102可覆写接收到的来自控制系统122的命令信号(例如，协调信号)。
例如，参照图1所述例子，当在所述罐110内流体水平处于期望的水平时，现场设备108可以广播信号至控制系统122和/或控制器装置102和120。控制系统122的过程控制例程可以确定将阀130和118以协调方式移动至关闭位置，并且控制系统122基于该确定来配置协调控制信号，并且将该信号传递至控制器装置102和120以将阀130和118的中每一个移动至它们的关闭位置。然而，如果所述控制器装置120广播了代表阀118位于除关闭位置以处的位置的信号，则预定义的错误状态指令可以促使控制器装置102延迟移动阀130至关闭位置。以这方式，如果控制器装置102接收来自控制器装置120的、指示阀118的位置未处于关闭位置的信号，则不论由控制系统122传递的控制信号是什么，控制器装置102可不移动阀130至关闭位置，因为如果这样做可能造成罐110内的流体水平升高。
在其它例子中，当错误情况出现时，控制器装置102可被配置成促使阀130移动至特定的冲程位置或中间位置。例如，该特定冲程位置可能在0％冲程和100％冲程之间。例如，控制器装置102可以促使阀130移动至10％的冲程位置(例如，10％打开)。在其它例子中，当错误情况被检测出时，控制器装置102可配置成阀130移动至第一位置并持续第一时间段或时间量以及移动至第二位置并持续第二时间段或时间量。例如，控制器装置102可在错误情况被检测出或出现后促使阀130移动至85％打开位置并持续第一小时，并且可随后在自该错误情况被检测出或出现的第一小时后促使阀130移动至15％打开位置。在其它例子中，当错误情况被检测出，错误状态指令可命令控制器装置102在自检测出该错误情况起的预先设定时间段(例如，自检测出错误情况起的一小时)过去后延迟操作现场设备112。
虽然图1的例子示出现场设备112为阀130，在此描述的预定义的失败状态设定的示例性装置和方法可用于其它设备，包括但不局限于末控元件、流动控制设备泵、通风孔、散热孔或其它设备。附加地或作为替代，虽然图1的示例性促动器132为双作用隔膜或活塞促动器，但是作为替代也可使用诸如例如旋转促动器、单作用弹簧复位隔膜或活塞促动器、电气促动器、液压促动器等的任何其它类型促动器。
图2为图1的示例性控制器装置102的框图。在示出的例子中，控制器装置102是无线电-气动阀位置控制器102，其被装配或作为替代被设置在现场设备(诸如，例如，图1的现场设备112)附近。在此描述的示例性阀位置控制器102可操作地耦接至现场设备112以提供现场设备112的无线阀位置监控和气动控制。然而，在其它例子中，控制器装置102可以是位置发送机、收发器、变送器和/或其它控制器以用于控制现场设备，诸如，例如，末控元件、电气促动器、液压促动器、泵、通风孔、散热孔等。
参照图1和图2，控制器装置102包括容纳处理器204的壳体202、通信接口206、现场设备控制模块和/或流体设备控制模块208、位置接口210、错误情况检测器212、预定义的错误状态情况模块214、存储器216、输入接口218和电源220。电源220可以接收交流电、直流电或也可以是回路供电。附加地或作为替代，电源220可以包括自备电源模块(例如，电池组)。因此，所述控制器装置102可以是自备电源的控制器。
为与控制系统或另一现场设备(诸如图1的控制系统122和/或现场设备108和116)通信(例如，发出/接收信息)，示例性控制器装置102包括通信接口206。例如，在此描述的示例性控制器装置102可以将信息(例如，从现场设备112的位置传感器134接收的位置信息)传达至控制系统(例如，图1的控制系统122)以用于处理。控制系统122然后可以处理该位置信息(例如，确定是否应该打开/关闭阀)和通过通信接口206返回恰当的命令至处理器204。通信接口206通过路径或链接222向处理器204提供指令。因此，示例性控制器装置102有能力通过通信接口206收集和中继信息并且从控制系统122或其它现场设备108和116接收信息和/或命令，以便直接地控制现场设备112。
处理器204处理从通信接口206接收的控制信号并且通过路径或链接224将该信号传递至现场设备控制模块208，其控制由控制流体226(例如，气动控制流体)供给至促动器132的室的气动压力。例如，处理器204和/或现场设备控制模块208可以转换(例如，通过I/P转换器)由通信接口206接收的电子命令或信号(例如，电压、电流等)以生成气动信号(例如，比例压力信号)，该信号可以用于根据通信接口206所接收的命令(例如，控制系统122发出的指令)来控制现场设备112。基于处理器204提供的压力控制值，现场设备控制模块208确定是否增加或减少有待通过流体通道144a和144b提供至现场设备112的气动压力。例如，现场设备控制模块208可以包括阀或流动控制装置以控制流向所述通道144a和144b的控制流体226的量。在一些例子中，现场设备控制模块208可包括气动放大器用以放大供给流体信号。在其它例子中，如上所述，控制器装置102可配置成控制电气促动器或其它末控元件。在这些例子中，现场设备控制模块208可将电子信号或其它指令或命令提供至泵设备来操作泵，提供至电气促动器以移动耦接至电气促动器的阀，和/或提供至任何其它末控元件和/或流动控制设备。
当现场设备112(例如，所述促动器132)操作时，位置接口210监控现场设备112的位置。例如，位置接口210接收来自位置传感器134的反馈信号228，该信号对应于现场设备112(例如，图1的流动控制元件140)的位置并基于通过现场设备控制模块208提供至现场设备112的促动器132的压力差。位置接口210通过链接或路径230将该位置信息传递至处理器204。依次，处理器204处理该位置信息以及通信接口206将该位置信息广播或传递至通信网络(例如，图1的通信网络106)。
因此，当图1的过程控制系统100处于非失败状态或无错误情况，处理器204处理由通信接口206接收的指令以控制现场设备112和/或通过通信接口206传递现场设备112的状态信息。
为了检测错误情况是否出现，示例性控制器装置102使用错误情况检测器212。当现场设备112、控制器装置102的预定义的过程参数和/或图1的过程控制系统100的其它参数或情况偏离无错误情况时，错误情况被检测出。例如，当错误情况检测器212检测到错误情况已经出现，错误情况检测器212通过路径或链接232将该检测出的错误情况传递至处理器204。在这些例子中，处理器204可不接收或处理由通信接口206提供的指令。处理器204处理和/或接收由替代的信源提供的指令来控制或操作所述现场设备112，而不是接收或处理从通信接口206接收的指令。在示出的例子中，替代的信源由预定义的错误状态情况模块214提供。例如，当错误情况检测器212检测出错误情况时，预定义的错误状态情况模块214通过链接234提供控制指令至处理器204。附加地或作为替代，在一些例子中，处理器204可接收或处理来自通信接口206的部分指令和来自预定义的错误状态情况模块214的部分指令来控制或操作现场设备112。在一些例子中，处理器204可接收基于被检测出的第一错误情况的第一预定义的错误状态指令或命令和基于被检测出的第二错误情况的第二预定义的错误状态指令或命令。
对应于错误情况的预定义的错误状态指令或命令可由用户编程或配置。例如，用户可定义过程参数值或界限以及错误情况检测器在过程参数值或界限超出或偏离所分配、选择和/或配置的无错误情况时检测错误情况是否出现。
如图2示出，示例性错误情况检测器212包括通信检测器236、温度检测器238、位置检测器240、校准检测器242和从属现场设备检测器244。
通信检测器236检测与通信网络106、控制系统122和/或现场设备108和/或116的通信错误。例如，如果通信检测器236检测出通信接口206和处理器204之间的链接或路径222上的通信中断，则通信检测器236向处理器204发出信号以接收来自预定义的错误状态情况模块214a的预定义的错误状态指令。依次，预定义的错误状态情况模块214提供与通信错误检测对应的预定义的错误状态指令或命令。例如，当错误情况检测器212检测出通信错误时，该预定义情况或指令可命令处理器204操作现场设备112至例如打开位置、关闭位置、节流位置或任何在打开和关闭位置间的其它位置。在一些例子中，另一预定义的错误状态指令可指示处理器204将操作现场设备112延迟第一时间段(例如，在错误情况检测后1小时后开始操作)。在一些例子中，预定义的错误状态指令可促使处理器204来控制现场设备112至一个位置(例如，打开位置)以允许在一个特定的时间量内对罐110进行排出而不监控罐110中的实际流体水平。
温度检测器238检测控制器装置102的周围环境温度。例如，温度检测器238可以接收来自控制器装置102和/或过程控制系统100的温度传感器的测量温度值。温度检测器238例如通过比较器比较温度传感器所提供的测量温度值和例如存储于存储器216中的温度阈值。如上所述，温度阈值可以是预定义的或是用户通过输入接口218可选择的。当测量温度值大于温度阈值时，温度检测器238发出信号至处理器204。依次，预定义的错误状态情况模块214向处理器204提供与温度高于阈值检测相关联的预定义的错误状态指令或命令。例如，预定义错误指令可命令处理器204断电。在一些例子中，预定义的错误状态指令可在断电之前促使处理器204将现场设备移动至打开位置或关闭位置。
位置检测器240确定由通信接口206和/或预定义的错误状态情况模块214提供至处理器204的位置命令信号是否与由位置传感器134提供至位置接口210的测量位置值(例如，位置信号228)相关。例如，位置检测器240例如可以通过比较器比较位置命令信号和测量的位置值来确定现场设备112是否处于适当位置。如果位置检测器240确定所述测量的位置值不与位置命令信号相关，则预定义的错误状态情况模块214向处理器204提供与现场设备112处于非适当位置的检测相关联的预定义的错误状态指令或命令。例如，预定义的错误状态情况模块214可通过通信接口206发出或广播警报或维护信号至通信网络106。附加地或作为替代，示例性预定义的错误状态指令可以促使处理器204发起维护例程以定期地或快速地轮转现场设备112来确定非适当位置是否归因于被卡的阀。
校准检测器242可用来确定在控制器装置102和位置传感器134间的校准是否偏离预先设定校准范围或值。如果校准检测器242检测出偏离预先设定校准范围或值，预定义的错误状态情况模块214向处理器204提供与偏离预先设定校准设定或范围的检测相关联的预定义的错误状态指令或命令。例如，预定义的错误状态情况模块214可以促使处理器204发起自动校准例程行程和/或发起维护警报。
从属现场设备检测器244检测现场设备112的操作是否取决于过程控制系统100中的另一现场设备(例如，图1的第二现场设备116)的操作或动作。例如，在一些例子中，第二现场设备116的操作可能需要先于现场设备112的操作和/或需要与现场设备112的操作相协调。如果从属现场设备检测器244确定现场设备112的操作取决于在前(或者同时)出现的第二现场设备116的操作，则错误情况检测器212向处理器204和/或预定义的错误状态情况模块214发出信号。依次，预定义的错误状态情况模块214向处理器204提供与现场设备112的操作取决于第二现场设备116的操作的检测相关联的预定义的错误状态指令或命令。例如，在维护过程中，控制系统122可以向控制器装置102和120广播或传递信号来移动各自的现场设备112和116至关闭位置(例如，同时地)。然而，如果第二现场设备116的控制器装置120广播指示现场设备116不在关闭位置的信号，则示例性从属现场设备检测器244发送信号至处理器204以及从属现场设备检测器244确定错误情况出现。依次，预定义的错误状态指令可指示处理器204延迟、忽略或覆写控制系统122的命令信号直至从属现场设备检测器244确定第二现场设备116处于适当位置。
如上所述，在示出的例子中，错误情况和/或预定义的错误状态指令或命令可以是用户可配置或可编程的。一些示例性预定义的错误状态指令或命令可以促使现场设备(诸如，例如，现场设备112)移动至完全打开位置、完全关闭位置、节流位置、和/或在完全打开位置和完全关闭位置间的任何其它位置，诸如，例如，10％打开位置，80％打开位置等。
在一些例子中，所述预定义的错误状态指令可以指示处理器204在一个时间段(例如，15分钟，5小时等)期间更改或移动现场设备112的输出或位置(例如，从关闭位置到打开位置)，并且然后回到之前的输出状态或位置(例如，关闭位置)。
在其它例子中，当错误情况检测器212检测出错误情况时，预定义的错误状态指令可以指示处理器204维持现场设备112处于最后当前位置(例如，失败-最后位置)。在这些例子中，可提供这样失败-最后位置而无需气动输出。例如，处理器204可以指示现场设备控制模块208将控制流体维持在促动器132的室内，从而现场设备控制模块208并不通过排出装置246排出促动器132内的控制流体。
在一些例子中，预定义的错误状态指令可以命令所述处理器204移动现场设备112至任何预先选择位置(例如，失败-设定位置)而需要或无需气动输出或现场设备控制模块208的使用和/或控制流体226。例如，对于无气动输出地定位现场设备112，处理器204可以指示现场设备控制模块208通过排出装置246从促动器132的至少一个室排出压力，以便移动现场设备112至失败-设定位置。例如，如果现场设备包括单作用、受载弹簧促动器，将控制流体从促动器的控制室排出会促使弹簧移动阀的流动控制元件至完全打开位置或完全关闭位置而无需使用所述控制流体226。
附加地或作为替代，预定义的错误状态指令可以指示现场设备112在错误情况检测器212检测到错误情况后移动至第一位置并持续第一时间段，并且如果错误情况检测器212检测出错误情况未被解决，则当第一时间段结束时可以指示现场设备112移动至第二位置并持续第一时间段后的第二时间段。
错误情况和/或预定义的错误状态指令可以是通过输入接口218可编程的。输入接口218可包括具有输入模块(例如，小键盘、按钮等)的显示器(例如，LCD显示器、触屏显示器等)以接收输入信息，例如，来自用户或操作员。附加地，输入接口218可以包括覆写选项(例如，按钮)，以使得用户或操作员可以覆写由通信接口206和/或预定义的错误状态情况模块214提供的命令或指令。在这些例子中，处理器204可以通过输入接口218接收指令或命令。
示出的例子的控制器装置102还包括存储器216，用于存储预定义的错误状态命令或指令。例如，当错误情况被错误情况检测器212检测出时，预定义的错误状态情况模块214可能从存储器216获取一个或多个预定义的错误状态指令，其与检测出的错误情况相关。
附加地或作为替代，控制器装置102可包括维护和/或诊断例程。维护/诊断发起器250发起例程，其包括例如发起警告或警报、提示。在一些例子中，当维护/诊断发起器250检测出现场设备112未按命令移动、停留在某个位置相对长的时间段、维护时间表丢失或延迟等时，维护/诊断发起器250向处理器204发起通信(例如，指令或命令)。在一些例子中，为防止现场设备112由于不活动而卡住，示例性维护/诊断发起器250可以定期地发起现场设备112的操作(例如，指示轮转现场设备112)。维护/诊断例程可被编程为在任何期望的日期、时间、事件发生(例如，事件再次发生)等时自动发起。例如，自动维护时间表可以通过用户输入接口218而存储于所述控制器装置102。
尽管在图2中示出了实施图1和2中的控制器装置102的示例性方式，图2中所示的一个或多个元件、过程和/或设备可以以任何其它方式被结合、分割、重新安排、忽略、消除和/或实施。更一步地，示例性预定义的错误状态情况模块214、示例性错误情况检测器212和/或更一般地说图1和图2中的示例性控制器装置102可以由硬件、软件、固件和/或任何硬件、软件和/或固件的组合实施。因此，例如，任何示例性预定义的错误状态情况模块214、错误情况检测器212和/或更一般地说图1和图2中示例性控制器装置120可以由一个或多个电路、可编程的处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)和/或现场可编程逻辑设设备(FPLD)等实施。附加于或者替代图2中所示出的那些，示例性控制器装置102可以包括一个或多个元件、处理器和/或设备，和/或可以包括多于一个的任何或所有示出的元件、处理器和设备。
图3-5是代表可以用于控制、操作和/或实施图1和图2的示例性控制器装置102的示例性方法的流程图。尽管图3-5示出了示例性方法300、400和500，然而图3-5中所示的一个或多个操作可以以任何其他方式被结合、分割、重新安排、忽略、消除和/或实施。更进一步地，附加于或者替代图3-5中示出的那些，图3-5中的示例性方法可以包括一个或多个操作，和/或可以包括多于一个的任何或所有示出的操作。更一步地，虽然示例性方法是参照图3-5中流程图来描述的，但是用于检测过程控制系统的错误情况的许多其它方法可以被作为替代地使用。
图3是代表可以用于实施图1、2中的示例性控制装置102的示例性方法的流程图。
参照图3，控制器装置102具有预定义的错误状态指令，其对应于检测出的错误情况(块302)。例如，预定义的错误状态指令和/或对应的错误情况可以是可编程的。例如，预定义的错误状态指令可被预先安装(例如，在工厂内)在控制器装置102内和/或可以在将控制器装置102安装至现场设备112(例如，在现场内)后被提供至控制器装置102。在一些例子中，预定义的错误状态指令和/或对应的错误情况可以是用户编程的指令或命令，其可以通过以上所描述的输入接口218被输入至控制器装置102。
在操作中，控制器装置102基于从控制系统(块304)接收的命令信号来操作现场设备。例如，如果控制器装置102未检测到错误情况的出现，处理器204基于由控制系统122通过通信接口206提供的控制信号或指令来操作所述现场设备112。
还有，在操作中，控制器装置102和/或错误情况检测器212检测错误情况是否出现(块306)。例如，错误情况检测器212监控与存储于控制器装置102中的错误情况有关的一个或多个过程控制系统参数或设定。例如，错误情况检测器212通过通信检测器236监控通信，通过温度检测器238监控温度，通过位置检测器240监控现场设备位置，通过校准检测器242监控校准，和/或通过从属现场设备检测器244监控联锁过程或级联过程。
如果错误情况由例如错误情况检测器212检测出，则控制器装置102获得或获取对应于被检测出的错误情况的预定义的错误状态指令(块308)。例如，处理器204可以从预定义的错误状态情况模块214获取或获得预定义的错误状态指令。
控制器装置102基于预定义的错误状态指令而操作或控制现场设备112(块310)。例如，一旦检测到由通信检测器236提供的通信错误情况，处理器204可以接收预先确定的错误状态指令以移动现场设备112至关闭位置。处理器204可以命令现场设备控制模块208提供控制流体至促动器132的上部室，以便将流动控制元件140向孔移动以限制或阻止流体流动通过阀130的通道。在其它例子中，预定义的错误状态指令可以命令或操作末控元件，诸如，例如，电制动阀、泵、通风孔和/或任何适合的现场设备或末控元件。在一些例子中，预定义的错误状态指令可以是用于液压制动阀或末控元件的高压信号。
图4是代表控制图1和2中的示例性的控制器装置102的示例性过程的流程图。
为了检测错误情况，示例性处理器204和/或错误情况检测器212确定错误情况和/或错误状态指令是否存储于或配置于控制器装置102内(块402)。例如，处理器204和/或错误情况检测器212确定预定义的错误状态情况是否存储于控制器装置102的存储器216中。如果预定义的错误状态情况未被提供或定义，则过程400结束。
如果在块402处理器204和/或错误情况检测器212确定预定义的错误状态情况被提供，则处理器204和/或错误控制检测器212监控对应于配置在控制器装置102内的预定义的错误状态情况的、图1中的过程控制系统100的一个或多个系统情况和/或参数(块404)。如上所述，可以配置的示例性系统情况和/或参数包括但不局限于网络通信、温度值、校准设定、位置值、多种现场设备的协调操作、和/或任何其它可被监控的过程控制系统情况和/或参数。
随后，处理器204和/或错误情况检测器212运行或执行错误情况检测过程来检测错误情况(块406)。例如，处理器204和/或错误情况检测器212可以基于在块404接收的被监控的系统情况和/或参数信息来检测错误情况。将结合图5描述可用于实施块406的示例性错误情况检测过程500。
如果在块406处理器204和/或错误情况检测器确定错误情况没有出现，则过程400返回到块404(块408)。例如，如果在块406错误情况未被检测到，则处理器204继续基于通过通信接口206接收的指令来控制或操作现场设备112。如果错误情况检测器212检测出错误情况，则错误情况检测器212提供指示错误情况已经出现的信号至处理器204(块408)。
处理器204和/或错误情况检测器212取得、获得或接收对应于被检测出的错误情况的预定义的错误状态指令(块410)。例如，预定义的错误状态情况模块214可以从存储器216获取对应于在块406检测到的特定错误情况的预定义的错误状态指令，和/或可以向处理器204发送或提供预定义的错误状态指令。处理器204随后根据与在块404上检测出的错误情况相关联的预定义的错误状态指令来操作现场设备112(块412)。
处理器204随后确定被检测出的错误情况是否被解决(块414)。如果在块414被检测出的错误情况未被解决，则处理器204继续根据在块412上获得的预定义的错误状态指令来操作现场设备112。如果被检测出的错误情况已解决，则控制器装置102返回无错误情况设定(块416)。当控制器装置102返回无错误情况时，处理器204通过由通信接口206接收的指令(例如，由控制系统122提供的指令)来控制所述现场设备112。
图5是代表可以实施图4中的块406的示例性错误情况检测过程的流程图。
为了确定错误情况，错误情况检测器212分析或处理在图4中的块404(块502)获取的、被监控的系统情况和/或参数。例如，错误情况检测器212可以针对在控制器装置102中配置的预定义的错误情况中的每一个来分析、测量和/或处理被监控的系统情况和/或参数。
错误情况检测器212随后确定被监控的系统情况和/或参数是否偏离无错误情况(块504)。如果被监控的系统情况或参数在块504未偏离无错误情况，则错误情况检测器212确定错误情况未被检测出(块506)。过程500随后返回至图4中的块406。
如果在块504上被监控的系统情况或参数偏离无错误情况，则错误情况检测器212确定错误情况被检测出(块508)。过程500随后返回图4中的块406。
图6是用于实施在此描述的示例性方法和装置的示例性处理器系统的框图。图6中的处理器系统610包括耦接至互连总线614的处理器612。处理器612可以是任何合适的处理器、处理单元、或微处理器(例如，来自奔家族、安
Figure BSA00000790624900212
家族或
Figure BSA00000790624900213
家族的一个或多个英特
Figure BSA00000790624900214
微处理器、德州仪
Figure BSA00000790624900215
嵌入式处理器、和/或来自其它家族的其它处理器)。系统610可以是多处理器系统并且因此可以包括一个或多个额外的处理器，其与过程器612相同或相似并且通信地耦接至互连总线614。
图6中的处理器612耦接至芯片集618，其包括存储器控制器620和输入/输出(I/O)控制器622。芯片集提供I/O和存储器管理功能以及可由耦接至芯片集618的一个或多个处理器存取或使用的多个通用目的和/或专用目的寄存器、计时器等。存储器控制器620执行这样的功能，其使处理器612能够存取系统存储器624和大容量存储器625和/或数字通用光盘(DVD)640。
一般来说，系统存储器624可包括任何期望类型的易失和/或非易失存储器(NVM)，诸如，例如，静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、快闪式存储器(FRAM)、只读存储器(ROM)等。大容量存储器625可以包括任何期望类型的大容量存储器设备，包括硬盘驱动器、光盘驱动器、磁带存储器等。图4和5中的机器可读指令可以存储于系统存储器624、大容量存储器625，和/或DVD640内。
I/O控制器622执行这样的功能，即使处理器612能够通过I/O总线632与外围输入/输出(I/O)设备626和628和网络接口630通信。I/O设备626和628可以是任何期望类型的I/O设备，诸如，例如，键盘、按钮、视屏或其它本地用户接口显示器或监控器、鼠标等。网络接口630可以是例如以太网设备、异步传输模式(ATM)设备、802.11设备、DSL调制解调器、电缆调制解调器、蜂窝式调制解调器、HART通信过程控制系统、与Foundation现场总线和过程现场总线(Profibus)等相似的任何现场总线通信系统，其能够使处理器系统610能够与另一处理器系统通信。图6的示例性网络接口630还通信地耦接至网络634，诸如内部网、局域网、广域网、因特网等。
尽管图6中存储器控制器620和I/O控制器622被描述为芯片集618内的分离的功能块，但是由这些块执行的功能可以被集成于一个单一的半导体电路或可以使用二个或更多的分离的集成电路来实施。
图7是代表用于安装图1中的控制器装置102的示例性方法的流程图。为安装控制器装置102，控制器装置被装配至现场设备(例如，现场设备112的促动器132)和/或可以通过装配或装托架耦接至现场设备附近(块702)。控制器装置102随后操作地耦接至现场设备112(块704)。例如，通道144a和144b被耦接至现场设备控制模块208和促动器132。附加地，控制器装置102被操作地耦接至和/或被配置为通过通信网络106与控制系统122和/或其它现场设备(例如，现场设备108和118)通信(块706)。
在一些例子中，控制器装置可以提示进行预定义错误情况的选择(块708)。例如，可以从通过输入接口而呈现给用户或技术人员的下拉菜单中选择预定义错误情况，和/或例如通过电脑在控制器装置102内对预定义错误情况进行编程。
预定义错误情况随后被提供或配置(块710)。在一些例子中，预定义错误情况可以是工厂安装的和/或在现场配置的。一旦错误情况被提供或被配置，对应于每一个被选择或被定义的预先确定的错误情况的预定义的错误状态指令将被提供或被配置(块712)。如上所述，这些预定义的错误状态指令可以是可编程的、用户定义的和/或根据用户要求定制的。
尽管在此描述了某些示例性方法和装置，但本发明的覆盖范围并不局限于此。恰恰相反，本发明覆盖或者在字面上或者在等同原则下落入所附权利要求范围内的所有方法、装置和制造物品。

Claims (26)

1.一种用于控制现场控制设备的方法，所述方法包括：
通过耦接至所述现场控制设备的控制器，接收来自远离所述控制器设置的控制系统的通信以在无错误情况下操作所述现场控制设备；
检测错误情况是否已经出现；以及
当所述错误情况被检测出时，基于存储于所述控制器内的预先确定的错误状态指令，操作所述现场控制设备。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述控制器的接口，提供所述预定义的错误状态指令至所述控制器。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述错误情况被检测出时覆写所述通信。
4.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述错误情况包括通过所述控制器监控过程参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中监控所述过程参数包括确定所述控制系统和所述控制器间的网络连接是否中断。
6.根据权利要求4所述的方法，其中监控所述过程参数包括确定所述控制器周围的温度是否高于阈值。
7.根据权利要求4述的方法，其中监控所述过程参数包括：
向所述控制器提供命令位置值以移动所述现场控制设备至期望的操作位置；
接收代表所述现场控制设备的实际位置的测量的位置值；以及
比较所述测量的位置值和所述命令位置值。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：当所述测量的位置值与所述命令位置值的差异大于预先确定的阈值时，基于所述预定义的错误状态指令，操作所述现场控制设备。
9.根据权利要求4所述的方法，其中监控所述过程参数包括：
从所述现场控制设备的位置传感器接收代表所述现场控制设备的实际位置的测量的位置值；以及
比较接收到的所述测量的位置值和预先设定的校准范围。
10.根据权利要求9所述的方法，其中操作所述现场控制设备包括：如果接收到的所述测量的位置值在所述预先设定的校准范围以外，则校准所述现场控制设备。
11.根据权利要求1所述的方法，其中当所述错误情况被检测到时基于预先确定的错误状态指令操作所述现场控制设备包括：将流动控制设备移动至处于完全打开位置和完全关闭位置间的中间位置。
12.根据权利要求1所述的方法，其中当所述错误情况被检测到时基于预先确定的错误状态指令操作所述现场控制设备包括：将所述现场控制设备移动至第一位置并持续第一时间量，以及接着将所述现场控制设备移动至第二位置并持续第二时间量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一位置是第一中间位置且所述第二位置为第二中间位置。
14.根据权利要求1所述的方法，其中基于预定义的错误状态指令操作所述现场控制设备包括：当其它现场控制设备不在适当的位置时，延迟由所述控制系统提供的控制信号，其中所述其它现场控制设备的操作先于所述现场控制设备的操作。
15.一种用于控制现场控制设备的方法，所述方法包括：
监控过程控制系统的操作参数；
基于所述操作参数检测错误情况；以及
当所述错误情况被检测到时，基于存储于所述控制器的至少一个预先确定的错误状态设定，通过操作地耦接到所述现场控制设备的本地控制器，控制所述现场控制设备。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：通过用户接口，选择所述预先确定的错误状态设定。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括通过用户接口，定义所述预先确定错误状态设定。
18.根据权利要求15所述的方法，其中监控所述过程系统的所述操作参数包括：监控通信连接、所述本地控制器的周围的温度、校准参数、或位置参数中的至少一个。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述现场控制设备包括流体阀，以及其中控制所述现场控制设备包括：当网络通信连接中断时，通过所述控制器，促使所述流体阀移动至关闭位置。
20.一种现场控制设备，包括：
控制过程流体的流体流动的控制设备；以及
装配至所述现场控制设备的控制器，所述控制器操作地耦接到所述现场控制设备，并被配置为接收来自远离所述控制器设置的系统的命令，以控制所述现场控制设备的位置，所述控制器具有本地控制系统，当错误情况被检测到时，基于存储于所述本地控制系统中的预定义的错误状态设定，命令所述现场控制设备。
21.根据权利要求20所述的现场控制设备，其中所述错误情况包括：所述控制器和所述本地控制系统间的网络通信中断。
22.根据权利要求20所述的现场控制设备，其中所述错误情况包括：检测到所述控制器的周围环境温度高于阈值。
23.根据权利要求20所述的现场控制设备，其中所述错误情况包括：由所述现场控制设备的位置传感器提供的流体控制设备的测量的位置值与所述控制系统或所述控制器提供的命令位置值不相对应。
24.根据权利要求20所述的现场控制设备，还包括用户接口以使用户能够选择或配置所述预定义的错误状态设定。
25.根据权利要求24所述的现场控制设备，其中所述用户接口包括用于呈现请求所述预定义的错误状态设定的提示的显示器和用于接收所述预定义的错误状态设定的输入设备。
26.根据权利要求20所述的现场控制设备，其中所述现场控制设备包括流体控制阀，以及其中所述预定义的错误状态设定包括至少一个阀节流位置。
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