CN103064400B - 调节阀的异常诊断方法 - Google Patents

调节阀的异常诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示的调节阀的异常诊断方法，在过程运行中，简易且正确地进行调节阀的异常诊断。采样对调节阀（200）的操作器压力Po和从调节阀(200)输出的开度X，从这次的Po（k）与上次的Po（k-1）中求出Po（k）的变化速度v Po（k），从这次的X（k）与上次的X（k-1）中求出X（k）的变化速度vX（k）。然后，只在v Po（k），vX（k）两个都小时，使权重w1（k）为1（其他情况为0），从w1（k）为1的v Po（k）和vX（k）及表示调节阀200的正常时的静态的输入输出关系的线性近似式F1，求得异常诊断判断期间中的每个开度范围i的异常诊断指标Fq[i]。

Description

调节阀的异常诊断方法
技术领域
本发明涉及调节流体流动的调节阀的异常诊断方法。
背景技术
历来，在化学工厂等中，对其流量处理所用的调节阀设置定位器，利用该定位器来控制调节阀的开度。这种定位器具备：求出从上位装置送来的开度设定值与从调节阀所反馈的实际开度值之间的偏差，生成根据该偏差的电气信号作为控制输出的演算部；将该演算部生成的控制输出变换为空气压力信号的电空变换器；及放大该电空变换器变换了的空气压力信号，作为放大空气压力信号输出到调节阀的操作器的气动放大器（例如参照特许文献1）。
图23示出组合定位器与调节阀的系统中的输入输出信号的流动。在同一图中，100是定位器，200是调节阀，定位器100具备电气模块1，EPM（电空变换模块）2，气动放大器（空气压力放大模块）3。
电气模块1以开度设定信号Iin和由调节阀200所反馈的阀的开度X作为输入，生成EPM驱动信号Duty（功率），作为控制输出。EPM2以来自电气模块1的EPM2驱动信号Duty作为输入，将该EPM驱动信号Duty变换为喷嘴背压Pn。气动放大器3以EPM输出的喷嘴背压Pn作为输入，根据喷嘴背压Pn生成操作器压力Po。调节阀200以定位器100输出的操作器压力Po作为输入，按照该操作器压力Po调节其阀的开度X。
图24示出定位器100内的各模块和调节阀200的正常时的静态输入输出关系的线性近似图。图24（a）示出电气模块1的输入输出关系（开度信号Iin与EPM驱动信号Duty之间的关系），图24（b）示出EPM2的输入输出关系（EPM驱动信号Duty与喷嘴背压Pn之间的关系），图24（c）示出气动放大器3的输入输出关系（喷嘴背压Pn与操作器压力Po之间的关系），图24（d）示出调节阀200的输入输出关系（操作器压力Po与开度X之间的关系）。另外，该例中调节阀200是依照输入空气加大开度的正动作型（空气促开型）调节阀。
[调节阀的异常诊断]
调节阀200中，根据操作器压力Po与开度X之间的关系能检测出对阀轴施加的流体反作用力（根据过程流体产生的力）。图25示出流体反作用力发生时的调节阀200的输入输出关系的变化。在同一图中，I是表示正常时的静态输入输出关系的特性（无负荷时的特性）。因流体反作用力发生，其输入输出关系改变为如特性I’所示的那样。
无负荷时，操作器压力Po与开度X之间的关系表示弹性力、由空气压力产生的力的平衡。由于发生流体反作用力，对其平衡产生差异。因此，通过与没有发生流体反作用力的状态（无负荷时）作比较，能检测出操作器压力Po的差异。通过监测该差异，有可能检测出使用范围外的流体压力。
另外，能从操作器压力Po与开度X之间的关系检测出施加于阀轴的摩擦力的异常（例如参照特许文献2、特许文献3）。图26（a）示出正常时的操作器压力Po与开度X之间的输入输出关系的迟滞特性。在使操作压力Po向上升方向变化时与向下降方向变化时，输入输出关系不同，在上升方向的特性与下降方向的特性之间产生迟滞的宽度W。该迟滞的宽度W，如图26（b）所示那样，因摩擦力而变。因此，通过与正常时比较该迟滞的宽度W，能判断出异常。另外，如对迟滞的宽度W的1/2乘以操作器隔膜面积，就得到静摩擦力，也可以用该静摩擦力作为指标值。
特许文献
特许文献1日本实开昭62-28118号公报
特许文献2日本特表2006-520038号公报
特许文献3日本特表2005-538462号公报
特许文献4日本特开平07-77488号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，采用上述那样的调节阀的异常诊断方法的话，在过程运行中，利用过程运行中的数据进行调节阀的异常诊断时，有时不能满意地诊断调节阀的异常。
例如，考虑图25所示的调节阀的异常（流体反作用力大）的情况。这时，过程运行中，当快速地动作调节阀时，由于迟滞的原因，其输入输出关系较大地偏离表示正常时的静态输入输出关系的特性I（静态模型）（参看图27）。因此，有时误诊断为调节阀的异常。
另外，考虑图26的调节阀的异常（摩擦力大）。这时，特许文献2和特许文献3中所示的技术中也利用开度X与操作器压力Po某一个或两个快速动作时的数据。当增加这样的数据时，即使实际上摩擦力没有变化，而算出的迟滞宽度W也变大了（参看图28）。因此，有时误诊断为调节阀的异常。
又，考虑做成包含调节阀的迟滞的动态的模型，根据该做成的动态的模型进行异常诊断。然而这种方法中，推导运动方程式等（例如参照特许文献4），做成精度高的动态模型，要求过大的劳动力，运用时的计算量也多，不能简易地进行异常诊断。
本发明为解决这样的课题而作，其目的在于提供在过程运行中能简易且正确地进行调节阀的异常诊断的定位器的异常诊断方法和装置。
解决课题的手段
为达到这种目的，本发明的调节阀的异常诊断方法，其对调节流体的流量的调节阀的异常进行诊断，其特征在于，包括：对向所述调节阀的输入信号和作为来自所述调节阀的输出的阀开度定期地进行采样的步骤；求出所述被采样的输入信号的变化速度的步骤；求出所述被采样的阀开度的变化速度的步骤；根据预先设定的权重函数，求出与所述输入信号的变化速度和所述阀开度的变化速度的组合相对应的权重的步骤；及根据所述被采样的输入信号、阀开度以及所述求出的权重进行所述调节阀的异常诊断的步骤。
例如，本发明中，在以对调节阀的输入信号作为操作器压力时，定期地采样作为对调节阀的输入信号的操作器压力，定期地采样作为从调节阀的输出的阀开度，求得所采样操作器压力的速度变化与所采样的阀开度的速度变化。然后，根据预先设定的权重函数，求得与操作器压力的变化速度和阀开度的变化速度的组合相应的权重，根据求得的所采样的操作器压力与阀开度的权重进行调节阀的异常诊断。
例如，本发明中，当只在操作器压力的变化速度和阀开度的变化速度的哪一个都小的情况，以权重为1，其余的情况以权重为0时，便用变化速度小的操作器压力和阀开度进行调节阀的异常诊断。这样一来，过程运行中，从表示正常时的静态的输入输出关系的特性中排除大的偏离的数据，或从正常的迟滞宽度中排除大的偏离数据，使进行调节阀的异常诊断成为可能。
本发明中，根据预先设定的权重函数求得与输入信号的变化速度和阀开度的变化速度的组合相对应的权重，但该权重也可分为对应于输入信号的变化速度的权重成分与对应于阀开度的变化速度的权重成分的权重函数，也可以为合成对应于输入信号的变化速度的权重成分与对应于阀开度的变化速度的权重成分的权重函数。另外，该权重也可以不一定是0，1两个值，变化速度越小权重越大也没关系。
另外，本发明中，调节阀概念中也包含组合定位器的系统。即，也能将组合定位器与调节阀的系统的全体看成一个调节阀。这时，作为向定位器的输入信号的开度设定信号相当于向调节阀的输入信号。
发明的效果
根据本发明，定期地采样向调节阀的输入信号和来自调节阀的、作为输出的阀开度，求得所采样的输入信号的变化速度与所采样的阀开度的变化速度，并根据预先设定的权重函数求得与输入信号的变化速度和阀开度的变化速度的组合相对应的权重，根据求得所采样的输入信号和阀开度的权重进行调节阀的异常诊断，所以处理运转中、从表示正常时的静态的输入输出关系的特性中排除大的偏离的数据，或从正常的迟滞宽度中排除大的偏离数据，有可能性简易且正确地进行调节阀的异常诊断。
附图说明
图1示出适用本发明的调节阀的异常诊断方法的异常诊断装置的一实施形态（实施形态1）的主要部分的构成图。
图2是说明在没有调节阀的设计规格等情况下求出调节阀的正常时的静态输入输出关系的方法的图。
图3示出实施形态1的异常诊断装置用的权重函数的一例。
图4为实施形态1的异常诊断装置中CPU实行的异常诊断处理的流程图。
图5示出图4所示的流程图中求权重w1（k）的处理的子程序图。
图6示出图4所示的流程图中决定开度X（k）所属的范围的处理子程序图。
图7示出图4所示的流程图中更新范围i的操作器压力的最大值、最小值的处理子程序图。
图8示出图4所示的流程图中求出每个范围i的流体反作用力的处理子程序图。
图9示出图4所示的流程图中将全部范围i的操作器压力的最大值、最小值复位为初始值的处理子程序图。
图10示出由权重w1（k）所排除的数据和作为有效的数据所提取的数据的图。
图11示出求出在范围i的正常时的数据与表示所收集的输入输出关系的数据（代表值）之间的Po轴上的差异的样式的图。
图12示出对每个范围i算出的流体反作用力的图。
图13示出实施形态1的异常诊断装置用的权重函数的其他例的图。
图14示出适用本发明的调节阀的异常诊断方法的异常诊断装置的另一实施形态（实施形态2）的主要部分的构成图。
图15是说明在没有调节阀的设计规格等情况下求出调节阀的正常时的输入输出特性的迟滞宽度的方法的图。
图16示出实施形态2的异常诊断装置用的权重函数的一例。
图17为实施形态2的异常诊断装置中CPU实行的异常诊断处理的流程图。
图18示出图17所示的流程图中求出每个范围i的迟滞宽度的处理子程序图。
图19示出算出范围i的迟滞宽度的样式图。
图20示出对每个范围i算出的迟滞宽度图。
图21示出对每个范围i算出的摩擦力图。
图22示出因流体反作用力迟滞的宽度不变大的样式图。
图23示出在组合定位器和调节阀的系统中的输入输出信号的流动图。
图24将定位器内的各模块（电气模块，EPM，气动放大器）和调节阀正常时静态的输入输出关系作线性近似的图。
图25是示出流体反作用力发生时的调节阀的输入输出关系的变化的图。
图26是说明因摩擦力而变化的调节阀的输入输出特性的迟滞宽度的图。
图27是示出过程运行中在调节阀快速动作时由于迟滞的原因其输入输出关系较大地偏离其正常时的静态输入输出关系的情况的图。
图28是示出过程运行中在调节阀快速动作时由于迟滞的原因算出的输入输出特性的迟滞宽度变大的情况的图。
符号的说明
1…电气模块，2…EPM（电空变换器），3…气动放大器，4…CPU，5…存储部，6、7…接口，411…操作器压力采样部，421…开度采样部，431…操作器压力变化速度算出部，441…开度变化速度算出部，451…权重算出部，461…异常诊断指标值算出部，412…操作器压力采样部，422…开度采样部，432…操作器压力变化速度算出部，442…开度变化速度算出部，452…权重算出部，462…异常诊断指标值算出部，100…定位器，200…调节阀，300、400…异常诊断装置。
具体实施方式
以下，根据附图详细说明本发明的实施形态。这里，首先，作为实施形态1，说明从调节阀的输入输出信号（操作器压力Po，开度X）中求得流体反作用力，作为异常诊断指标值进行异常诊断的例子，其次，作为实施形态2，说明从调节阀的输入输出信号（操作器压力Po，开度X）中求得迟滞宽度，作为异常诊断指标值进行异常诊断的例子。
[实施形态1]
图1示出以流体反作用力作为异常诊断指标值进行调节阀200的异常诊断的异常诊断装置300的主要部分的构成图。异常诊断装置300具有CPU4，ROM和RAM等的存储部5，接口6和7。此外，该异常诊断装置300也可设于定位器100或调节阀200的内部，也可设于定位器100或调节阀200的外部。图1示出设于定位器100或调节阀200的外部的例子。
作为向调节阀200的输入信号的操作器压力Po，分支且经接口6被输入至CPU4，作为从调节阀200输出的开度X，分支且经接口7被输入至CPU4。另外，CPU4按照存储部5所存的程序PG进行动作。
存储部5中除了上述的程序PG外，还存储有表示调节阀200正常时的静态输入输出关系（操作器压力Po与开度X的关系（无负荷时））的线性近似式F1，用于求出与操作器压力Po的变化速度和开度X的变化速度的组合对应的权重函数G11、G12。
[线性近似式F1]
在该实施形态1中，表示调节阀200正常时的静态输入输出关系的线性近似式F1利用调节阀200的设计规格求得。该例中，确定以弹力范围80~240kPa为开度0~100%时的线性近似式F1，为X=a1×Po+b1（a1=0.625,b1=-50），存入存储部5。
另外，在没有调节阀200的设计规格等情况下，最好在维护后的正常状态下，例如以25%、50%、75%的状态使开度设定信号Iin静止一定时间，取操作器压力Po与开度X的平均值（参照图2），用最小二乘法从3点中求得。这时使静止的不是3点也行。另外，不是线性近似，是非线性近似（多项式近似或支持向量机等的非线性递归式）也行。
[权重函数G11、G12]
在该实施形态1中，用于求出操作器压力Po的变化速度和开度X的变化速度的组合对应的权重用的权重函数G11、G12中的G11被确定为从操作器压力Po的变化速度得到第1权重成分wPo用的权重函数，G12被确定为从开度X的变化速度得到第2权重成分wX用的权重函数。如后述那样，从根据权重函数G11、G12得到的权重成分wPo、wX，通过w1=wPo×wX，求出与操作器压力Po的变化速度和开度X的变化速度的组合对应的权重w1。
图3（a）中示出权重函数G11的一例。在该实施形态1中，如图3（a）所示的那样，将操作器压力Po[kPa]的变化速度设为vPo[kPa/sec]，将该变化速度vPo的绝对值在阈值Poth以下范围的wPo设为1，除此以外的设为0。
图3（b）中示出权重函数G12的一例。在该实施形态1中，如图3（b）所示的那样，将开度X[%]的变化速度设为vX[%/sec]，将该变化速度vX的绝对值在阈值Xth以下范围的wX设为1，除此以外的设为0。
这里，阈值Poth、Xth，是将操作器压力Po的变化速度vPo的容许值设定为Poth，将操作器压力Po上升到Poth时的迟滞产生的开度X的变化速度vX设为Xth。又，操作器压力Po的变化速度vPo的容许值Poth表示没有因迟滞而误判断为调节阀异常的变化速度vPo的容许值。该容许值Poth通过反复实验来求得。
[过程运行中的异常诊断]
在过程运行中，CPU4定期地读取向调节阀200的操作器压力Po和来自调节阀200输出的开度X，并进行调节阀200的异常诊断。图4示出CPU4进行的异常诊断处理的主流程。
CPU4读取操作器压力Po（k）和开度X（k）时，就求出其读取的操作器压力Po的变化速度与开度X的变化速度，并求出与其求得的操作器压力Po的变化速度和开度X的变化速度的组合对应的权重w1（k）（步骤S101）。图5示出在步骤S101进行的处理的子程序。
CPU4一旦在此次的采样周期（第k次采样周期）读取操作器压力Po（k）和开度X（k）（步骤S201，S202），就从此次的操作器压力Po（k）和上次的操作器压力Po（k-1）求出操作器压力Po（k）的变化速度作为vPo（k）（步骤S203）。又，从此次的开度X（k）和上次的开度X（k-1）求出开度X（k）的变化速度作为vX（k）（步骤S204）。
这时，设采样周期为T[sec]，则vPo（k）[kPa/sec]可用下式（1）计算，vX（k）[%/sec]可用下式（2）计算。
vPo（k）=（Po（k）—Po（k-1））/T……（1）
vX（k）=（X（k）—X（k-1））/T……（2）
接着，CPU4根据存储部5所存的权重函数G11（图3（a）），从操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k）求出对应于其变化速度vPo（k）的权重成分wPo（k）（步骤S205）。这时，如变化速度vPo（k）的绝对值在阈值Poth以下，则设wPo（k）=1，如变化速度vPo（k）的绝对值超出阈值Poth，则设wPo（k）=0。
另外，根据存储部5所存的权重函数G12（图3（b）），从开度X（k）的变化速度vX（k）求出对应于其变化速度vX（k）的权重成分wX（k）（步骤S206）。这时，如变化速度vX（k）的绝对值在阈值Xth以下，则设wX（k）=1，如变化速度vX（k）的绝对值超出阈值Xth，则设wX（k）=0。
然后，CPU4从在步骤S205中求得的权重成分wPo（k）与在步骤S206中求得的权重成分wX（k），通过算式w1（k）=wPo（k）×wX（k）求得对应于操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k）与开度X（k）的变化速度vX（k）的组合的权重w1（k）（步骤S207）。
这时，因为通过w1（k）=wPo（k）×wX（k）而求得w1（k），所以只在满足下面条件式（3）时，权重w1（k）变为1，除此以外时，权重w1（k）则为0。
If（│vPo（k）│≤Poth）AND（│vX（k）│≤Xth）……（3）
即，仅在操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k）的绝对值在Poth以下，且开度X（k）的变化速度vX（k）的绝对值在Xth以下时，权重w1（k）变为1，除此以外时，权重w1（k）则为0。
[w1（k）=0的情况]
其次，CPU4检查权重w1（k）是否为1（步骤S102（图4）），如w1（k）不是1（步骤S102的否），则使k增加（步骤S105），在确认还未到达预先设定的算出单位期间（异常诊断判断期间）之后（步骤S106的否），返回步骤S101。又，在此例中，将步骤S106中的异常诊断判断期间设为一日。
[w1（k）=1的情况]
如权重w1（k）是1（步骤S102的是），则CPU4决定开度X（k）所属的范围i（步骤S103）。图6示出步骤S103中进行的处理子程序。
CPU4首先检查开度X（k）是否为X（k）≥100%（步骤S301）。这里，如开度X（k）是100%以上（步骤S301的是），则将范围i设为i=20（步骤S302）。如开度X（k）不是100%以上（步骤S301的否），则将范围i设为i=X（k）/5+1（步骤S303）。但是，在i=X（k）/5+1的算出值中舍去小数点以下部分。这样，当假定开度X（k）取0-100%的值时，0-100%就将以5%的开度宽度分成20个范围。
其次，CPU4在开度X（k）所属的范围i中，更新操作器压力Po的最大值与最小值（步骤S104（图4））。图7示出步骤S104中进行的处理的子程序。又，该子程序中，Max_p[i]表示范围i内的操作器压力Po的最大值，Min_p[i]表示范围i内的操作器压力Po的最小值。关于Max_p[i]和Min_p[i]的初始值在后面说明。
CPU4首先检查操作器压力Po（k）是否为Po（k）＞Max_p[i]（步骤S401）。这里，如Po（k）比Max_p[i]大（步骤S104的是），则将Po（k）设为新的Max_p[i]（步骤S403）。如Po（k）是在Max_p[i]以下（步骤S401的否），则检查是否Po（k）＜Min_p[i]（步骤S402）。这里，如Po（k）比Min_p[i]小（步骤S402的是），则将Po（k）设为新的Min_p[i]（步骤S404）。如Po（k）在Max_p[i]以下且在Min_p[i]以上时（步骤S402的否），则不更新Max_p[i]和Min_p[i]。
而且，CPU4在该Max_p[i]和Min_p[i]的更新处理后，对k进行增加（步骤S105（图4）），在确认没有到达异常诊断判断期间之后（步骤S106的否），返回步骤S101。
通过该步骤S101-S106的重复，权重w1（k）为0时的操作器压力Po（k）和开度X（k）被除去，只提取w1（k）为1时的操作器压力Po（k）和开度X（k）（参照图10），将该提取的数据作为有效数据（提取对象数据），对每个范围i求出该范围i内的操作器压力Po的最大值Max_p[i]和最小值Min_p[i]。
[到达了异常诊断判断期间的情况下]
当到达异常诊断判断期间时（步骤S106的是），即步骤S105中的k的增加值到达异常诊断判断期间时，CPU4对每个范围i求出流体的反作用力作为异常诊断指标值（步骤S107）。图8示出步骤S107中进行的处理的子程序。
CPU4首先设i=1（步骤S501）。然后，以Fq[i]作为i=1时的范围的流体反作用力，将该范围i中的操作器压力Po的最大值Max_p[i]和最小值Min_p[i]代入下面的式（4），算出i=1个范围的流体反作用力Fq[i]（步骤S502）。式中，Xi=2.5+（i-1）×5。
Fq[i]=（Xi－b1）/a1－（Max_p[i]+Min_p[i]）/2……（4）
上式（4）表示在存储部5所存的线性近似式F1所表示的调节阀200正常时的静态的输入输出关系与范围i中所收集的表示输入输出关系的数据（代表值）之间的在Po轴上的差异。即，以范围i的操作器压力Po的最大值Max_p[i]和最小值Min_p[i]之间的中位数（（Max_p[i]+Min_p[i]）/2）作为范围i内的操作器压力Po的代表值，以范围i的开度范围的中位数（Xi）作为范围i内的开度X的代表值，表示该代表值与正常时的数据之间的在Po轴上的差异（参照图11）。算出该差异作为范围i的流体反作用力Fq[i]。此外，虽然Fq[i]是压力[kPa]，但是通过乘以操作器隔膜面积[m2]×10-3，可将单位从压力[kPa]变换为力[N]。
CPU4在算出i=1的范围的流体反作用力Fq[i]后，直至i=20为止（步骤S503的是），一边对i进行增加（步骤S504），一边重复步骤S501-S504的处理动作，。这样，对于全部的范围i，算出其范围i的流体反作用力Fq[i]（参照图12）。
然后，CPU4在算出每个范围i的流体反作用力Fq[i]后，将该求得的每个范围i的流体反作用力Fq[i]作为异常诊断指标值，比较流体反作用力Fq[i]与预先设定的阈值（步骤S108（图4）），只要有一个流体反作用力Fq[i]超过阈值（步骤S108的是），就进行异常报知（步骤S109）。
CPU4在步骤S109的异常报知后，或根据步骤S108中的否，将全部的范围i的操作器压力Po的最大值Max_p[i]与最小值Min_p[i]复位为初始值（步骤S110），返回步骤S101的处理，重复同样的处理动作。
图9示出步骤S110中进行的处理的子程序。CPU4首先设i=1（步骤S601）。然后设Max_p[i]=－INF，Min_p[i]=INF。又，INF为超过操作器压力Po通常能取的范围的非常大的值（正值）。这样，Min_p[i]被设为超过操作器压力Po通常能取的范围的正值（初始值），Max_p[i]被设为与Min_p[i]相反的为负值（初始值）。
CPU4在将i=1的范围的Max_p[i]和最小值Min_p[i]作为初始值后，直至i＝20为止（步骤S603的是），一边对i进行增加（步骤S604），一边重复步骤S601-S604的处理动作。这样，对于全部的范围i，将其范围i的Max_p[i]和最小值Min_p[i]作为初始值。
步骤S109中，对于全部的范围i，通过将范围i的Max_p[i]作为－INF（负的值），最小值Min_p[i]作为INF（正的值），返回步骤S101的处理，在步骤S104中进行Max_p[i]和最小值Min_p[i]的更新处理时，不管操作器压力Po（k）变为什么样的值，Max_p[i]、Min_p[i]都更新为Po（k）。
此外，在到达异常诊断判断期间的时刻，第i个的范围的Max_p[i]、Min_p[i]一次也没被更新过时，即还保留有初始化时的值时，不进行步骤S107中的流体反作用力的计算，第i个的范围的流体反作用力看作不能算出，且不进行阈值判定。
这样一来，实施形态1中，在过程运行中，可以除去从表示正常时的静态输入输出关系的特性I中偏离较大的数据，用简易的静态模型正确地进行调节阀200的异常诊断。
另外，该实施形态1中，作为求操作器压力Po的变化速度和开度X的变化速度的组合对应的权重所用的权重函数G11、G12，用图3（a）、（b）所示那样的矩形的权重函数，但也可用图13（a）、（b）所示的三角形的权重函数。
图13（a）示出的权重函数G11’中，将vPo为0时的wPo设为1，将vPo的绝对值在阈值Poth以下的范围的wPo向着vPo=0逐渐地增大，除此以外的wPo设为0。图13（b）示出的权重函数G12’中，将vX为0时的wX设为1，将vX的绝对值在阈值Xth以下的范围的wX向着vX=0逐渐地增大，除此以外的wX设为0。
另外，例如，也可以在图13（a）示出的权重函数G11’中，从vPo的正方向和负方向的更远的位置向着vPo=0的方向使wPo逐渐地增大，或者在图13（b）示出的权重函数G12’中，从vX的正方向和负方向的更远的位置向着vX=0的方向使wX逐渐地增大。
另外，为求出操作器压力Po的变化速度和开度X的变化速度的组合对应的权重所用的权重函数，不一定分成权重函数G11和G12，也可以采用将G11和G12合成为一个权重函数（三维函数）。对三角形的权重函数G11’和G12’也一样，也可为合成G11’和G12’的一个权重函数（三维函数）。
实施形态1的异常诊断装置300中，作为按照程序PG的CPU4的处理动作进行调节阀200的异常诊断，但在将进行CPU4的处理动作的功能作为模块化来表示时，CPU4可用下述各块来表示：定期地采样对调阀200的操作器压力Po的操作器压力采样部411，定期地采样从调节阀200输出的开度X的开度采样部421，从操作器压力采样部411采样的这次的操作器压力Po（k）与上次的操作器压力Po（k－1）求出操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k）的操作器压力变化速度算出部431，从开度采样部421采样的这次的开度X（k）与上次的开度X（k－1）求出开度X（k）的变化速度vX（k）的开度变化速度算出部441，根据存储部5存储的权重函数G11、G12求出操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k）与开度X（k）的变化速度vX（k）的组合对应的权重w1（k）的权重算出部451，以及从操作器压力采样部411采样的操作器压力Po（k）、开度采样部421采样的开度X（k）、权重算出部451求出的权重w1（k）和存储部5存储的线性近似式F1求出异常诊断判断期间中的调节阀200的每个范围i的异常诊断指标值Fq[i]的异常诊断指标值算出部461。
另外，实施形态1中，从这次的操作器压力Po（k）与上次的操作器压力Po（k－1）求出操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k），从这次的开度X（k）与上次的开度X（k－1）求出开度X（k）的变化速度vX（k），但也可能用过去一定时间的信号以最小二乘法进行线性近似计算，以近似式的倾斜作为变化速度。
[实施形态2]
图14示出以迟滞宽度作为异常诊断指标值进行调节阀200的异常诊断的异常诊断装置400的主要部分的构成图。该异常诊断装置400也与实施形态1一样，具有CPU4，ROM和RAM等的存储部5及接口6和7。对于该异常诊断装置400，也可设置于定位器100或调节阀200的内部，也可设置于定位器100或调节阀200的外部。图14示出设置于定位器100或调节阀200的外部的例。
对调节阀200的输入信号的操作器压力Po，分支并经接口6被输入CPU4中，从调节阀200输出的开度X分支并经接口7被输入CPU4。另外，CPU4按照存储部5所存的程序PG进行动作。
存储部5中除了上述的程序PG外，还存储着表示调节阀200正常时的输入输出关系的特性（操作器压力Po与开度X的迟滞特性）中的迟滞宽度W1，求出与操作器压力Po的变化速度和开度X的变化速度的组合对应的权重用的权重函数G21、G22。
[迟滞的宽度W1]
实施形态2中，调节阀200正常时的迟滞宽度W1利用调节阀200的设计规格来求得，并存储于存储部5中。另外，在没有调节阀200的设计规格等的情况中，也可在维护后的正常状态下，如图15（a）所示那样，向定位器100在全开度范围内往返地给与低速斜坡输入，如图15（b）所示那样，取得操作器压力Po与开度X的数据，从其结果中求得正常时的迟滞宽度W1。
[权重函数G21、G22]
该实施形态中，权重函数G21、G22如图16（a）、（b）所示那样，使用与实施形态1中所示的权重函数G11、G12（图3（a）、（b））相同的函数，因此这里的说明从略。
[过程运行中的异常诊断]
过程运行中，CPU4定期地取入对调节阀200的操作器压力Po和从调节阀200输出的开度X，进行调节阀200的异常诊断。图17示出CPU4进行的异常诊断处理的主流程图。
该流程图中，步骤S111-S116的处理与实施形态1中说明过的步骤S101-S106（图4）的处理相同，因此说明从略。
[到达了异常诊断判断期间的情况下]
当到达异常诊断判断期间时（步骤S116的是），CPU4对每个范围i求出迟滞宽度作为异常诊断指标值（步骤S117）。图18示出步骤S117中进行的处理的子程序。
CPU4首先设i=1（步骤S511）。然后，以Ft[i]作为i=1时的范围的迟滞宽度，将该范围i中的操作器压力Po的最大值Max_p[i]和最小值Min_p[i]代入下面的式（5），算出i=1的范围的迟滞宽度Ft[i]（步骤S512，参照图19）。
Ft[i]=Max_p[i]－Min_p[i]……（5）
CPU4在算出i=1的范围的迟滞宽度Ft[i]后，直至i=20为止（步骤S513的是），一边对i进行增加（步骤S514），一边重复步骤S511-S514的处理动作。这样，对于全部的范围i，算出其范围i的迟滞宽度Ft[i]（参照图20）。
然后，CPU4在算出每个范围i的迟滞宽度Ft[i]后，读出存储部5中存储的正常时的迟滞宽度W1，以对此迟滞宽度W1加上规定值α后的值作为阈值，比较该阈值与每个范围i的迟滞宽度Ft[i]（步骤S118（图17）），只要有一个迟滞宽度Ft[i]超过阈值（步骤S118的是），就进行异常报知（步骤S119）。
CPU4在步骤S119的异常报知后，或根据步骤S118中的否，将全部的范围i的操作器压力Po的最大值Max_p[i]与最小值Min_p[i]复位为初始值（步骤S120），返回步骤S101的处理，重复同样的处理动作。对步骤S120中的初始值的复位，因与实施形态1中的步骤S110（图4）中的处理动作相同，这里的说明从略。
这样一来，实施形态2在操作处理中，可以除去较大偏离于正常的迟滞宽度的数据，用迟滞的宽度正确地进行调节阀200的异常诊断。
另外，照实施形态1中所示的那样，在运转中，由于阀轴受到流体的反作用力，操作器压力Po与开度X之间的关系发生变化。然而，迟滞的宽度W依存于摩擦力，如图22所示那样，不会因流体反作用力而有大的改变。因此，即使在流体压力的影响下，也不失实施形态2的有效性。
实施形态2的异常诊断装置400中，作为按照程序PG的CPU4的处理动作进行调节阀200的异常诊断，但在将进行CPU4的处理动作的功能作为模块化来表示时，CPU4可用下述各块来表示：定期地采样调节阀200的操作器压力Po的操作器压力采样部412，定期地采样调节阀200输出的开度X的开度采样部422，从操作器压力采样部412采样的这次的操作器压力Po（k）与上次的操作器压力Po（k－1）求出操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k）的操作器压力变化速度算出部432，从开度采样部422采样的这次的开度X（k）与上次的开度X（k－1）求出开度X（k）的变化速度vX（k）的开度变化速度算出部442，根据存储部5存储的权重函数G21、G22求出操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k）与开度X（k）的变化速度vX（k）的组合对应的权重w2（k）的权重算出部452，以及从操作器压力采样部412采样的操作器压力Po（k）、开度采样部422采样的开度X（k）和权重算出部452求出的权重w2（k）求出异常诊断判断期间中的调节阀200的每个范围i的异常诊断指标值Ft[i]的异常诊断部462。
另外，实施形态2中，从这次的操作器压力Po（k）与上次的操作器压力Po（k－1）求出操作器压力Po（k）的变化速度vPo（k），从这次的开度X（k）与上次的开度X（k－1）求出开度X（k）的变化速度vX（k），但也可能用过去一定时间的信号以最小二乘法进行线性近似计算，以近似式的倾斜作为变化速度。
另外，实施形态2在步骤S117中，作为Ft[i]=Max_p[i]－Min_p[i]，求出每个范围i的迟滞的宽度，但也可以作为Ft[i]=（Max_p[i]－Min_p[i]）/2，求出每个范围i的摩擦力（参照图21）。
以Ft[i]作为摩擦力时，最好在步骤S118中，读出存储部5存储的正常时的迟滞宽度W1，求出该迟滞宽度W1的半值（W1/2），以对该迟滞宽度W1的半值（W1/2）加上规定值β后的值作为阈值，比较该阈值与摩擦力Ft[i]。或者，最好在存储部5预先存入正常时的迟滞宽度W1的半值（W1/2），以该正常时的迟滞宽度W1的半值（W1/2）加上规定值β后的值作为阈值，比较该阈值与摩擦力Ft[i]。这时的Ft[i]是压力[kPa]，通过乘以操作器隔膜面积[m2]×10-3，可将单位从压力[kPa]变换为力[N]。
另外，上述的实施形态中，对进行调节阀200的异常诊断的作了说明，但也可将定位器100与调节阀200的组合的系统全体看作为一个调节阀，使与上述同样地进行异常诊断。这时，作为对定位器100的输入信号的开度设定信号Iin就相当于对调节阀的输入信号，用该开度设定信号Iin与阈开度X进行系统全体（调节阀）的异常诊断。
工业上的可利用性
本发明的调节阀的异常诊断方法，可作为调节流体流动的调节阀异常诊断方法，用于化学工厂等中其流量处理所用的调节阀的异常诊断。

Claims (7)

1.一种调节阀的异常诊断方法，其对调节流体的流量的调节阀的异常进行诊断，其特征在于，包括：
对向所述调节阀的输入信号和作为来自所述调节阀的输出的阀开度定期地进行采样的步骤；
求出所述被采样的输入信号的变化速度的步骤；
求出所述被采样的阀开度的变化速度的步骤；
根据预先设定的权重函数，求出与所述输入信号的变化速度和所述阀开度的变化速度的组合相对应的权重的步骤；及
根据所述被采样的输入信号、阀开度以及所述求出的权重进行所述调节阀的异常诊断的步骤。
2.如权利要求1所述的调节阀的异常诊断方法，其特征在于，
进行所述异常诊断的步骤是根据所述被采样的输入信号、阀开度、所述求得的权重以及所述调节阀的正常时的静态输入输出关系，求出在所述调节阀的异常诊断时使用的异常诊断指标值。
3.如权利要求1所述的调节阀的异常诊断方法，其特征在于，
所述权重函数是在所述输入信号的变化速度和所述阀开度的变化速度为小的情况下将权重设为大的函数。
4.如权利要求1所述的调节阀的异常诊断方法，其特征在于，
所述权重函数是将所述输入信号的变化速度和所述阀开度的变化速度的绝对值在阈值以下的范围的权重设为大的函数。
5.如权利要求1中所述的调节阀的异常诊断方法，其特征在于，
进行所述异常诊断的步骤是将预先设定的规定的期间作为异常诊断判断期间，将所述权重被求得为规定值以上的所述输入信号以及所述阀开度设为有效的数据，根据所述异常诊断判断期间内的被设为所述有效的数据的输入信号以及阀开度，求出在所述调节阀异常诊断时使用的异常诊断指标值。
6.如权利要求5所述的调节阀的异常诊断方法，其特征在于，
所述输入信号是向所述调节阀的操作器压力，
进行所述异常诊断的步骤是根据所述异常诊断判断期间内的被设为所述有效的数据的操作器压力和阀开度，对每个预先设定的开度范围求出操作器压力的最大值与最小值之间的中位数，求出表示每个该开度范围的操作器压力的中位数与所述调节阀的正常时的静态输入输出关系的差异的值，作为所述异常诊断指标值。
7.如权利要求5所述的调节阀的异常诊断方法，其特征在于，
所述输入信号是向所述调节阀的操作器压力，
进行所述异常诊断的步骤是，根据所述异常诊断判断期间内的被设为所述有效的数据的操作器压力与阀开度，对每个预先规定的开度范围求出操作器压力的最大值与最小值的差，求出表示每个该开度范围的操作器压力的最大值与最小值的差的值，作为所述异常诊断指标值。
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