CN103792934A - 用于过程装置校准的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了用于过程装置校准的方法和设备。一种范例方法包括：确定过程控制装置的第一位置是否处于第一末端位置；以及对第一位置处于第一末端位置作出响应，基于第一末端位置和配置信息计算过程控制装置的第二末端位置。该范例方法进一步包括基于第一末端位置和第二末端位置计算过程控制装置的局部冲程区域；以及确定过程控制装置的当前位置何时处于局部冲程区域内。该范例方法还包括当当前位置处于局部冲程区域内时，基于控制信号和求和值来计算输出偏差。

Description

用于过程装置校准的方法和设备

技术领域

本申请总体上涉及过程控制系统，更特别地，涉及用于过程装置校准的方法和设备。

背景技术

过程例如举例来说，工业过程通常由各种各样的过程控制装置如致动器和气动阀进行控制。在操作期间，连接到这些过程控制装置的仪器需要校准和/或再校准。例如，当安装新的阀定位器时，校准与该阀一起使用的定位器，以保证阀的准确操作。在某些情况下，校准阀定位器需要将与定位器可操作连接的阀从一个末端位置(例如，完全关闭的位置)冲程到另一个末端位置(例如，完全打开的位置)。为了正确地校准定位器，需要脱机取下该阀。然而，这总是做不到的，因为一些加工厂是连续运转的，并且/或者阀不包括旁通。在一些已知的系统中，校准定位器需要额外或可选地需要人或用户输入信息。然而，在校准期间，这种用户对定位器的输入会有机会引入误差。

发明内容

一种范例方法包括确定过程控制装置的第一位置是否处于第一末端位置，以及响应处于第一末端位置的第一位置，基于第一末端位置和配置信息计算过程控制装置的第二末端位置。该范例方法进一步包括基于第一末端位置和第二末端位置计算过程控制装置的局部冲程区域，并且确定过程控制装置的当前位置处于局部冲程区域内的时间。该范例方法还包括当当前位置处于局部冲程区域内时，基于控制信号和求和的值计算输出偏差。

一种范例设备包括存储器和连接到包括指令的该存储器的处理器。该范例设备还包括存储器中的指令，以使处理器确定过程控制装置的第一位置是否处于过程控制装置的局部冲程位置，并且响应处于局部冲程位置的第一位置，基于配置信息计算目标输出压力。该范例设备还包括存储器中的指令，以使处理器确定反馈压力是否等于目标压力，其中反馈压力对应于从过程控制装置输出的输出压力。该范例设备还包括存储器中的指令，以使处理器计算目标输出压力和反馈压力之间的差异，并且通过该差异来改变输出压力。

一种范例有形计算机可读存储介质，包括指令以使机器确定过程控制装置的第一位置是否处于第一末端位置，并且响应处于第一末端位置的第一位置，使该机器基于第一末端位置和配置信息计算过程控制装置的第二末端位置。该范例有形计算机可读存储介质还包括指令，以使该机器基于第一末端位置和第二末端位置计算过程控制装置的局部冲程区域。该范例有形计算机可读存储介质还包括指令，以使该机器确定过程控制装置的当前位置处于局部冲程区域内的时间，以及当当前位置处于局部冲程区域内时，使该机器基于控制信号和求和的值计算输出偏差。

附图说明

图1表示一种范例过程控制系统，其中可以实施本发明公开的教导。

图2是图1仪器的一种范例实施方式的方块图。

图3是图2的局部冲程校准器的一种范例实施方式的方块图。

图4是表示在本申请中公开的范例方法的流程图。

图5是表示在本申请中公开的另一个范例方法的流程图。

图6是一种范例处理平台的方块图，该处理平台能够执行图4和5的范例方法，以实施图1和2的范例仪器。

具体实施方式

在上面确定的附图中表示的一些范例将在下面详细地描述。在描述的这些范例中，相似或相同的附图标记用于识别相同或相似的元件。这些附图不必是按比例的，并且，为了清楚和/或简明，这些附图的某些特征和某些视图可能会按比例或示意地放大表示。另外，贯穿本说明书描述了几个范例。任何范例中的任何特征可以包含有或替换其他范例中的其他特征，或者与其他范例中的其他特征相结合。

在此描述的范例涉及校准仪器如过程控制装置如阀组件的位置控制器或定位器，所述校准不需要将其中运行有该仪器的过程控制系统脱机取下，或者受到影响，并且不需要用户输入(例如，自动地)。特别地，在本申请中描述的范例可用于通过收集阀组件的信息将仪器如定位器自动校准到阀组件(例如，气动阀和气动致动器)。例如，在连接到致动器组件的仪器(例如，定位器)可以自动收集有关其所连接的致动器类型的信息、需要控制致动器的压力范围、行程百分比或旋转角度、低电流或电压输入是否对应关闭位置或开启位置，等等。这种信息能够使仪器正确地调整或校准从该仪器输出到阀组件的输出信号，以保证来自控制器的控制系统信号对应于从阀组件的位置传感器接收的反馈信号。该校准过程也可以是由用户发起的。另外，通过使该仪器自动收集上述信息，而不需要用户输入，降低了校准期间由于用户输入引入误差的机会。

在一些范例中，一旦安装仪器，并且将其连接到过程控制装置如阀组件，该仪器就可操作地插置于阀组件和控制器(例如，控制系统如分布式控制系统(DCS))之间。特别地，该仪器接收来自控制器的控制信号，并且输出对应的压力，以操作或控制上述阀组件。在操作中，该仪器利用有线或无线通信(例如，通过射频识别(FRID)装置(例如，标签))从阀组件收集信息(例如，致动器的类型、压力范围、行程传感器的范围、阀的冲程长度等)。然后可以将这种信息存储在存储装置(例如，非易失性存储器)中，并且在计算时使用以执行校准，例如计算预期值(例如，预期阀位置)和/或基于与预期值的比较计算调整。

在一些范例中，当阀位于行程的一个末端(例如，完全开启或完全关闭的位置)时，可以安装该仪器，并且将其连接到过程控制装置如阀组件。在一些这种情况下，该仪器可以在行程控制模式下自动执行校准，在该模式下使用表示阀位置的反馈信号控制阀。在其他范例中，其中当安装该仪器时阀未位于行程的末端，该仪器可在压力模式下自动执行校准，在该模式下该仪器使用表示致动器压力的反馈信号来控制阀的位置。

例如，在仪器处于行程控制模式下，该仪器利用从阀组件收集的冲程长度信息，行程反馈机制的细节计算另一个末端位置(例如，另一个完全开启的位置或完全关闭的位置)，并且还计算局部冲程位置和/或局部冲程区域(即局部冲程位置的范围)。在操作中，当该阀位置处于局部冲程区域中时，控制系统信号和仪器积分器累积数保持实质上的恒定，该仪器通过仪器积分器累积数调整输出偏差，然后将仪器积分器累计数复位到零。该仪器积分器累积数是仪器中的积分器计算的值，其表示积分器使阀位置与控制系统信号相匹配的调整。在不必采用任何至少部分地由阀组件脱机控制的过程的情况下，或者在其他不影响该过程的情况下，该仪器还在存储装置中存储新的输出偏差以完成校准，

在其他范例中，当阀在安装时未处于行程的末端时，该仪器在过程控制模式下执行一系列操作，以使反馈压力信号与计算的目标输出压力信号相匹配。当监测反馈压力信号时，该仪器增加和减少输出压力，直到检测到行程运动的方向。基于当前的阀行程、控制阀行程跨距和行程反馈信息，该仪器计算行程的末端和局部冲程位置或局部冲程区域。当控制系统信号位于截止区内时，该仪器还修改控制系统信号改变的速度，以修改阀的操作，然后切换到行程控制模式。当仪器积分器累积数和控制系统信号实质上恒定时，该仪器利用仪器积分器累积数调整输出偏差。一旦进入行程控制系统信号的一个末端，该仪器调整所计算的末端位置，然后复位控制系统信号变化的速度，以完成仪器的校准。

图1表示一种范例过程控制系统100，其用于实施在本申请中描述的范例方法和设备。在图1所示的范例中，过程控制装置102、仪器104、控制器106和用户界面108可以例如经由有线或无线连接通信。特别地，图1的范例过程控制装置102、范例仪器104和/或范例控制器106可以经由数据总线(例如，FOUNDATIONFieldbusTM，HARTTM，ProfibusTM，ModbusTM，DevicenetTM等)或局域网(LAN)通信。

图1的仪器104从控制器106接收控制系统信号，并且将调整的输出信号(例如，压力)传送到过程控制装置102。仪器104可以是数字阀定位器(DVP)和/或数字阀控制器(DVC)。作为选择，仪器104和控制器106可以被结合和/或集成到例如DeltaVTM控制器。

控制器106基于从过程控制装置102、仪器104和/或用户界面108接收和/或收集的信息来输出控制系统信号。在一些范例中，控制器106还将信息(例如，指令)传递到仪器104，和/或将输出信息(例如，报警消息)传递到用户界面108。

图1的范例过程控制装置102可以是多个输入装置和/或输出装置。在一些范例中，输入装置包括阀组件(例如，气动阀和气动致动器)和/或其他装置，而输出装置包括阀定位器、阀控制器和/或其他装置。

图1的范例用户界面108可以是任何处理输入和输出的装置，例如计算机、工作站、服务器和/或移动装置等。用户输入可以通过输入装置110如键盘、记录笔、鼠标和/或触摸屏等传递到用户界面108。用户界面108的输出可以通过输出装置112如举例来说监视器(例如，显示报警消息)和/或扬声器(例如，发出声音警报)等传递到用户。

虽然图1表示了单个范例仪器104和范例控制器106，但是在不脱离本发明公开的教导的情况下，一个或多个额外的仪器104和/或控制器106可包含在图1的范例过程控制系统100中。

图2是图1的仪器104的范例实施方式的方块图。在所示的范例中，将仪器104校准到过程控制装置，如阀组件，以保证过程内过程控制装置的准确操作。仪器104(例如，定位器如数字阀定位器或者数字阀控制器)包括信息界面202、位置读取器204、模式控制器206、位置计算器208、积分器210、校准器212、局部冲程校准器214和存储装置216。

当安装(例如可操作地连接到过程控制装置和控制器)时，仪器104经由信息界面202自动地收集与连接于其上的过程控制装置有关的信息。仪器的校准过程还可以手动地发起。例如，仪器104可以经由信息界面202从阀组件(例如，阀和致动器)收集与阀和致动器有关的信息，如致动器(例如，气动致动器)的类型、致动器压力范围(例如，3psi-15psi)、阀的冲程长度(例如，两英寸)、行程传感器的范围、继电器偏移等。在一些范例中，信息界面202经由射频识别(RFID)装置(例如，标签)收集上述信息。在其他范例中，信息界面202经由条形码读取装置或经由蓝牙收集信息。然而，也可以使用其他任何适当的技术将信息从过程控制装置传送到仪器104。另外，在某些情况下，用户可以将信息例如经由包含在信息界面202中的输入界面(例如，键盘或手提装置)直接输入到仪器104。在一些范例中，信息界面202在寄存器、本地存储器和/或存储装置如存储装置216中记录收集的信息。在一些范例中，存储装置216是非易失性存储器。如下面更详细地描述的，可以在计算中使用记录的信息以执行校准，如基于与预期值的比较计算调整。

在一些范例中，信息界面202确定存储装置216是否之前记录了与过程控制装置有关的信息。当存储装置216包括之前记录的信息时，信息界面202将新接收的信息与之前记录的信息比较。当新接收的信息与之前记录的信息相同时，信息界面202输出仪器104之前已校准并且仍然校准到过程控制装置的指示。相反地，当存储装置216不包含之前记录的信息或者之前记录的信息与新信息不同时，信息界面202输出以继续将仪器104校准到过程控制装置的指示。在一些范例中，信息界面202可以输出校准过程控制装置是安全的指示。

在所示的范例中，仪器104还确定当安装时阀是否处于行程的一个末端(例如，完全开启或完全关闭的位置)。例如，位置读取器204从控制器(例如，控制系统如分布式控制系统(DCS)和/或范例控制器106)接收控制系统信号。位置读取器204还从存储装置216接收控制器的输出范围。例如，控制器106可以在4毫安至20毫安(mA)范围内操作。在所示的范例中，位置读取器204将控制系统信号与该范围比较，并且确定阀是否处于行程的末端。例如，4mA或20mA的控制系统信号对应于处于行程末端的阀位置，而4mA和20mA之间的控制系统信号指示阀位置未处于行程的末端。在所示的范例中，因为是在手动控制下安装仪器(例如，用户在一个位置握住阀以重新放置仪器)，所以仪器能够依靠控制系统信号与该范围的比较来确定阀位置是否处于行程的末端。在一些范例中，位置读取器204在寄存器、本地存储器和/或范例存储装置216中记录阀的位置。

在一些范例中，位置读取器204从可操作地连接到过程控制装置的传感器接收表示过程控制装置的位置的反馈信号(例如，行程反馈信号)。例如，可操作地连接到阀组件的行程传感器可以传递由位置读取器204接收的行程反馈信号。

在图2所示的范例中，模式控制器206接收位置指示，并且利用该位置指示来确定范例仪器104的操作模式。例如，模式控制器206接收来自对应于行程末端的控制系统信号的过程控制装置的位置指示。在一些范例中，当过程控制装置(例如，阀组件)的位置处于行程的末端(例如，完全开启或完全关闭的位置)时，仪器104在行程控制模式下执行校准，在该模式下表示阀位置的反馈信号用于控制阀。在其他范例中，其中阀未处于行程的末端，仪器104在压力控制模式下执行校准，在该模式下仪器104利用表示提供到致动器的压力的反馈信号，以控制阀的位置。

位置计算器208利用例如从过程控制装置收集的信息(例如，阀的冲程长度)计算过程控制装置的位置。例如，位置计算器208从模式控制器206接收仪器104在行程控制模式下操作的指示。利用例如从阀组件收集的冲程长度信息，位置计算器208使用来自位置读取器204的已知末端位置计算另一个末端位置(例如，另一个完全开启的位置或完全关闭的位置)。在一些范例中，位置计算器208基于已知的末端位置和另一个末端位置计算局部冲程位置和/或局部冲程区域(例如，包括局部冲程位置的范围)。例如，位置计算器208利用阀的两个末端位置计算中间冲程位置，并且计算例如中间冲程位置百分之二(例如，中间冲程位置的正负百分之二)内的局部冲程区域。在一些范例中，位置计算器208在寄存器、本地存储器和/或范例存储装置216中记录局部冲程区域。

在一些范例中，位置计算器208从控制器例如图1的范例控制器106接收控制系统信号。在所示的范例中，过程控制装置的位置对应于控制系统信号，其可以在安装仪器104时由信息界面202收集。利用从过程控制装置(例如，范例过程控制装置102)收集的控制系统信号、控制系统信号的已知范围以及冲程长度信息，位置计算器208计算过程控制装置102的预期位置。例如，位置计算器208可从控制器106接收12mA的控制系统信号，从存储装置216接收来自范例控制器106的控制系统信号的范围是4-20mA的信息，以及接收指示过程控制装置102的冲程长度是两英寸的信息。在那种情况下，位置计算器208比较控制系统信号(12mA)与控制系统信号的范围(4-20mA)，并且计算过程控制装置的位置(例如，预期位置)处于中间冲程位置(例如，百分之五十的最大行程)。

在图2所示的范例中，积分器210监视与控制系统信号和行程反馈信号对应的位置，并且指示何时两个位置相等。积分器210计算预期位置与当前位置之间的差异，并且将该差异增加到仪器积分器累计数。积分器210对计算的差异求和，直到两个位置相等(例如，差异等于零)。这样，仪器积分器累积数表示在下一个计算期间使差异最小化的调整。当仪器积分器累积数的值不再变化(例如，增加零)时，仪器积分器累积数指示两个位置相等。将仪器积分器累积数存储在存储装置216中。在一些范例中，一旦仪器积分器累积数被记录，则复位仪器积分器累积数(例如设置成零)。

在图2所示的范例中，校准器212计算完成将仪器校准到过程控制装置所需要的对输出偏差的调整。当阀位置处于局部冲程区域内时，控制系统信号和仪器积分器累积数实质上是恒定的，基于仪器积分器累积数调整输出偏差(例如，调整控制系统信号以使控制系统信号与行程反馈信号相匹配)，并且将积分器210设置(或复位)成零。当控制系统信号在变化和/或当前位置不与对应于控制系统信号的位置相匹配以及仪器积分器累积数在变化时，校准器212不会试图计算输出偏差。然后，将新的输出偏差值存储在存储装置216中，以完成将范例仪器104校准到过程控制装置。

在所示的范例中，当模式控制器206确定过程控制装置102的位置未处于行程的末端时，模式控制器206启动局部冲程校准器214。局部冲程校准器214在压力控制模式下执行校准。如下面结合图3所述，当仪器104处于压力控制模式下时，仪器104利用反馈压力信号而不是行程反馈信号来来执行校准。

图3是图2的局部冲程校准器214的范例实施方式的方块图。在所示的范例中，局部冲程校准器214调制输出压力，而不考虑由仪器104接收的行程反馈信号。这样做，仪器104控制由过程控制装置102接收的压力，并且进行调整以校正目标输出压力和反馈压力信号之间的任何差异。例如，仪器104的输出压力与由过程控制装置102接收的压力不同，这归因于过程控制系统的特性。例如，仪器104与过程控制装置102之间的距离会使输出压力不同于由过程控制装置102接收的压力。局部冲程校准器214包括压力控制器302、位置监视器304、行程反馈偏移计算器306、行程位置计算器308以及截止区控制器310。

当在压力控制模式下执行校准时，范例压力控制器302控制由过程控制装置102(例如，阀组件)接收的压力。例如，通过从存储装置216接收存储的阀组件的压力范围，压力控制器302可以计算对应于由仪器104接收的控制系统信号的输出信号(例如，目标输出压力)。例如，当接收的致动器压力范围是3-15psi并且仪器104接收4mA的控制系统信号(例如，从控制器106)时，压力控制器302计算3psi的目标输出压力。另外，当执行校准时，压力控制器302可以增加和/或减少输出压力，以确定新的输出压力是否会使阀的位置变化。

位置监视器304基于输出压力检测过程控制装置102中的任何变化(例如，阀的位置)。例如，当压力控制器302增加输出压力时，位置监视器304监视阀的位置。作为选择，当压力控制器302减少输出压力时，位置监视器304监视阀的位置。当检测到阀的位置变化时，位置监视器302记录阀位置变化的方向和造成该变化的输出压力。在一些范例中，当监视输出压力和阀位置时，位置监视器304可估算阀组件的死区(例如，检测不到位置变化的信号范围)和/或摩擦强度。

在图3所示的范例中，位置监视器304确定输出压力是否超出为过程控制装置102计算的安全界限。例如，超出安全界限的输出压力指示过程控制系统中的组件发生故障。当输出压力超出安全界限时，局部冲程校准器214中止校准，并且发出警报或警告。

范例行程反馈偏移计算器306基于由位置监视器304记录的输出压力来计算平均输出压力(例如，平均信号)。行程反馈偏移计算器306比较平均输出压力与致动器压力范围，并且估算阀位置。行程反馈偏移计算器306还基于行程反馈信号和默认零行程偏移计算当前阀的位置。将估算的阀位置与当前的阀位置之间的差异记录(例如，存储在存储装置216)为行程反馈偏移。行程反馈偏移是仪器104对输出压力的调整，以便对应于输出压力的阀位置与通过连接到过程控制装置102的行程传感器接收的来自例如行程反馈信号的阀位置相匹配。

在所示的范例中，行程位置计算器308利用当前位置、阀的冲程长度、致动器的压力范围和行程反馈偏移来计算过程控制装置102完全打开和完全关闭的位置。如上所述，输出压力对应于阀的位置。通过行程反馈偏移调整当前位置，行程位置计算器308计算与阀位置对应的输出压力。然后，可以将阀位置与阀的冲程长度比较，以确定阀的末端位置。利用对应的致动器压力范围，行程位置计算器308计算与末端位置对应的输出压力。行程位置计算器308利用末端位置计算另一个末端位置和其对应的输出压力。

在所示的范例中，当仪器104执行校准时，截止区控制器310确定当控制系统信号处于截止区内时过程控制装置是如何操作的。截止区用于阻止，例如，当阀位置应当处于完全关闭的位置但阀部分地打开时出现的阀座腐蚀。因此，当控制系统信号处于截止区内时，截止区控制器310修改控制系统信号，以便阀位置处于完全打开或完全关闭的位置。在正常操作(例如，未执行校准)期间，当控制系统信号到达截止区时控制系统信号变化的速度是剧烈的。这样做是因为校准了仪器104，并且仪器104计算了行程反馈信号和控制系统信号之间的相互关系。换句话说，末端位置是已知的，并且仪器104可以准确地识别与末端位置对应的输出，例如在过程控制装置102中阀塞未撞击阀座。

然而，在仪器104处于局部冲程区域时执行仪器校准的情况下，与行程反馈信号相关的控制系统信号是未知的(例如，所计算的行程末端处的端点可能是不准确的)。在所示的范例中，截止区作为缓冲器，以防止例如阀塞撞击阀座以及很可能地对相关组件的破坏。因而，截止区计算器310将控制系统信号变化的速度修改成相对更加渐进的变化速度，由此防止阀塞由于未准确计算的端点而意外撞击阀座。

在所示的范例中，利用预定的百分比计算截止区。例如，将百分之五(5％)的截止区应用于4-20mA的控制系统信号范围，截止区计算器310计算关闭的截止区(4-4.8mA)和打开的截止区(19.2-20mA)。在正常操作期间(例如，未执行校准)，当控制系统信号在任一截止区内时(例如，控制系统信号处于4.7mA)，仪器104非常急剧地将控制系统信号从4.7mA变成4mA(例如，使致动器突然排出致动器中所有的空气)。由于已知和校准的完全关闭的末端位置，仪器104将阀塞引导到完全关闭的位置，不会撞击阀座(例如，仪器104在校准的完全关闭的位置停止阀塞)。然而，在校准期间，截止区控制器310逐步将控制系统信号从4.7mA变成4mA，由此避免由于进入阀座时高于预期的速度引起的阀塞撞击阀座。

然后，仪器从压力控制模式切换到行程控制模式。结果，仪器104将行程反馈信号用作原始反馈，以计算输出偏差。在一些范例中，位置计算器208计算与对应于行程反馈信号的位置相同的设置点，然后逐渐改变设置点，以与控制系统信号相匹配，由此能够实现从压力控制模式到行程控制模式的无扰动切换。

虽然在图1-3中例示了实施过程控制系统100的范例方式，但是也可以以任何其它方式组合、分离、重新安排、省略、消除和/或实施图2和3中所示的一个或多个元件、过程和/或装置。而且，可以通过硬件、软件、固件，和/或硬件、软件和/或固件的任意组合实施图1-3中的范例位置读取器204、范例模式控制器206、范例位置计算器208、范例积分器210、范例校准器212、范例局部冲程校准器214、范例压力控制器302、范例位置监视器304、范例行程反馈偏移计算器306、范例行程位置计算器308、范例截止区控制器310和/或更广泛地，范例过程控制系统100。这样，例如，可以通过一个或多个电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC(s))、可编程逻辑器件(PLD(s))和/或现场可编程逻辑器件(FPLD(s))等实施图1-3中的任意范例位置读取器204、范例模式控制器206、范例位置计算器208、范例积分器210、范例校准器212、范例局部冲程校准器214、范例压力控制器302、范例位置监视器304、范例行程反馈偏移计算器306、范例行程位置计算器308、范例截止区控制器310和/或更广泛地，范例过程控制系统100。当本专利的任意设备或系统权利要求覆盖纯软件和/或固件实施方式时，由此将至少一个范例、范例位置读取器204、范例模式控制器206、范例位置计算器208、范例积分器210、范例校准器212、范例局部冲程校准器214、范例压力控制器302、范例位置监视器304、范例行程反馈偏移计算器306、范例行程位置计算器308和/或范例截止区控制器310清楚地限定成包括存储了软件和/或固件的有形计算机读取介质如存储器、DVD、CD、蓝光等。进一步，图1-3的范例过程控制系统100可以包括一个或多个元件、过程和/或装置，除了图1-3中所示的或代替图1-3中所示的，和/或可以包括一个以上任意的或所有的所示元件、过程和装置。

图4和5是表示在此描述的范例方法的流程图。图4和5的一些或所有范例方法由处理器、仪器104、控制器106和/或任何其他适当的过程装置实现。在一些范例中，图4和5的一些或所有范例方法包含在存储在与处理器关联的可访问的有形机器或可读介质如闪速存储器、ROM和/或随机存取存储器RAM上的编码指令中。作为选择，利用专用集成电路(ASIC(s))、可编程逻辑器件(PLD(s))、现场可编程逻辑器件(FPLD(s))、离散逻辑元件、硬件、固件等的任意组合来实施图4和5的一些或所有范例方法。另外，图4和5描述的一个或多个操作也可以手动或通过任意前述技术的任意组合如固件、软件、离散逻辑元件和/或硬件的任意组合实施。而且，虽然范例方法是参照图4和5所示的流程图描述的，但是也可以使用许多其他的实施范例方法的方法。例如，可以改变步骤的执行顺序，和/或可以改变、消除、再分离或组合一些所述的步骤。另外，例如可以通过单独的处理线程、处理器、装置、离散逻辑元件、电路等顺序实现和/或并行实现图4和5的任意或所有范例方法。

参照图1-3，图4的范例方法或过程400从步骤402开始，即接收与过程控制装置如范例过程控制装置102有关的信息。在一些范例中，经由射频识别装置(例如，标签)收集信息。在步骤404，将接收的信息与之前记录的信息比较，以确定信息是否相同。例如，由于之前的校准可能过程控制装置没有改变，因而不需要校准。利用记录的信息和来自范例控制器106的控制系统信号，确定过程控制装置的位置。例如，该位置可以处于末端位置(例如，完全关闭或完全打开的位置)或者处于局部冲程区域(例如，在完全关闭和完全打开的位置之间)。

在步骤406，模式控制器206确定阀是否处于末端位置。如果阀未处于末端位置，在步骤416，仪器104执行局部冲程校准。如果阀处于末端位置，在步骤408，范例仪器104以行程控制模式操作，并且范例位置计算器208计算阀的另一个末端位置。利用两个末端位置，范例计算器208还计算阀的局部冲程区域(步骤408)。例如，位置计算器208计算中间冲程位置百分之二内的局部冲程区域(即两个末端位置之间阀位置的一半)。

在步骤410，范例校准器212判断利用从控制器106接收的控制系统信号计算的预期位置是否处于局部冲程区域内。如果预期位置未处于局部冲程区域内，在步骤410，校准器212继续监视预期位置。如果预期位置处于局部冲程区域内，在步骤412，范例校准器212确定控制系统信号(例如，预期位置)并且仪器积分器累积数是否实质上是恒定的。例如，阀暂时穿过局部冲程区域或者积分器210指示与控制系统信号和行程反馈信号对应的位置是不相等的(例如，积分器210将两个位置之间的非零差异增加到仪器积分器累积数)。如果控制系统信号(例如，预期位置)和/或仪器积分器累积数实质上不是恒定的，则在步骤412，范例校准器212返回继续监视预期位置(步骤410)。

如果控制系统信号和仪器积分器累积数实质上是恒定的，则在步骤412，校准器212通过仪器积分器累积数调整之前存储的输出偏差以计算新的输出偏差，并且将积分器210复位成零(步骤414)。在存储装置如非易失性存储器和/或存储装置216记录新的输出偏差值。

图5的范例方法或过程500从步骤502开始，即计算目标输出压力。例如，压力控制器302计算与从控制器106接收的控制系统信号对应的目标输出压力。在步骤504，模式控制器206将仪器安置在压力控制模式下，并且通过在压力控制模式下执行校准来起动局部冲程校准器214。

在步骤506，压力控制器302通过增加和/或减少输出压力调整输出压力，直到对应于输出压力的反馈压力信号与对应于控制系统信号的目标输出压力相匹配。然后，压力控制器302缓慢增加和减少输出压力，同时观察行程反馈信号的变化。例如，压力控制器302增加和/或减少一小部分压力范围的输出压力。在步骤508，位置监视器304针对每次输出压力调整监视阀位置。如果位置监视器304检测到阀位置没有变化，则在步骤510，位置监视器304确定是否输出压力超出安全界限。如果输出压力确实超出安全界限，则在步骤512，仪器104中断校准，并且将报警消息传送到用户界面108。如果输出压力没有超出安全界限，则压力控制器302在步骤506调整输出压力。

如果位置监视器304检测到阀位置的变化，则在步骤514，当通过压力控制器302增加和减少输出压力时，位置监视器304识别行程运动的方向。在一些范例中，位置监视器304还估算组件的死区(例如，未观察到行程反馈信号的变化的输出压力范围)和摩擦。例如，位置控制器302增加输出压力，直到位置监视器304检测到变化。然后，位置控制器302可以减少输出压力，直到位置监视器304检测到变化。压力控制器302可记录两个输出压力(例如，存储在存储装置216中)以及基于该两个输出压力的平均输出压力。在步骤516，行程反馈偏移计算器306利用平均输出压力估算基于输出压力的阀位置。行程反馈偏移计算器306还计算基于行程反馈信号和默认零行程偏移的当前阀位置。通过行程反馈偏移计算器306将估算的阀位置和当前的阀位置之间的差异记录为行程反馈偏移。

在步骤518，行程位置计算器308利用当前的阀位置、行程反馈偏移、冲程长度信息和致动器压力范围来计算阀的两个末端位置。在步骤520，当控制系统信号处于截止区内时，截止区控制器310将控制系统信号的变化速度变成相对更加渐进的变化速度。这样做，当执行校准时，阀不会撞击例如阀座。

在步骤522，模式控制器206使仪器104在执行校准时无扰动地切换到行程控制模式。在步骤524，校准器212确定利用控制系统信号计算的预期位置是否处于局部冲程区域内。例如，校准器212确定控制系统信号是否对应于局部冲程区域内的位置。如果该位置未处于局部冲程区域内，则范例校准器212继续监视预期位置。如果该位置处于局部冲程区域内，则在步骤526，校准器212确定控制系统信号(例如，预期位置)是否实质上是恒定的。如果控制系统信号实质上不是恒定的，则校准器212继续监视阀的预期位置。

如果控制系统信号实质上是恒定的，则在步骤528，校准器212确定仪器积分器累积数是否实质上是恒定的。例如，因为与行程反馈信号和控制系统信号对应的位置并不匹配，积分器210将差异(即非零差异)增加到仪器积分器累积数。积分器210将两个位置之间的差异增加到仪器积分器累积数，直到该差异等于零。一旦两个位置相等，则积分器210存储仪器积分器累积数。如果仪器积分器累积数实质上不是恒定的，则校准器212继续监视阀的预期位置。

如果仪器积分器累积数实质上是恒定的，则在步骤530，校准器212通过仪器积分器累积数调整输出偏差，并且将仪器积分器累积数复位到零。将新的输出偏差记录在存储装置216中。在步骤532，仪器104监视控制系统信号，直到进入其中一个末端位置。当阀行进到行程的末端(例如，完全打开或完全关闭的位置)时，利用行程反馈信号对计算的末端位置进行调整。例如，利用计算的末端位置和行程反馈信号之间的差异来微调计算的末端位置，以准确识别行程的末端。利用阀的冲程长度信息，从而调整另一个计算的末端位置。在步骤534，截止区控制器310将控制系统信号的变化速度复位成原始速度(例如，急剧转变)，并且完成校准。

图6是能够执行图4和5的方法以实施图1-3的设备的范例计算机600的方块图。计算机600例如可以是服务器、个人计算机、移动电话(例如，手机)、个人数字助理(PDA)、互联网设备、DVD播放器、CD播放器、数字视频录像机、蓝光播放器、游戏控制器、个人视频记录器、机顶盒或者任何其他类型的计算装置。

本范例的系统600包括处理器612。例如，处理器612可以由来自任何期望家庭或制造商的一个或多个微处理器或者控制器实施。

处理器612包括本地存储器613(例如，高速缓冲存储器)，并且经由总线618与包括易失存储器614和非易失性存储器616的主存储器通信。易失存储器614可以由同步动态随机存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS的动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其他类型的随机存取存储装置实施。非易失性存储器616可以由闪存存储器和/或任何其他所需类型的存储装置实施。对主存储器614、616的访问由存储器控制器控制。

计算机600还包括接口电路620。接口电路620可以由任何类型的接口标准如以太网接口、通用串行总线(USB)和/或PCI快速接口实施。

将一个或多个输入装置622连接到接口电路620。输入装置622允许用户输入数据和指令到处理器612中。该输入装置例如可以由键盘、鼠标、触摸屏、触控板、追踪球、点(point)和/或声音识别系统实施。

一个或多个输出装置624也连接到接口电路620。输出装置624例如可以由显示装置(例如，液晶显示器、阴极射线管显示器(CRT)、打印机和/或扬声器)实施。因而，接口电路620典型地包括显示驱动卡。

接口电路620还包括通讯装置如调制解调器或网络接口卡，以促进经由网络626(例如，以太网连接、数字用户线路(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统等)与外部计算机的数据交换。

计算机600还包括一个或多个大型存储装置628，用于存储软件和数据。这种大型存储装置628的范例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器和数字通用磁盘(DVD)驱动器。大型存储装置628可以实施本地存储装置。

实施该方法的图4和5的编码指令632可以存储在大型存储装置628中、易失存储器614中、非易失性存储器616中和/或移动存储介质如CD或DVD上。

如上所述，可以理解：上述公开的方法、设备和制品允许过程控制装置的自动校准。因此，不需要用户输入来校准过程装置，由此减少用户造成误差的可能性。

虽然在此描述了某些范例方法、设备和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖所有完全落入本专利权利要求范围内的方法、设备和制品。

Claims (22)

1.一种方法，包括：

确定过程控制装置的第一位置是否处于第一末端位置；

对所述第一位置处于所述第一末端位置作出响应，基于所述第一末端位置和配置信息计算所述过程控制装置的第二末端位置；

基于所述第一末端位置和第二末端位置计算所述过程控制装置的局部冲程区域；

确定所述过程控制装置的当前位置何时处于所述局部冲程区域内；以及

当所述当前位置处于所述局部冲程区域内时，基于指示所述当前位置与控制信号的比较的值来计算输出偏差。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

当所述第一位置未处于所述第一末端位置时，基于所述配置信息计算目标输出压力；

确定反馈压力是否等于所述目标输出压力，其中所述反馈压力对应于从所述过程控制装置输出的输出压力；以及

当所述反馈压力不等于所述目标输出压力时，改变所述输出压力，以使所述反馈压力与所述目标输出压力相匹配。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

在调整所述输出压力时监视所述当前位置的变化；

响应所述当前位置的所述变化，当所述控制信号处于利用所述配置信息确定的截止区时，修改控制信号变化的速度；以及

当所述控制信号处于截止区时，基于所述控制信号变化的速度改变所述当前位置。

4.如权利要求3所述的方法，其中监视所述当前位置的所述变化进一步包括基于第一反馈压力和第二反馈压力计算平均信号，所述第一反馈压力在所述输出压力增加时收集，所述第二反馈压力在所述输出压力减小时收集。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括基于所述第一反馈压力和第二反馈压力估计所述过程控制装置的摩擦力。

6.如权利要求4所述的方法，其中增加所述输出压力进一步包括：

渐进地增加所述输出压力；

对渐进地增加所述输出压力作出响应，确定所述当前位置是否改变；以及

当所述当前位置改变时，确定运动的方向。

7.如权利要求4所述的方法，其中减小所述输出压力进一步包括：

渐进地减小所述输出压力；

对渐进地减小所述输出压力作出响应，确定所述当前位置是否改变；以及

当所述当前位置改变时，确定运动的方向。

8.如权利要求3所述的方法，进一步包括响应所述当前位置没有变化而提供警报。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

计算所述当前位置与所述控制信号之间的多个差异，直到所述当前位置与所述控制信号相匹配；以及

对所述多个差异求和以形成所述值。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述值指示使所述当前位置与所述控制信号相关联的调整。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述配置信息由射频识别装置收集。

12.如权利要求1所述的方法，其中计算所述输出偏差进一步包括将所述值增加到在所述输出偏差之前计算的第二输出偏差。

13.一种设备，包括：

存储器；

处理器，所述处理器连接到包括指令的存储器，以使所述设备：

确定过程控制装置的第一位置是否处于所述过程控制装置的局部冲程位置；

对所述第一位置处于所述局部冲程位置作出响应，基于配置信息计算目标输出压力；

确定所述目标输出压力是否等于反馈压力，所述反馈压力对应于从所述过程控制装置输出的输出压力；

计算所述目标输出压力与所述反馈压力之间的差异；以及

通过所述差异改变所述输出压力。

14.如权利要求13所述的设备，所述指令进一步使所述设备：

在调整所述输出压力时监视所述过程控制装置当前位置的变化；

响应所述当前位置的所述变化，当控制信号处于利用所述配置信息确定的截止区时，减小控制信号变化的速度；以及

当所述控制信号处于所述截止区时，基于所述控制信号变化的所述速度渐进地改变所述当前位置。

15.如权利要求13所述的设备，所述指令进一步使所述设备：

当所述第一位置未处于所述局部冲程位置时，基于所述第一末端位置和所述配置信息来计算所述过程控制装置的第二末端位置；

基于所述第一末端位置和第二末端位置计算所述过程控制装置的局部冲程区域；

确定当前位置何时处于局部冲程区域内；以及

当所述当前位置处于所述局部冲程区域内时，基于指示所述当前位置与对应于控制信号的位置的比较的值来计算输出偏差。

16.如权利要求15所述的设备，所述指令进一步使所述设备：

计算所述当前位置与对应于所述控制信号的位置之间的差异；以及

将所述差异增加到计算值，以形成指示使所述当前位置与所述控制信号相关联的调整的值。

17.一种有形计算机可读存储介质，包括指令以使机器：

确定过程控制装置的第一位置是否处于第一末端位置；

对所述第一位置处于所述第一末端位置作出响应，基于所述第一末端位置和配置信息来计算所述过程控制装置的第二末端位置；

基于所述第一末端位置和所述第二末端位置计算所述过程控制装置的局部冲程区域；

确定所述过程控制装置的当前位置何时处于所述局部冲程区域内；以及

当所述当前位置处于所述局部冲程区域内时，基于指示所述当前位置与对应于控制信号的位置的比较的值来计算输出偏差。

18.如权利要求17所述的有形计算机可读存储介质，进一步使所述机器：

当所述第一位置未处于所述第一末端位置时，基于所述配置信息计算目标输出压力；

确定反馈压力是否等于所述目标输出压力，其中所述反馈压力对应于从所述过程控制装置输出的输出压力；以及

当所述反馈压力不等于所述目标输出压力时，改变所述输出压力，以使所述反馈压力与所述目标输出压力相匹配。

19.如权利要求17所述的有形计算机可读存储介质，进一步使所述机器：

在调整所述输出压力时监视所述当前位置的变化；

响应所述当前位置的所述变化，当所述控制信号处于利用所述配置信息确定的截止区时，改变控制信号变化的速度；以及

当所述控制信号处于所述截止区时，基于所述控制信号变化的速度渐进地改变所述当前位置。

20.如权利要求19所述的有形计算机可读存储介质，进一步使所述机器：

计算所述当前位置与对应于所述控制信号的所述位置之间的多个差异，直到所述当前位置等于对应于所述控制信号的所述位置；以及

对所述多个差异求和以形成所述值。

21.如权利要求20所述的有形计算机可读存储介质，其中所述值指示使所述当前位置与所述控制信号的所述位置相关联的调整。

22.如权利要求17所述的有形计算机可读存储介质，进一步使所述机器：

将所述值增加到在所述输出偏差之前计算的第二输出偏差。

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