CN106885033A - 无线阀致动器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线阀致动器系统和方法。一种用于与天然气管道中的阀一起使用的气液联动致动器系统。该系统包括：气液联动致动器和无线位置监测器，无线位置监测器操作地耦接至气液联动致动器。无线位置监测器包括整体的开中心滑阀并且适于经由无线网络或无线网关通信地耦接至远程工作站。至少一个开关继电器操作地耦接至气液联动致动器和无线位置监测器。当从远程工作站接收到无线命令时，无线位置监测器使来自开中心滑阀的压强信号驱动至该至少一个开关继电器以管理至气液联动致动器的高压强供应并且使阀移动至期望的位置。

Description

无线阀致动器系统和方法
技术领域
概括地说，本发明涉及阀致动器系统，并且具体而言，涉及用于与天然气管道中的阀一起使用的无线气液联动(gas-over-oil)致动器系统和方法。
背景技术
气液联动致动器(也被称为气体/液压致动器或以气体为动力的致动器)典型地安装在阀(诸如，天然气分配管道)上并且用于利用高压强天然气来控制阀。例如，气液联动致动器可以由直接从天然气管道得到的天然气压强(例如，75bar)提供动力。在此常规系统中，所有电气设备必须针对特定危险区进行认证，控制室与气液联动致动器之间的电气连接也是如此。
在一个示例中，并且现在参照图1A和图1B，常规的气液联动致动器10包括开启侧气液罐12和闭合侧气液罐14。安装支架16可以用于将气液联动致动器10安装在被设置在天然气管道中的阀(未示出)上。
如在图1B中示出的，气液联动致动器10还包括开启的电磁阀18和闭合的电磁阀20，这两个电磁阀可以安装在例如致动器控制上。将来自有线供电输入(例如，两个不同的24VDC)的命令(诸如，开启/闭合命令)发送至开启的电磁阀18和闭合的电磁阀20以控制和操作阀。另外，限位开关22(图1A)安装在气液联动致动器10的顶部上并且用于开启/闭合位置反馈。两个不同的有线的信号用作开启/闭合位置反馈。
另外，两个不同的手动超控系统(override system)、油超控系统(未示出)和电磁阀手动超控系统(未示出)典型地安装在气液联动致动器10上。如果管道是空的或如果天然气压强是不充足的，则油超控系统使阀移动。如果电气设备或电源发生故障，则电磁阀手动超控系统使阀移动。
气液联动致动器10可以由本地电按钮或从主调度中心来远程地操作。在一个示例中，控制面板(HSV)上的一个或多个灯可以示出开启/闭合阀位置，以及电气控制面板(HSV)位于安全区域中。在一些工厂布局配置中，两个压力变送器也安装在管道中，一个在阀的上游，而另一个在阀的下游。例如，一旦阀处于闭合位置中时，压力变送器监测管道中的气压并且核实任何气体泄漏。
在前述的常规系统中，工厂中安装的所有仪器以例如铠装电缆和电缆封套来物理地连线至在控制室中安装的控制面板。由于电缆绝缘层的固有的多孔性，经历了渗透现象。另外，所有电连线通过沿着电缆路径实施适合的托架以防止机械应力来布置。
发明内容
根据本公开内容的第一示例性方面，公开了一种气液联动致动器系统，所述气液联动致动器系统用于与天然气管道中的阀一起使用，并且所述气液联动致动器系统包括：气液联动致动器和无线位置监测器，所述无线位置监测器操作地耦接至所述气液联动致动器。所述无线位置监测器具有整体的开中心(opened center)滑阀并且适于通信地耦接至远程工作站。至少一个开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器。所述至少一个开关继电器从所述无线位置监测器的所述开中心滑阀接收信号。当从所述远程工作站无线地接收到命令时，所述无线位置监测器使来自所述开中心滑阀的信号驱动至所述至少一个开关继电器，以管理至所述气液联动致动器的压强供应并且使所述阀移动至期望的位置。
根据本公开内容的另一个示例性方面，一种过程控制系统包括：阀，所述阀安装在在天然气管道中；以及气液联动致动器系统，所述气液联动致动器系统操作地耦接至所述阀。所述气液联动致动器系统包括：气液联动致动器；以及无线位置监测器，所述无线位置监测器操作地耦接至所述气液联动致动器。所述无线位置监测器具有整体的气动先导阀。另外，至少一个开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器，所述至少一个开关继电器用于从所述无线位置监测器的所述气动先导阀接收信号。所述过程控制系统还包括工作站，所述工作站具有经由无线网络通信地耦接至所述无线位置监测器的控制器。因此，当经由所述网络从所述控制器接收到命令时，所述无线位置监测器使来自所述气动先导阀的信号驱动至所述至少一个开关继电器，以管理至所述气液联动致动器的压强供应，使所述阀移动至期望的位置。
根据本公开内容的另外的示例性方面，公开了一种无线致动器系统，所述无线致动器系统用于与天然气管道中的阀一起使用。所述无线致动器系统包括：致动器，所述致动器适于操作地耦接至被设置在天然气管道中的阀；以及无线位置监测器，所述无线位置监测器操作地耦接至所述致动器。所述无线位置监测器具有整体的开中心滑阀并且适于经由无线网络通信地耦接至远程工作站。至少一个开关继电器操作地耦接至所述致动器和所述无线位置监测器。所述至少一个开关继电器用于从所述无线位置监测器的所述开中心滑阀接收信号。当从所述远程工作站接收到无线命令时，所述无线位置监测器使来自所述开中心滑阀的所述压强信号驱动至所述至少一个开关继电器，以管理至所述致动器的压强供应并且使所述阀移动至期望的位置。
在本公开内容的另一个示例性方面中，公开了一种对设置在天然气管道内的阀进行操作的方法。所述方法包括：将无线位置监测器集成至操作地耦接至所述阀的致动器中，所述无线位置监测器经由无线网络通信地耦接至工作站；以及经由一个或多个发射器将来自所述工作站的控制器的命令经由所述无线网络发送至所述无线位置监测器。所述方法还包括：当接收到所述命令时将来自所述无线位置监测器的气动先导阀的压强信号发送至至少一个开关继电器，所述至少一个开关继电器操作地耦接至所述无线位置监测器和所述致动器。所述方法还包括：经由所述至少一个开关继电器管理至所述致动器的高压强供应，以响应于从所述气动先导阀接收的所述压强信号来使所述阀移动至期望的位置。
进一步根据这些示例性方面中的任何一个或多个示例性方面，本公开内容的气液联动致动器系统、过程控制系统和/或致动器系统可以包括下面进一步优选的形式中的任何一个或多个。
在一些优选形式中，所述远程工作站可以包括包含了以下各项中的一项或多项的远程工作站：控制器、通信地耦接至所述控制器的网络网关、耦接至所述网络网关的膝上型计算机、操作地耦接至所述控制器的控制面板、以及操作地耦接至所述控制器的LCD屏幕。另外，所述气液联动致动器还可以包括第一气/油罐、第二气/油罐、以及手动超控系统，所述手动超控系统被设置为邻近于所述第一气/油罐和所述第二气/油罐并且位于所述第一气/油罐与所述第二气/油罐之间。另外，所述系统可以包括开启的开关继电器和闭合的开关继电器，所述开启的开关继电器和所述闭合的开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器。此外，所述气液联动致动器还可以包括第一罐和第二罐，所述第一罐与所述开启的开关继电器相连通，并且所述第二罐与所述闭合的开关继电器相连通，并且所述开启的开关继电器和所述闭合的开关继电器中的每一个可以包括通风口。
在一些其它优选形式中，被驱动至所述至少一个开关继电器的、来自所述开中心滑阀的所述信号是低压强信号，并且至所述气液联动致动器的所述压强供应是高压强供应。在另一个示例中，被驱动至所述至少一个开关继电器的、来自所述开中心滑阀的所述信号是高压强信号，并且至所述气液联动致动器的所述压强供应与所述高压强信号的压强水平相同。
在一些优选形式中，所述系统还包括压强调节器，所述压强调节器操作地耦接至所述无线位置监测器。所述压强调节器可以具有泄放阀并且可以限制从所述天然气管道至所述无线位置监测器的所述开中心滑阀的入口压强。另外，如果所述无线位置监测器发生故障，则所述至少一个开关继电器可以包括手动超控装置以允许本地手动操作。
在其它优选形式中，所述系统还包括位于所述无线位置监测器的外部并且操作地耦接至所述无线位置监测器的至少一个电磁阀，所述至少一个电磁阀由所述无线位置监测器驱动以从所述天然气管道提供高压强气供应通过所述开中心滑阀并且进入所述至少一个开关继电器中。
此外，可以包括排放阀，所述排放阀用于将所述至少一个开关继电器维持在开启位置达所述阀完成期望的行进距离所需要的时间。在一个示例中，所述排放阀具有防止篡改(tamper)的锁定螺母并且还可以设置在可上锁的柜子内。
在其它优选形式中，所述系统还可以包括至少一个扭矩限制设备，所述至少一个扭矩限制设备被设置在所述无线位置监测器与所述至少一个开关继电器之间以防止来自所述气液联动致动器的过度扭矩。
公开了另外的可选的方面和特征，其可以与本公开内容的教导一致地以任何功能上适当的方式来布置(单独地或以任何功能上可行的组合)。当考虑到下面的具体实施方式后，其它方面和优点将变得显而易见。
附图说明
以下所描述的图描绘了其中所公开的系统和方法的各个方面。应当理解的是，每一个图描绘了所公开的系统和方法的特定方面的示例，并且图中的每一个图旨在与其可能的示例相一致。此外，只要有可能，下面的描述引用在下面的图中所包括的附图标记，其中，在多个图中描绘的特征以一致的附图标记来进行标示。
在附图中示出了当前讨论的布置，然而，应当理解的是，当前示例不限于所示出精确的布置和手段，其中：
图1A是常规的气液联动致动器的前部示意图；
图1B是图1A的常规的气液联动致动器的顶部示意图；
图2是包括了本公开内容的无线气液联动致动器系统的过程控制系统的透视图；
图3A是图2的气液联动致动器系统的示意图；
图3B是图3A的气液联动致动器系统的放大的开中心滑阀的示意图；
图4是根据本公开内容的另一个方面的图2的气液联动致动器的示意图，该气液联动致动器系统包括至少一个扭矩限制器；
图5是根据本公开内容的的另一个方面的无线致动器系统的透视图；
图6A是根据本公开内容的另一个方面的气液联动致动器系统的示意图；以及
图6B是图6A的气液联动致动器系统的放大的开中心滑阀的示意图。
具体实施方式
概括地说，公开了一种用于与天然气管道中的阀一起使用的气液联动致动器系统。该气液联动致动器系统包括气液联动致动器和操作地耦接至气液联动致动器的无线位置监测器。无线位置监测器包括整体的开启式滑阀并且经由无线网络通信地耦接至远程工作站。该系统还包括至少一个开关继电器，该至少一个开关继电器操作耦接至气液联动致动器和无线位置监测器。
当经由无线网络从远程工作站接收到命令时，无线位置监测器使来自开中心滑阀的压强信号驱动至该至少一个开关继电器，以管理至气液联动致动器的压强供应并且使阀移动至期望的位置而不需要任何硬连线连接。换句话说，新的气液联动致动器系统允许在没有用以保持常规的有线系统的所有功能所需要的任何硬连线连接的情况下对阀的无线的、远程的操作。新的气液联动致动器系统还允许对阀或致动器中的一个或多个的采集和反馈，如以下更详细地解释的。
现在参照图2，过程控制系统100包括气液联动致动器系统110，气液联动致动器系统110操作地耦接至被安装或设置在天然气管道114中的阀112。气液联动系统110包括气液联动致动器116和无线位置监测器118，无线位置监测器118操作地耦接至气液联动致动器116。无线位置监测器118替代常规系统的限位开关并且使用磁联动系统来监测阀112位置。在一个示例中，并且如在图2中示出的，气液联动致动器116包括第一气/油罐120、和第二气/油罐122，并且无线位置监测器118设置在第一气/油罐120与第二气/油罐122之间。无线位置监测器118的此位置帮助无线位置监测器118测量跨气液联动致动器116(诸如，气液联动致动器116的活塞)的压差。
在一个示例中，无线位置监测器118是具有开/关控制选项的Fisher4320/TopWorx 4310无线位置监测器。Fisher 4320/Top Worx 4310无线位置监测器的集成的诊断能力(诸如，行进的百分比的反馈、闭合时间、开启时间和报警)允许对阀112和气液联动致动器116行进位置和冲程时间两者的采集和反馈。另外，Fisher 4320/Top Worx 4310无线位置监测器可以根据客户要求而发起警告和/或警报。尽管在一个示例中Fisher 4320/TopWorx4310无线位置监测器是过程控制系统100的无线位置监测器118，但本领域普通技术人员将明白可以替代地使用其它无线位置监测器并且其仍然落入本公开内容的范围内。
无线位置监测器118包括整体的气动先导阀123(图3A)(诸如开中心滑阀)、以及用于经由无线网络从远程源接收信号的天线126或网络接口(未示出)中的一个或多个，如以下更详细地解释的。无线位置监测器118还包括至少一个开关继电器124(图3A)，该至少一个开关继电器124操作地耦接至气液联动致动器116和无线位置监测器118。至少一个开关继电器124从气动先导阀123(诸如开中心滑阀123)接收信号，以管理至气液联动致动器116的压强供应，如同样在以下关于图3A更多地解释的。
例如，气液联动致动器系统110还可以包括排放阀130，排放阀130用于将至少一个开关继电器124(图3A)维持在期望的位置(诸如，开启位置或闭合位置)中达阀112完成期望的行进距离所需要的时间。排放阀130可以包括用以防止篡改的锁定螺母132并且被设置在可上锁的柜子134内。在一个示例中，具有排放阀130的可上锁的柜子134被设置为邻近于气液联动致动器116的第二气/油罐122。
当阀112未完成期望的行进距离并且扭矩的值是可接受的时，无线位置监测器118可以再次向至少一个开关继电器124发送压强信号以完成行进。替代地，可以将报警消息发送给LCD或其它显示器，以使得消息读取为例如“报警：阀不在正确的位置中”。
过程控制系统100还包括工作站140，工作站140具有至少一个无线网关142(诸如，Fisher智能无线网关1410/1420)。Fisher智能无线网关142将无线HART自组织网络与主机系统和数据应用连接。智能无线网关还包括分层安全以确保任何网络处于保护。如在图2中还示出的，如果第一网关142受到损害或发生故障，还提供第二或冗余的“热”备用网关142。在一个示例中，控制器144经由Modbus通信而操作地连接至无线网关142，并且还经由无线网络150通信地耦接至无线位置监测器118。更具体而言，无线网关142可以包括以下各项中的一项或多项：用于进行经由无线网络150向无线位置监测器118发送信号和从无线位置监测器118接收信号中的一种或多种的至少一个天线146、至少一个发射器和至少一个接收器。在一个示例中，控制器144是FloBoss FB 107控制器并且包括处理器148、可由处理器148执行的存储器149、和发射器151。本领域技术人员将明白，控制器144可以替代地是各种其它控制器并且还可以经由其它通信而连接至无线网关142且仍然落在本公开内容的范围内。
过程控制系统100的工作站140还可以包括例如经由以太网LAN耦接至无线网关142的膝上型计算机156。另外，并且在一些示例中，本地控制面板158可以操作地耦接至控制器144和LCD屏幕160(LCD屏幕160可以包括触摸屏)，并且还可以操作地耦接至远程工作站140的控制器144。操作员可以致动膝上型计算机156或本地控制面板158上的按钮或键、或LCD屏幕160的触摸屏中的一个或多个，以将来自控制器144的开启/闭合命令发起至无线位置监测器118以操作阀112。另外，LCD屏幕可以为操作员显示诊断信息和警告。此外，并且在一个示例中，远程工作站140可以设置在本地控制室159或主调度中心159中的一个并且仍然落在本公开内容的范围内。
另外，工作站140还包括中央控制系统108。如在图2中描绘的，例如，控制系统108操作地耦接至无线网关142、控制器144、和膝上型计算机156中的一个或多个。用户可以例如通过控制系统108发起某些命令以远程地操作气液联动致动器系统110。
更具体地，当经由无线网关142和无线网络150从控制器144和/或控制系统108接收到命令(诸如开启/闭合命令)时，无线位置监测器118使来自气动先导阀123(图3A)的压强信号驱动至至少一个开关继电器124。在一个示例中，信号是低压强信号，诸如7bar的低压强信号。这允许至少一个开关继电器124管理至气液联动致动器116的压强供应，以使阀112移动至期望的位置并且监测阀112的位置。另外，至气液联动致动器116的压强供应是高压强供应，诸如高达75bar的高压强供应。
另外，为了最小化电池消耗，在一个示例中，来自控制器144的控制命令可以保持仅仅几秒。然后将排放阀130设定为将至少一个开关继电器124维持在期望的位置达期望的时间。
如在图2中还示出的，过程控制系统100还可以包括压差变送器162。压差变送器162操作地耦接至气液联动致动器116并且可以测量例如跨气液联动致动器116的压差或阀112的开启扭矩中的一个或多个。压差变送器162还经由无线网络150和无线网关142通信地耦接至工作站140。这允许对关于例如跨气液联动致动器118的压差或阀112的操作扭矩的数据采集和反馈。在一个示例中，膝上型计算机156的存储器保存关于气液联动致动器118的压差或阀112的操作扭矩的这种数据并且将该数据限制在膝上型计算机156的屏幕上以用于进一步分析。
在另一个示例中，过程控制系统100还可以包括设置在天然气管道114内的在阀112上游的第一压强变送器164以测量在阀112上游的压强。另外，第二压强变送器166可以设置在天然气管道114内的在阀112的下游以测量天然气管道114内的在阀112的下游的压强。第一和第二压强变送器162、164经由无线网络150各自通信地耦接至工作站140的无线网关142。这允许对关于天然气管道114中的在阀112的上游和下游两者的压强的数据采集和反馈。
现在参照图3A，描绘了图2的气液联动致动器系统110的示意图。同样如在图2中描绘的，气液联动致动器系统110包括具有第一气/油罐120和第二气/油罐122的气液联动致动器116。第一气/油罐120和第二气/油罐122中的每一个与高压强供应(诸如，高达75bar的高压强供应)流体连通。手动超控系统128设置为邻近于第一气/油罐120和第二气/油罐122。
至少一个开关继电器124可以包括闭合的开关继电器124a和开启的开关继电器124b，闭合的开关继电器124a与第一气/油罐120流体连通，开启的开关继电器124b与第二气/油罐122流体连通。开关继电器124a、124b中的每一个都包括通风口125和在开关继电器124a、124b发生故障情况下的手动超控装置(未描绘)。
无线位置监测器118包括第一压电阀119、第二压电阀121、以及气动先导阀123。在一个示例中，气动先导阀123是开中心滑阀123，在图3B中描绘了其特写。
无线位置监测器118的开中心滑阀123操作地耦接至包括泄放阀172的压强调节器170。压强调节器170限制从管道114(图2)至无线位置监测器118的开中心滑阀123的入口压强。开中心滑阀123允许由压强调节器170从高压强天然气管道114得到的低压强气体(例如，7bar)流动通过滑阀123并且流入开关继电器124a、124b中。
如在图3B中描绘的，并且在一个示例中，无线位置监测器118的开中心滑阀123是5/3开中心滑阀，如本领域普通技术人员将明白的。开中心配置允许来自压强调节器170的低压强信号流动通过无线位置监测器118的滑阀123并且流入第一开关继电器124a和第二开关继电器124b中。这允许开关继电器124a、124b管理至气液联动致动器116的高压强供应以最终操作和控制阀112。具有闭中心(closed center)滑阀例如将防止来自压强调节器170的低压强气体流动通过滑阀123并且流入开关继电器124a、124b中以及对至气液联动致动器116的高压强气体供应的有效管理。
另外，因为天然气的动力介质直接来自管道114，过滤器174已经被设置为邻近于压强调节器170并且与压强调节器170流体连通以保护例如下游设备。在另一个示例中，压强计176设置为邻近于泄放阀172以测量和显示从压强调节器170流向无线位置监测器118和开关继电器124a、124b的低压强供应(例如，7bar)。
在另一个示例中，气液联动致动器系统110还可以包括至少一个扭矩限制设备180，如在图4中描绘的。更具体而言，并且为了清晰起见，图4的气液联动致动器系统110是图3A的气液联动致动器系统110，还包括至少一个扭矩限制设备180。例如，第一扭矩限制设备181可以设置在无线位置监测器118与第一开关设备124a之间。另外，第二扭矩限制装置182可以设置在无线位置监测器118与第二开关设备124b之间。以此方式，第一扭矩限制设备181和第二扭矩限制设备182中的每一个防止可以由气液联动致动器116形成的过度扭矩。
现在参照图5，参照了操作地耦接至安装或设置在天然气管道214中的阀212的另一个示例性无线致动器系统210来描绘另一个过程控制系统200。无线致动器系统210包括致动器217和操作地耦接至致动器217的无线位置监测器118。在一个示例中，致动器217包括外壳219，并且无线位置监测器118设置在外壳219上。
如关于图2、图3A和图3B的气液联动致动器系统110所描述的，无线致动器系统210的无线位置监测器118还包括整体的气动先导阀123(图3A)(诸如开中心滑阀)、以及用于经由无线网络250从远程源接收信号的天线126或网络接口(未示出)中的一个或多个，如以下更详细地解释的。无线位置监测器118还包括操作地耦接至致动器217和无线位置监测器118的至少一个开关继电器124(图3A)。至少一个开关继电器128从气动先导阀123(诸如在一个示例中为开中心滑阀123)接收信号，以管理至致动器217的压强供应，如同样在以下更多地解释的。
就像图2中的过程控制系统100，过程控制系统,200还包括具有无线网关242(诸如，智能无线网关1410/1420)的工作站240。控制器244操作地耦接至无线网关242，并且通信地耦接至无线位置监测器118。更具体而言，无线网关242可以包括以下各项中的一项或多项：用于进行经由无线网络250(诸如，无线HART网络)向无线位置监测器118发送信号和从无线位置监测器118接收信号中的一种或多种的至少一个天线246、至少一个发射器、和至少一个接收器。在一个示例中，控制器244包括处理器248、可由处理器248执行的存储器249、以及发射器251。本领域技术人员将明白，控制器244可以替代地是各种其它控制器并且仍然落在本公开内容的范围内。
过程控制系统200的工作站240还可以包括耦接至无线网关242的膝上型计算机256。操作员可以致动膝上型计算机256或控制器244上的按钮或键中的一个或多个，以将来自控制器244的无线开启/闭合命令发起至无线位置监测器118至致动器217以操作阀212。另外，远程工作站240可以设置在本地控制室159或主调度中心159中的一个并且仍然落在本公开内容的范围内。
另外，工作站240还可以包括中央控制系统208。如在图5中描绘的，例如，控制系统208操作地耦接至无线网关242、控制器244、以及膝上型计算机256中的一个或多个。用户可以例如通过控制系统208发起某些命令以远程地操作气液联动致动器系统210。
更具体地，并且类似于图2中的气液联动致动器系统110，当经由无线网关242和无线网络250从控制器244和/或控制系统208接收到命令时，无线位置监测器118使来自气动先导阀123(图3A)的信号驱动至至少一个开关继电器124。在一个示例中，信号是低压强信号，诸如7bar的低压强信号。这允许至少一个开关继电器124管理压强供应以及允许致动器217使阀212移动至期望的位置并且监测阀212的位置。在另一个示例中，致动器217是高压强供应，诸如在1bar-75bar的范围中的高压强供应。
就像图2中的过程控制系统100，图5中描绘的过程控制系统200还可以包括被设置在天然气管道214内的在阀212上游的第一压强变送器264以测量在阀212上游的压强。另外，第二压强变送器266可以设置在天然气管道214内的在阀212的下游以测量天然气管道214内的在阀212的下游的压强。第一和第二压强变送器264、266经由无线网络250各自通信地耦接至工作站240的无线网关242。这允许对关于例如天然气管道214中的在阀212的上游和下游的压强的数据采集和反馈。
在另一个示例中，并且现在参照图6A，描绘了根据本公开内容的另一个示例性气液联动致动器系统310的示意图。气液联动致动器系统310可以操作地耦接至阀312，阀312可以被安装或设置在例如分别在图2和图5中描绘的天然气管道114、214中。另外，气液联动致动器系统310可以经由过程控制系统100(图2)的无线网络150操作地耦接至工作站140，从而替代图2中的气液联动致动器系统110。在另一个示例中，例如，液致动器系统310可以经由无线网络250操作地耦接至过程控制系统200(图5)的工作站240，从而替代图5中的无线致动器系统210。在任一情况下，工作站140、240以上文分别关于气液联动致动器系统110或无线致动器系统210所解释的相同的方式关于气液联动致动器系统310而操作。
更具体而言，并且如在图6A中描绘的，气液联动致动器系统310包括具有第一气/油罐320和第二气/油罐322的气液联动致动器316。第一气/油罐320和第二气/油罐322中的每一个与高压强供应(诸如，高达75bar的高压强供应)流体连通。手动超控系统328设置为邻近于第一气/油罐120和第二气/油罐122。
气液联动致动器系统310还包括至少一个开关继电器324，至少一个开关继电器324具有闭合的开关继电器324a和开启的开关继电器324b，闭合的开关继电器324a与第一气/油罐320流体连通，开启的开关继电器324b与第二气/油罐322流体连通。开关继电器324a、324b中的每一个都包括通风口325和在开关继电器324a、324b发生故障情况下的手动超控装置(未描绘)。
系统310还包括具有气动先导阀323的无线位置监测器318。在一个示例中，气动先导阀323是开中心滑阀323，在图6B中描绘了其特写。如在图6A中还描绘的，并且在此示例中，电磁阀系统317设置在无线位置监测器318外部并且电连线至无线位置监测器318。也就是说，电磁阀系统317经由物理连线操作地耦接至无线位置监测器318。更具体而言，电磁阀系统317包括至少一个电磁阀，诸如第一压电阀319和第二压电阀321，第一压电阀319和第二压电阀321两者直接连线至无线位置监测器318。另外，电磁阀系统317还可以包括手动超控系统340，如在图6A中还描绘的，在电磁系统317发生故障的情况下可以操作手动超控系统340。
与在图3A中描绘的无线位置监测器118的开中心滑阀123不同，无线位置监测器318的开中心滑阀323没有操作地耦接至限制从管道114、214(图2和图5)至开中心滑阀323的入口压强的任何压强调节器。相反，当经由无线网络150、250从控制器144、244接收到命令时，无线位置监测器318利用来自天然气管道114、214的高压强供应来驱动电磁阀系统317的至少一个电磁阀(诸如，第一压电阀319和第二压电阀321)。来自至少一个电磁阀系统317的此该高压强供应被驱动通过开放中心式滑阀323并且被驱动至至少一个开关继电器324a、324b中。结果，在系统310中使用仅一个压强水平，该压强水平是与例如天然气管道114中的气体压强相同的压强水平。也就是说，被驱动至至少一个开关继电器324a、324b的、来自开中心滑阀323是高压强信号，并且至气液联动致动器316的压强供应是与高压强信号相同的压强水平。结果，不需要压强调节器来在通过例如开中心滑阀323之前逐步减低和/或降低高压强。
如在图6B中描绘的，并且在一个示例中，无线位置监测器318的开中心滑阀323是5/3开中心滑阀，如本领域普通技术人员将明白的。开中心配置允许来自第一压电阀319和第二压电阀321和/或至少一个电磁阀的压强信号流动通过无线位置监测器318的滑阀323并且流入第一开关继电器324a和第二开关继电器324b中。这允许开关继电器324a、324b管理至气液联动致动器316的高压强供应以最终操作和控制阀312。具有闭中心滑阀例如将防止压强气体流动通过滑阀323并且流入开关继电器324a、324b中以及对至气液联动致动器316的高压强气体供应的有效管理。
鉴于前述内容，本领域普通技术人员将明白操作天然气管道114、214内的阀112、212、312的以下示例方法。更具体而言，用于操作天然气管道114、214内的阀112、212、312的方法包括：将无线位置监测器118、318集成至操作地耦接至阀112、212、312的致动器116、217、316中，无线位置监测器118、318经由无线网络150、250通信地耦接至工作站140、240。该方法还包括：经由一个或多个发射器151、251经由无线网关142、242和无线网络150、250将来自控制器144、244的命令(诸如，开启/闭合命令)发送至无线位置监测器118、318。
该方法还包括：当接收到命令时，将来自无线位置监测器118、318的气动先导阀123、323压强信号发送至至少一个开关继电器124、124a、124b、324a、324b。该方法还包括：经由至少一个开关继电器124a、124b、324a、324b来管理至致动器116、217、316的高压强供应(例如，高达75bar)，以便响应于从气动先导阀123接收的压强信号而使阀112、212、312移动至期望的位置(例如，开启位置、闭合位置)。
另外，在一个示例中，该方法还包括：经由无线位置监测器118、318来监测阀112、212、312或致动器116、217、316中的一个或多个的位置。在另一个示例中，经由无线位置监测器118、318来监测阀112、212、312或致动器116、217、316中的一个或多个的位置可以包括：经由无线位置监测器118、318、无线网络150、250以及工作站140、240采集关于阀112、212、312或致动器116、217、316中的一个的数据(包括关于行进位置或冲程时间的数据)。
在另一个示例中，该方法还可以包括：经由排放阀130(图2)将至少一个开关继电器124、324维持在开启位置中达阀112、212、312完成期望的行进距离所需要的时间。另外，该方法还可以包括：经由操作地耦接至无线位置监测器118的压强调节器170来限制从天然气管道114、214至气动先导阀123的入口压强。
在另一个示例中，该方法还可以包括：经由操作地耦接至致动器116的压差变送器162来测量跨致动器116、217、316的压差或阀112、212、312的操作扭矩中的一个或多个。进一步地，该方法可以包括：经由设置在无线位置监测器118与至少一个开关继电器124之间并且操作地耦接至无线位置监测器118和至少一个开关继电器124的扭矩限制装置180(图4)来防止来自致动器116、217的过度扭矩。另外，该方法还可以包括：经由分别设置在阀112、212上游的第一压强变送器164、264和设置在阀112、212下游的第二压强变送器166、266来测量在阀112、212上游和下游的压强。
总体上，本领域普通技术人员将明白新的无线致动器系统110、210、310和方法的各个优点。例如，新的系统和方法允许具有致动器(诸如，将使用由来自气天然气管道114、214的天然气来提供动力的无线气动位置监测器118、318来移动的气液联动致动器116、316)的开/关阀。不需要电缆或空气供应来执行阀移动和位置监测。
此外，利用无线技术，现在有可能向致动器116、217、316发送开启/闭合命令并且接收关于阀112、212、312的开启和/或闭合位置的反馈而无需电缆或空气供应。利用由工作站和控制站所采集的较多的诊断信息，与上文所描述的过程控制系统100、200中的致动器116、217、316和所有相关的设备的通信是完全无线的。
也就是说，将无线位置监测器(例如，诸如具有开/关选项的Fisher4320/TopWorx4310无线位置监测器)集成至致动器系统110、210、310中允许在没有任何硬连线连接的情况下对阀112、212、312的远程操作。这使例如硬连线连接的任何部分的诸如干扰、劣化、损坏和/或故障之类的各种问题最小化，同时保持过程控制系统100、200的任何其它有线组件的功能。
进一步地，无线系统包括许多其它优点，诸如改进的工作者和生产效率和降低的丢失的批处理。此外，本公开内容的无线系统和方法还降低了不想要的辐射和改进工作者安全性。
遍及此说明书，多个实例可以实施被描述为单个实例的组件、操作、或结构。尽管一个或多个方法的单独的操作被示出和描述为分离的操作，但是可以同时地执行单独的操作中的一个或多个，并且不需要以示出的顺序来执行操作。在示例性配置中被呈现为分离的组件的结构和功能可以被实施为组合的结构或组件。类似地，被呈现为单个组件的结构和功能可以被实施为分离的组件。这些和其它变型、修改、添加和改进落在本文的主题的范围内。
如本文中所使用的，对“一个示例”或“示例”的任何引用意指结合实施例来描述的特定元素、特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。在说明书中不同地方中出现短语“在一个示例中”不必全部指代相同的示例。
可以使用表达“耦接”和“连接”连同其派生词来描述一些示例。例如，一些示例可以使用术语“耦接”来描述以指示两个或更多个元素直接物理或电接触。然而，术语“耦接”还可以意指两个或更多个元素不彼此直接接触，但仍然彼此协作或交互。示例不限于该上下文。
如在本文所使用的，术语“包括”、“包括了”、“包含”、“包含了”、“具有”、“具有了”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包含。例如，包括元素列表的过程、方法、制品、或装置不必限于仅那些元素，但是可以包括没有明确列出的其它元素或这种过程、方法、制品或装置所固有的其它元素。此外，除非明确说明与此相反，“或”指代包含性的或而非排他性的或。例如，条件A或B由下列中的任何一项所满足：A是真(或存在)和B是假(或不存在)，A是假(或不存在)和B是真(或存在)，以及A和B都是真(或存在)。
另外，“一”或“一个”的使用用于描述本文中的实施例的元素和组件。这样做仅仅是为了方便并且给出一般意义的描述。此说明书以及所附的权利要求应当被阅读为包括一个或至少一个并且单数还包括复数(除非明显地其意指其它)。
此具体实施方式被认为是示例并且不描述每一个可能的实施例，因为描述每一个可能的实施例将是不切实际的，如果不是不可能的话。可以使用当前技术或此申请的提交日期之后开发的技术来实施许多替代的实施例。

Claims (32)

1.一种气液联动致动器系统，所述气液联动致动器系统用于与天然气管道中的阀一起使用，所述系统包括：
气液联动致动器；
无线位置监测器，所述无线位置监测器操作地耦接至所述气液联动致动器，所述无线位置监测器具有整体的开中心滑阀并且适于通信地耦接至远程工作站；
至少一个开关继电器，所述至少一个开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器，所述至少一个开关继电器用于从所述无线位置监测器的所述开中心滑阀接收信号；
其中，当从所述远程工作站无线地接收到命令时，所述无线位置监测器使来自所述开中心滑阀的信号驱动至所述至少一个开关继电器，以管理至所述气液联动致动器的压强供应并且使所述阀移动至期望的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气液联动致动器还包括第一气/油罐、第二气/油罐、以及手动超控系统，所述手动超控系统被设置为邻近于所述第一气/油罐和所述第二气/油罐并且位于所述第一气/油罐与所述第二气/油罐之间。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括开启的开关继电器和闭合的开关继电器，所述开启的开关继电器和所述闭合的开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述气液联动致动器还包括第一罐和第二罐，所述第一罐与所述开启的开关继电器相连通，并且所述第二罐与所述闭合的开关继电器相连通。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述开启的开关继电器和所述闭合的开关继电器中的每一个都包括通风口。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，被驱动至所述至少一个开关继电器的、来自所述开中心滑阀的所述信号是低压强信号，并且至所述气液联动致动器的所述压强供应是高压强供应。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，被驱动至所述至少一个开关继电器的、来自所述开中心滑阀的所述信号是高压强信号，并且至所述气液联动致动器的所述压强供应与所述高压强信号的压强水平相同。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括压强调节器，所述压强调节器操作地耦接至所述无线位置监测器，所述压强调节器具有泄放阀并且用于限制从所述天然气管道至所述无线位置监测器的所述开中心滑阀的入口压强。
9.根据权利要求1所述的系统，还包括位于所述无线位置监测器的外部的至少一个电磁阀，所述至少一个电磁阀由所述无线位置监测器驱动以从所述天然气管道提供高压强气体供应通过所述开中心滑阀并且进入所述至少一个开关继电器中。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括排放阀，用于将所述至少一个开关继电器维持在开启位置达所述阀完成期望的行进距离所需要的时间，所述排放阀具有防止篡改的锁定螺母并且设置在可上锁的柜子内。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个扭矩限制设备，所述至少一个扭矩限制设备被设置在所述无线位置监测器与所述至少一个开关继电器之间以防止来自所述气液联动致动器的过度扭矩。
12.一种过程控制系统，包括：
阀，所述阀安装在在天然气管道中；
气液联动致动器系统，所述气液联动致动器系统操作地耦接至所述阀，所述气液联动致动器系统包括：
气液联动致动器；
无线位置监测器，所述无线位置监测器操作地耦接至所述气液联动致动器，所述无线位置监测器具有整体的气动先导阀；以及
至少一个开关继电器，所述至少一个开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器，所述至少一个开关继电器用于从所述无线位置监测器的所述气动先导阀接收信号；
工作站，所述工作站具有经由无线网络通信地耦接至所述无线位置监测器的控制器；
其中，当经由所述无线网络从所述控制器接收到命令时，所述无线位置监测器使来自所述气动先导阀的信号驱动至所述至少一个开关继电器，以管理至所述气液联动致动器的压强供应并且使所述阀移动至期望的位置。
13.根据权利要求12所述的过程控制系统，所述工作站还包括以下各项中的一项或多项：通信地耦接至所述控制器的网络网关、耦接至所述网络网关的膝上型计算机、操作地耦接至所述控制器的控制面板、以及操作地耦接至所述控制器的LCD屏幕。
14.根据权利要求12所述的过程控制系统，还包括开启的开关继电器和闭合的开关继电器，所述开启的开关继电器和所述闭合的开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器。
15.根据权利要求14所述的过程控制系统，其中，所述气液联动致动器还包括第一罐和第二罐，所述第一罐与所述开启的开关继电器相连通，以及所述第二罐与所述闭合的开关继电器相连通。
16.根据权利要求12所述的过程控制系统，其中，所述气动先导阀是开中心滑阀，被驱动至所述至少一个开关继电器的所述信号是低压强信号，并且至所述气液联动致动器的所述压强供应是高压强供应。
17.根据权利要求12所述的过程控制系统，还包括压强调节器，所述压强调节器操作地耦接至所述无线位置监测器，所述压强调节器具有泄放阀并且用于限制从所述天然气管道至所述无线位置监测器的所述气动先导阀的入口压强。
18.根据权利要求12所述的过程控制系统，还包括排放阀，所述排放阀用于将所述至少一个开关继电器维持在开启位置达所述阀完成期望的行进距离所需要的时间，所述排放阀具有防止篡改的锁定螺母并且设置在可上锁的柜子内。
19.根据权利要求12所述的过程控制系统，还包括压差变送器，所述压差变送器操作地耦接至所述气液联动致动器以测量跨所述气液联动致动器的压差或所述阀的操作扭矩中的一个或多个，所述压差变送器经由所述无线网络和网关通信地耦接至所述工作站，以允许对关于跨所述气液联动致动器的所述压差或所述阀的所述操作扭矩的数据采集和反馈。
20.根据权利要求12所述的过程控制系统，还包括第一压强变送器和第二压强变送器，所述第一压强变送器设置在所述天然气管道内的在所述阀的上游以测量在所述阀的上游的压强，并且所述第二压强变送器设置在所述天然气管道内的在所述阀的下游以测量在所述阀的下游的压强，所述第一压强变送器和所述第二压强变送器经由所述无线网络通信地耦接至所述工作站，以允许对关于所述天然气管道中在所述阀的上游和下游的压强的数据采集和反馈。
21.一种无线致动器系统，所述无线致动器系统用于与天然气管道中的阀一起使用，所述无线致动器系统包括：
致动器，所述致动器适于操作地耦接至被设置在天然气管道中的阀；
无线位置监测器，所述无线位置监测器操作地耦接至所述致动器，所述无线位置监测器具有整体的开中心滑阀并且适于经由无线网络通信地耦接至远程工作站；
至少一个开关继电器，所述至少一个开关继电器操作地耦接至所述致动器和所述无线位置监测器，所述至少一个开关继电器用于从所述无线位置监测器的所述开中心滑阀接收信号；
其中，当从所述远程工作站无线地接收到命令时，所述无线位置监测器使来自所述开中心滑阀的所述压强信号驱动至所述至少一个开关继电器，以管理至所述致动器的压强供应并且使所述阀移动至期望的位置。
22.根据权利要求21所述的无线致动器系统，还包括开启的开关继电器和闭合的开关继电器，所述开启的开关继电器和所述闭合的开关继电器操作地耦接至所述致动器和所述无线位置监测器。
23.根据权利要求21所述的无线致动器系统，其中，被驱动至所述至少一个开关继电器的、来自所述开中心滑阀的所述压强信号是低压强信号，并且至所述致动器的所述压强供应是高压强供应。
24.根据权利要求21所述的系统，还包括压强调节器，所述压强调节器操作地耦接至所述无线位置监测器，所述压强调节器具有泄放阀并且用于限制至所述无线位置监测器的所述开中心滑阀的入口压强。
25.一种对设置在天然气管道内的阀进行操作的方法，所述方法包括：
将无线位置监测器集成至操作地耦接至所述阀的致动器中，所述无线位置监测器经由无线网络通信地耦接至工作站；
经由一个或多个发射器将来自所述工作站的控制器的命令经由所述无线网络发送至所述无线位置监测器；
当接收到所述命令时将来自所述无线位置监测器的气动先导阀的压强信号发送至至少一个开关继电器，所述至少一个开关继电器操作地耦接至所述无线位置监测器和所述致动器；以及
经由所述至少一个开关继电器管理至所述致动器的高压强供应，以响应于从所述气动先导阀接收的所述压强信号而使所述阀移动至期望的位置。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：经由所述无线位置监测器来监测所述阀或所述致动器中的一个或多个的位置，其中，经由所述无线位置监测器来监测所述阀或所述致动器中的一个或多个的所述位置包括经由所述无线位置监测器、所述无线网络和所述工作站来采集关于所述阀或所述致动器中的一个的数据，所述数据包括关于行进位置或冲程时间的数据。
27.根据权利要求25所述的方法，还包括：经由排放阀将所述至少一个开关继电器维持在开启位置达所述阀完成期望的行进距离所需要的时间。
28.根据权利要求25所述的方法，还包括：经由操作地耦接至所述无线位置监测器的压强调节器来限制从所述天然气管道至所述气动先导阀的入口压强。
29.根据权利要求25所述的方法，还包括：经由操作地耦接至所述致动器的压差变送器来测量跨所述致动器的压差或所述阀的操作扭矩中的一个或多个，所述压差变送器经由所述无线网络来通信地耦接至所述工作站以允许对关于跨所述致动器的所述压差或所述阀的所述操作扭矩的数据采集和反馈。
30.根据权利要求25所述的方法，还包括：经由至少一个扭矩限制设备来防止来自所述致动器的过度扭矩，所述至少一个扭矩限制设备被设置在所述无线位置监测器与所述至少一个开关继电器之间并且操作地耦接至所述无线位置监测器和所述至少一个开关继电器。
31.根据权利要求25所述的方法，还包括：分别经由设置在所述阀的上游的第一压强变送器和设置在所述阀的下游的第二压强变送器来测量在所述阀的上游和所述阀的下游的压强，所述第一压强变送器和所述第二压强变送器经由所述无线网络通信地耦接至所述工作站，以允许对关于所述天然气管道中的在所述阀的上游和下游的压强的数据采集和反馈。
32.一种气液联动致动器系统，所述气液联动致动器系统用于与天然气管道中的阀一起使用，所述系统包括：
气液联动致动器；
无线位置监测器，所述无线位置监测器操作地耦接至所述气液联动致动器，所述无线位置监测器具有整体的开中心滑阀并且适于通信地耦接至远程工作站；
电磁阀系统，所述电磁阀系统操作地耦接至所述无线位置监测器并且位于所述无线位置监测器外部，所述电磁阀系统具有至少一个电磁阀；
至少一个开关继电器，所述至少一个开关继电器操作地耦接至所述气液联动致动器和所述无线位置监测器，所述至少一个开关继电器用于从所述无线位置监测器的所述开中心滑阀接收高压强信号；
其中，当从所述远程工作站无线地接收到命令时，所述无线位置监测器使来自所述电磁阀系统的高压强信号驱动至所述开中心滑阀并且进入所述至少一个开关继电器中，以管理至所述气液联动致动器的高压强供应，所述高压强供应具有与所述高压强信号相同的压强。
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