CN108023403A - 用于防止对过程控制部件的关断功能的错误触发的方法和装置 - Google Patents

Abstract

描述了用于增强备用功率单元的方法和装置。示例性装置包括电源和功率调节器；电源被配置为操作过程控制部件，功率调节器被配置为在来自电源的功率中断期间提供功率，以防止对过程控制部件的关断功能的错误触发。

Description

用于防止对过程控制部件的关断功能的错误触发的方法和 装置

技术领域

本公开内容总体涉及过程控制部件，并且更具体地，涉及用于防止对过程控制部件的关断的错误触发的方法和装置。

背景技术

在安全关断或其它功率损耗情况期间，备用功率单元(RPU)用于将过程控制部件(例如，阀)移动到关断位置。当失去来自电源的功率(即，由于停电)时，RPU向过程控制部件提供功率和控制信号，以使得过程控制部件移动到预定的关断位置。RPU存储足够量的能量，使得过程控制部件可以到达满行程。也就是说，如果过程控制部件的预定关断位置关闭，则可以使用存储在RPU中的能量将过程控制部件从完全打开位置移动到完全关闭位置或其它预定的位置。在某些示例中，RPU存储过剩的能量作为预防措施。

发明内容

一种示例性装置包括电源和功率调节器，所述电源被配置为操作过程控制部件，所述功率调节器被配置为在来自电源的功率中断期间提供功率，以防止对过程控制部件的关断功能的错误触发。

一种示例性方法包括：在正常操作期间，经由电源向过程控制部件提供功率，并且由于来自电源的功率中断而经由耦合到过程控制部件的功率调节器向过程控制部件提供功率，以防止对关断功能的错误触发。

一种装置包括能量存储设备，所述能量存储设备包括第一存储部件和第二存储部件，所述第一存储部件用于在电源的功率中断时向过程控制部件提供功率，所述第二存储部件用于在所述第一存储部件被耗尽时提供功率以将所述过程控制部件移动到关断位置。

附图说明

图1表示本文所描述的示例性装置的示例性实施方式。

图2表示本文所描述的示例性装置的替代的示例性实施方式。

图3表示可以使用本文所描述的示例来实现的示例性方法。

附图不是按比例绘制的。只要有可能，在整个(一个或多个)附图和附加的书面描述中将使用相同的附图标号来指代相同或相似的部分。

具体实施方式

本文所描述的示例性装置可以在过程控制系统中实现，以防止由于电源的功率不一致而导致的过程控制部件的功率中断。在来自电源的功率中断(例如，停止(interruption)、浪涌等)期间，该示例性装置用于在相对短的持续时间内向过程控制部件提供功率。一旦来自电源的功率中断，该示例性装置立即开始向该过程控制部件提供功率。电源耦合到过程控制部件以向过程控制部件提供功率，以使过程控制部件能够基于控制信号进行移动。

本文所描述的示例性装置是被耦合到过程控制部件并且设置在过程控制部件和电源之间的能量存储设备或功率调节器。在来自电源的功率中断时，由功率调节器向过程控制部件所提供的功率防止了对关断状况的错误触发。在不包括本文所描述的功率调节器的系统中，当电源经历了比需要对过程控制部件进行关断操作的持续时间更短的暂时中断功率时，可能存在错误触发，但这触发备用功率单元以执行将过程控制部件移动到预定的关断位置的功能。例如，由过载的电源引起的暂时的电源中断可能持续一秒钟，这可能不足以长到将需要考虑关断状况的安全，但足够长以触发备用功率单元将该过程控制部件移动到预定的关断位置。

在这里所描述的示例中，一个或多个二极管可以位于电源和功率调节器之间以提供二极管阻塞电容。当存在电源的中断时，第一二极管用于防止功率调节器向电源的放电，并且第二二极管用于使功率能够从功率调节器流动到过程控制部件。当来自电源的功率足以操作过程控制部件时，第一二极管允许电流流过第一二极管到达过程控制部件。当来自电源的功率小于足以操作过程控制部件的量时，功率调节器的功率流过第二二极管到达过程控制部件。电阻器可以用于调节功率调节器的充电电流。

备用功率单元(RPU)还可以耦合到过程控制部件以在关断状况期间向过程控制部件提供功率。通常，在来自电源的功率损耗时，RPU向过程控制部件提供控制信号和功率。对于过程控制系统中的功率出现浪涌或变得过载并不罕见，这可能导致向过程控制部件供应功率的多次、频繁的中断或停止(interruption)。因此，RPU可能被多次触发以执行将过程控制部件移动到预定的关断位置或状况的指定功能，这导致了由于这种错误关断触发而频繁地循环过程控制部件。本文所描述的示例性功率调节器通过在由停止、浪涌或过载引起的上述短暂的功率中断的期间向过程控制部件提供功率来防止对RPU的错误触发。

功率调节器暂时供应功率直到功率中断或指定的时间段已经过去。如果电源经历停电，则在功率调节器中的功率耗尽之前的短时间内，功率调节器可以向过程控制部件提供功率，并且RPU执行将过程控制部件移动到关断位置的指定功能。本文所描述的示例的功率调节器的功能不在关断状况期间干扰RPU的功能。例如，在关断状况下，电源可能被切断，并且因此，中断持续比功率调节器可以提供备用功率的时间更长的时间。在这种示例中，在功率调节器耗尽时，RPU用于使用存储在RPU中的控制信号和功率将过程控制部件移动到预定的关断状况。在某些示例中，功率调节器可以与RPU组合或集成。在这种示例中，除了本文所描述的功率调节器的功能之外，RPU维持RPU的常规功能。

图1表示了本文所描述的示例性装置100的示例性实施方式。图1的示例性装置100描绘了可操作地耦合在电源104和过程控制部件106(例如，阀)之间的功率调节器102。在正常操作期间，电源104向过程控制部件提供功率，并且控制信号源107经由备用功率单元(RPU)108提供控制信号以操作过程控制部件106。在所示的示例中，RPU 108还设置在功率调节器102和过程控制部件106之间。示例性功率调节器102用于在电源104的功率停止(interruption)期间向过程控制部件106提供功率。如图1所描绘的示例性实施方式中，功率调节器102是可以与可以包括诸如RPU 108之类的RPU的现有过程控制系统包括在一起的独立部件。功率调节器102可以包括能量存储部件(诸如电容器、超级电容器、电池)或者可操作地存储能量的任何其它(一个或多个)设备。在某些示例中，功率调节器102包括以使得电容器并联充电并串联放电的方式连接的多个电容器。替代地，电容器可以串联充电，并且可以实现电荷平衡。功率调节器102和RPU 108的能量存储部件可以包括DC-DC转换器，以便于对能量存储部件的更有效的充电和更完全的耗尽。

在某些示例中，环境限制(例如，温度、湿度)可能导致需要功率调节器102包括可再充电的电池的设计限制。在这种情况下，电池在电池寿命结束时可以更换，而不是更换整个功率调节器102。在某些示例中，环境限制可能另外地导致功率调节器102的其它变化，诸如温度调节器将加热和/或冷却功率调节器102。这种温度调节器可以包括热电设备、散热器、绝缘体等。

功率调节器102可以被配置为存储足以防止对关断条件的错误触发的能量的任何量。例如，功率调节器102可以被配置为提供长达5秒的功率。示例性功率调节器102可以被配置为使得功率调节器102可以在可以被合理地认为是功率中断的任何长度的时间内提供功率。在某些示例中，一个功率调节器102可配置为存储更多的能量。替代地，多个功率调节器102可以包括在过程控制系统中，以增加时间长度，在该长度的时间内(一个或多个)功率调节器102可操作地向过程控制部件106提供功率。

第一示例性二极管110用于使功率能够从电源流动到过程控制部件106。第一示例性二极管110在功率中断的情况下不允许功率从功率调节器102流动到电源104。在功率中断期间，流过第一二极管110的功率的量被减少或消除。相反，当电源104的功率被中断时，功率经由第二二极管112从功率调节器102流动到过程控制部件106。当电源104可操作时，对功率调节器102进行充电。在其它示例中，可以实现MOSFET(即，金属氧化物半导体场效应晶体管)布置而不是封闭的二极管布置。MOSFET布置提供了二极管的单向功率流，而没有通常由二极管引起的电压降。电阻器114或任何其它电流调节电路限制或调节功率调节器102的充电电流。

替代地，可以使用功率调节器102来实现有源电路，以根据需要限制充电电流，以防止总电流超过电源104和/或功率调节器102的容量。这种电路将延迟当过程控制部件106在启动时移动时的短时间(例如，几秒)充电，但不延迟过程控制部件106的移动。

图1的示例性RPU 108设置在电源104和过程控制部件106之间，使得RPU 108用于在耗尽功率调节器102时向过程控制部件106提供功率。当RPU 108向过程控制部件106提供功率时，第三二极管116使功率能够从RPU 108流动到过程控制部件106。RPU 108还停止了控制信号源107的控制信号，并向控制部件106提供了控制信号以使得过程控制部件106移动到预定的关断位置。替代地或另外地，RPU 108可以修改或操纵控制信号源107的控制信号和/或提供附加的控制信号。RPU 108存储足以将过程控制部件106从过程控制部件106的任何可能的位置移动到预定的关断位置的能量的量。当功率从电源104和/或功率调节器102流动到过程控制部件106时，RPU 108可以进行充电。第二电阻器118可以用于调节RPU108的充电电流。

当没有来自电源104或功率调节器102的功率流动到过程控制部件106时，RPU 108向控制部件106提供功率并将控制信号传送到过程控制部件106，以将过程控制部件106移动到预定的关断位置。在某些示例中，在中断功率流动到过程控制部件106和RPU 108将控制信号传送到过程控制部件106之间存在延迟。在某些示例中，RPU 108可以包括电压传感器以检测何时电源被中断和/或何时功率流动恢复。可以基于过程控制系统来调整延迟。延迟使得功率调节器102能够向过程控制部件106提供功率，直到功率调节器102被耗尽。因此，并不是在检测到任何功率中断时RPU 108均会提供控制信号，而是当功率中断具有使得功率调节器102耗尽能量的持续时间时，RPU 108才提供控制信号。在电源104的功率恢复之后，控制信号源107向过程控制部件106提供信号，以将过程控制部件106移动到指定位置。在某些示例中，指定位置是在关断状况之前的过程控制部件106的位置。

在某些示例中，RPU 108和功率调节器102基本上是基于过程控制系统的需要被不同地配置的同一部件。也就是说，示例性功率调节器102和示例性RPU 108可以是模块化设备，模块化设备中的每一个均能够执行功率调节器102和RPU 108两者的功能。模块化设备以基于模块化设备是否用于执行功率调节器102或RPU 108的功能的不同方式被配置在过程控制系统内。例如，为了将模块化设备配置为RPU 108，控制信号可以在RPU 108和过程控制部件106之间通信。然而，当模块化设备被配置为功率调节器102时，则不使用控制信号能力。

图2描绘了包括可操作地耦合到过程控制部件106的示例性功率调节器102和RPU108的替代的示例性装置200。在所描绘的示例性装置200中，示例性功率调节器102和RPU108可以被组合或集成为在过程控制系统内的单个部件并且封装在壳体202中。在某些示例中，功率调节器102和RPU 108是设置在同一壳体202中的单独部件。

在功率调节器102和RPU 108被集成为单个能量存储设备的示例中，集成的装置用于执行结合上面图1所描述的功率调节器102的功能和RPU 108的功能。在这种示例中，需要将过程控制部件106从可能是过程控制部件106的当前位置的任何位置移动到安全关断位置的能量。也就是说，集成的装置的功率调节器102直到过程控制部件106移动到安全关断位置之后才完全耗尽。在检测到功率调节器102中剩余的能量的量是需要执行将过程控制部件106移动到预定的关断位置的RPU 108功能所需的能量的指定量时，RPU 108将控制信号传送到过程控制部件106以将过程控制部件106移动到预定的关断位置。在某些示例中，无论RPU 108和功率调节器102是否被集成，为了确保总是存在将过程控制部件106移动到预定的关断位置的足够的功率，RPU 108包括与功率调节器102的能量存储部件分离的能量存储部件。在这些示例中，RPU 108的能量存储部件不与功率调节器102的能量存储部件进行通信。

在某些示例中，RPU 108和/或功率调节器102可以容纳在防爆外壳(例如，壳体202是防爆外壳)中。在这种示例中，功率调节器102和RPU 108二者的能量在保养或维护之前被耗尽。在这种示例中，在恢复过程控制部件106的正常操作之前，RPU 108被完全再充电。在某些示例中，为了减少启动所需的时间，RPU 108中的能量在保养之前不被耗尽，并且在恢复操作时，减少了要对RPU 108进行再充电所需的能量和时间。

图3表示了可以使用本文所描述的示例性装置100、200来实现的示例性方法300。在某些示例中，可以变化块的执行顺序，和/或可以变化、消除或组合所描述的块中的某些。当电源104对功率调节器102和RPU 108进行充电时，方法300开始(块302)。然后，电源向过程控制部件106提供功率，并且使能控制信号源107的控制信号(块304)。当电源104正在提供足够量的功率时，第一二极管110使功率从电源104流动到过程控制部件106，电阻器114调节功率调节器102的充电电流，并且电阻器调节RPU 108的充电电流(块306)。第二二极管112还可以防止过量的电流从电源104流到功率调节器102。可能发生电源104的功率的中断(块308)。当发生中断时，装置100、200确定从电源104流出的功率的电压是否小于功率调节器102的功率的电压(块310)。如果从电源104流出的功率的电压不小于功率调节器102的电压，则中断不足以显著到使得功率调节器102向过程控制部件106提供备用功率，并且电源104继续向过程控制部件106提供功率。

如果从电源104流出的功率的电压小于功率调节器102的电压，则第一二极管110防止从功率调节器102到电源的功率流动，并且第二二极管112使功率从功率调节器102流动到过程控制部件106(块312)。装置100、200确定是否已经从电源104恢复了功率(块314)。如果功率已经恢复，则方法300返回到块306。如果功率没有恢复，则装置100、200确定功率调节器102是否耗尽(块316)。如果功率调节器102没有耗尽，则方法300返回到块312。如果功率调节器102耗尽了，则RPU 108向过程控制部件106提供功率和控制信号，以将过程控制部件106移动到预定的关断位置(块318)。装置100、200确定在RPU 108的功能完成之后电源104的功率是否已经恢复(块320)。如果功率还没有恢复，则装置100、200将继续等待电源104恢复提供功率。

如果功率已经恢复，则功率调节器102和RPU 108经由电源104的功率进行再充电(块322)。电源104的功率被提供给过程控制部件106，并且控制信号源107的控制信号被重新使能到过程控制部件(块324)。在某些示例中，功率被同时提供给过程控制部件106和功率调节器102以及RPU 108。在块324被执行之后，方法300无限期地返回到块306。在某些示例中，过程控制部件106可以在电源104的功率中断之前返回到过程控制部件106的位置。

根据上述内容将理解的是，上面所公开的系统、装置和方法防止对过程控制部件的关断状况的错误触发。

尽管本文已经公开了某些示例性方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖了完全属于本专利的权利要求的范围内的所有方法、装置和制品。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

电源，所述电源用于操作过程控制部件；以及

功率调节器，所述功率调节器用于在来自所述电源的功率中断期间提供功率以防止对所述过程控制部件的关断功能的错误触发。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括用于使功率能够在所述电源与所述过程控制部件之间流动并防止所述功率调节器与所述电源之间的功率流动的二极管。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，当来自所述电源的功率不足以操作所述过程控制部件时，所述功率调节器向所述过程控制部件提供功率。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，当功率从所述电源流出以操作所述过程控制部件时，对所述功率调节器进行充电。

5.根据权利要求4所述的装置，还包括用于调节所述功率调节器的充电电流的电流调节电路。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括用于在关断状况期间向所述过程控制部件提供功率的备用功率单元。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括用于使功率能够从所述功率调节器流动到所述过程控制部件的二极管。

8.一种方法，包括：

在正常操作期间，经由电源向过程控制部件提供功率；以及

由于来自所述电源的功率中断，经由耦合到所述过程控制部件的功率调节器向所述过程控制部件提供功率，以防止对关断状况的错误触发。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括在功率中断期间，经由二极管防止从所述功率调节器到所述电源的功率流动。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括当由所述电源提供功率时，对所述功率调节器进行充电。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，功率的中断是所述电源的浪涌或过载。

12.根据权利要求8所述的方法，还包括当所述功率调节器被耗尽时，经由耦合到所述过程控制部件的备用功率单元向所述过程控制部件提供功率。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括使用所述备用功率单元将所述过程控制部件移动到预定的关断位置。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括在恢复了来自所述电源的功率时，基于来自控制信号源的信号将所述过程控制部件移动到一位置。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括在恢复了来自所述电源的功率时，对所述功率调节器和所述备用功率单元进行再充电。

16.一种装置，包括能量存储设备，所述能量存储设备包括第一存储部件和第二存储部件，所述第一存储部件用于在来自电源的功率中断时向过程控制部件提供功率，所述第二存储部件用于在所述第一存储部件被耗尽时提供功率以将所述过程控制部件移动到关断位置。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第二存储部件包括将所述过程控制部件从任何位置移动到所述关断位置的能量的量。

18.根据权利要求16所述的装置，还包括壳体，所述能量存储设备将设置在所述壳体内。

19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第一存储部件是超级电容器。

20.根据权利要求16所述的装置，其中，在所述第一存储部件被耗尽时，所述第二存储部件使用控制信号使得所述过程控制部件移动到所述关断位置。