CN111946882A - 对过程控制阀的行程终端位置的调整 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对过程控制阀的行程终端位置进行调整的方法。阀控制系统设置为在考虑第一位移测量系统终值和第二位移测量系统终值的情况下持续由通过位移测量系统检测的位移测量系统值求出位置实际值。该方法包括在过程控制阀完全关闭的情况下识别第一行程终端位置和在过程控制阀完全开启的情况下识别第二行程终端位置。该方法此外包括将对应于第一行程终端位置的位移测量系统值作为第一位移测量系统终值储存，和将对应于第二行程终端位置的位移测量系统值作为第二位移测量系统终值储存。过程控制阀在此是过程控制技术设备的组成部分，且在连续的设备运行期间实施所述方法的步骤。本发明还涉及相应的程序编码、阀控制系统和过程控制阀。

Description

对过程控制阀的行程终端位置的调整
技术领域
本发明涉及一种用于对过程控制阀的行程终端位置进行调整的方法。此外，本发明还涉及一种用于在阀控制系统上执行的相应的程序编码、一种阀控制系统和一种过程控制阀。
背景技术
在制造过程阀时，各部件、例如阀壳体和驱动装置分别具有大不相同的公差。这特别是涉及行程终端位置，该行程终端位置由驱动装置与阀壳体的连接形成并且各略有不同。
通常通过自动“调整功能”进行在工厂中或在设备投入使用时对过程控制阀的行程终端位置的调整。为此利用控制头/定位器中的微控制器电子系统使阀的终端位置投入运行。在此将配件完全开启和完全关闭。这在设备的连续运行中是不可能的。
同样的内容适于在设备中事后对过程阀驱动和/或控制头/定位器的更换。即使在此也必须定期地进行对行程终端位置的调整。
然而由于不能在连续的过程运行中进行对行程终端位置的调整，所以设备中的过程阀更换总是导致额外的停机时间，这些停机时间远远超过原本的装配时间。
发明内容
本发明的目的是：在过程阀的初次安装或后期(重新)调整或后期更换中将对设备的正常运行的干预尽可能地降低到最小程度并且尽可能少地影响设备的流体功能。由下文的说明产生另外的目的。
根据本发明，这个目的通过如下方式得以实现：在设备的连续运行中进行对行程终端位置的调整。设备的运行不必为了调整而中断。提供一种用于对过程控制阀的行程终端位置进行调整的相应方法。
过程控制阀通常具有带执行器和阀壳体的过程阀以及配置给该过程阀的阀控制系统以及位移测量系统。
根据一种观点，阀控制系统将第一位移测量系统终值和第二位移测量系统终值保存在储存单元中。第一位移测量系统终值和第二位移测量系统终值可以预设有用于行程终端位置的事先限定的标准值。所述阀控制系统构造和设置为，在考虑到第一位移测量系统终值和第二位移测量系统终值的情况下持续地由通过位移测量系统检测的位移测量系统值求出位置实际值。
根据另一观点，所述方法包括：在过程控制阀完全关闭时识别第一行程终端位置，并且将对应于第一行程终端位置的位移测量系统值作为第一位移测量系统终值储存。
此外，所述方法包括：在过程控制阀完全开启时识别第二行程终端位置，并且将对应于第二行程终端位置的位移测量系统值作为第二位移测量系统终值储存。
过程控制阀在此是过程控制技术设备的组成部分，并且在连续的设备运行期间实施所述方法的步骤。
换言之，不为了调整而主动地使阀打开和闭合，打开和闭合通常与正常的过程发生冲突并且妨碍设备的连续运行。更确切地说，阀控制系统为了调整的目的而切换到一种监视模式，在该监视模式中等待，直到阀由过程决定地本来完全开启或者关闭为止。
根据一种有益的观点，当检测的位移测量系统值小于保存的第一位移测量系统终值时，可以识别第一行程终端位置。
为了不用在此非必要地经常重新写入位移测量系统终值，可以作为用于识别行程终端位置的附加条件规定：进行等待，直到为了完全关闭而利用一位置额定值对过程控制阀进行操控为止。优选地，检测的位移测量系统值是稳定的。
同样，当检测的位移测量系统值大于保存的第二位移测量系统终值时，可以识别第二行程终端位置。附加条件有益地可以是：为了完全开启而利用一位置额定值对过程控制阀进行操控。优选地，附加条件可以是：检测的位移测量系统值是稳定的。
根据另一有益观点，所述方法可以包括对位置额定值的更改，利用该位置额定值对过程控制阀进行操控。当位置额定值为了完全关闭而对过程控制阀进行操控时，可以使经更改的位置额定值相对所述位置额定值降低一限定值。类似地，只要位置额定值为了完全开启而对过程控制阀进行操控，就可以使经更改的位置额定值相对所述位置额定值提高一限定值。换言之，这种有益的观点规定：在调整模式中阀在其由过程决定地完全开启或关闭时被如下地操控，即，驱动装置被控制超出储存的行程终端位置并且移动直到机械界限为止。所述限定值可以选择为：它涵盖由公差链产生的公差范围。通过这种方式能够可靠地识别由机械决定的行程终端位置。
根据一种有益的观点，当在利用降低的经更改的位置额定值进行操控时产生的位移测量系统值不再低于保存的位移测量系统终值时，并且当在利用提高的经更改的位置额定值进行操控时产生的位移测量系统值不再超过保存的位移测量系统终值时，所述方法可以结束。通过这种方式，当识别并且记录了由机械决定的行程终端位置时，自动脱离调整模式。
根据另一有益观点，可以通过如下方式识别第一和/或第二行程终端位置，即，在位置实际值的导数函数中存在到稳定值的不连续转变。可以有益地借助差分滤波器进行对所述不连续转变的判断。由此改善或者简化了对行程终端位置的识别/探测。
此外，提供一种程序编码，其包括多个指令，这些指令在通过阀控制系统执行程序编码时使所述阀控制系统实施根据本发明的方法的步骤。通过所述程序编码也可以将所述方法整合在已存在的阀控制系统中。
此外，提供一种阀控制系统，该阀控制系统构造和设置为，实施根据本发明的方法，特别是该阀控制系统包含微控制器，该微控制器执行前述程序编码。
另外，提供一种过程控制阀，该过程控制阀构造和设置为实施根据本发明的方法。
根据有益的观点，过程控制阀可以包括前述阀控制系统。
附图说明
下面借助实施例和参照附图详细阐述本发明的特征和观点。其中：
图1是具有控制头的过程控制阀的简化图；
图2是具有定位器的过程控制阀的简化图；
图3a是用于过程控制阀的POS-时间曲线的示例图；
图3b是用于过程控制阀的CTRL-时间曲线的示例图；
图4a是用于过程控制阀的POS-时间曲线的示例图；
图4b是用于过程控制阀的CMD-时间曲线的示例图；
图5a是用于过程控制阀的POS-时间曲线的示例图；
图5b是用于POS-时间曲线的差分滤波器的时间变化过程的示例图；
图5c是用于过程控制阀的POS-时间曲线的示例图；
图5d是用于过程控制阀的差分滤波器的时间变化过程的示例图。
具体实施方式
图1示出了过程控制技术设备(未示出)中的过程控制阀10的简化的示意图，该过程控制阀包括阀控制系统20和过程阀30。
过程阀30包括执行器40和阀壳体50。过程阀30特别是可以设计为座阀或膜片阀。
特别是可以气动、电动或电磁式操作执行器40。这取决于当地要求，例如对功率、防爆亦或现有供应例如压缩空气的要求。
阀壳体50具有通流通道60。阀控制系统20包括调节系统70、储存单元80和位移测量系统90。该位移测量系统90也可以是过程阀30的部分。位移测量系统90包括位移传感器95。
阀控制系统例如设计为控制头。控制头用于开启/关闭运行。这意味着：在阀控制系统20a中，控制系统70只将控制信号CTRL“开启”(100％)或“关闭”(0％)发送给过程阀30的驱动装置或执行器40。
在制造过程阀时，各部件具有大不相同的公差。例如在每个过程阀中由机械决定的行程终端位置200或210是重要的，这些行程终端位置由驱动装置与阀壳体的连接产生。
过程阀30在行程终端位置200中完全关闭并且在行程终端位置210中完全开启。
如下地确定事先限定的行程终端位置200a和210a，即，它们即使在考虑到所述公差的情况下也始终位于相应的过程阀30的行程范围220内。这些(一般性的)事先限定的行程终端位置200a、210a由此构成用于位移测量系统终值100、110的标准值，这些标准值能够实现过程控制阀10的充分功能。
后期个体地对位移测量系统90如下进行调整，使得位移测量系统90的位移测量系统终值100、110与过程阀30的行程终端位置200、210一致。
根据本发明，可以在任意时间点进行这样的调整。由此不再需要在投入使用前还对过程控制阀10进行调整。即使例如由于磨损在对设备中的过程控制阀10进行更换时，也不必再强制地在投入使用前对该过程控制阀进行调整。
阀控制系统20为此包括用于在设备运行期间对行程终端位置200、210进行调整的功能，该功能以下称为B调谐300。优选地，B调谐300实现为软件模块，该软件模块特别是主要负责对位移测量系统终值100、110进行调整并将其储存在储存单元80中。
阀控制系统20构造和设置为，在考虑第一位移测量系统终值100和第二位移测量系统终值110的情况下持续地由通过位移测量系统90检测的位移测量系统值求出位置实际值POS。
根据本发明的方法包括：当过程控制阀10完全关闭时，识别第一行程终端位置200；并且接着将对应于第一行程终端位置200的位移测量系统值储存为第一位移测量系统终值100。
本发明此外包括：当过程控制阀10完全开启时，识别第二行程终端位置210；并且将对应于第二行程终端位置210的位移测量系统值储存为第二位移测量系统终值110。
过程控制阀10在此是过程控制技术设备的组成部分。在连续的设备运行期间实施所述方法的步骤。因此不必为了调整而中断设备运行。
过程控制阀10构造和设置为实施所述方法。有益地，在程序编码中表述所述方法。程序编码包括指令，这些指令在程序编码在阀控制系统20中执行时使阀控制系统实施上述方法。阀控制系统20相应地构成和设置、具有例如微控制器。该微控制器执行所述程序编码。
所述方法也应用在另外的实施例中。
图2示出了具有位置控制器75、也称为定位器的过程控制阀10的简化的示意图。结构和功能基本上与在图1中示出的相符。同样的构件和具有相似功能的构件/特征标注同样的附图标记。对此不再赘述。
定位器用于持续不断的或者成比例的运行。这意味着：在阀控制系统20b中借助位置控制器75由调节系统70将0％至100％的任意控制信号CTRL作为控制信号发送给过程阀30的驱动装置或者执行器40。
定位器特别是包括功能组--位移传感器90、控制系统70和阀控制系统20b。位移传感器90测量阀的实时位置。阀控制系统20b连续地将实时位置(位置实际值POS)与经由接口(通常标准信号输入端)事先给定的位置额定值CMD进行比较并且将结果输送给定位器。
如果存在控制偏差，那么通过调节系统70形成对位置实际值POS的相应修正。
作为补充方案，可以集成有PID控制器、在阀控制系统20b中实施，利用该PID控制器除了原本的位置调节之外也可以作为主从系统控制(Kaskadenregelung)实施(例如水平、压力、流量、温度等等的)过程控制。过程控制器合并在控制回路中。由过程额定值和过程实际值经由控制参数(PID控制器)算出阀的位置额定值CMD。可以通过外部信号事先给定过程额定值。
图3a示出了图1所示的过程控制阀10的POS-时间曲线的简化图。图3b示出了CTRL-时间曲线的相应的简化图。
将控制头用作阀控制系统20。最初在阀控制系统20a的储存单元80中存储有事先限定的行程终端位置200a和210a作为默认值。
在设备的正常运行中实施B调谐300期间，在任意时间点tl事先给定位置额定值CMD或者用于“open”(100％)的控制信号CTRL。
在时间点t2执行器达到由机械决定的行程终端位置210。位移测量系统90探测位置实际值POS作为位移测量系统终值110。在成功探测的情况中，将位置实际值POS作为行程终端位置210储存在储存单元80中。换言之，当为了完全开启而利用位置额定值CMD操控过程控制阀10时和当检测的位移测量系统值大于保存的第二位移测量系统终值110时，识别第二行程终端位置210。当检测的位移测量系统值稳定时，然后以有益的方式识别行程终端位置210。
通过同样的方式将行程终端位置200储存在储存单元80中。在时间点t2或者任意的、较晚的时间点，事先给定位置额定值CMD或者用于“close”(0％)的控制信号CTRL。在时间点t4或t5，执行器达到由机械决定的行程终端位置200。位移测量系统探测位置实际值POS作为位移测量系统终值100。在成功探测的情况中，将位置实际值POS作为行程终端位置200储存在储存单元80中。换言之，当为了完全关闭而利用位置额定值CMD操控过程控制阀10时和当检测的位移测量系统值小于保存的第一位移测量系统终值100时，识别第一行程终端位置200。当检测的位移测量系统值稳定、即不再变化时，则以有益的方式对行程终端位置200进行判断。
在此是首先识别第二行程终端位置210还是识别第一行程终端位置200是任选的。一旦将两个行程终端位置200、210储存，过程控制阀10就已调节并且B调谐300结束。
图4a示出了图2所示的过程控制阀10的示例性的POS-时间曲线的简化图。图4b示出了CMD-时间曲线的相应的简化图。
将定位器用作阀控制系统20。在阀控制系统20b的储存单元80中最初存储有事先限定的行程终端位置200a和210a作为默认值。
在设备的正常运行中实施B调谐300期间，当位置控制器75获得0％或者100％的位置额定值CMD时，则始终事先给定由经更改的、(0-X)％或者(100+X)％的位置额定值CMD*构成的控制信号CTRL。在这种情况下，值X大于最大可能的公差宽度(Toleranzbreite)。换言之，在B调谐中进行以下询问：当“0％＜CMD＜100％”时，则CMD*＝CMD；当“CMD＝100％”时，则CMD*＝CMD+X；当“CMD＝0％”时，则CMD*＝CMD-X。只要位置实际值POS达到远离0％或100％的值，就将位置实际值POS作为新的位移测量系统终值100或者110储存在储存单元80中。一旦在这个CMD*规定值期间位置实际值POS不再低于或者超过0％或者100％，过程控制阀10就已经“经调节”并且结束具有内部CMD*规定值的B调谐“模式”。
换句话说，所述方法包括对位置额定值CMD的更改，利用该位置额定值对过程控制阀10进行操控。只要位置额定值CMD为了将过程控制阀10完全关闭而对该过程控制阀进行操控，就使经更改的位置额定值CMD*相对位置额定值CMD降低限定值X。只要位置额定值CMD为了过程控制阀10完全开启而对该过程控制阀进行操控，就使经更改的位置额定值CMD*相对位置额定值CMD提高限定值X。通过这种方式，受控地超过储存的或者事先限定的行程终端位置200a、210a，以便求出由机械决定的行程终端位置200、210。
当在利用经更改的降低的位置额定值(CMD*)进行操控时由降低的位置额定值CMD*产生的位移测量系统值不低于保存的位移测量系统终值100时，和当在利用经更改的、提高的位置额定值CMD*进行操控时由提高的位置额定值CMD*产生的位移测量系统值不超过保存的位移测量系统终值110时，方法结束。
图4a、4b示出了示例性的B调谐过程。在时间点t4，事先给定90％的位置额定值CMD。由于其既不是100％的规定值、也不是0％的规定值，所以将这个CMD作为控制信号CTRL发送给执行器40。
在时间点t5，事先给定100％的位置额定值。由于其是100％规定值，所以产生CMD*100+X并且将其作为控制信号CTRL发送给执行器40，该执行器在时间点t6达到所要求的位置。现在将由位移测量系统90测得的位置实际值POS作为行程终端位置210储存在储存单元80中。
只要位置实际值POS在位置额定值CMD为100％的情况中大于储存在储存单元80中的行程终端位置210，就反复进行这一点。
相应的内容也适用于位置额定值CMD为0％的规定值。
图5a和5c示出了POS-时间曲线的简图。图5b和5d示出了差分滤波器的时间变化过程的附属的简化图。图5a、5b基本上与图4a、4b相对应。
用于事先限定的行程终端位置200a、210a的位移测量系统终值100和110作为标准值存储在阀控制系统20b的储存单元80中。
当在正常的位置控制运行(Stellungsregelbetrieb)期间(例如在时间点t8)出现位置实际值POS的导数函数到稳定值的不连续转变时，始终将位置实际值POS储存为行程终端值200、210。利用差分滤波器进行对所述转变的探测。
在时间点t5或者t7，密封体
Figure BDA0002489754620000091
根据相应的控制信号CTRL的规定值开始向着100％的方向运动。
在图5a中，在时间点t6，同时达到执行器的物理止挡和最大的位置实际值POSmax，就是说，位置实际值POS在曲线中沿切向接近最大的位置实际值POSmax。图5b中的相应曲线示出了POS曲线斜率的相应下降。
在图5c中，在时间点t8达到执行器的物理止挡，就是说，POS曲线以折点转入水平曲线。在反映位置实际值POS的导数函数的图5d的相应曲线中，这个折点可以视为到稳定值的不连续转变。

Claims (10)

1.用于对过程控制阀(10)的行程终端位置(200，210)进行调整的方法；其中，所述过程控制阀(10)具有带执行器(40)和阀壳体(50)的过程阀(30)以及配置给该过程阀(30)的阀控制系统(20)以及位移测量系统(90)，其中，所述阀控制系统(20)将第一位移测量系统终值(100)和第二位移测量系统终值(110)保存在储存单元(80)中并且构造和设置为，在考虑第一位移测量系统终值(100)和第二位移测量系统终值(110)的情况下持续地由通过位移测量系统(90)检测的位移测量系统值求出位置实际值(POS)；并且所述方法包括以下步骤：
a.在过程控制阀(10)完全关闭的情况下识别第一行程终端位置(200)，
b.将对应于所述第一行程终端位置(200)的位移测量系统值作为第一位移测量系统终值(100)储存，
c.在过程控制阀(10)完全开启的情况下识别第二行程终端位置(210)，和
d.将对应于所述第二行程终端位置(210)的位移测量系统值作为第二位移测量系统终值(110)储存；
其中，所述过程控制阀(10)是过程控制技术设备的组成部分，并且在连续的设备运行期间实施所述方法的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当检测的位移测量系统值小于保存的第一位移测量系统终值(100)时；特别是当为了完全关闭而利用位置额定值(CMD)对过程控制阀(10)进行操控时；和优选当检测的位移测量系统值稳定时，识别第一行程终端位置(200)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当检测的位移测量系统值大于保存的第二位移测量系统终值(110)时；特别是当为了完全开启而利用位置额定值(CMD)对过程控制阀(10)进行操控时；和优选当检测的位移测量系统值稳定时，识别第二行程终端位置(210)。
4.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：更改位置额定值(CMD)，利用该位置额定值对过程控制阀(10)进行操控，其中，只要所述位置额定值(CMD)为了完全关闭而对过程控制阀(10)进行操控，就使经更改的位置额定值(CMD*)相对所述位置额定值(CMD)降低限定值(X)，并且/或者只要所述位置额定值(CMD)为了完全开启而对过程控制阀(10)进行操控，就使经更改的位置额定值(CMD*)相对位置额定值(CMD)提高限定值(X)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当在利用降低的经更改的位置额定值(CMD*)进行操控时产生的位移测量系统值不低于保存的位移测量系统终值(100)时，和当在利用提高的经更改的位置额定值(CMD*)进行操控时产生的位移测量系统值不超过保存的位移测量系统终值(110)时，所述方法结束。
6.根据前述权利要求之任一项所述的方法，其中，当在位置实际值(POS)的导数函数中识别到到稳定值的不连续转变时，识别第一和/或第二行程终端位置(200，210)，特别是利用差分滤波器进行对所述不连续转变的识别。
7.程序编码，其包括指令，这些指令在通过阀控制系统(20)执行所述程序编码时使所述阀控制系统实施根据权利要求1至6之任一项所述的方法的步骤。
8.阀控制系统(20)，其中，所述阀控制系统(20)构造和设置为实施根据权利要求1至6之任一项所述的方法，特别是所述阀控制系统(20)包含微控制器，该微控制器执行根据权利要求7所述的程序编码。
9.过程控制阀(10)，其中，所述过程控制阀(10)构造和设置为实施根据权利要求1至6之任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的过程控制阀(10)，其中，所述过程控制阀(10)包括根据权利要求8所述的阀控制系统(20)。
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