CN204166348U - 电子压强调节器 - Google Patents

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G·C·缪尔
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Abstract

本实用新型提供了电子压强调节器，包括调节器本体，其具有耦接至供给压强源的入口端口、用于输出受控的压强的出口端口、以及排放端口；入口阀，其在所述入口阀的输入端耦接至所述供给压强并且在所述入口阀的输出端耦接至所述出口端口；出口阀，其在所述出口阀的输入端耦接至所述出口端口以及在所述出口阀的输出端耦接至所述排放端口；以及控制器，其设置在所述调节器本体内并且可操作地致动所述入口阀和所述出口阀以调节输送至所述出口端口的所述受控的压强，所述控制器包括处理器、计算机可读存储器，其具有在所述处理器上可执行的计算机可读指令、以及存储在所述存储器中的数据收集模块。

Description

电子压强调节器
技术领域
本公开涉及过程控制系统，更具体地，涉及一种在过程控制系统中使用的诸如压强调节器等现场设备以及用于压强调节器的先导加载机构。
背景技术
过程控制系统，例如与化工、石油或其它过程中使用的那些过程控制系统类似的分布式或可扩展过程控制系统，一般包括经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线可通信地耦接到至少一个主机或用户工作站并且耦接到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器。现场设备可以包括例如控制阀、阀定位器、开关和发射器(例如温度、压强和流速传感器)，其执行过程中的功能，如打开或关闭阀以及测量过程参数。过程控制器接收用于指示由现场设备做出的过程测量的信号和/或关于现场设备的其它信息，并且使用该信息来实现控制例程以生成控制信号，该控制信号通过总线发送到现场设备以控制过程的操作。一般使来自现场设备和控制器中的每一个的信息对于由用户工作站执行的一个或多个应用可用，以使得操作人员能够执行关于过程的任意希望的功能，例如查看过程的当前状态、修改过程的操作等等。在现场设备故障的情况下，整个过程控制系统的操作状态可能受损害。
过程工厂中的现场设备在某些例子中包括压强调节器。压强调节器可以由其自己来使用以用于调节气体的压强，或者可以与致动阀的气动的致动器组合来使用。电子压强调节器可以通过外部可编程逻辑控制器或板上编程来控制。
实用新型内容
为了解决现有技术中可能存在的用户以不期望的和/或可能损毁调节器的参数值来编程调节器的技术问题，本实用新型在一个方面，提供的电子压强调节器包括调节器本体，其具有耦接至供给压强源的入口端口、用于输出受控的压强的出口端口、以及排放端口。电子压强调节器还包括入口阀，其在所述入口阀的输入端耦接至所述供给压强并且在所述入口阀的输出端耦接至所述出口端口，以及包括出口阀，其在所述出口阀的输入端耦接至所述出口端口以及在所述出口阀的输出端耦接至所述排放端口。电子压强调节器还包括控制器，其设置在所述调节器本体内并且可操作地致动所述入口阀和所述出口阀以调节输送至所述出口端口的所述受控的压强。控制器被编程为接收用于哪个数据应当被收集的一个或多个变量的指示，接收用于触发数据收集的一个或多个触发事件的指示，接收与所述一个或多个触发事件中的每一个触发事件关联的一个或多个阈值，监控所述一个或多个触发事件；以及当所述一个或多个触发事件中的至少一个触发事件跨过与所述相应的触发事件关联的所述阈值中的一个或多个阈值时，启动数据收集。
有利的，与所述一个或多个触发事件中的每一个触发事件关联的所述一个或多个阈值包括最大阈值和最小阈值中的一个或两者。
有利的，监控所述一个或多个触发事件包括：测量对应于所述一个或多个触发事件中的一个触发事件的参数，以获取与所述触发事件关联的所述参数的测量的值，以及将所述测量的值和与所述触发事件关联的所述最大阈值和所述最小阈值中的所述一个或两者中的每一个进行比较，以确定所述测量的值是否大于所述最大阈值或者小于所述最小阈值。
有利的，所述数据收集模块，当在所述处理器上执行时，进一步被配置为：接收用于数据收集的采样率的指示；接收数据被收集的持续时间的指示；以及当启动数据收集时，以所述采样率所指示的所述采样率和所述收集时间所指示的持续时间来收集所述数据。
有利的，所述数据收集模块，当在所述处理器上执行时，进一步被配置为：当完成所述数据收集时，致使所述数据被传输至计算设备。
有利的，所述数据收集模块，当在所述处理器上执行时，进一步被配置为：致使所述数据被存储在所述控制器的存储器中。
有利的，所述数据根据用户特定的数据文件格式被存储在所述存储器中。
通过本实用新型的技术方案，可以有效防止用户以不期望的和/或可能损毁调节器的参数值来编程调节器。
附图说明
图1是具有根据本公开的原理构建的一个或多个智能调节器组件的过程控制系统的示意图。
图2是根据本公开的原理构建的智能调节器组件的一种形式的横截面侧视图。
图3示出了根据一个实施例的由建立例程生成的多个示例显示。
图4是用于以智能调节器执行一个或多个界面操作的显示的示例截图。
图5是说明示例PID控制器的结构图。
图6A是图5的示例截图的有助于调节PID控制器的调节部分的详细视图。
图6B示出了图6A的调节部分的设置点部分。
图7是图4的示例截图的包括简档创建面板的简档部分的详细视图。
图8是图4的示例截图的数据获取部分的详细视图。
图9是图4的示例截图的配置部分的详细视图。
图10是图4的示例截图的诊断工具部分的详细视图。
图11是在一些实施例中的包括在图4的显示中的功率用户选项卡的详细视图。
图12是根据本公开的一个实施例的用于收集现场设备中的数据的方法流程图。
图13是根据本公开的一个实施例的用于调节现场设备中的PID控制器的方法流程图。
具体实施方式
本公开涉及用于过程控制系统的现场设备的智能先导负载机构例如压强调节器，以及更具体地，与压强调节器交互用于监控和/或控制调节器的方法。特别地，公开了有助于与压强调节器交互或者压强调剂器的控制的例程。例程允许用户建立压强调节器的操作，调节调节器的控制参数，获取在调节器的调节期间和/或调节器的在线操作期间收集的数据，构建包括将由调节器执行的一个或多个命令的简档，以及下载该些简档至调节器，在调节器的调节和操作期间实时地监控调节器参数，执行调节器的自动的诊断测试，等等。通过允许用户建立触发来从调节器获取数据，通过允许用户建立触发来运行调节器的自动的测试等等，本文中描述的各种例程通过限制调节器的某个可配置的和/或可调节的参数的范围有助于与调节器的智能交互，从而防止用户以不期望的和/或可能损毁调节器的参数值来编程调节器。
现在参考图1，示出了根据本公开的一种形式构造的过程控制系统10，其包括与过程控制器11通信的一个或多个现场设备15、16、17、18、19、20、21、22和71，过程控制器11又与数据历史记录器12以及一个或多个用户工作站13通信，每个用户工作站13具有显示屏14。通过如此配置，控制器11向现场设备15、16、17、18、19、20、21、22和71和工作站13传递信号并且从现场设备15、16、17、18、19、20、21、22和71和工作站13接收信号以控制过程控制系统。
更具体而言，图1中所示的形式的过程控制系统10的过程控制器11经由硬线通信连接并且经由输入/输出(I/O)卡26和28连接到现场设备15、16、17、18、19、20、21和22。数据历史记录器12可以是任意希望类型的数据采集单元，其具有任意希望类型的存储器和任意希望或已知的用于存储数据的软件、硬件或固件。此外，虽然在图1中数据历史记录器12被示出为独立的设备，但是其可以改为或另外是一个工作站13或另一个计算设备(如服务器)的一部分。控制器11可以例如是由Emerson Process Management销售的DeltaVTM控制器，其经由可以例如是以太网连接的通信网络29可通信地连接到工作站13和数据历史记录器12。
如上所述，控制器11被示出为使用硬线通信方案可通信地连接到现场设备15、16、17、18、19、20、21和22，其中，该硬线通信方案可以包括使用用于实现硬线通信(包括例如标准4-20mA通信和/或使用任意智能通信协议如现场总线通信协议、通信协议等等的任意通信)的任意希望的硬件、软件和/或固件。现场设备15、16、17、18、19、20、21和22可以是任意类型的设备，如传感器、压强调节器、控制阀组件、发射器、定位器等等，而I/O卡26和28可以是符合任意希望的通信或控制器协议的任意类型的I/O设备。在图1所示的实施方式中，现场设备15、16、17、18是通过模拟线路向I/O卡26进行通信的标准4-20mA设备，而数字现场设备19、20、21和22可以是智能设备，如通信设备和现场总线现场设备，其使用现场总线协议通信通过数字总线向I/0卡28进行通信。当然，现场设备15、16、17、18、19、20、21和22可以符合任意其它希望的标准或协议，包括在未来开发的任意标准或协议。
另外，图1中描述的过程控制系统10包括设置在将要控制的工厂中的多个无线现场设备60、61、62、63、64和71。现场设备60、61、62、63、64被描述为发射器(例如过程变量传感器)，而现场设备71被描述为控制阀组件，其包括例如控制阀和致动器。可以使用任意希望的无线通信设备(包括硬件、软件、固件或现在已知的或以后开发的硬件、软件、固件的任意组合)在控制器11与现场设备60、61、62、63、64和71之间建立无线通信。在图1所示的形式中，天线65耦接到发射器60并且专用于执行发射器60的无线通信，而具有天线67的无线路由器或其它模块66被耦接到为集中地处理发射器61、62、63和64的无线通信。类似地，天线72耦接到控制阀组件71以执行控制阀组件71的无线通信。现场设备或相关硬件60、61、62、63、64、66和71可以实现由合适的无线通信协议使用的协议栈操作以经由天线65、67和72接收、解码、路由、编码以及发送无线信号，以实现过程控制器11与发射器60、61、62、63、64和控制阀组件71之间的无线通信。
如果需要的话，则发射器60、61、62、63、64可以构成各种过程传感器(发射器)与过程控制器11之间的专门链路，并且这样的话，依赖于发射器60、61、62、63、64发送准确的信号到控制器11，以确保不危及过程性能。通常被称为过程变量发射器(PVT)的发射器60、61、62、63、64因此可以在总体控制过程的控制中扮演重要的角色。另外，作为控制阀组件71的控制操作的一部分，控制阀组件71可以提供由控制阀组件71内部的传感器进行的测量值或者可以提供由控制阀组件71生成或计算的其它数据给控制器11。当然，如已知的，控制阀组件71还可以接收来自控制器11的控制信号，以影响总体过程中的物理参数，例如流量。
过程控制器11被耦接到一个或多个I/O设备73和74，I/O设备73和74中的每一个连接到相应的天线75和76，并且这些I/O设备和天线73、74、75、76作为发射器/接收器来操作以经由一个或多个无线通信网络执行与无线现场设备61、62、63、64和71的无线通信。可以使用一个或多个已知无线通信协议，例如无线协议、Ember协议、WiFi协议、IEEE无线标准等等执行现场设备(例如发射器60、61、62、63、64和控制阀组件71)之间的无线通信。此外，I/O设备73和74可以实施由这些通信协议使用的协议栈操作以经由天线75和77接收、解码、路由、编码以及发送无线信号，以实施控制器11与发射器60、61、62、63、64与控制阀组件71之间的无线通信。
如图1中所示，控制器11通常包括处理器77，其实施或监管存储在存储器78中的一个或多个过程控制例程(或它的任意模块、块或子例程)。存储在存储器78中的过程控制例程可以包括或者与在过程工厂中实现的控制环路相关。整体而言并且通常已知，过程控制器11执行一个或多个控制例程并且与现场设备15、16、17、18、19、20、21、22、60、61、62、63、64和71、用户工作站13以及数据历史记录器12通信，以用任意希望的方式控制过程。另外，图1中的现场设备18、22和71中的每一个被描述为控制阀组件，其可以包括根据本公开的原理构造的智能控制阀致动器，以用于与过程控制器11进行通信，以助于监视致动器的健康性和完整性。
现在参考图2，为了便于说明，图1的现场设备71被示为根据本公开的原理构成的智能调节器组件100。在图2中，智能调节器组件100包括调节器102、先导设备104和反馈压强传感器106。此外，如将要描述的，图2描绘了可选的个人计算设备108，其可通信地耦接至先导设备104，以使用户和先导设备104交互。
调节器102包括阀体110和控制组件112。阀体110限定了入口114、出口116和限定座表面120的通道118。控制组件112被支撑在在阀体110内，并且包括可操作地连接到隔膜组件124的控制元件122。控制元件122能够在与座表面120密封接合的关闭位置和远离座表面120以响应于通过隔膜组件124的压强变化的打开位置之间移动。如图所示，隔膜组件124包括设置在调节器102的阀体110的隔膜空腔128内的隔膜126。隔膜126的底表面130与阀体110的出口116流体连通并且隔膜126的顶表面132经由阀体110中的先导孔150与先导设备104流体连通。
先导设备104包括阀体134、入口阀136、排放阀138、压强传感器140和出口适配器142。阀体134限定了入口端口144、排放端口146和出口端口148。如将要描述的，入口端口144适于被连接到用于加载调节器102的凸状物152的气体供应源。如图所示，入口阀136邻近入口端口144布置，排放阀138邻近排放端口146布置，并且出口适配器142从出口端口148延伸并且至阀体110的先导孔150。因此，出口适配器142提供了先导设备104和调节器102之间的流体连通。压强传感器140设置在先导设备104的阀体134内在入口阀136和出口阀138之间的位置。这样，压强传感器140可操作地感测入口阀136和出口阀138之间的压强以及在出口端口148、出口适配器142和邻近隔膜126的顶表面132的隔膜空腔128中的压强。隔膜空腔128的该部分可以被称作调节器102的凸状物152。在先导设备104的一个形式中，入口阀136和排放阀138可以是电磁阀，例如脉冲宽度调制(PWM)电磁阀，并且压强传感器140可以是压强变送器。此外，入口阀136、排放阀138和压强传感器140可通信地耦接于板上控制器154，如下所述，该板上控制器154可以存储逻辑和/或指示先导设备104的一些或全部的功能。
仍然参照图2，组件100的反馈压强传感器106包括压强变送器，其被用于探测在调节器102的出口116的压强并发送信号到先导设备104，并且更具体地，发送到先导设备104的板上控制器154。基于由板上控制器154从反馈压强传感器106接收到的信号，先导设备104打开和/或关闭入口阀136和排放阀138以控制调节器102的凸状物152内的压强，其反过来控制控制元件122的位置以及最终控制在调节器102的出口116的压强。
具体地，在正常操作期间，通过调整在调节器102的凸状物152中的压强，在调节器102的出口116的压强被理想地控制并保持着。这是通过先导设备104的操作和反馈压强传感器106来实现的。例如，在一种形式中，反馈压强传感器106每隔25毫秒探测在出口116的压强并发送信号到先导设备104的板上控制器154。板上控制器154将表示出口116的压强的这个信号和期望的设置点压强进行比较，并判定出口压强是小于、等于或大于设置点压强。基于此判定，先导设备104操纵入口阀136和排放阀138中的一个或两个来调节凸状物152内的压强。也就是说，如果所探测的出口压强低于所希望的设置点压强时，板上控制器154致动入口阀136(例如，指示入口阀136打开并指示排放阀138关闭)。在此配置中，气体进入先导设备104的入口端口144并增加凸状物152内的压强，这导致隔膜组件124相对于图2的方向向下推动控制元件122，打开调节器102并增加流量，最终增加在出口116的压强。相反，如果由反馈压强传感器106所探测的在出口116的压强被确定为高于所希望的设置点压强，那么板上控制器154致动排放阀138(例如，指示排放阀138打开并指示入口阀136关闭)。在此配置中，凸状物152中的气体通过先导设备104的排放端146排出以减少隔膜126的顶表面132上的压强。这允许出口压强相对于图2中的方向向上推动隔膜组件124和控制元件122，以关闭调节器102并减小流量，最终减小在出口116的压强。
基于上面的描述，应当理解的是，先导设备104和反馈压强传感器106彼此组合操作，以间歇地，但经常地，监视在调节器102的出口116的压强，并调节凸状物152中的压强，直到在出口116的压强等于设置点压强。
在实施例中，参考图2描述的个人计算设备108包括一个或多个例程，体现为存储在存储器设备上的计算机可读指令(例如，易失性或者非易失性存储器设备例如闪存，RAM，磁介质等)或者其它非持续性计算机可读介质(例如，光盘等)。一个或多个例程可以有助于个人计算设备108的用户与智能调节器100的交互。个人计算设备108(可互换地称作计算机)可以以任何已知的方法，包括例如通用串行总线(USB)，RS-232，RS-485，WiFi，蓝牙或者任何其他适合的通信连接，可通信地耦接至智能调节器100。在一些实施例中，计算机108和调节器100之间的连接是暂时的。例如，计算机108连接至调节器100用于编程调节器100，从调节器100下载信息，上传信息至调节器100，对调节器100执行诊断等。在其他的实施例中，计算机108和调节器之间的连接是永久的或者半永久的。例如，在一个示例的实施例中，计算机108对应于经由控制器11耦接至的工作站14。
计算机108以及，特别的，计算机108的处理器可以执行一个或多个例程以致使处理器执行与调节器100的配置、管理、维护、诊断和/或运行有关的动作。例如，例程中的一个可以执行调节器100的自动的调节过程。例程中的一个可以有助于调节器100的手工调节。例程可以致使处理器向一个或多个刺激显示调节器的响应，以及在实施例中，所显示的响应在实际上可以是图形的(例如，可以是图形屏幕)。例程可以允许用户编程调节器100的设置点。控制器154可以包括或实现比例-积分-微分(PID)控制器，并且一个或多个例程可以允许用户调节PID控制器的比例、微分和/或积分常量和/或积分极限和/或死区参数。其它例程可以允许用户致使调节器100获取和存储数据，以及允许用户从调节器100中检索存储的数据。另一个例程可以允许用户建立触发以在某种情形下收集数据(例如，当特定的压强、误差或者输入信号达到阈值)。其它例程可以允许用户设置控制模式、执行校准、设置控制极限、设置隔膜保护值、运行诊断过程(例如，螺线管泄露测试)，等等。进一步地，一个或多个例程可以有助于在调节器100上使用简档(profile)。
在一个实施例中，一个或多个例程包括设置例程，其有利于调节器100的控制器154的初始设置并且设置在计算设备108和控制器154之间的通信。图3示出了根据一个实施例的由设置例程生成的多个示例显示170。显示170可以显示的顺序向用户呈现，例如当设备100安装和启动时。节点和模型窗口170a可以被呈现给用户以允许用户输入调节器100的节点地址和调节器100的模型信息(例如，模型类型)。节点和模型窗口170a可以允许用户输入与计算设备108通信的调节器100的单个节点地址和/或可以允许用户输入与计算设备108通信的多个调节器中的每一个调节器的多个节点地址，例如，当与计算设备108通信的多个调节器以菊花链的形式被连接。控制模式窗口170b可以被呈现给用户以允许用户选择控制器154的反馈模式。下拉菜单可以呈现反馈模式的多个选项给用户。反馈模式选项可以包括外部反馈模式，内部反馈模式和级联反馈节点中的一个或多个。选择外部反馈可以设置控制器154以从外部源接收反馈，例如从反馈传感器106接收反馈。当选择内部反馈模式时，可以使用控制器154的内部传感器来提供反馈。当选择级联反馈模式时，例如在一个实施例中，可以使用外部传感器和内部传感器以级联方式来提供反馈。
传感器范围窗170c可以允许用户输入测量的默认范围和缺省单位以被用于绘制从控制器154接收到的反馈。将被输入窗口170c中的适当范围可以依赖于在窗口170b中选择的反馈模式。例如，当选择外部反馈模式时，测量的合适单位可以是“％”，并且适当范围可以是0到100。作为另一个例子，当选择内部反馈时，合适单位可以是每平方英寸磅(“psig”)，并且适当范围可以是0到100。
调节器窗口170d可以被呈现给用户以允许用户输入关于调节器100的信息，例如调节器100的部件编号，调节器100的序列号等。然后，窗口170e可以允许用户下载默认PID控制器设置至控制器154。进一步地，窗口170f可以被呈现给用户以允许用户使能隔膜保护模式(在下文中将更详细地描述)。值得注意的是，显示170a-170f中的一些可以从启动例程中删除和/或附加显示可以被添加到启动例程。进一步地，启动程序的显示可以以任何期望的顺序被呈现给用户。
现在转到图4，示例性显示200示出了由计算机108上运行的一个或多个例程生成的屏幕。显示200示出了图形屏幕202，图形屏幕变量控制集合204，功能选项卡区域206和页脚区域208。图形屏幕202提供在调节器100的设置点设定和调节器100对设置点的响应之间的逐时刻交互的精确视觉显示。与此同时，图形屏幕变量控制204便于在图形屏幕202中显示的变量的选择和控制。图形屏幕变量控制204显示可在图形屏幕202中跟踪和绘制的变量，并且可以允许用户选择至用户希望跟踪和/或绘制的控制器154的输入源。在图形屏幕202中跟踪/绘制的输入源可以包括一个或多个默认的变量，其在图形屏幕202中被默认地绘制，和/或包括用户能够选择在图形屏幕202中绘制的用户选择的变量。在示例显示200中，图形屏幕变量控制204指示设置点和反馈数据被默认绘制，并且允许用户选择跟踪/绘制超过两个附加变量，例如通过各种内部传感器提供给调节器100的数据。在实施例中，当一个或多个附加变量被选择显示在图形屏幕202中，次垂直轴可被显示在屏幕202中以显示一个或多个附加变量。
功能选项卡区域206便于实现上文描述的各种例程以及与上文描述的各种例程交互。例如，选项卡210a的激活(也即，将选项卡210a上的信息加入前景)将显示与调整调节器100的参数相关的控制；选项卡210b的激活(如在图4的显示200中示出)将显示与使用调节器100的简档相关的控制；选项卡210c的激活将显示与跟踪，记录，下载和执行有关于调节器100的数据的其他动作相关的控制；选项卡210d的激活将显示与调节器100的配置相关的控制；以及选项卡210e的激活将显示与在调节器100上执行诊断例程相关的控制。
页脚区域208显示关于可通信地耦合到计算机108的调节器100的信息，并且在其上例程正在运行。例如，经由图3的显示170输入的一些或全部信息可以在页脚区域208中显示。在页脚区域208中的信息可以包括，例如，模型信息，序列号信息，节点地址信息，部件号信息，目前正与例程通信的单元(例如，多个调节器以菊花链的方式连接)，等等。
如上所述，在计算机108上运行的例程可以有助于与控制器154的交互以及控制器154的控制。在一个实施例中，控制器154包括多功能处理器，操作地用于执行存储在板上控制器154的存储器上的机器可读指令。在其它实施例中，控制器154包括可编程逻辑器件，如FPGA，DSP和ASIC等。在任何情况下，板上控制器154可以操作以允许调节器100在例如起动/停止操作，设置点变化，运行条件改变等情形下自我调节。例如，如果板上控制器154包括或实现PID控制器，那么控制器154可以包括调节模块(例如，以存储在存储器设备中的机器可读指令的形式)，其配置为与计算机108通信，更具体地，与由计算机108执行一个或多个例程通信，以允许用户配置和调节PID控制器的控制参数。控制器154的调节模块可以被配置为从计算机108接收控制参数值作为值，因为该值由用户在计算机108处调节，用于将控制参数设置为接收到的控制参数值，以设置为接收到的控制参数值的控制参数来测量控制环路响应，并且将测量到的响应数据提供给计算机108，以在计算机108上显示给用户。因此，用户可获得实时响应数据，以便于调节PID控制器的控制参数从而实现所需的控制环路响应。
一般来说，PID控制器操作以基于压强调节器102的出口116处的期望压强(设置点)与出口116处的实际压强之间的差值生成误差信号。特别地，PID控制器可以将指示出口116处的期望压强的设置点与出口116处测量到的并从反馈压强传感器106接收到的实际压强进行比较，并且可以生成代表出口116处的期望压强与实际压强之间的差值的误差信号116。当期望压强和实际压强之间的差值是可忽略的或不存在的(零)，则无需对先导设备104执行调节。然而，当PID控制器产生了不可忽略或非零的误差信号，则控制器154可以采取行动来最小化误差。当误差是由提供给控制器154的设置点的变化引起的，控制器154采取行动来调节在凸状物152中的压强以降低或升高出口116处的压强至新的设置点。当设置点保持不变，而错误是由于设备100的操作参数的变化引起的，则控制器154采取行动来调节凸状物压强以使得出口压强回归到由设置点指示的期望压强。
简要地转向图5，示例PID控制器248的模块图被示为具有比例块250，积分块251和微分块252。反馈信号(例如，来自图2的传感器106)被施加到微分块252，在该微分块，在将反馈信号与求和结点253处的设置点进行比较之前，反馈信号的微分(或变化率)被乘以微分常数Kd来衰减反馈信号。求和结点253的输出端的误差信号被施加到比例块250和积分块251。比例块250以比例常数Kp乘以误差信号。积分块251计算或以其他方式确定了累积的误差的积分，并且以积分常数Ki乘以累积的误差的积分。块250，251的输出被施加到产生PID控制器248的输出误差信号的求和结点254。
调节PID控制器一般包括为PID控制器248的控制参数选择最佳值，例如比例常数Kp，积分常数Ki和/或微分常数Kd来实现控制环路期望的响应特性。在一个实施例中，调节PID控制器248涉及调节控制参数的值，以实现控制环路的各种操作参数之间的期望的平衡，各种操作参数例如是限定控制环路多快达到期望的设置点的上升时间，限定控制环路响应于设置点变化的过冲量和/或振铃量的控制环路的不稳定，响应的建立时间，偏置或在响应中的稳定状态误差等。例如，增加比例常数Kp的值可能会导致对由PID控制器产生的误差的变化的快速响应，但也可能导致在响应中更大过冲和更高程度的振铃。为了减少振铃的过冲和/或程度，可能需要较低值的比例常数Kp。然而，较低值的比例常数Kp也导致环路的较慢响应时间。
在某些情况下，控制环路稳定在略高于或略低于由设置点指示的期望值的值，导致偏置或响应的稳定状态误差。这种偏置可以通过增加积分常数Ki的值进行修正。调节微分常数Kd的值可以校正响应中的过冲和振铃，但也可能使系统过阻尼，从而导致较慢的系统响应。在实施例中，由计算机108上运行的一个或多个例程来便于控制器154的PID控制器部分的控制参数(例如，比例常数，积分常数，微分常数，和/或在下面更详细描述的其它PID控制参数)的仔细选择和调节。
在一些实施例中，包括在控制器154中的PID控制器省略了积分块251和/或微分块252。例如，当积分块251和微分块252被省略时，PID控制器作为一个比例控制器并且仅基于由比例常数Kp加权的比例项来生成误差。作为另一个例子，当微分块252被省略时，PID控制器作为比例和积分控制器并且基于由比例常数Kp加权的比例项和由积分常数Ki加权的积分项的总和来生成误差信号。
现在转到图6A，功能选项卡区域206的细节图示出为调节选项卡210a被选择。调节选项卡210a允许用户向控制器154提供设置点变化，以调节控制器154的PID控制器中的控制参数，并且当PID控制器中的控制参数被设置为选择的控制参数值时，观察系统100对于所提供的设置点变化的响应。调节选项卡210a包括设置点面板302和PID参数面板304。设置点面板302允许用户选择将用于调节控制器154中的PID控制器的设置点源。区域306，其可以是降框(dropbox)，列表，或任何其它形式的允许从多个可用选项中选择选项的显示，允许用户选择设置点源。在实施例中，对于设置点源的选项包括模拟输入源，外部设备设置点源以及内部生成至计算机108的设置点，在这种情况下，普通模式或切换模式可获得。选择模拟输入设置点选项设置控制器154在一种模式中以用于从模拟输入源(例如，4-20mA输入源，1-5V模拟输入源等)接收设置点。选择模拟输入设置点选项设置控制器154在一种模式中以用于从外部数字设备，例如可编程逻辑控制(PLC)设备或切换开关接收设置点。当选择内部设置点生成器模式时，设置点信号内部生成至计算机108。在这种情况下，设置点面板302允许用户在设置点信号的生成的切换模式和斜率模式之间进一步进行选择。
当选择切换模式时，设置点变化经由计算设备108被提供给控制器154。用户能够通过输入第一设置点值到框308来指定第一或最小设置点值以及通过输入第二设置点值到框310来指定第二或最大设置点值。然后，用户可以例如通过使用相应的单选按钮312，314，通过按空格键，或者通过其他合适的方式在第一设置点和第二设置点之间切换。
当选择斜率模式时，计算设备108通过提升设置点值至用户指定的最大值并以用户指定的速率来生成设置点信号，例如通过生成设置点值交替上升和下降的三角波。图6B示出当选择斜率模式时设置点面板302显示给用户。框316允许用户输入速率值以指定线性改变设置点的速率，以及框318允许用户指定设置点的最大值。点击开始按钮320可以启动设置点信号的生成，并且系统100对设置点线性变化的响应可以在屏幕202(图4)中观察到。
再次参考图6A，可以使用PID面板304调节PID控制器的控制参数的值。PID面板304包括比例常数(Kp)调节部分322a，微分常数(Kd)调节部分322b和积分常数(Ki)调节部分322c。PID面板304还包括积分极限部分322d。积分极限部分322d允许用户设置或调节最大积分极限和最小积分极限来限制PID控制器的积分项，以用于累积在设置在部分322d中的相应极限之上和之下的误差。在部分322d中设置积分极限可以允许使用较高数值的积分常数，同时降低或最小化响应于系统100的设置点变化的过冲，振铃和/或终结的风险。较高数值的积分常数继而可以，例如通过在控制回路的操作过程中更快速地减少和/或消除稳态误差来改善控制回路的稳定状态性能。PID面板304还包括死区调节部分322e，其允许用户指定提供至PID控制器的设置点周围的死区范围。在PID控制器的操作中，PID控制器忽略在指定的死区范围内的误差。为PID控制器设置死区范围可以防止由系统噪声和/或瞬态误差而引起的触发PID控制器的过程调整。
在一个实施例中，用户能够通过输入值至相应的参数部分322中的框324而在面板304中输入参数。另外或替代地，用户可以通过使用相应的参数部分322中的滑动条326来调节参数值。为了进一步便于面板304中的值的调节，每个框326可以包括一个向上箭头328和向下箭头330，为清楚起见，在部分322a中示出。
如图6A所示，用户可以通过在相应的框324中输入新的参数值作为期望的参数来影响PID面板302中的控制参数的调节，或者可以通过滑动相应的滑动条326来调节值。为了帮助用户PID控制器的调节过程，在一些实施例中，PID面板304显示对于上面讨论的各种控制参数的推荐范围。例如，线(例如，绿线)可以被显示在部分322中的一个或多个滑动条中的每一个滑动条的附近，以指示对于相应的控制参数的推荐范围。例如线可被显示在部分322中的滑动条的正下方或正上方，用于指示对于相应的控制参数的推荐范围。在一些实施例中，用户被阻止输入控制参数的某些值，例如可能会损坏设备100的控制参数值。换句话说，控制参数选择可能被限制在控制参数的值的某个限制范围内。例如，每个滑动条326的移动可被限制到控制参数的某个范围内，其中用户被阻止将控制参数设置为在用于调节参数的滑动条的移动范围之外的值。类似地，每个框324的向上箭头328和向下箭头330可以被限制为对于相应的控制参数的各自的最大值和最小值。例如，向上箭头328可以允许用户不断地改变相关联的参数值直至达到限制范围内的最大值，并且向下箭头330可以允许用户不断地减小控制值直至达到限制范围内的最小值。进一步地，每个框324可以被设立为不接受相应的参数的可接受值的某一范围或某些范围之外的值。
图7示出功能选项卡区域206(图4)的详细视图，其中简档选项卡210b被选择。简档选项卡210b允许用户构建立简档并下载简档至控制器154。在实施例中，简档是可被存储在控制器154的存储器中的多步骤命令序列，并且可在控制器154的处理器上执行以实现控制器154中的一个或多个命令。
图8示出功能选项卡区域206(图4)的详细视图，其中数据选项卡210c被选择。当数据选项卡210c被激活，功能选项卡区域显示获取面板350，输出面板352和触发器面板354。获取面板350包括多个框，其允许用户输入与数据获取相关的参数，该数据可以由控制器154收集并且从控制器154传输至计算设备108。特别地，采样率框356允许用户输入用于控制器154收集数据的采样速率，以及收集时间框358允许用户输入用于数据应当被收集的时间量。输出面板352允许用户指定输出从控制器154获得的数据的格式。例如，从控制器154获取的数据被写入数据文件中，并且数据文件被存储在计算设备108的存储器中。用户能够在输出面板352的框359中输入输出文件名字和/或可以能够通过使用浏览按钮361选择文件名。输出面板352也可以包括可选菜单，比如下拉框360，其允许用户选择分隔数据文件中的数据列的分隔符。在一个实施例中，在菜单360中提供的可选择的分隔符选项包括“空间”分隔符，“逗号”分隔符和“选项卡”分隔符。注释块框362允许用户输入将添加到数据文件中的注释。在一个实施例中，输入到框362中的注释被添加到数据文件的头部。
数据获取可以由用户通过点击选项卡210c中提供的开始按钮364来启动。在一些实施例中，选项卡210c也允许用户建立将自动触发数据获取的触发事件。特别地，触发面板354可以包括用于触发的多个选项，该些触发由用户建立以用于触发控制器154收集数据和/或将收集的数据传输至计算设备108。数据获取触发选项可以包括，例如内部压强触发，反馈压强触发，检测到错误触发以及数字输入触发等。对于每个可用触发，触发面板354允许用户建立用于触发从控制器154的数据采集的阈值。例如，用户能够输入“小于”值和/或“大于”值以被用来作为对应于可用触发的阈值。在一个实施例中，面板354可以允许用户对于触发仅指定一个小于或一个大于阈值。例如，面板354可以允许用户对于触发对小于阈值或大于阈值中的另一个输入“禁用”。在一些实施例中，对于触发的阈值可以以“低”或“高”的形式来指定。
用户可以单独地选择触发面板354中提供的一些或全部触发。选择的触发事件的指示和用于触发的指定阈值被传输至控制器154。控制器154可被配置为接收所选择的触发事件或条件的指示和用于触发事件或条件的指定阈值，用于监控系统以检测触发事件或条件，并且当监控的触发事件或条件被检测到时，自动启动数据获取。例如，控制器154可包括数据获取模块，其可以是存储在控制器154的存储器设备中并且由控制器154的存储器设备可执行的机器可读指令的形式。数据获取模块可以被配置为当在处理器上执行时，使处理器例如根据由用户经由数据选项卡210c指定的数据获取和触发参数，来执行触发监控和数据获取。例如，数据获取模块可被配置为接收用于哪个数据将由控制器154来获取的一个或多个变量的指示。数据获取模块还可以被配置为接收将用于触发由控制器154来收集数据的一个或多个触发事件的指示。在操作中，数据获取模块可以通过测量，计算或者通过其他方式获取对应于指定的触发事件的参数值(例如，压强，误差等)来监控指示的触发事件。数据获取模式可以将所获得的参数值与为相应的触发指定的阈值(或值)进行比较。当所测量的值位于为触发指定的阈值(或值)之外，该模块可以启动数据获取程序，用于收集设备100中的一个或多个变量的数据。用于哪个数据应当被收集的一个或多个变量可以由用户通过图形屏幕变量控制204(图4)来指定。另外或可选地，用于哪个数据将被收集的一个或多个默认的变量可以预编程在控制器154中。在这种情况下，数据获取模块可以不需要从计算机108接收这些变量的指示。在任何情况下，一个或多个变量的数据可以以采样率框356指定的采样率以及收集时间框358指定的时间量来由控制器154收集。当数据采集完成后，控制器154可以致使数据被传输至计算设备108。计算设备108可根据输出面板352中指定的格式将数据存储在数据文件中。所存储的数据文件可由用户在以后的时间检索并且通过使用适当的查看应用来查看，也可以在图形区域202(图4)中绘制。另外或替代地，所收集的数据可以存储在控制器154的存储器中，并且可以由计算设备，诸如计算设备108进行后续检索。
图9示出功能选项卡区域206(图4)的详细视图，其中配置选项卡210d被选择。配置选项卡210d包括调节器面板400和控制器设置面板402，其允许用户输入关于设备100的信息，或者更新经由显示170(图3)在设置过程中输入的关于设备100的信息。此外，配置选项卡201d包括控制极限面板406，其允许用户输入应当由控制器154监控的各种控制条件。控制条件极限可包括，例如用于提供给控制器15的模拟设置点的最大值和/或最小值，用于内部传感器(例如压强传感器，温度传感器等)的最大值和/或最小值，用于控制器154的外部的传感器(例如压强传感器，温度传感器等)的最大值和/或最小值，用于由控制器154检测到的内部误差的最大值和/或最小值，和/或用于由控制器154检测到的外部误差的最大值和/或最小值。控制极限面板406允许用户输入期望由控制器154来监控的每个控制极限的最大值和/或最小值，并且允许用户禁用对于每个条件限制的最小极限值和/或最大极限值的监控。控制极限面板406还允许用户选择控制极限条件，在该控制极限条件控制器154在检测到控制极限被超过时将激活。控制极限条件可包括，例如同时关闭入口阀136和关闭先导设备104中的排放阀138。控制极限条件也可包括，例如同时关闭入口阀136和打开先导设备104中的排放阀138。作为另一个例子，控制极限制条件也可以包括同时关闭入口阀136和打开先导设备104中的排放阀138。
隔膜保护面板408允许用户启用或禁用设备100中的隔膜保护。当启用时，隔膜保护特性可以降低设备100的隔膜126上的压强的巨大不平衡，例如由于下游需求的突然终止。进一步地，当下游需求在突然终止之后恢复时，隔膜保护可以提高开始响应时间，从而保护膜片126和延长膜片126的使用寿命。
图10示出功能选项卡区域206(图4)的详细视图，其中诊断工具选项卡210e被选择。诊断工具选项卡210e有助于诊断设备100的问题。例如，诊断工具选项卡210e允许用户运行自动的测试，例如泄漏测试。例如，用户可以通过按诊断选项卡210e中提供的按钮来启动自动的测试。在一些实施例中，诊断工具选项卡210e允许用户检索列出用于诊断设备100中的问题的各种建议的一个或多个文件。例如，列出用于执行系统检查或执行调节器泄露测试的各种建议，说明等的文件可以经由诊断选项卡210e来检索。此外，诊断工具选项卡210e可以允许检索列出用于控制设备100的建议，例如用于调节设备100中的PID控制器的调节建议的一个或多个文件。
图11示出一些实施例中包括在功能区206(图4)中的功率用户选项卡210f的详细视图。在一个实施例中，功率用户选项卡210f在显示200中并不是默认激活的，并且可以通过访问显示200中的帮助菜单被激活。功率用户选项卡210f包括额外设置面板450，读/写面板452，螺线管设置面板454，算法更新率面板456，和脉冲模式面板458。额外设置面板450包括外部反馈源区域，其允许用户选择将被用作显示在图形区域202(图4)中的反馈信号的外部反馈源。此外，额外设置面板包括上电区域中设置点为零(0)，其允许用户启用(或禁用)零设置点上电模式。当启用零设置点上电模式时，调节器154被编程为以设置点初始设置为零值来上电。当禁用零设置点上电模式时，调节器154以设置点初始设置为调节器154被最后断电的值(例如，调节器154被最后断电的值可以存储在调节器154的存储器中)来上电。
读/写面板452允许用户查看和/或修改调节器154的各种内部变量。用于经由功率用户选项卡210f查看和/或修改的各种变量可以通过可选择的菜单，例如降框菜单460提供给用户。读/写面板452包括读单选按钮462和写单选按钮463，用于选择变量的观看或修改是否分别是期望的。当写单选按钮463被激活时，用户可以输入变量的值到框464中，并且也可以通过可选择的菜单465指定所输入的值是否带符号。用户能够添加变量至用于哪个数据被从调节器154获得的变量集合或从用于哪个数据被从调节器154获得的变量集合中移除变量。
螺线管设置面板454允许用户为用于先导设备104的入口阀136和出口阀138的脉冲宽度调制器设置最小值。增加最小值增加了由控制器154发送至相应的阀136，138的输出的脉冲宽度，从而在一个实施例中当由控制器154生成误差时导致激活的较低阈值。螺线管设置面板454还可以允许用户通过单选按钮466，467反转调节器154的正常响应。当反转单选按钮467被激活时，相比于上文描述的正常操作，入口阀136和排放阀138的打开和关闭操作被反转。反转操作可被选择来配置控制器154，其用于例如当用于温度的冷却误差被调节时，增加的流量减少了反馈(例如，温度)的应用中。
算法更新面板456允许用户设置调节器154运行的速率。例如，反馈被检测到且对于反馈的响应由控制器154生成的速率可以通过算法更新面板456来调整。脉冲模式面板456允许用户配置调节器154以响应于上文中结合图6A描述的调节选项卡210a上指定的死区中检测到的误差，在脉冲模式下操作。特别地，启用脉冲模式配置控制器154来响应以电磁阀136，138的短的，脉冲的激活在死区范围内检测到的误差。脉冲模式面板456还允许用户设置各种参数，例如“周期”参数用于在启动脉冲行动之前通过算法更新来指定调节器154的周期的次数，“宽度”参数用于指定电磁阀136，138在一个脉冲期间保持打开多久，和“死区”参数用于指定脉冲未被激活的范围。
图12的流程图示出用于从运行在过程控制系统中的压强调节设备获取数据的方法500。方法500是计算机实现的方法，其由存储在计算机可读介质(不包括短暂信号)上的软件指令来实现，并且通过例如电子控制器154的处理器来执行。处理器接收用于触发数据的采集的一个或多个触发事件的指示(块502)。处理器还接收与一个或多个触发事件中的每一个触发事件相关联的一个或多个阈值(块504)。在电子控制器154的操作中，处理器监控一个或多个触发事件(块506)。例如，处理器接收与触发事件相关联的一个或多个变量的测量，并将接收到的测量和与触发事件相关联的阈值进行比较。当与一个或多个触发事件相关联的至少一个触发事件变量跨过接收到的用于相应的触发事件的一个或多个阈值时，处理器启动数据收集(块508)。
图13的流程图示出用于调节现场设备中的PID控制器的方法550。方法550是计算机实现的方法，其由存储在计算机可读介质(不包括短暂信号)上的软件指令来实现，并且由例如计算设备108的处理器来执行。提供用于选择控制参数的值的限制范围(块552)。选择控制参数的值，其中值的选择被约束在限制范围内(块554)。控制参数的选择的值被传输至现场设备(块556)，并且响应于设置点变化现场设备响应的测量从现场设备中获得(块558)。然后，所获得的测量被显示给用户(块560)。
值得注意的是，在实施例中，上文中记载的结合方法500(图12)和/或方法550(图13)的步骤中的一些可以被省略，组合，补充，或重新排序。
除非特别声明，否则，本文中使用的诸如“处理”，“运算”，“计算”，“确定”，“标识”，“呈现”，“显示”等词可以指机器的动作或处理，其控制或变换在一个或多个存储器(例如，易失性存储器，非易失性存储器，或它们的组合)，寄存器，或者接收，存储，传输或显示信息的其它机器部件中表示为物理(例如，电子的，磁的，或光学的)量的词。
当以软件实现时，本文中描述的应用，业务，引擎，例程，和模块中的任一个可以被存储在任何有形的，非短暂性计算机可读存储器中，例如磁盘，激光盘，固态存储设备，分子存储器存储设备，光盘或计算机或处理器等的RAM或ROM中的其它存储介质。虽然本文所公开的示例系统被公开为包括，在其他组件中，在硬件上执行的软件和/或固件，但应注意的是，这样的系统仅仅是说明性的，不应该被视为限制。例如，可以理解，这些硬件，软件和固件组件中的任何或全部可以专有地以硬件，专用地以软件，或用硬件和软件的任何组合来体现。因此，本领域普通技术人员将容易理解，所提供的例子不是实现这些系统的唯一途径。
因此，虽然本实用新型已参照具体的实施例来描述，其意图是说明性的，而非用于限制本实用新型的，但是本领域普通技术人员可以理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的情形下，可以对所公开的实施例进行修改，增补或删除。

Claims (7)

1.一种电子压强调节器，包括： 
调节器本体，其具有耦接至供给压强源的入口端口、用于输出受控的压强的出口端口、以及排放端口； 
入口阀，其在所述入口阀的输入端耦接至所述供给压强并且在所述入口阀的输出端耦接至所述出口端口； 
出口阀，其在所述出口阀的输入端耦接至所述出口端口以及在所述出口阀的输出端耦接至所述排放端口；以及 
控制器，其设置在所述调节器本体内并且可操作地致动所述入口阀和所述出口阀以调节输送至所述出口端口的所述受控的压强，所述控制器包括用于收集数据的装置，其被配置为： 
接收用于哪个数据应当被收集的一个或多个变量的指示； 
接收用于触发数据收集的一个或多个触发事件的指示，其中所述一个或多个触发事件中的每一个触发事件与各自的变量关联； 
接收与所述一个或多个触发事件中的每一个触发事件关联的一个或多个阈值； 
监控所述一个或多个触发事件；以及 
当所述一个或多个触发事件中的至少一个触发事件跨过与所述相应的触发事件关联的所述阈值中的一个或多个阈值时，启动数据收集。 
2.根据权利要求1所述的电子压强调节器，其特征在于，与所述一个或多个触发事件中的每一个触发事件关联的所述一个或多个阈值包括最大阈值和最小阈值中的一个或两者。 
3.根据前述任一项权利要求所述的电子压强调节器，其特征在于，监控所述一个或多个触发事件包括： 
测量对应于所述一个或多个触发事件中的一个触发事件的参数，以获取与所述触发事件关联的所述参数的测量的值，以及 
将所述测量的值和与所述触发事件关联的所述最大阈值和所述最小阈值中的所述一个或两者中的每一个进行比较，以确定所述测量 的值是否大于所述最大阈值或者小于所述最小阈值。 
4.根据前述任一项权利要求所述的电子压强调节器，其特征在于，所述用于收集数据的装置进一步被配置为： 
接收用于数据收集的采样率的指示； 
接收数据被收集的持续时间的指示；以及 
当启动数据收集时，以所述采样率所指示的所述采样率和所述收集时间所指示的持续时间来收集所述数据。 
5.根据前述任一项权利要求所述的电子压强调节器，其特征在于，所述用于收集数据的装置进一步被配置为：当完成所述数据收集时，致使所述数据被传输至计算设备。 
6.根据前述任一项权利要求所述的电子压强调节器，其特征在于，所述用于收集数据的装置进一步被配置为：致使所述数据被存储在所述控制器中。 
7.根据前述任一项权利要求所述的电子压强调节器，其特征在于，所述数据根据用户特定的数据文件格式被存储。 
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