CN211826931U - 用于与流体阀一起使用的定位器和阀组件 - Google Patents

用于与流体阀一起使用的定位器和阀组件 Download PDF

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Abstract

公开了用于与流体阀一起使用的定位器和阀组件。示例性装置包括流体阀、操作地耦合到流体阀的致动器、以及流体地耦合到致动器的定位器，该定位器用于经由从流体供应管线提供的流体控制流体阀的位置，定位器具有被配置为增加或减小致动器中的流体压力的第一换能器和第二换能器，定位器用于在安全事件期间使第一换能器和第二换能器改变流体阀的位置。

Description

用于与流体阀一起使用的定位器和阀组件
技术领域
本公开内容总体上涉及阀，并且更具体而言，涉及用于与流体阀一起使用的定位器装置。
背景技术
定位器在用作安全仪器时(例如，在用作过程控制系统中的流体阀中的安全仪器时)其功能是便于将最终控制设备从正常操作状态致动到安全状态(例如，脱扣(trip)状态)。在一些示例性阀中，最终控制设备的致动响应于设定点信号从高到低(例如，去激励脱扣(DETT))而发生。在其它示例性阀中，最终控制设备的致动响应于设定点信号从低到高(例如，激励脱扣(ETT))而发生。
其中阀发生故障或劣化(例如，现场设备的部件发生故障或劣化)的安全系统可能导致设备无法实现安全状态。操作期间的阀故障/劣化也可能产生安全仪表系统的不期望的操作状况。通过在阀中实施冗余安全仪器，可以减轻故障阀产生不期望的操作状况的可能性。
实用新型内容
鉴于以上提及的阀发生故障或劣化的安全系统可能导致设备无法实现安全状态或操作期间的阀故障/劣化也可能产生安全仪表系统的不期望的操作状况的技术问题，本实用新型提出了一种用于流体阀的定位器装置。
示例性定位器装置包括用于控制被提供给阀致动器的致动流体的致动模块，该致动模块具有用于改变流体的一个或多个参数的第一换能器，以及可操作地插入在致动模块与致动器之间以经由流体控制流体阀的位置的脱扣电路，该脱扣电路具有用于改变流体的一个或多个参数的第二换能器，该定位器用于在安全事件期间控制致动模块和脱扣电路以操作流体阀。
在一些优选的示例中，致动模块的部分和脱扣电路的部分与致动器流体地串联耦合。
在一些优选的示例中，第一换能器和第二换能器还用于改变致动器中的流体的压力，第二换能器用于接收来自第一换能器的流体。
在一些优选的示例中，定位器装置还包括第三换能器和第四换能器，第三换能器和第四换能器操作地耦合到致动模块和脱扣电路，以改变流体的一个或多个参数，第一换能器和第二换能器被配置为增加致动器中的流体的压力或减小致动器中的流体的压力中的一个，并且第三换能器和第四换能器被配置为增加压力或减小压力中的另一个。
在一些优选的示例中，定位器启用第一换能器和第二换能器，同时禁用第三换能器和第四换能器。
在一些优选的示例中，定位器用于响应于提供给定位器的用户输入来控制脱扣电路。
在一些优选的示例中，定位器装置还包括传感器，传感器操作地耦合到致动模块和脱扣电路以测量流体的压力，其中，定位器用于基于流体的压力检测致动模块的故障，并且作为响应，控制脱扣电路。
在一些优选的示例中，定位器装置还包括壳体，致动模块和脱扣电路设置在壳体中。
在一些优选的示例中，定位器用于接收一对电线，以便向致动模块和脱扣电路提供功率和通信。
示例性装置包括流体阀、可操作地耦合到流体阀的致动器、以及定位器，该定位器流体地耦合到致动器，以经由从流体供应管线提供的流体控制流体阀的位置，该定位器具有第一换能器和第二换能器，该第一换能器和第二换能器被配置为增加或减小致动器中的流体的压力，该定位器用于在安全事件期间使第一换能器和第二换能器能够改变流体阀的位置。
在一些优选的示例中，第一换能器和第二换能器还有助于致动器中的流体压力变化。
在一些优选的示例中，第一换能器、第二换能器、和致动器被串联地流体耦合。
在一些优选的示例中，装置还包括传感器，该传感器操作地耦合到定位器，以测量第一换能器与第二换能器之间的流体压力，其中，定位器用于基于流体压力检测第一换能器的故障，并且作为响应，禁用第二换能器。
在一些优选的示例中，定位器包括壳体，第一换能器和第二换能器设置在壳体中。
在一些优选的示例中，壳体用于接收一对电线，以便向定位器提供功率或通信。
示例性方法包括经由定位器接收使流体控制阀脱扣的请求，该定位器具有致动模块和脱扣电路以控制可操作地耦合到流体阀的阀致动器中的流体压力，该脱扣电路流体地耦合在致动模块和致动器之间，并且响应于接收到请求，控制致动模块和脱扣电路以打开或关闭流体阀。
在一些优选的示例中，方法还包括：当启用和禁用操作地耦合到脱扣电路的相应的第三换能器和第四换能器时，启用和禁用操作地耦合到致动模块的相应的第一换能器和第二换能器，第一换能器和第三换能器被配置为增加阀致动器中的流体压力，并且，第二换能器和第四换能器被配置为降低阀致动器中的流体压力。
在一些优选的示例中，方法还包括经由耦合到定位器的电线向致动模块和脱扣电路提供命令信号或功率。
在一些优选的示例中，方法还包括确定致动模块的部件已经发生故障，并且作为响应，控制脱扣电路。
在一些优选的示例中，方法还包括经由传感器确定致动模块与脱扣电路之间的流体的压力；以及将流体的压力与阈值压力进行比较，以确定致动模块的部件是否已经发生故障。
根据本实用新型，可以减小故障阀产生不期望的操作状况的可能性。
附图说明
图1是根据本公开内容的教导的包括在阀组件中的示例性定位器的示意图。
图2是图1的定位器的第一示例性实施方式的示意图。
图3是图1的定位器的第二示例性实施方式的示意图。
图4是图1的定位器的第三示例性实施方式的框图。
图5-6是表示可以使用图1和图4的示例性定位器执行的示例性方法的流程图。
图7是被构造为执行机器可读指令以实现图5-6的方法和图1和图4 的示例性定位器的示例性处理平台的框图。
附图不一定按比例绘制。通常，遍及一幅或多幅附图和随附的书面描述中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
具体实施方式
定位器在用作安全仪器时(例如，在用作过程控制系统中的流体阀中的安全仪器时)，有助于控制设备从正常操作状态到安全状态(例如，脱扣 (trip)状态)的致动。在一些示例中，致动可以响应于设定点信号从高到低(例如，去激励脱扣(DETT))的调制而发生。然而在其它示例中，致动可以响应于设定点信号从低到高(例如，激励脱扣(ETT))的调制而发生。此外，如本文所使用的，在DETT应用中，使致动器排放对应于安全功能的初始化，并且在ETT应用中，致动器的充入对应于安全功能的初始化。
其中阀在操作期间发生故障或劣化(例如，现场设备的部件发生故障或劣化)的过程控制系统可能经历增加的停机时段。操作期间的阀故障/劣化也可能产生过程控制系统的不期望的操作状况。通过在阀中实施冗余安全系统，可以减轻故障的阀产生不期望的操作状况的可能性。
尽管结合定位器示出了本文公开的示例，但是本文的示例可以与各种其它现场设备和仪器一起实现，其涉及控制设备，诸如可以遍及过程控制系统使用以测量和/或控制过程控制系统的不同方面(例如，其它过程控制设备)的致动器、致动器组件、致动器控制器、致动器定位器、传感器、变送器、阀组件等。诸如阀(例如，阀组件)之类的现场设备可以包括电气部件和机械部件两者。例如，阀可以包括电子部件，诸如数字阀定位器、流速传感器、压力传感器、行程传感器、阀控制器等。在另一个示例中，阀可以包括机械部件，诸如致动器(例如，液压致动器、气动致动器等)、机械壳体、过程连接件等。
在本文公开的示例中，定位器(或现场设备、仪器等)利用包括一个或多个换能器的脱扣模块来实现。在一些示例中，脱扣模块流体地和/或电气地耦合到定位器的多个子系统。
例如，脱扣模块流体耦合到另外包括一个或多个换能器(例如，用于调节供应给致动器的压力)的致动模块(例如，伺服器、电动机、控制元件等)，并且，脱扣模块电气耦合到至少脱扣输入和脱扣检测模块。在一些示例中，换能器可以由螺线管致动阀(例如，电气控制的螺线管致动阀) 实现。所公开的脱扣模块的流体耦合和电气耦合的组合为系统增加了附加的冗余。
在DETT应用中，定位器具有为排放功能提供冗余的技术效果。例如，由于在检测到脱扣状况(例如，安全事件)时将逻辑一应用于两个排放换能器中的每一个，并且由于两个充入换能器串联放置(例如，串联流体耦合)引起的充入功能的冗余，因此，由于充入换能器中的一个中的故障(例如，失效)而中止充入功能。
替代地，在ETT应用中，定位器具有为充入功能提供冗余的技术效果。例如，由于在检测到脱扣状况(例如，安全事件)时将逻辑一应用于两个充入换能器中的每一个并且由于两个排放换能器串联放置(例如，串联流体耦合)引起的排放功能的冗余，因此，由于排放换能器中的一个中的故障(例如，失效)而中止充入功能。
如下面将根据本公开内容的教导更详细地讨论的，定位器和/或脱扣模块可以具有各种配置，其可以取决于阀的类型和/或与其中设置阀的过程控制环境相关联的特性(例如，阀是用于DETT应用还是ETT应用)。在本文所公开的示例中，可以改变或更改这些配置以响应于包括在定位器中的部件的故障和/或失效而优化脱扣模块准确且稳健地实施安全功能的能力。
转到图1，本文所公开的、包括示例性脱扣模块102(例如，脱扣电路) 的示例性定位器100通过获得阀组件106(例如，流体阀、流体控制阀等) 的阀位置信息在过程控制环境104中操作。在去激励脱扣(DETT)系统中使用的定位器100和脱扣模块102的第一示例性实施方式进一步结合图2 进行描述，在激励脱扣(EET)系统中使用的定位器100和脱扣模块102 的第二示例性实施方式进一步结合图3进行描述，并且定位器100和脱扣模块102的第三示例的框图进一步结合图4进行描述。
在所示的示例中，定位器100和脱扣模块102被容纳在外壳108中并且耦合到示例性致动阀组件106(例如，气动致动的阀组件)，该示例性致动阀组件106包括至少一个致动器110(例如，流体致动器、阀致动器等) 和阀112(例如，蝶形阀、闸阀等)。
然而，可以附加地或替代地使用其它阀组件，诸如电气致动阀组件、液压致动阀组件等。在所示的示例中，定位器100包括电子阀控制器，该电子阀控制器测量致动器110和/或阀112的一个或多个参数(例如，阀112 的位置)和/或控制致动器110和/或阀112。
另外，定位器100可以测量一个或多个参数，诸如阀行程(例如，阀的位置)、致动器压力、驱动信号等。定位器100可以经由参数(诸如命令信号或输入信号(例如，行程设定点))控制致动器110和/或阀112。定位器100的外壳108包括用于气动管连接114的连接点。在这种示例中，定位器100还可以经由气动管连接114实现致动器110的气动控制。
在所示的示例中，阀组件106安装在工厂环境或处理系统的流体过程系统116(例如，分配管道系统)中。流体过程系统116可以位于可以使定位器100暴露于一个或多个困难的操作状况(例如，极端振动、宽温度范围等)并且引起定位器的一个或多个部件过早失效的环境中。例如，定位器100可以安装在正排量泵的下游并且经受极端振动。定位器100的不同故障模式可能由于引起定位器100的电气部件的损坏和/或劣化的极端振动而发生。
在所示的示例中，定位器100经由网络118耦合到示例性中央设施120。在一些示例中，网络118可以包括一个或多个数据总线(例如，HART(高速可寻址远程传感器)通信网络、基金会现场总线(Foundation Fieldbus)、 Profibus(过程现场总线)等)、一个或多个局域网(LAN)、一个或多个无线LAN、一个或多个蜂窝网络、一个或多个专用网络、一个或多个公共网络等。经由网络118通信地耦合到定位器100的中央设施120能够处理和/ 或存储由定位器100产生的一个或多个参数(例如，阀的位置、阀的行程状况、引起脱扣状况的故障状况等)。
图2是包括图1的示例性脱扣模块102的示例性定位器100的第一示例性实施方式200。第一示例性实施方式200被配置用于去激励脱扣(DETT) 应用。在图2的所示示例中，定位器100的第一示例性实施方式200还包括脱扣模块102、示例性空气供应源202、示例性位置设定点204、示例性脱扣输入206、示例性功率输入207、示例性位置控制模块208、示例性检测模块210、示例性与(AND)门212，示例性或(OR)门214，示例性非 (NOT)门216、示例性或(OR)门218、示例性致动模块220、一个或多个示例性换能器222A，222B，222C，222D以及示例性传感器226。
流体地耦合到定位器100的空气供应源202能够向定位器100提供控制流体(例如，致动流体)的恒定或可调节的供应压力(例如，10psi、30psi、 80psi等)。在一些示例中，当供应源202可调节时，供应源202可以由阀组件106的人类操作员或包括在定位器100中的计算算法中的至少一个进行调节。尽管在所示的示例中，供应源202所供应的控制流体是空气，可以使用任何其它控制流体(例如，水、液压流体、油等)。
位置设定点204对应于阀组件106的期望位置设定点。在一些示例中，诸如图2所示的示例，分布式设定点是4-20mA模拟控制信号，其中4mA 对应于最小位置设定值，20mA对应于最大位置设定值。在其它示例中，位置设定点204可以附加地或替代地是数字设定点(例如，HART协议信号、Fieldbus信号、Profibus信号等)。
脱扣输入206接收指示是否要由阀组件106实施脱扣条件(例如，安全功能)的信号。在其它示例中，脱扣输入206处的信号由阀组件106的操作员经由用户输入(例如，按钮按压、开关拨动等)手动生成。然而，在其它示例中，脱扣输入206处的信号由阀组件106的、不同于定位器100 的部件自动生成。此外，在一些示例中，由脱扣输入206分配的信号被分配为二进制一(例如，要实施的脱扣条件)或二进制零(例如，不要实施的脱扣条件)中的一个。
示例性功率线207可以利用供电电压(例如，5伏、12伏等)向定位器100的部件中的一个或多个提供电功率。例如，功率线207可以向位置控制模块208、检测模块210、致动模块220、传感器226、和/或脱扣模块 102中的至少一个供应电功率。在一些示例中，功率线207还可以承载功率线通信并且可以促进阀组件106的一个或多个部件与定位器100的一个或多个部件之间的通信。在一些示例中，功率线207包括两根电线(例如，一对电线)，其包括地线和电源线。附加地或替代地，功率线207可以包括三根电线。在一些示例中，示例性功率线207不为定位器100供电，而是位置设定点204的4-20mA控制信号为定位器100供电。
包括在定位器100中或以其它方式由定位器100实施的位置控制模块 208能够基于位置设定点204确定(例如，控制、调节等)阀组件106的期望位置。在一些示例中，位置控制模块208还将所接收的位置设定点信号 (在一些示例中，信号是模拟信号)转换为数字脉冲(例如，其中脉冲的持续时间和数量对应于期望的阀位置变化)，以将该数字脉冲经由AND门 212和OR门214分配到换能器222A、222B中的至少一个。
包括在定位器100中或以其它方式由定位器100实施的检测模块210 能够将位置设定点204信号与阈值进行比较。在一些示例中，响应于接收到的信号满足阈值，检测模块210将输出逻辑一。相反，响应于接收到的信号不满足阈值，检测模块210输出逻辑零。此外，在一些示例中，检测模块210能够锁存逻辑一值(例如，不管到检测模块210的输入，保持逻辑一输出)。
另外，定位器100包括多个逻辑门(例如，基于一个或多个逻辑输入确定逻辑输出(例如，二进制一，二进制零等)的设备)，其包括AND门 212、OR门214、NOT门216、以及OR门218。
例如，AND门212在输入信号(图2的所示示例中的两个信号)中的每一个都是逻辑一信号时输出逻辑一信号。替代地，当输入信号中的一个或多个是逻辑零信号时，AND门212输出逻辑零信号。另外，一个或多个 OR门214、218例如在输入信号中的一个或多个(例如，在图2的所示示例中的两个信号之一、两个信号二者等)是逻辑一时，输出逻辑一信号，并且在两个输入信号都是逻辑零时输出逻辑零。另外，NOT门216例如在输入是逻辑零时，输出逻辑一，而在输入是逻辑一时，输出逻辑零。
包括在定位器100中或以其它方式由定位器100实现的致动模块220 能够基于输入信号致动流体流(例如，来自空气供应源202的流体流)。在一些示例中，致动模块220直接向致动器110提供致动的流体流。然而，在本文公开的冗余系统中，致动模块220用于经由脱扣模块102向致动器 110提供致动的流体流。
包括在定位器100中或以其它方式由定位器100实现的一个或多个换能器222A、222B、222C、222D能够将数字信号(例如，二进制信号、逻辑信号等)或模拟信号(例如，模拟电流、模拟电压等)中的至少一个转换成压力值。在一些示例中，压力值进一步用于经由不同的压力来控制致动器110的位置和/或安全功能，该不同的压力对应于包括在一个或多个换能器222A、222B、222C、222D中的一个或多个中的硬件的打开和/或关闭。
包括在定位器100中或以其它方式由定位器100实施的示例性传感器 226能够确定包括在致动模块220中的换能器(例如，换能器222A、222B) 中的一个与包括在脱扣模块102中的换能器(例如，换能器222C、222D) 中的一个之间的流体连接的流体压力。在一些示例中，传感器226的输出可以是与输入流体压力不同的第二流体压力。替代地，传感器226的输出可以是模拟电压或电流中的一个。在每一个示例中，确定校准曲线以便于输入流体压力与传感器226的输出参数的比较。
在定位器100的第一示例性实施方式200的操作示例中，定位器100 接收来自空气供应源202的供应压力、来自位置设定点204的模拟信号(例如，4-20mA电流信号)、来自脱扣输入206的逻辑零或一、以及来自功率线207的功率信号。位置控制模块208和检测模块210分别从位置设定点 204接收模拟信号。
基于设定点信号，位置控制模块208分别将增加脉冲信号或减小脉冲信号中的至少一个分配给AND门212或者OR门214。另外，基于设定点信号，检测模块210在信号超过阈值时输出逻辑一(并且在一些示例中，锁存逻辑一值)，并且在信号未超过阈值时输出逻辑零，并且进一步将确定的逻辑信号分配给OR门218。此外，OR门218从脱扣输入206接收逻辑零(例如，没有检测到手动脱扣)或逻辑一(例如，检测到手动脱扣)。
基于从检测模块210和脱扣输入206接收的逻辑信号，在从检测模块 210和脱扣输入206接收到的一个或两个信号是逻辑一时，OR门218向OR 门214、NOT门216和换能器222C中的每一个输出逻辑一。相反，当从检测模块210和脱扣输入206接收的信号中的每一个都是逻辑零时，OR门 218向OR门214、NOT门216、和换能器222C中的每一个输出逻辑零。
基于从OR门218接收的逻辑信号，NOT门216响应于接收到逻辑一而输出逻辑一，并且响应于接收到逻辑零而输出逻辑零，从而有效地翻转从OR门218接收到的信号。此外，NOT门216将输出信号分配给AND门 212和换能器222C。
基于从位置控制模块208接收的逻辑信号(例如，增加脉冲信号)和 NOT门216，AND门212在信号中的每一个都是逻辑一时向换能器222A 输出逻辑一，并且在信号中的一个或多个是逻辑零时向换能器222A输出逻辑零。耦合到供应源202的换能器222A将信号转换成分配给传感器226和换能器222C中的每一个的压力，在AND门212的输出是逻辑一时，压力增加(例如，充入)，并且在AND门212的输出是逻辑零时，压力不增加 (例如，不充入)。
基于从位置控制模块208接收的逻辑信号(例如，减小脉冲信号)和 OR门218，OR门214在信号中的一个或多个是逻辑一时向换能器222B 输出逻辑一，并且在两个信号都是逻辑零时向换能器222B输出逻辑零。换能器222B将信号转换成被分配给致动器110的压力，压力在OR门214的输出是逻辑一时减小(例如，排放)，并且在OR门214的输出是逻辑零时不减小(例如，不排放)。
耦合到NOT门216、换能器222A或传感器226中一个、以及换能器 222C中的每一个的换能器222C向致动器110输出压力。在一些示例中，在NOT门216的输出是逻辑一并且从换能器222A和/或传感器226中的一个接收的压力显示换能器222A处的充入功能时，压力增加(例如，充入)。相反，在NOT门216的输出是逻辑零或者从传感器226或换能器222A中的一个接收的压力未显示充入功能时，输出压力不增加(例如，无充入)。因此，换能器222A和换能器222C彼此冗余地串联。
耦合到OR门218和换能器222D中的每一个的换能器222D从致动器 110中排出压力。在一些示例中，在OR门218的输出是逻辑一时，压力减小(例如，排放)，并且在OR门218的输出是逻辑零时，输出压力不减小 (例如，没有排放)。因此，换能器222D与换能器222B一起提供排气冗余。
因此，定位器100的第一示例性实施方式200具有提供用于排放功能的冗余和用于充入功能的冗余的技术效果，用于排放功能的冗余是由于在检测到脱扣状况(例如，安全事件)时将逻辑一应用到换能器222B、222D (例如，排放换能器)中的每一个，用于充入功能的冗余是由于换能器222A、222C串联(例如，串联地流体耦合)，因此，由于换能器222A、222C中的任一个的故障(例如，失效)中断充入功能。
图3是包括图1的脱扣模块102的示例性定位器100的第二示例性实施方式300，其中，第二示例性实施方式300被配置用于激励脱扣(ETT) 应用。定位器100的第二示例性实施方式300还包括脱扣模块102、空气供应源202、位置设定点204、脱扣输入206、功率线207、位置控制模块208、脱扣检测模块210、AND门212、OR门214、NOT门216、示例性OR门 218、致动模块220、换能器222A，222B、222C、222D和传感器226，其中的每一个都结合定位器100的第一示例性实施方式200进行描述。
然而，与定位器100的第一示例性实施方式200(用于DETT应用)不同，定位器100的第二示例性实施方式300用于ETT应用。例如，操作差异包括OR门214耦合到换能器222A(其在第一示例性实施方式200中耦合到换能器222B)，并且AND门212耦合到换能器222B(其在第一示例性实施方式200中耦合到换能器222A)。另外，传感器226流体耦合换能器224B和换能器222D(其在第一示例性实施方式200中耦合在换能器222A 与换能器222C之间)，并且空气供应源202耦合到换能器222A和换能器 222C中的每一个(在第一示例性实施方式200中仅耦合到换能器222A)。最后，换能器222A、222B中的每一个都直接耦合到致动器110。
因此，定位器100的第二示例性实施方式300具有提供用于充入功能的冗余和用于排放功能的冗余的技术效果，用于充入功能的冗余是由于在检测到脱扣状况(例如，安全事件)时将逻辑一应用于换能器222A、222C (例如，充入换能器)中的每一个，用于排放功能的冗余是由于换能器222B、 222D(例如，排放换能器)串联(例如，串联地流体耦合)，因此，由于换能器222B、222D中的一个发生故障(例如，失效)中断排放功能。
图4是定位器100的第三示例性实施方式400的框图。在一些示例中，定位器100的第三示例性实施方式400可以包括脱扣检测模块210、致动模块220、(多个)传感器226、和脱扣模块102，在一些示例中，定位器100 的第三示例性实施方式400还可以包括示例性致动模块接口402、示例性传感器接口404、示例性阈值计算器406、示例性参数分析器408、示例性信号发生器410和示例性数据库412。
包括在脱扣模块102中或以其它方式由脱扣模块102实施的致动模块接口402能够从包括在定位器100中的致动模块220中接收信号。在一些示例中，致动模块接口402进一步用于将所接收的信号分配给阈值计算器 406、参数分析器408、和/或数据库412中的至少一个。
包括在脱扣模块102中或以其它方式由脱扣模块102实施的传感器接口404能够从包括在定位器100中的(多个)传感器226接收信号。在一些示例中，传感器接口404进一步用于将所接收的信号分配给阈值计算器 406、参数分析器408、和/或数据库412中的至少一个。
在一些示例中，致动模块接口402和/或传感器接口404可以基于分别从致动模块220和/或传感器226中接收的未处理的电压值计算压力参数和校准曲线，该校准曲线将未处理的模拟电压值与阀压力(例如，10psi、30psi 等)相关联。附加地或替代地，致动模块接口402和/或传感器接口404可以基于未处理的数字电信号(例如，基于通信协议数据包的十六进制值) 和查找表来计算压力参数，该查找表将未处理的数字电信号与阀压力(例如，10psi、30psi等)相关联。
包括在脱扣模块102中或以其它方式由脱扣模块102实施的阈值计算器406可以确定致动模块220和脱扣模块102之间的流体压力的一个或多个压力阈值。在一些示例中，阈值计算器406可以进一步确定阈值的满足包括超过阈值的压力还是包括小于阈值的压力。在一些示例中，致动模块 220与脱扣模块102之间的(多个)压力阈值可以由处理器自动确定。附加地或替代地，致动模块220与脱扣模块102之间的(多个)压力阈值可以由用户/操作员确定。
包括在定位器100中或以其它方式由定位器100实施的参数分析器408 能够接收一个或多个信号，该一个或多个信号包括以下中的至少一个：由致动模块接口402和/或传感器接口404中的至少一个检索到的来自致动模块220的压力输出、由阈值计算器406接收的压力阈值、和/或从检测模块 210接收的手动脱扣输入。
另外，在一些示例中，参数分析器408可以有助于一对或多对接收到的压力参数之间的比较。例如，参数分析器408可以将从致动模块接口402 和传感器接口404中的一个接收的、致动模块220与脱扣模块102之间的压力与由阈值计算器406确定的阈值压力进行比较。
在一些示例中，参数分析器408可以包括电路，其中电路用于对与压力参数相对应的接收信号进行求和和/或相减，以便于参数之间的比较(例如，确定偏差)。附加地或替代地，参数分析器408可以包括能够确定所接收的参数之间的偏差的计算机实现的硬件和/或软件。
响应于完成一个或多个比较(例如，计算一个或多个偏差)，参数分析器408进一步用于确定致动模块220的一个或多个部件是否失效(例如，已经发生故障)。在一些示例中，致动模块220的一个或多个部件的故障对应于安全事件。在这种示例中，可能期望定位器100激活图1的致动器110 的安全状态(例如，脱扣状态)。响应于完成一个或多个比较并确定致动模块220的一个或多个部件的操作状态，参数分析器408进一步用于将一个或多个部件的比较结果和/或操作状态中的至少一个分配给信号发生器410。
包括在定位器100中或以其它方式由定位器100实施的信号发生器410 能够基于由参数分析器408完成的比较来向换能器222A、222B、222C、222D 中的一个或多个提供控制信号。在一些示例中，控制信号可以是数字电压信号、离散电压信号、模拟电压信号、和/或模拟电流信号中的至少一个。在一些示例中，向换能器222A、222B、222C、222D中的一个或多个提供控制信号可以包括用于打开换能器222A、222B、222C、222D中的一个或多个和/或关闭换能器222A、222B、222C、222D中的一个或多个的控制信号。此外，在这种示例中，一个或多个换能器222A、222B、222C、222D 的打开和/或关闭可以有助于图1的致动器110的位置控制和/或将安全状态应用于图1的致动器110中的至少一个。附加地或替代地，信号发生器410 可以生成包括在过程控制环境104中的一个或多个部件的一个或多个故障模式的通知。在这种示例中，通知可以经由网络118分配给中央设施120 以用于显示(例如，用于过程控制环境104的用户和/或操作员)。
包括在脱扣模块102中或以其它方式由脱扣模块102实施的示例性数据库412能够存储致动模块220与脱扣模块102之间的流体的压力值、由阈值计算器406计算的压力阈值、从检测模块210接收的手动激活脱扣状态的实例、由参数分析器408完成的一个或多个比较、一个或多个安全事件和/或由参数分析器408确定并且由信号发生器410启动的安全状态的相应激活等。
数据库412可以由易失性存储器(例如，同步动态随机存取存储器 (SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)等)和/或非易失性存储器(例如，闪存)实现。数据库 412可以附加地或替代地由一个或多个双倍数据速率(DDR)存储器(诸如 DDR、DDR2、DDR3、移动DDR(mDDR)等)实现。数据库412可以附加地或替代地由一个或多个大容量存储设备(诸如(多个)硬盘驱动器、(多个)光盘驱动器、(多个)数字通用磁盘驱动器等)实现。尽管在所示的示例中数据库412被示为单个数据库，但是数据库412可以由任何数量和/或类型的数据库实现。此外，数据库412可以位于脱扣模块102中或者位于脱扣模块102外部的中心位置(例如，图1的中央设施120)。此外，存储在数据库412中的数据可以采用任何数据格式，例如二进制数据、逗号分隔数据、制表符分隔数据、结构化查询语言(SQL)结构等。
尽管图4中示出了实现图1的脱扣模块102的示例性方式，但是图4 中示出的元件、过程和/或设备中的一个或多个可以以任何其它方式组合、划分、重新布置、省略、消除和/或实现。此外，图4的示例性致动模块接口402、示例性传感器接口404、示例性阈值计算器408、示例性参数分析器408、示例性信号发生器410和示例性数据库412、和/或更一般地示例性行程模块102可以通过硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合来实现。因此，例如，示例性致动模块接口402、示例性传感器接口 404、示例性阈值计算器406、示例性参数分析器408、示例性信号发生器 410和示例性数据库412中的任何一个，和/或更一般地，示例脱扣模块102 可以由一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、(多个)可编程处理器、(多个)可编程控制器、(多个)图形处理单元(GPU)、(多个)数字信号实现处理器(DSP)、(多个)专用集成电路(ASIC)、(多个)可编程逻辑器件 (PLD)和/或(多个)现场可编程逻辑器件(FPLD)实现。当阅读本专利的任何装置或系统权利要求中的任一项以覆盖纯粹的软件和/或固件实施方式时，示例性致动模块接口402、示例性传感器接口404、示例性阈值计算器406、示例性参数分析器408、示例性信号发生器410和/或示例性数据库 412中的至少一个在此明确限定为包括非暂时性计算机可读存储设备或存储盘，诸如包括软件和/或固件的存储器、数字通用盘(DVD)、光盘(CD)、蓝光盘等。此外，图4的示例性脱扣模块102可以包括除了或替代图4中所示的那些之外的一个或多个元件、过程和/或设备，和/或可以包括多于所有示出的元件、过程和设备中的任一个或所有中的一个。如本文所使用的，短语“在通信中”，包括其变体，包括通过一个或多个中间部件的直接通信和/或间接通信，并且不需要直接物理(例如，有线)通信和/或持续通信，而是附加地还包括以周期性间隔、排定的间隔、非周期性间隔和/或一次性事件的选择性通信。
在图5-6中示出了表示用于实现图1的脱扣模块102的示例硬件逻辑、机器可读指令、硬件实现的状态机、和/或其任何组合的流程图。机器可读指令可以是用于由计算机处理器执行的可执行程序或可执行程序的一部分，诸如下面结合图7讨论的示例处理器平台700中示出的处理器712。该程序可以体现在存储在非暂时性计算机可读存储介质上的软件中，非暂时性计算机可读存储介质诸如为CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、DVD、蓝光盘或与处理器相关联的存储器，但是整个程序和/或其部分可以替代地由除处理器712之外的设备执行和/或体现在固件或专用硬件中。此外，尽管参考图5-6中所示的流程图描述了示例程序，但是可以替代地使用实现示例性脱扣模块102的许多其它方法。例如，可以改变块的执行顺序，和/或可以改变、消除或组合所描述的块中的一些。附加地或替代地，任何或所有块可以由被构造成在不执行软件或固件的情况下执行相应的操作的一个或多个硬件电路(例如，分立和/或集成的模拟和/或数字电路、FPGA、ASIC、比较器、运算放大器(op-amp)、逻辑电路等)实现。
如上所述，图5-6的示例性过程可以使用存储在非暂时性计算机和/或机器可读介质(诸如硬盘驱动、闪存、只读存储器、光盘、数字通用光盘、高速缓存、随机存取存储器和/或其中信息被存储任何持续时间(例如，长时间存储、永久存储，简短实例、暂时缓冲和/或缓存信息)的任何其它存储设备或存储盘)上的可执行指令(例如，计算机和/或机器可读指令)来实现图5-6的示例性过程。如本文所使用的，术语非暂时性计算机可读介质明确地定义为包括任何类型的计算机可读存储设备和/或存储盘并且排除传播信号并排除传输介质。
本文使用“包含”和“包括”(及其所有形式和时态)为开放式术语。因此，每当权利要求采用任何形式的“包含”或“包括”(例如，包括、包含、包括(comprising)、包含(including)、具有等)作为前序或在任何种类的权利要求书中时，应当理解为可以存在附加元素、术语等，而不会落在相应的权利要求或引用的范围之外。如本文所使用的，当短语“至少”被用作例如权利要求的前序中的过渡术语时，它以与术语“包括”和“包含”是开放式的相同的方式是开放式的。术语“和/或”当例如以诸如A、 B、和/或C的形式使用时是指A、B、C的任何组合或子集，诸如(1)A 单独、(2)B单独、(3)C单独、(4)A和B、(5)A和C、(6)B和C、(7)A和B和C。
用于在安全事件期间使图1的示例性阀组件106的致动器110脱扣的图5的示例性方法500在框502处开始执行。在框502处，脱扣模块102 (例如，脱扣电路)确定是否从图4的示例性检测模块210中接收到脱扣请求。响应于已经接收到要使阀组件106的致动器110脱扣的请求，处理进行到510。相反，响应于没有接收到要使阀组件106的致动器110脱扣的请求，处理进行到框504。
在框504处，包括在脱扣模块102中的传感器接口404接收由传感器 226确定的致动模块220与脱扣模块102之间的压力，每一个模块都包括在定位器100中。在一些示例中，传感器接口404进一步将从传感器226接收的信号处理成可由脱扣模块102的其余部件读取的信号(例如，数字电压、模拟电压、电流、数据包等)。
附加地或替代地，在不包括传感器226的定位器100的实施方式中，包括在脱扣模块102中的致动模块接口402直接从致动模块220接收压力并将压力信号处理成可由脱扣模块102的其余部件可读的信号(例如，数字电压、模拟电压、电流、数据包等)。
在框506处，参数分析器408将由致动模块接口402或传感器接口404 中的一个接收的致动模块220与脱扣模块102之间的流体的压力与由阈值计算器406计算的阈值压力进行比较。响应于完成比较所需的计算，处理进行到框508。
在框508处，参数分析器基于在框506处完成的压力与阈值的比较结果来确定致动模块220的一个或多个部件是否失效(例如，已经发生故障)。在一些示例中，当压力超过阈值时，可以确定部件已经发生故障。替代地，在其它示例中，当压力未超过阈值时。可以确定部件已经发生故障。在每一个示例中，响应于确定致动模块220的一个或多个部件失效(例如，一个或多个部件已经发生故障)，处理转移到框510。替代地，响应于确定致动模块220的所有部件都正常运行，则处理返回到框502。
在框510处，结合图6进一步描述，信号发生器410产生要控制换能器222A、222B、222C、222D中的一个或多个以经由致动器110使阀组件 106脱扣的信号。响应于框510的完成，图5的示例性方法500结束。
可以执行以控制阀定位器来使流体阀脱扣的示例性方法(图5，方框 510)在图6中示出。参考前面的附图和相关描述，图6的示例性方法在框 602处开始执行，其中信号发生器410命令启用换能器222B和换能器222D 中的至少一个，换能器222B和换能器222D中的每一个都被配置为降低分配给致动器110的压力。在一些示例中，命令启用还包括将高信号(例如，二进制一、电源电压等)分配给换能器222B、222D中的至少一个。
在框604处，信号发生器410命令禁用换能器222A和换能器222C中的至少一个，换能器222A和换能器222C中的每一个都被配置为增加分配给致动器110的压力。在一些示例中，命令启用还包括将低信号(例如，二进制零、接地电压等)分配给换能器222A、222C中的至少一个。
因此，经由至少换能器222B和换能器222D(其每一个都被配置为降低分配给致动器110(例如，流体致动器)的流体压力)的启用，并且至少换能器222A和换能器222C(其每一个都被配置为增加分配给致动器110 的压力)的禁用，响应于确定部件已经失效(例如，已经发生安全事件)，示例性方法510提供图1的阀组件106的冗余脱扣。响应于框604的完成，图6的示例性方法510结束并且处理返回到图5的示例性方法500的末尾。
图7是被构造为执行图5-6的指令以实现图4的脱扣模块102的框图的示例处理器平台700。处理器平台700可以是例如服务器、个人计算机、工作站、自学习机器(例如，神经网络)、移动设备(例如，手机、智能手机、诸如iPadTM之类的平板电脑、个人数字助理(PDA))、因特网设备或任何其它类型的计算设备。
所示示例的处理器平台700包括处理器712。所示示例的处理器712 是硬件。例如，处理器712可以由来自任何期望的系列或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器、GPU、DSP或控制器实现。硬件处理器可以是基于半导体的(例如，基于硅的)设备。在该示例中，处理器实现示例性致动模块接口402、示例性传感器接口404、示例性阈值计算器406、示例性参数分析器408、示例性信号发生器410和示例性数据库412。
所示示例的处理器712包括本地存储器713(例如，高速缓存)。所示示例的处理器712经由总线718与包括易失性存储器714和非易失性存储器716的主存储器通信。易失性存储器714可以由同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、
Figure DEST_PATH_GDA0002530618550000181
动态随机存取存储器
Figure DEST_PATH_GDA0002530618550000182
和/或任何其它类型的随机存取存储器设备实现。非易失性存储器716可以由闪存和/或任何其它期望类型的存储器设备实现。对主存储器714、716的访问由存储器控制器控制。
所示示例的处理器平台700还包括接口电路720。接口电路720可以由任何类型的接口标准实现，诸如以太网接口、通用串行总线(USB)、蓝牙接口、近场通信(NFC)接口和/或PCI express接口。
在所示示例中，一个或多个输入设备722连接到接口电路720。(多个) 输入设备722允许用户将数据和/或命令输入到处理器712中。(多个)输入设备可以通过例如音频传感器、麦克风、相机(静态或视频)、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、跟踪板、轨迹球、等点和/或语音识别系统实现。
一个或多个输出设备724还连接到所示示例的接口电路720。输出设备 724可以例如通过显示设备(例如，发光二极管(LED)、有机发光二极管 (OLED)、液晶显示器(LCD)、阴极射线管显示器(CRT)、就地切换(IPS) 显示器，触摸屏等)、触觉输出设备、打印机和/或扬声器)来实现。因此，所示示例的接口电路720通常包括图形驱动器卡、图形驱动器芯片和/或图形驱动器处理器。
所示示例的接口电路720还包括通信设备，诸如变送器、接收器、收发器、调制解调器、住宅网关、无线接入点和/或网络接口，以促进经由网络726的数据与外部机器(例如，任何类型的计算设备)的交换。通信可以是经由例如以太网连接、数字用户线(DSL)连接、电话线连接、同轴电缆系统、卫星系统、现场无线系统、蜂窝电话系统等。
所示示例的处理器平台700还包括用于存储软件和/或数据的一个或多个大容量存储设备728。这种大容量存储设备728的示例包括软盘驱动、硬盘驱动、压缩盘驱动、蓝光盘驱动、独立磁盘冗余阵列(RAID)系统和数字通用盘(DVD)驱动。
图5-7的机器可执行指令732可以存储在大容量存储设备728、易失性存储器714、非易失性存储器716中，和/或可移动的非暂时性计算机可读存储介质(诸如CD或DVD)上。
根据前述内容，可以理解的是，已经公开了示例性方法、装置和制品，其经由阀组件的定位器在阀组件中提供冗余系统，以提高组件对抗可能影响过程控制系统的连续运行的故障的稳健性。在运行期间部件发生故障的过程控制系统可能经历增加的停机时间，从而导致收入损失。另外，如果故障部件向过程控制系统提供错误或不准确的数据，则操作期间的部件故障也可能产生危险的操作状况。这样，在阀组件中提供冗余系统对于过程控制系统的成功操作是至关重要的。
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，本专利覆盖了完全落在本专利权利要求范围内的所有方法，装置和制品。

Claims (15)

1.一种用于流体阀的定位器，其特征在于，包括：
致动模块，所述致动模块用于控制被提供给阀致动器的致动流体，所述致动模块具有用于改变所述流体的一个或多个参数的第一换能器；以及
脱扣电路，所述脱扣电路操作地插入在所述致动模块与所述致动器之间，以经由所述流体控制所述流体阀的位置，所述脱扣电路具有用于改变所述流体的一个或多个参数的第二换能器，所述定位器用于在安全事件期间控制所述致动模块和所述脱扣电路以操作所述流体阀。
2.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，所述致动模块的部分和所述脱扣电路的部分与所述致动器流体地串联耦合。
3.根据权利要求2所述的定位器，其特征在于，所述第一换能器和所述第二换能器还用于改变所述致动器中的所述流体的压力，所述第二换能器用于接收来自所述第一换能器的流体。
4.根据权利要求3所述的定位器，其特征在于，还包括第三换能器和第四换能器，所述第三换能器和所述第四换能器操作地耦合到所述致动模块和所述脱扣电路，以改变所述流体的一个或多个参数，所述第一换能器和第二换能器被配置为增加所述致动器中的所述流体的压力或减小所述致动器中的所述流体的压力中的一个，并且所述第三换能器和所述第四换能器被配置为增加所述压力或减小所述压力中的另一个。
5.根据权利要求4所述的定位器，其特征在于，所述定位器启用所述第一换能器和所述第二换能器，同时禁用所述第三换能器和所述第四换能器。
6.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，所述定位器用于响应于提供给所述定位器的用户输入来控制所述脱扣电路。
7.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，还包括传感器，所述传感器操作地耦合到所述致动模块和所述脱扣电路以测量所述流体的压力，其中，所述定位器用于基于所述流体的压力检测所述致动模块的故障，并且作为响应，控制所述脱扣电路。
8.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，还包括壳体，所述致动模块和所述脱扣电路设置在所述壳体中。
9.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，所述定位器用于接收一对电线，以便向所述致动模块和所述脱扣电路提供功率和通信。
10.一种阀组件，其特征在于，包括：
流体阀；
致动器，所述致动器操作地耦合到所述流体阀；以及
定位器，所述定位器流体地耦合到所述致动器，以经由从流体供应管线提供的流体控制所述流体阀的位置，所述定位器具有第一换能器和第二换能器，所述第一换能器和第二换能器被配置为增加或减小所述致动器中的所述流体的压力，所述定位器用于使所述第一换能器和所述第二换能器能够在安全事件期间改变所述流体阀的位置。
11.根据权利要求10所述的阀组件，其特征在于，所述第一换能器和所述第二换能器还有助于所述致动器中的流体压力变化。
12.根据权利要求11所述的阀组件，其特征在于，所述第一换能器、所述第二换能器、和所述致动器被串联地流体耦合。
13.根据权利要求12所述的阀组件，其特征在于，还包括传感器，所述传感器操作地耦合到所述定位器，以测量所述第一换能器与所述第二换能器之间的流体压力，其中，所述定位器用于基于所述流体压力检测所述第一换能器的故障，并且作为响应，禁用所述第二换能器。
14.根据权利要求10所述的阀组件，其特征在于，所述定位器包括壳体，所述第一换能器和所述第二换能器设置在所述壳体中。
15.根据权利要求14所述的阀组件，其特征在于，所述壳体用于接收一对电线，以便向所述定位器提供功率或通信。
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