ES2880330T3 - Sistema y método para detectar el deterioro de una válvula de control - Google Patents

Abstract

Un método para realizar una prueba de diagnóstico para una válvula de control (110) en un sistema de turbocompresor, comprendiendo el método: confirmar, mediante un sistema de control (150), las condiciones de estado estacionario para el sistema de turbocompresor (10) que incluye la válvula de control (110) en una primera posición; enviar, mediante el sistema de control y a un accionador (115) para la válvula de control, una señal para iniciar una carrera parcial de la válvula para alejar la válvula de control de la primera posición; recibir, mediante el sistema de control y después de enviar la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula, señales de retroalimentación de los sensores (120, 130, 140) en el sistema de turbocompresor; supervisar, mediante el sistema de control, las señales de retroalimentación para un cambio de las condiciones de estado estacionario, en edonde la supervisión comprende: identificar un número determinado de intervalos de tiempo diferentes, supervisar un diferencial para las señales de retroalimentación en cada uno de los diferentes intervalos de tiempo, y comparar las derivadas calculadas usando cada uno de los diferentes intervalos de tiempo con un umbral de estado estacionario; enviar, mediante el sistema de control (150) y al accionador (115), una señal para devolver la válvula de control (110) a la primera posición en respuesta a la supervisión que detecta un cambio de las condiciones de estado estacionario dentro de uno de los diferentes intervalos de tiempo; y generar, mediante el sistema de control (150), una señal de alarma en respuesta a la supervisión que no detecta un cambio de las condiciones de estado estable dentro de los diferentes intervalos de tiempo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para detectar el deterioro de una válvula de control

Antecedentes de la invención

Las válvulas de control en aplicaciones de turbinas de vapor y anti-sobretensión de turbocompresor pueden a menudo permanecer en una posición durante períodos prolongados. Cuando sea necesario que la válvula se mueva, la respuesta de la válvula puede degradarse severamente, o la válvula puede ni siquiera responder en absoluto. Esto puede deberse a la acumulación de material extraño entre los elementos móviles y estacionarios de la válvula, resultando en una mayor fricción o un agarrotamiento completo de la válvula. En algunos casos, el accionador de la válvula puede desarrollar un mal funcionamiento mientras opera en una posición constante, que no se revela hasta que se solicita un cambio de posición.

Breve descripción de los dibujos

la Figura 1 es un esquema de un sistema en el que se pueden implementar los sistemas y métodos descritos en el presente documento;

la Figura 2 es un diagrama de flujo de proceso para probar el ciclo de la válvula utilizando la retroalimentación del sistema, de acuerdo con una implementación descrita en el presente documento;

la Figura 3 es un diagrama de flujo de proceso para determinar si existen condiciones de estado estacionario previas al ejercicio en el flujo de proceso de la Figura 2;

la Figura 4 es un diagrama de flujo de proceso para activar una carrera parcial de la válvula en el flujo de proceso de la Figura 2;

la Figura 5 es un diagrama de flujo de proceso para determinar si las señales de retroalimentación de una fuente de retroalimentación son estables en los flujos de proceso de la Figura 3;

la Figura 6 es un diagrama de un esquema para probar el ciclo de válvulas usando la retroalimentación del sistema de acuerdo con una implementación;

la Figura 7 es un diagrama de un esquema para identificar una condición estable usando la retroalimentación del sistema, de acuerdo con una implementación;

la Figura 8 es un diagrama de un esquema para identificar una señal estable usando la retroalimentación del sistema, de acuerdo con una implementación; y

la Figura 9 es un diagrama que ilustra componentes de ejemplo de un controlador de válvula en el sistema de la Figura 1.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La siguiente descripción detallada se refiere a los dibujos adjuntos. Los mismos números de referencia en diferentes dibujos pueden identificar elementos idénticos o similares.

Los sistemas y métodos descritos en el presente documento se refieren por lo general a pruebas automáticas para válvulas de control. Más particularmente, los sistemas y métodos se relacionan con la identificación de fallas latentes y con la degradación del accionamiento de las válvulas de control, tales como válvulas de control anti-sobretensión y las válvulas de control de turbinas de vapor.

La degradación de las válvulas que se someten a ciclos poco frecuentes puede pasar desapercibida hasta que se requiera un cambio en la posición de la válvula. Algunos sistemas de control, tales como los sistemas de control de turbinas de vapor, pueden proporcionar una señal de alta frecuencia y baja amplitud (denominada fusionado), que se suma a la señal de control normal, resultando en pequeños movimientos de la válvula sin perturbar las operaciones del sistema. Para sistemas anti-sobretensión, actualmente no existen medios aceptados para diagnosticar el deterioro del accionador ni de la válvula durante la operación, excepto cambiar manualmente la señal de control y después evaluar la respuesta. El fusionado puede resultar eficaz para prevenir el agarrotamiento de la válvula, pero no proporciona ninguna información sobre la degradación de la válvula o del accionador. La evaluación manual es susceptible a errores humanos y puede resultar en alteraciones del proceso o incluso pérdida de producción.

Se requiere el diagnóstico de accionadores controlados automáticamente bajo carga para aumentar la confiabilidad de un sistema de control automático. Este requisito se refiere a los accionadores y a las válvulas asociadas, que están operando durante largos períodos en la posición cerrada o abierta. Por ejemplo, las válvulas anti-sobretensión de turbocompresor se operan a menudo completamente cerradas y las válvulas de turbina se operan a menudo completamente abiertas. Anteriormente, las pruebas de diagnóstico se realizaron moviendo el accionador y verificando después un movimiento resultante en la señal de retroalimentación de la posición del accionador. Sin embargo, algunos accionadores no están equipados con transmisores de posición analógicos o discretos. Los sistemas y métodos descritos en el presente documento proporcionan un método para diagnosticar el accionador y la válvula asociada al supervisar las condiciones de estado estacionario del proceso general, incluida la unidad de turbomaquinaria, lo que permite el diagnóstico de accionadores no equipados con transmisores de posición analógicos o discretos.

De acuerdo con la invención, se proporcionan un método para realizar una prueba de diagnóstico para una válvula de control como se define en la reivindicación 1 y un sistema de control de válvula como se define en la reivindicación 13.

La Figura 1 es un esquema de un sistema de turbocompresor 10 en el que se pueden implementar los sistemas y métodos descritos en el presente documento. Como se muestra en la Figura 1, el sistema 10 incluye un compresor 100 con una válvula anti-sobretensión 110 conectada a un accionador 115. El controlador 150 puede establecer una posición de válvula para la válvula anti-sobretensión 110 enviando una señal al accionador 115.

La retroalimentación del proceso para el compresor 100 se recopila de varios sensores, incluyendo, por ejemplo, el sensor de presión de aspiración 120, un sensor de presión de descarga 130 y un caudalímetro 140. Un transmisor de presión de aspiración 125 recopila datos del sensor de presión de aspiración 120. Un transmisor de presión de descarga 135 recopila datos del sensor de presión de descarga 130. Un transmisor de flujo 145 recopila datos del caudalímetro 140. En una implementación, el accionador 115 puede proporcionar una señal de retroalimentación de posición. Las señales del accionador 115, del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 y del transmisor de flujo 145 pueden enviarse a un controlador de válvula 150. El controlador de válvula 150 puede analizar las señales del accionador 115, del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 y del transmisor de flujo 145 y calcular una respuesta de bucle cerrado para, por ejemplo, determinar una posición para la válvula anti-sobretensión 110.

En condiciones de operación normales del compresor 100, la válvula anti-sobretensión 110 puede permanecer en la misma posición (por ejemplo, cerrada) durante un período de tiempo prolongado. Por tanto, de acuerdo con las implementaciones descritas en el presente documento, el controlador de válvula 150 puede realizar pruebas periódicas o iniciadas manualmente para confirmar que la válvula anti-sobretensión 110 y el accionador 115 permanecen operativos. Como se describe más adelante en el presente documento, el controlador de válvula 150 confirma las operaciones de estado estacionario para el sistema 10 antes de generar comandos de carrera parcial para el accionador 115. Los comandos de carrera parcial pueden indicar un movimiento mínimo de la válvula para minimizar la interrupción del sistema 10, pero deberían dar como resultado un cambio desde el estado estacionario si la válvula anti-sobretensión 110 y el accionador 115 están operando correctamente. Si no hay cambios en las condiciones de estado estacionario después de un comando de carrera parcial (por ejemplo, según se ha determinado por la retroalimentación del accionador 115, del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 y del transmisor de flujo 145), el controlador de válvula 150 genera una señal de alarma de que la válvula anti-sobretensión 110 y/o el accionador 115 no están operando correctamente.

Las Figuras 2-5 son diagramas de flujo para un proceso 200 de prueba del ciclo de válvulas usando la retroalimentación del sistema, de acuerdo con una implementación. Se hace referencia a la configuración particular de la Figura 1 por simplicidad. Sin embargo, los diagramas de flujo de las Figuras 2-5 pueden aplicarse a otras disposiciones de válvulas o sensores dentro del sistema de turbocompresor 10. Por ejemplo, en lugar de la válvula anti-sobretensión 110, las descripciones del presente documento pueden aplicarse también a válvulas de turbina y a los sensores asociados.

El proceso 200 incluye habilitar un ejercicio de válvula (bloque 210) y determinar si existen condiciones de estado estacionario (bloque 220). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede recibir información del usuario, tal como un comando de inicio, o programarse para una prueba periódica programada de la válvula 110. Como una condición previa para realizar la prueba de válvulas, el controlador de válvula 150 identifica las condiciones de estado estacionario para una porción relevante del sistema 10. En una implementación, múltiples señales como, por ejemplo, del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 y del transmisor de flujo 145 se utilizan en la determinación del estado estacionario. De acuerdo con la invención, el controlador de válvula 150 calcula las derivadas filtradas en el tiempo de cada señal usando un filtro de primer orden. El uso de varios filtros con diferentes constantes de tiempo permite una detección confiable de los cambios de señal que ocurren a diferentes tasas. Por tanto, el controlador de válvula 150 puede identificar cambios relativamente rápidos, así como cambios relativamente lentos en las condiciones operativas del sistema 10. De acuerdo con la invención, múltiples filtros de tiempo de primer orden (por ejemplo, se aplican hasta cinco filtros de tiempo) para filtrar las derivadas en todo el intervalo de interés de frecuencia. La identificación de las condiciones de estado estacionario se describe con más detalle en relación con la Figura 3 a continuación.

Si se detectan condiciones de estado estacionario (bloque 220 - sí), el proceso 200 puede incluir además determinar si debe iniciarse una carrera parcial de la válvula (bloque 230). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede determinar si se ha producido un intervalo periódico de prueba o si se detecta una activación manual. Si no se debe iniciar una carrera parcial de la válvula (bloque 230 - no), el proceso 200 puede volver al bloque 220 para continuar supervisando las condiciones de estado estacionario.

Si se debe iniciar una carrera parcial de la válvula (bloque 230 - sí), se determina si hay un cambio en las condiciones de estado estacionario (bloque 240). Con las condiciones estables detectadas, el controlador de válvula 150 envía al accionador 115 una señal configurable de carrera parcial para cambiar la posición de la válvula 110. La señal de carrera parcial puede constituir, por ejemplo, Un cambio de posición en rampa, etapa o múltiples etapas para la válvula anti-sobretensión 110. Las configuraciones para la señal de carrera parcial pueden indicar un cambio de posición máximo permitido, por ejemplo, que debería interrumpir las condiciones de estado estacionario sin afectar significativamente o degradar el rendimiento del sistema 10. Junto con la señal de carrera parcial, el controlador de válvula 150 supervisa las señales de retroalimentación (por ejemplo, del accionador 115, del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 y del transmisor de flujo 145) para detectar un cambio de las condiciones de estado estacionario en el sistema 10. El controlador de válvula 150 puede supervisar las señales de retroalimentación directamente del accionador 115, del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 y del transmisor de flujo 145 o el controlador de válvula 150 puede supervisar las variables calculadas basándose en una o más de las señales de retroalimentación.

Si las condiciones de estado estacionario ya no se detectan (bloque 240 - no), la prueba es exitosa y la válvula se restablece a su posición anterior (bloque 250). Por ejemplo, un cambio en las condiciones de estado estacionario implica el movimiento de válvula 110, indicando que tanto la válvula 110 como el accionador 115 han ejecutado con éxito las instrucciones de carrera parcial del controlador de válvula 150. Al detectar el movimiento de válvula 110, el controlador de válvula 150 ordena al accionador 115 que devuelva la válvula 110 a la posición original de estado estacionario.

Si aún se detectan condiciones de estado estacionario (bloque 240 - sí), se genera una alarma para indicar que no hay movimiento de válvula (bloque 260). Por ejemplo, si una ventana de tiempo de diagnóstico preestablecida finaliza sin que el controlador de válvula 150 detecte un cambio de las condiciones de estado estacionario, se presume que no hay movimiento de válvula 110. El controlador de válvula 150 genera una alarma para indicar, por ejemplo, un problema con la válvula 110 y/o con el accionador 115. Volviendo al bloque 220, si no se detectan condiciones de estado estacionario después de habilitar el ejercicio de válvula (bloque 220 - no), el ejercicio de válvula no está permitido (bloque 270). Por ejemplo, si el controlador de válvula 150 supervisa las señales del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 y del transmisor de flujo 145 (por ejemplo, durante un período de tiempo configurable) sin identificar condiciones estables, el controlador de válvula 150 no permite la prueba de válvulas y continúa supervisando las condiciones de estado estacionario.

La Figura 3 es un diagrama de flujo para determinar si existen condiciones de estado estacionario en el bloque 220 de la Figura 2, de acuerdo con una implementación. De acuerdo con la invención, el controlador de válvula 150 supervisa múltiples señales de entrada para determinar si existe una condición de estado estacionario en el sistema 10 antes de iniciar un ejercicio de ciclo de válvulas. Como se muestra en la Figura 3, el controlador de válvula 150 puede determinar si se está recibiendo al menos una señal de retroalimentación (bloque 300). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede identificar si una conexión con al menos uno del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 o del transmisor de flujo 145 está en su lugar. Si no hay conexiones (bloque 300 - no), el bloque de proceso 220 puede indicar que no se puede confirmar el estado estacionario (bloque 350). Si hay al menos una señal de retroalimentación (bloque 300 - sí), se pueden confirmar las conexiones y las señales válidas para cada fuente de retroalimentación (bloque 310). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede determinar si se está recibiendo una señal de retroalimentación del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 o del transmisor de flujo 145.

Si se conecta una fuente de retroalimentación (bloque 310 - sí), se determina si la señal de retroalimentación de la fuente de retroalimentación es estable (bloque 320). De acuerdo con la invención, el controlador de válvula 150 calcula múltiples derivadas filtradas de cada señal de retroalimentación. Como se ha explicado anteriormente, para cada señal, la derivada se calcula como la diferencia entre los valores no filtrados y filtrados de la señal (denominados diferenciales filtrados), utilizando el filtro de tiempo de primer orden. El uso de filtros con diferentes constantes de tiempo permite detectar tasas de cambio rápidas o lentas con la misma sensibilidad. El controlador de válvula 150 compara los diferenciales filtrados con un valor de umbral (por ejemplo, una cantidad mínima de cambio requerida para indicar una perturbación) para determinar si los valores son estables.

Si las señales de retroalimentación de las fuentes de retroalimentación son estables (bloque 320 - sí), se puede determinar si más fuentes de retroalimentación requieren evaluación (bloque 330). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede determinar si se han evaluado las señales de todas las fuentes de entrada relevantes (por ejemplo, del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135, del transmisor de flujo 145, etc.) para identificar condiciones estables. Si no hay más fuentes de retroalimentación que requieran evaluación (bloque 330 - no),

las condiciones de estado estacionario pueden confirmarse (bloque 340). Por ejemplo, si el controlador de válvula 150 determina que todas las señales de entrada del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 o del transmisor de flujo 145 durante los intervalos de tiempo medidos son estables, el controlador de válvula 150 puede confirmar que existen condiciones de estado estacionario. Si más fuentes de retroalimentación participan en la evaluación (bloque 330 - sí), el proceso 220 puede volver al bloque 310 y repetirse para una siguiente fuente de retroalimentación.

Si una señal de retroalimentación de la fuente de retroalimentación no es estable (bloque 320 - no), las condiciones de estado estacionario no se pueden confirmar (bloque 350). Por ejemplo, cuando las señales de retroalimentación de un transmisor de presión de aspiración 125, un transmisor de presión de descarga 135, o un transmisor de flujo 145 no son estables, el controlador de válvula 150 puede indicar condiciones de estado no estacionario. Por tanto, en una implementación, en la que hay una falta de datos de una fuente de retroalimentación, el proceso 220 puede depender de una o más fuentes de retroalimentación conectadas para detectar condiciones de estado estacionario (por ejemplo, en lugar de no confirmar las condiciones de estado estacionario debido a datos limitados).

Si bien el diagrama de flujo de la Figura 3 se representa como una serie secuencial de bloques, en otras implementaciones, los bloques se pueden realizar en paralelo. Por ejemplo, las señales de retroalimentación del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 o del transmisor de flujo 145 pueden evaluarse simultáneamente durante cada intervalo de filtrado de tiempo.

La Figura 4 es un diagrama de flujo para activar una carrera parcial de la válvula en el bloque 230 de la Figura 2, de acuerdo con una implementación. Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede estar provisto de instrucciones para iniciar uno o más tipos de movimiento de válvula para probar la válvula 110 y el accionador 115. Como se muestra en la Figura 4, se puede determinar si existen instrucciones en rampa para la prueba de válvulas (bloque 410). De acuerdo con la invención, el controlador de válvula 150 está configurado para iniciar una carrera parcial de la válvula, por ejemplo, para una distancia configurada en un intervalo de tiempo configurado (por ejemplo, tasa de rampa). En una implementación, la distancia de movimiento de válvula configurada puede corresponder a una distancia máxima permitida que está configurada para interrumpir las condiciones de estado estacionario sin deshabilitar o impactar negativamente la operación del sistema 10.

Si hay instrucciones en rampa para la prueba de válvulas (bloque 410 - sí), el controlador de válvula 150 puede ejecutar un ejercicio en rampa para la válvula de control 110 (bloque 420). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede proporcionar una señal al accionador de válvula 115 para mover la válvula de control 110 desde la posición de estado estacionario medida hacia una posición objetivo a una tasa particular. Si el accionador 115 completa la carrera parcial hasta la posición objetivo, el controlador de válvula 150 puede enviar una señal al accionador 115 para que devuelva la válvula de control 110 a una posición de estado estacionario original.

Si no hay instrucciones en rampa para la prueba de válvulas (bloque 410 - no) o después de ejecutar el ejercicio en rampa (bloque 420), se puede determinar si hay instrucciones por etapas para la prueba de válvulas (bloque 430). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede configurarse para iniciar una carrera parcial de la válvula para una distancia configurada (por ejemplo, tamaño de etapa). En una implementación, el tamaño de etapa configurado puede corresponder a un movimiento de válvula máximo permitido que está configurado para interrumpir las condiciones de estado estacionario sin deshabilitar el sistema 10.

Si hay instrucciones por etapas para la prueba de válvulas (bloque 430 - sí), el controlador de válvula 150 puede ejecutar un ejercicio por etapas para la válvula de control 110 (bloque 440). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede proporcionar una señal al accionador de válvula 115 para mover la válvula de control 110 desde la posición de estado estacionario medida hacia una posición objetivo. Una vez que el accionador 115 completa la carrera parcial del tamaño de etapa configurado, el controlador de válvula 150 puede indicar al accionador 115 que devuelva la válvula de control 110 a la posición original de estado estacionario.

Si no hay instrucciones por etapas para la prueba de válvulas (bloque 430 - no) o después de ejecutar el ejercicio por etapas (bloque 440), se puede determinar si existen instrucciones de múltiples etapas para la prueba de válvulas (bloque 450). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede configurarse para iniciar una carrera parcial de la válvula de múltiples etapas en períodos discretos del temporizador hacia una distancia máxima de movimiento de válvula.

Si hay instrucciones de múltiples etapas para la prueba de válvulas (bloque 450 - sí), el controlador de válvula 150 puede ejecutar un ejercicio de múltiples etapas para la válvula de control 110 (bloque 460). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede proporcionar una señal al accionador de válvula 115 para mover la válvula de control 110 desde la posición de estado estacionario medida hacia una posición objetivo en una serie de incrementos más pequeños. En una implementación, el tamaño de etapa configurado para cada una de las múltiples etapas puede ser una porción del movimiento máximo permitido de la válvula que está configurado para interrumpir las condiciones de estado estacionario sin deshabilitar el sistema 10. Por ejemplo, si el movimiento máximo permitido de la válvula para el ejercicio de válvula de control es un movimiento del diez por ciento (por ejemplo, del 100 % abierto al 90 % abierto o del 100 % cerrado al 90 % cerrado), el tamaño de etapa de múltiples etapas puede ser del dos por ciento y el número de etapas puede ser cinco. Se puede configurar un intervalo de tiempo entre cada una de las etapas para permitir la medición de un diferencial de retroalimentación (por ejemplo, desde cualquiera del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 o del transmisor de flujo 145).

El bloque 320 de la Figura 3 incluye los bloques representados en la Figura 5, de acuerdo con la invención. Como se muestra en la Figura 5, el bloque 320 incluye obtener un diferencial (bloque 510) y comparar un valor absoluto de la derivada con un umbral (bloque 520). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede recibir una señal de entrada de uno del transmisor de presión de aspiración 125, del transmisor de presión de descarga 135 o del transmisor de flujo 145. El controlador de válvula 150 calcula una derivada de señal usando un filtro de primer orden. El valor absoluto de la derivada se compara con un valor umbral. El valor de umbral puede indicar la variación máxima permitida de la condición de estado estacionario (o, como alternativa, la cantidad mínima de cambio requerida para indicar una perturbación). El valor umbral puede incluir, por ejemplo, un cambio porcentual o una tasa de cambio para una lectura de sensor particular (por ejemplo, presión de aspiración, presión de descarga o caudal).

Si el valor absoluto de la derivada es mayor que el umbral (bloque 520 - no), se puede determinar que la señal no es estable (bloque 550). En una implementación, no es necesario calcular/comparar señales adicionales después de identificar una primera instancia de una señal no estable.

Si el valor absoluto del diferencial es menor o igual que el umbral (bloque 520 - sí), se puede determinar si hay más filtros disponibles para la señal (bloque 530). Por ejemplo, el controlador de válvula 150 puede determinar que el valor absoluto de la señal filtrada es menor que el valor de cambio de umbral y determina si otras constantes de tiempo, del número establecido de constantes de tiempo configuradas para el proceso, se han aplicado a la señal de retroalimentación. El uso de filtros con diferentes constantes de tiempo permite una medición confiable de los cambios de señal que ocurren en diferentes frecuencias. Por tanto, pueden identificarse cambios rápidos, así como cambios lentos debidos al movimiento de válvula de control 110. En una implementación, se pueden aplicar hasta cinco filtros de tiempo para medir derivadas en todo el intervalo del espectro de frecuencia de interés.

Si se van a aplicar más filtros para la señal (bloque 530 - sí), el controlador de válvula 150 vuelve al bloque 510 y procede a aplicar un filtro con una constante de tiempo diferente para la señal de retroalimentación. Si se aplican todos los filtros disponibles, la señal se considera estable (bloque 540). Por ejemplo, si el valor absoluto de la derivada de una señal del transmisor de presión de aspiración 125 está por debajo del valor umbral para todas las constantes de tiempo aplicables, la señal puede considerarse estable.

La Figura 6 es un diagrama de un esquema para probar el ciclo de válvulas usando la retroalimentación del sistema de acuerdo con una implementación. En la Figura 6, se puede proporcionar entrada de usuario para configurar un tipo de ejercicio 610, que puede incluir una o más de un ejercicio en rampa, por etapas, o de múltiples etapas, y una distancia máxima permitida 620 para el movimiento de válvula (por ejemplo, de la válvula de control 110) durante el ejercicio. La entrada del usuario puede incluir adicionalmente ajustes de configuración para un ejercicio en rampa 630, un ejercicio por etapas 640, y/o un ejercicio de múltiples etapas 650, dependiendo de los ajustes de configuración para el tipo de ejercicio 610.

Los ajustes de configuración para el ejercicio en rampa 630 pueden incluir, por ejemplo, una distancia de movimiento de válvula objetivo (por ejemplo, "distancia máx.") y una tasa de rampa. La distancia de movimiento de válvula objetivo puede corresponder a la distancia máxima permitida 620 o a una distancia menor. La tasa de rampa puede incluir un tiempo para alcanzar la distancia de movimiento de válvula objetivo.

Los ajustes de configuración para el ejercicio por etapas 640 pueden incluir, por ejemplo, un tamaño de etapa para un cambio de posición de válvula. El tamaño de etapa puede corresponder a la distancia máxima permitida 620 o una distancia menor.

Los ajustes de configuración para el ejercicio de múltiples 650 etapas pueden incluir, por ejemplo, un tamaño de etapa para cada uno de los múltiples cambios de posición de válvula y un intervalo de tiempo entre cada etapa. El tamaño de etapa puede corresponder a una distancia menor que la distancia máxima permitida 620, tal como un incremento de la distancia máxima permitida 620. El intervalo de tiempo puede identificar un período de tiempo entre cada etapa (por ejemplo, para permitir la detección de un cambio de estado). Durante un ejercicio de válvula, las etapas en el ejercicio de múltiples etapas 650 pueden continuar señalándose en secuencia hasta el punto en que la posición de válvula para la válvula de control 110 alcanza la distancia máxima permitida 620 (por ejemplo, si no se detecta ningún cambio en el estado estacionario).

Todavía haciendo referencia a la Figura 6, se puede entrar un ajuste de configuración para un tiempo máximo permitido 660 para completar el ejercicio de válvula. Puede recibirse una señal de inicio 670 para iniciar un ejercicio de válvula para el controlador de válvula 150. Se puede generar la señal de inicio 670, por ejemplo, automáticamente en respuesta a un ciclo de prueba periódico o basándose en un comando de inicio manual.

Si el ejercicio de válvula está habilitado (por ejemplo, se recibe la señal de inicio 670) y las condiciones estables 680­ 1 (por ejemplo, estado estacionario) se detectan, el controlador de válvula 150 realiza un ejercicio de válvula de acuerdo con los ajustes de configuración 610-750. La detección de inestabilidad en el sistema 10 (por ejemplo, causado por el movimiento de la válvula de control 110) se interpretará como un funcionamiento correcto de la válvula. Si las condiciones estables 680-2 persisten durante el tiempo máximo permitido 660 (por ejemplo, en el disparador de borde descendente 665) el controlador de válvula 1502 proporciona una alarma 690 que indica una falla de prueba.

La Figura 7 es un diagrama de un esquema para identificar una condición estable usando la retroalimentación del sistema, de acuerdo con una implementación. El esquema de control ilustrado en la Figura 7 es implementado por el controlador de válvula 150. La descripción de la Figura 7 puede corresponder, por ejemplo, a la entrada de condición estable 680-1/780-2 de la Figura 6. En la Figura 7 en 710, 720 y 730, el controlador de válvula 150 puede verificar que las fuentes de retroalimentación (por ejemplo, entrada 1, entrada 2 y entrada 3) están todas conectadas y funcionando.

La entrada 1, entrada 2 y entrada 3 pueden corresponder, por ejemplo, al transmisor de presión de aspiración 125, al transmisor de presión de descarga 135 y al transmisor de flujo 145. En otras implementaciones, se pueden utilizar diferentes fuentes de retroalimentación y/o diferentes números de fuentes de retroalimentación. Por ejemplo, en otra implementación, solo se puede usar una señal de entrada para identificar una condición estable. En una implementación, si se determina en 710, 720 o 730 que no se reciben señales de una o más de la entrada 1, entrada 2, o entrada 3, las condiciones estables se pueden determinar utilizando las conexiones de retroalimentación funcionales restantes. Si no se reciben señales de ninguna de la entrada 1, entrada 2, o entrada 3, es posible que no se determinen las condiciones estables.

Suponiendo que se reciben señales de la entrada 1, entrada 2 y entrada 3, pruebas de la estabilidad de la señal de cada una de la entrada 1, entrada 2 y entrada 3 se llevan a cabo en 740-1, 740-2 y 740-3 (denominadas colectivamente "prueba de señal estable 740"). La prueba de señal estable 740 se describe con más detalle en conexión con la Figura 8 a continuación. Si cada una de la entrada 1, la entrada 2 y la entrada 3 están conectadas y tienen señales estables, se determina que el sistema 10 está en una condición estable (por ejemplo, como la entrada 680-1/o 680-2 de la Figura 6).

La Figura 8 es un diagrama de un esquema para identificar una señal estable usando la retroalimentación del sistema, de acuerdo con una implementación. El esquema de control ilustrado en la Figura 7 es implementado por el controlador de válvula 150. La descripción de la Figura 8 puede corresponder, por ejemplo, para señalar la prueba estable 740 de la Figura 7. En la Figura 8, el controlador de válvula 150 recibe una señal de entrada (por ejemplo, una de la entrada 1, entrada 2, o entrada 3) y calcula una derivada de la señal usando un filtro de primer orden 810. En una implementación, el filtro de primer orden es una función de transferencia de tiempo continuo como 1/(Tf * s 1), en la que Tf es una constante de tiempo y s es el operador de la diferenciación. De acuerdo con la invención, el filtro de primer orden se aplica con diferentes constantes de tiempo en los filtros 820, 830, 840 y 850 para identificar cambios relativamente rápidos, así como cambios relativamente lentos en el sistema 9. El uso de filtros con diferentes constantes de tiempo permite una medición confiable de los cambios de señal que ocurren en diferentes frecuencias. Si bien se muestran cinco filtros diferentes en la Figura 8, se pueden usar menos o más filtros en otras implementaciones. Por ejemplo, también se pueden utilizar tres filtros o dos filtros.

Como se muestra, además, en la Figura 8, un valor absoluto (ABS) 810', 820', 830', 840', y 850' de cada señal filtrada se compara con un valor umbral 860. El valor de umbral 860 puede representar una cantidad mínima de cambio requerida para indicar una perturbación de una condición de estado estacionario. Si todos los valores 810', 820', 830', 840' y 850' son menores o iguales al valor umbral 860, la señal se considera estable. Si alguno de los valores 810', 820', 830', 840' u 850' es mayor que el valor de umbral 860, la señal se considera inestable.

La Figura 9 es un diagrama que ilustra componentes físicos de ejemplo del controlador de válvula 150. Junto a un procesador 920 y un dispositivo de memoria 930, el controlador de válvula 150 puede incluir además un bus 910, un componente de entrada 940, un componente de salida 950 y una interfaz de comunicación 960.

El bus 910 puede incluir una trayectoria que permita la comunicación entre los componentes del controlador de válvula 150. El procesador 920 puede incluir un procesador, un microprocesador o lógica de procesamiento que interpreta y ejecuta instrucciones. La memoria 930 puede incluir cualquier tipo de dispositivo de almacenamiento dinámico que almacene información e instrucciones (por ejemplo, software 935), para su ejecución por el procesador 920, y/o cualquier tipo de dispositivo de almacenamiento no volátil que almacene información para su uso por el procesador 920.

El software 935 incluye una aplicación o un programa que proporciona una función y/o un proceso. El software 935 incluye también firmware, middleware, microcódigo, lenguaje de descripción de hardware (HDL) y/u otra forma de instrucción.

El componente de entrada 940 puede incluir un mecanismo que permite al usuario introducir información en el controlador de válvula 150, tal como un teclado, un teclado numérico, un botón, un conmutador, una pantalla táctil, etc. El componente de salida 950 puede incluir un mecanismo que envía información al usuario, tal como una pantalla, un altavoz, uno o más diodos emisores de luz (LED), etc.

La interfaz de comunicación 960 puede incluir un transceptor que permite al controlador de válvula 150 comunicarse con otros dispositivos y/o sistemas a través de comunicaciones inalámbricas, comunicaciones por cable o una combinación de comunicaciones inalámbricas y por cable. Por ejemplo, la interfaz de comunicación 960 puede incluir mecanismos para comunicarse con otro dispositivo o sistema, tal como el transmisor de presión de aspiración 125, el transmisor de presión de descarga 135 y el transmisor de flujo 145, a través de una red, o a otros dispositivos/sistemas, tal como un ordenador de control del sistema que supervisa la operación de múltiples sistemas 9 (por ejemplo, en una planta de vapor u otro tipo de planta). En una implementación, la interfaz de comunicación 960 puede ser un componente lógico que incluye puertos de entrada y salida, sistemas de entrada y salida, y/u otros componentes de entrada y salida que facilitan la transmisión de datos hacia/desde otros dispositivos.

El controlador de válvula 150 realiza ciertas operaciones en respuesta a la ejecución de instrucciones del procesador 920 (por ejemplo, software 935) contenido en una memoria 930, tal como un medio legible por ordenador. Un medio legible por ordenador puede definirse como un dispositivo de memoria no transitorio. Un dispositivo de memoria no transitorio puede incluir espacio de memoria dentro de un solo dispositivo de memoria física o distribuido en múltiples dispositivos de memoria física. Las instrucciones del software pueden leerse en la memoria 930 desde otro medio legible por ordenador o desde otro dispositivo. Las instrucciones de software contenidas en la memoria 930 hacen que el procesador 920 realice los procesos descritos en el presente documento. Como alternativa, los circuitos cableados pueden usarse en lugar de o en combinación con instrucciones de software para implementar los procesos descritos en el presente documento. Por tanto, las implementaciones descritas en el presente documento no están limitadas a ninguna combinación específica de circuitos de hardware y software.

El controlador de válvula 150 puede incluir menos componentes, componentes adicionales, componentes diferentes, y/o componentes dispuestos de forma diferente a los ilustrados en la Figura 9. Como un ejemplo, en algunas implementaciones, es posible que no se incluya una pantalla en el controlador de válvula 150. En estas situaciones, el controlador de válvula 150 puede ser un dispositivo "sin cabeza" que no incluye el componente de entrada 940. Como otro ejemplo, el controlador de válvula 150 puede incluir uno o más tejidos de conmutadores en lugar de, o además de, un bus 910. Adicionalmente o, como alternativa, uno o más componentes del controlador de válvula 150 pueden realizar una o más tareas descritas como realizadas por uno o más de otros componentes del controlador de válvula 150.

Los sistemas y métodos descritos en el presente documento se refieren a un método para diagnosticar una válvula de control y un accionador mediante el seguimiento de las condiciones de estado estacionario del sistema general, incluyendo la unidad de turbo-maquinaria, que permite el diagnóstico de accionadores, incluso si no está equipado con transmisores de posición analógicos o discretos. Durante la prueba de diagnóstico, el sistema de control automático envía una señal configurable (en rampa, etapa de salto, o secuencia de etapas de salto) que debería mover el accionador. La prueba de diagnóstico continúa hasta que se detecta movimiento o hasta que finaliza la ventana de tiempo de diagnóstico preestablecida. Cuando se detecta movimiento (por ejemplo, la condición estable ya no se satisface), la prueba de diagnóstico finaliza y el accionador devuelve la válvula a su posición de control deseada. Si la ventana de tiempo de diagnóstico preestablecida termina con una condición estable todavía presente, esto significa que la válvula no se ha movido y se genera una señal de alarma. Los sistemas y métodos descritos en el presente documento reducen por tanto la cantidad y el tiempo necesarios para, la perturbación de válvula y aumenta la fiabilidad del ejercicio de válvula asociado. En contraposición, los diagnósticos existentes requieren perturbaciones mayores y más prolongadas, que generalmente disminuyen la confiabilidad y pueden resultar en pérdidas de producción.

La descripción anterior de las implementaciones de ejemplo proporciona una ilustración y una descripción, pero no pretende ser exhaustiva o limitar las realizaciones descritas en el presente documento a la forma precisa divulgada. Las modificaciones y variaciones son posibles a la luz de las enseñanzas anteriores o pueden adquirirse a partir de la práctica de las realizaciones.

Si bien la invención se ha descrito en detalle anteriormente, se entiende expresamente que resultará evidente para los expertos en la materia relevante que la invención puede modificarse sin apartarse del alcance de la invención. Varios cambios de forma, diseño o disposición pueden hacerse en la invención sin apartarse del alcance de la invención. El alcance de la invención se define solo por las reivindicaciones adjuntas.

Se pretende que el artículo "un" incluya uno o más elementos. Además, la expresión "basándose en" pretende significar "basándose, al menos en parte, en" a menos que se indique explícitamente lo contrario.

El uso de términos ordinales como "primer", "segundo", "tercer", etc., en las reivindicaciones para modificar un elemento de reivindicación no connota por sí mismo ninguna prioridad, precedencia u orden de un elemento de reivindicación sobre otro, el orden temporal en el que se realizan las acciones de un método, el orden temporal en el que se ejecutan las instrucciones ejecutadas por un dispositivo, etc., sino que se utilizan simplemente como etiquetas para distinguir un elemento de reivindicación que tiene un nombre determinado de otro elemento que tiene el mismo nombre (pero para el uso del término ordinal) para distinguir los elementos de reivindicación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método para realizar una prueba de diagnóstico para una válvula de control (110) en un sistema de turbocompresor, comprendiendo el método:

confirmar, mediante un sistema de control (150), las condiciones de estado estacionario para el sistema de turbocompresor (10) que incluye la válvula de control (110) en una primera posición;

enviar, mediante el sistema de control y a un accionador (115) para la válvula de control, una señal para iniciar una carrera parcial de la válvula para alejar la válvula de control de la primera posición;

recibir, mediante el sistema de control y después de enviar la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula, señales de retroalimentación de los sensores (120, 130, 140) en el sistema de turbocompresor;

supervisar, mediante el sistema de control, las señales de retroalimentación para un cambio de las condiciones de estado estacionario, en edonde la supervisión comprende:

identificar un número determinado de intervalos de tiempo diferentes,

supervisar un diferencial para las señales de retroalimentación en cada uno de los diferentes intervalos de tiempo, y

comparar las derivadas calculadas usando cada uno de los diferentes intervalos de tiempo con un umbral de estado estacionario;

enviar, mediante el sistema de control (150) y al accionador (115), una señal para devolver la válvula de control (110) a la primera posición en respuesta a la supervisión que detecta un cambio de las condiciones de estado estacionario dentro de uno de los diferentes intervalos de tiempo; y

generar, mediante el sistema de control (150), una señal de alarma en respuesta a la supervisión que no detecta un cambio de las condiciones de estado estable dentro de los diferentes intervalos de tiempo.

2. El método de la reivindicación 1, en el que confirmar las condiciones de estado estable incluye recibir múltiples señales de retroalimentación de diferentes fuentes (115, 125, 135, 145).

3. El método de la reivindicación 2, en el que las múltiples señales de retroalimentación incluyen señales de uno o más sensores de presión (120, 130) o uno o más sensores de flujo (140), o variables calculadas basándose en una o más de las múltiples señales de retroalimentación.

4. El método de la reivindicación 3, en el que las múltiples señales de retroalimentación incluyen además una señal de posición de válvula.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que enviar la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula incluye enviar instrucciones para un movimiento de válvula en rampa, incluyendo las instrucciones una distancia de movimiento de válvula objetivo y una tasa de rampa (620, 630).

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que enviar la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula incluye enviar instrucciones para un movimiento de válvula por etapas, incluyendo las instrucciones un tamaño de etapa (620, 640) para el movimiento de válvula que es menor que una carrera completa de la válvula.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que enviar la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula incluye enviar instrucciones para un movimiento de válvula de múltiples etapas (650), incluyendo las instrucciones un tamaño de etapa (620, 640), un número de etapas y un intervalo de tiempo entre las etapas.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que enviar la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula incluye enviar instrucciones para uno o más de un movimiento de válvula en rampa o un movimiento de válvula por etapas (620, 630, 640, 650).

9. El método de la reivindicación 1, en el que supervisar las señales de retroalimentación para el cambio de las condiciones de estado estacionario comprende, además:

determinar, antes de la comparación, un valor absoluto (320, 510, 520, 810', 820', 830', 840', 850') de cada una de las derivadas.

10. El método de la reivindicación 1, en el que los diferentes intervalos de tiempo incluyen dos, tres o cinco intervalos de tiempo diferentes (820, 830, 840, 850).

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula para mover la válvula de control (110) lejos de la primera posición incluye una segunda posición con una distancia máxima permitida que está configurada para interrumpir las condiciones de estado estacionario sin deshabilitar el sistema de turbocompresor (10 ).

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende, además:

recibir, mediante el sistema de control (150), una señal (670) para iniciar la prueba de diagnóstico, en el que la señal para iniciar la prueba de diagnóstico es una de un comando de inicio manual o un comando de prueba periódica.

13. Un sistema de control de válvulas (150) para un sistema de turbocompresor, que comprende:

un dispositivo de memoria (930) para almacenar instrucciones; y

un procesador (920) configurado para ejecutar las instrucciones para:

confirmar las condiciones de estado estacionario para el sistema de turbocompresor (10) que incluye una válvula de control (110) en una primera posición;

enviar, a un accionador (115) para la válvula de control, una señal para iniciar una carrera parcial de la válvula para alejar la válvula de control de la primera posición;

recibir, después de enviar la señal para iniciar la carrera parcial de la válvula, señales de retroalimentación de los sensores en el sistema de turbocompresor (10);

supervisar las señales de retroalimentación para un cambio de las condiciones de estado estacionario,

en donde la supervisión comprende:

identificar un número determinado de intervalos de tiempo diferentes para aplicar,

supervisar un diferencial para las señales de retroalimentación en cada uno de los diferentes intervalos de tiempo, y

comparar las derivadas calculadas usando cada uno de los diferentes intervalos de tiempo con un umbral de estado estacionario;

enviar, al accionador (115), una señal para devolver la válvula de control (110) a la primera posición en respuesta a la supervisión que detecta un cambio de las condiciones de estado estacionario dentro de uno de los diferentes intervalos de tiempo; y

generar una señal de alarma en respuesta a la supervisión que no detecta un cambio de las condiciones de estado estable dentro de los diferentes intervalos de tiempo.

14. El sistema de control de válvula (150) de la reivindicación 13, en el que, al comparar las derivadas, el procesador está configurado además para:

determinar un valor absoluto (320, 510, 520, 810', 820', 830', 840', 850') de cada una de las derivadas.

15. El sistema de control de válvula (150) de la reivindicación 13, en el que el umbral de estado estacionario representa una cantidad mínima de cambio (860) requerida para indicar una perturbación de las condiciones de estado estacionario.