JP2009138947A - 制御弁の制御ループにおける診断を実行する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポジショナ14に通常設けられた圧力センサ85,86,88およびは変位センサ68、84は、制御ループの動作パラメータを検出すべく用いられる。プロセッサは、これらのセンサからのフィードバックを受信し論理サブルーチンに従って故障信号を生成するようにプログラミングされている。この論理サブルーチンは、スプール弁26の流出ポート52,54を通る制御流体の質量流量を計算することと、制御ループ内の漏洩および遮断を検出すべく制御流体の他のパラメータと比較することとを含みうる。故障がいったん検出されると、その故障の根本原因である場所が、故障時点の制御ループの動作パラメータを特徴づけすることにより特定されうる。
【選択図】図2
Description
dm/dt=KYAgc(2ρ(p1―p2))1/2
ここで、dm/dtは質量流量(lbm/s)であり、Kは排出係数であり、Yは膨張係数であり、Aは絞り面積(ft2)であり、gcは変換定数(lbm/slug)であり、p1は上流側圧力(lbf/ft2、abs.)であり、p2は下流側圧力(lbf/ft2、abs.)であり、ρは上流側流体密度(slug/ft3)である。
dm/dt=0.048KYA(p1(p1−p2))1/2
質量流量式は、天然ガスの如き他の流体の場合にも同様に変形されてもよい。さらに、オリフィスの質量流量を推定する上記の式以外にも、ISA−575.01−1985:制御弁のサイジングに用いる流量計算式(Flow Equations For Sizing Control Valves)に記載されている計算式の如き標準流量計算式を用いてもよい。上記の計算式により得られる質量流量推定値は、とくにビットノイズを減衰すべくローパスデジタルフィルタを用いた場合に、外部空気質量流量センサを用いて得られる測定結果とよく一致することが見出されている。したがって、診断ユニット18は、圧力センサ85、86、88および変位センサ84からのフィードバックを受信し、上記の計算式を用いて、第一の流出ポートおよび第二の流出ポート52、54を通過する質量流量を計算するようにプログラミングされうる。上記の計算式は、ランドを横切って流れる漏洩流量に対する補正のために修正されてもよいし、また、図6のニューマチックリレイ200の如き他の二次ニューマチックスの質量流量の計算に用いられてもよい。
12 アクチュエータ
14 ポジショナ
18 プロセッサ
20 メモリ
24 I/P変換器
26 スプール弁
28 流入ポート
30 制御流体供給源
32 O−リング
36 主オリフィス
40 フラッパ
42 ソレノイドコイル
44 流出ポート
45 ダイアフラム
50 流入ポート
52、54 流出ポート
60 ピストン
56 アクチュエータハウジングの上側チャンバ
58 アクチュエータハウジングの下側チャンバ
62 アクチュエータハウジング
64、82 バネ
66 弁棒
68 弁移動センサ
70 弁部材
72 ロッド
74、76 ランド部
77 弁チャンバ
84 制御流体弁組立品変位センサ
85 供給圧の検出用センサ
86、88 流出ポートセンサ
100 測定変数
200 ニューマチックリレイ
202a、202b 供給圧プレナム
204、206 流出ポート
208、212 ポペット弁
216 ビーム
218 支点
220、224 オリフィス
228、230 チャンバ
Claims (36)
- アクチュエータと、圧力信号に応答し前記アクチュエータへの制御流体の流れを制御する二次ニューマチックスと、I/P駆動信号を受信し前記圧力信号を生成するように構成されたI/P変換器と、前記I/P駆動信号を前記I/P変換器へ伝送するプロセッサとを備える、ニューマチック駆動型制御弁用の制御ループにおける故障を検出する方法であって、
前記制御ループの制御パラメータに対する正常範囲を規定することと、
前記正常範囲を逸脱する前記制御パラメータの動作に対して故障信号を発生させることと、
故障テンプレートを作成すべく、前記故障信号の中の前記制御ループの動作パラメータを特徴付けすることと、
前記故障テンプレートを特定のコンポーネントの故障に関連する格納済動作パラメータのセットと比較することと、
前記故障テンプレートと一致する格納済の動作パラメータの一セットを有する少なくとも一つの特定のコンポーネントの故障を特定することと
を含む、方法。 - 前記二次ニューマチックスがスプール弁を備えており、前記制御パラメータがスプール弁位置信号を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 前記二次ニューマチックスがビームを有するニューマチックリレイを備えており、前記制御パラメータがビーム位置信号を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 前記制御パラメータがI/P駆動信号を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 前記動作パラメータの特徴付けが、
I/P駆動信号の偏差を高または低として特徴付けすることと、
誤差信号を大きく正、ゼロ、大きく負として特徴付けすることと、
流出ポート差圧を負、ゼロに近い、または正として特徴付けすることと、
制御流体弁組立品位置を大きく正、ゼロ、大きく負として特徴付けすることを含んでおり、
前記誤差信号が基準信号からアクチュエータ移動信号を減算した値に等しく、
前記流出ポート差圧が第一の流出ポート圧力から第二の流出ポート圧力を減算した値に等しい、請求項1記載の方法。 - 前記動作パラメータを特徴付けすることが、前記I/P駆動信号偏差の特徴付けのあとであって前記誤差信号、前記流出ポート差圧、および前記スプール弁位置の特徴付けまえに前記基準信号を特徴付けすることをさらに含んでいる、請求項5記載の方法。
- 高いI/P駆動信号偏差、大きく正である誤差信号、負である流出ポート差圧、および大きく負である制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、スプール弁が動かなくなること、流入ポートO−リングの破損、ダイアフラムの故障、または主オリフィスの閉塞からなるコンポーネント故障の群うちの一つに帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- 高いI/P駆動信号偏差、大きく正である誤差信号、ゼロに近い流出ポート差圧、および大きく正である制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、外部漏洩、スプール弁の摩耗、または低い供給圧力からなるコンポーネント故障の群うちの一つに帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- 高いI/P駆動信号偏差、大きく正である誤差信号、ゼロに近い流出ポート差圧、および大きく正である制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、低い供給圧力に帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- 高いI/P駆動信号偏差、大きく正である誤差信号、正である流出ポート差圧、および大きく正である制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、絞りエレメントの低移動地点での動作停止、空気ラインの閉塞、およびアクティブ状態のインターロックのからなるコンポーネント故障の群うちの一つに帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- 高いI/P駆動信号偏差、ゼロである誤差信号、ゼロに近い流出ポート差圧、およびゼロである制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、主オリフィスの部分的詰まり、アーマチュアの砂粒、またはI/Pの校正ずれからなるコンポーネント故障の群うちの一つに帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- 低いI/P駆動信号偏差、大きく負である誤差信号、正である流出ポート差圧、および大きく正である制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、I/Pノズルの詰まり、I/Pアーマチュアの圧迫、I/Pの動作停止、またはスプール弁が動かなくなることからなるコンポーネント故障の群のうちの一つに帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- 低いI/P駆動信号偏差、大きく負である誤差信号、負である流出ポート差圧、および大きく負である制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、高位置でのバブルの詰まりおよび空気ラインの閉塞からなるコンポーネント故障の群のうちの一つに帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- 低いI/P駆動信号偏差、ゼロである誤差信号、ゼロに近い流出ポート差圧、およびゼロである制御流体弁組立品位置を含む故障テンプレートが、I/Pの校正ずれおよびI/Pノズルの部分的詰まりからなるコンポーネント故障の群のうちの一つに帰属せしめられる、請求項5記載の方法。
- ニューマチック駆動型制御弁の絞りエレメントを位置決めするための制御ループであって、
第一および第二の制御チャンバを画定する、前記絞りエレメントを駆動するためのアクチュエータと、
制御流体供給源と連通する流入ポートと、前記第一の制御チャンバおよび前記第二の制御チャンバとそれぞれ対応して連通する第一の流出ポートおよび第二の流出ポートと、前記流入ポートから前記第一の流出ポートおよび前記第二の流出ポートに流れる制御流体の流れを制御する制御流体弁組立品とを有する二次ニューマチックスと、
前記制御流体弁組立品に係合する圧力応答型ダイアフラムに加えて、前記制御流体供給源と連通する流入ポートおよび前記ダイアフラムに制御流体を導く流出ポートをさらに有するI/P変換器と、
動作パラメータを検出する少なくとも一つのセンサと、
前記少なくとも一つのセンサに通信可能に接続されている、前記I/P変換器に駆動信号を供給するプロセッサと、
前記プロセッサに通信可能に接続されている診断ユニットとを備えており、
前記診断ユニットは、前記動作パラメータに対する正常範囲を規定し、前記正常範囲を逸脱する前記動作パラメータの動作に対する故障信号を発生させ、故障テンプレートを作成すべく前記故障信号中に前記制御ループの動作パラメータの特徴付けをし、前記故障テンプレートを特定のコンポーネントの故障に関連する格納済動作パラメータのセットと比較し、前記故障テンプレートに一致する格納済の動作パラメータの一セットを有する少なくとも一つの見込みのある特定のコンポーネントの故障を特定するようにプログラミングされたメモリを備えてなる、制御ループ。 - 前記制御流体弁組立品がスプール弁を備えており、前記制御パラメータがスプール弁位置信号を含んでなる、請求項15記載の制御ループ。
- 前記制御流体弁組立品がビームを有するニューマチックリレイを備えており、前記制御パラメータがビーム位置信号を含んでなる、請求項15記載の制御ループ。
- 前記制御パラメータがI/P駆動信号を含んでなる、請求項15記載の制御ループ。
- 前記少なくとも一つのセンサが、前記二次ニューマチックス流入ポートと連通する流入ポートセンサと、前記二次ニューマチックスの第一流出ポートと連通する第一の流出ポートセンサと、前記二次ニューマチックスの第二の流出ポートと連通する第二の流出ポートセンサと、制御流体弁組立品位置を判定する変位センサとを含んでおり、前記メモリが、I/P駆動信号偏差を高または低として特徴付けし、基準信号からアクチュエータ移動信号を減算した値に等しい誤差信号を大きく正、ゼロ、または大きく負として特徴付けし、第一の流出ポート圧力から第二の流出ポート圧力を減算した値に等しい流出ポート差圧を負、ゼロに近い、または正として特徴付けし、制御流体弁組立品位置を大きく正、ゼロ、または大きく負として特徴付けするようにプログラムミングされてなる、請求項15記載の制御ループ。
- 前記I/P駆動信号偏差の特徴付けのあとであって前記誤差信号、前記流出ポート差圧、および前記スプール弁位置の特徴付けのまえに、前記メモリが、前記基準信号を特徴付けするようにさらにプログラミングされてなる、請求項19記載の制御ループ。
- アクチュエータと、圧力信号を受信し前記アクチュエータへの制御流体の流れを制御するように構成された制御流体弁組立品と、該制御流体弁組立品に接続されているI/P変換器と、I/P駆動信号を前記I/P変換器へ伝送するプロセッサとを有するニューマチック駆動型制御弁用の制御ループにおける故障を検出する方法であって、
前記I/P駆動信号および前記制御ループの少なくとも一つの動作パラメータを監視することと、
論理サブルーチンにしたがって、前記I/P駆動信号および前記少なくとも一つの動作パラメータに基づいた故障信号を生成することと
を含む、方法。 - 前記少なくとも一つの動作パラメータが制御流体弁組立品位置を含んでいる、請求項21記載の方法。
- 前記I/P駆動信号が持続的な増加を示しかつ前記制御流体弁組立品位置がゼロである場合、前記故障信号が生成される、請求項22記載の方法。
- 前記故障信号が前記I/P変換器の主オリフィスの詰まりを示す、請求項23記載の方法。
- 前記故障信号が前記I/P変換器の流出ポートO−リングの破損を示す、請求項23記載の方法。
- 前記I/P駆動信号が持続的な減少を示しかつ前記制御流体弁組立品位置が正である場合、前記故障信号が生成される、請求項22記載の方法。
- 前記故障信号が前記I/P変換器のノズルの詰まりを示す、請求項26記載の方法。
- 前記制御流体弁組立品がスプール弁を備えており、前記制御流体弁組立品位置がスプール弁位置を含んでいる、請求項26記載の方法。
- 前記制御流体弁組立品が、ビームを有するニューマチックリレイを備えており、前記制御流体弁組立品位置がビーム位置を含んでいる、請求項26記載の方法。
- 駆動信号を受信し、少なくとも第一の制御チャンバを有するとともに絞りエレメントに接続されているニューマチックアクチュエータを制御するポジショナシステムであって、
前記駆動信号を受信して、該駆動信号に基づいて圧力信号を生成するI/P変換器と、
制御流体供給源と連通する流入ポートおよび前記第一の制御チャンバと連通する第一の流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内に配置され、前記流入ポートから前記第一の流出ポートへの制御流体の流れを制御すべく前記圧力信号に応答する制御流体弁組立品と有する二次ニューマチックスと、
制御流体弁組立品位置を決定するための変位センサと、
前記制御流体弁組立品位置に基づいて診断情報を生成するように構成された格納済ルーチンを有する、前記変位センサと通信可能に接続されているプロセッサを有する診断ユニットと
を備えてなる、ポジショナシステム。 - 前記制御流体弁組立品がスプール弁を備えており、前記制御流体弁組立品位置がスプール弁位置を含んでなる、請求項30記載のポジショナシステム。
- 前記制御流体弁組立品がビームを有するニューマチックリレイを備えており、前記制御流体弁組立品位置がビーム位置を含んでなる、請求項30記載のポジショナシステム。
- 前記格納済ルーチンが、前記診断情報を生成するために、前記制御流体弁組立品位置を前記ドライブ信号と比較してなる、請求項30記載のポジショナシステム。
- 前記アクチュエータが第二の制御チャンバをさらに画定し、前記ハウジングが前記第二の制御チャンバと連通する第二の流出ポートを画定しており、前記制御流体弁組立品が前記流入ポートから前記第二の流出ポートへの制御流体の流れをさらに制御してなる、請求項30記載のポジショナシステム。
- 前記診断情報がアクチュエータ診断情報を含んでなる、請求項30記載のポジショナシステム。
- 前記診断情報がI/Pコンバータ診断情報を含んでなる、請求項30記載のポジショナシステム。
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