JP2015521770A - マイナループフィードバックフォールバックのための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

マイナループフィードバックフォールバックのための方法及びシステムが開示される。例示的な装置は、第１のモード及び第２のモードを有するマイナループフィードバックを含む。第１のモードは、通常の動作中にプロセス制御装置を制御するために用いられる第１の値を出力することになる。第２のモードは、異常状態時にプロセス制御装置を制御するために用いられる第２の値を出力することになる。装置は、異常状態の識別に基づいて第１のモードと第２のモードとの間で移行するコントローラを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、一般にマイナループフィードバックフォールバックに関し、特に、マイナループフィードバックフォールバックのための方法及びシステムに関する。

種々の制御メカニズムが、バルブ／アクチュエータアセンブリ又は他のプロセス制御装置を制御するために用いられうる。例えば、バルブコントローラは、バルブ／アクチュエータアセンブリを制御するためにフィードバック制御を用いてよい。フィードバック制御は、望ましい設定値信号とフィードバック信号との間の差分に基づいたエラー信号を用いる。

本明細書に開示された例を実現するために用いられてよいデジタルポジショナの例示的なサーボコントローラを示す。 例示的な調整マップを示す。 バルブを調整するための例示的なプロセスのグラフを示す。 例示的な圧力フォールバックを含む例示的なサーボコントローラを示す。 本明細書に開示された例を実現するために用いられてよい工程及び／又は動作の例示的なスクリーンショットを示す。 本明細書に開示された例を実現するために用いられてよい工程及び／又は動作の例示的なスクリーンショットを示す。 本明細書に記載された例示的なシステム及び方法のうちのいずれか又は全てを実現するために用いられてよい及び／又はプログラムされてよい例示的なプロセッサプラットフォームの概略図である。

マイナループフィードバックは、ポジショナの応答を安定させるために用いられてよい。いくつかの周知のシステムにおいて、マイナループフィードバックセンサが機能しない場合、ポジショナ（例えば、ＤＶＣ６２００デジタルバルブコントローラ）は所与の設定値の前後で振動し、バルブのトラベルにおける不安定な応答を生じさせる。他の周知のシステムにおいて、電流源は、マイナループフィードバックセンサによって受け取られる大きな磁場を生成することがあり、バルブが非制御状態で動く原因となるフィードバック補償回路における一時的な障害を生み出す。他の例では、熱サイクル、振動、衝撃、又は他の外部環境要因によって、マイナループフィードバックセンサが範囲外になり無効になる、かつ／又はマイナループフィードバックセンサの接続が損傷を受ける、かつ／又は機能しなくなる。

双方向無線通信によって生じる一時的な障害又は隣接する工程又は機構によって生じる持続的な障害によって、制御システムに支障を来たしうる干渉が引き起こされることがある。マイナループフィードバックセンサが機能しない例において、マイナループフィードバック信号は自身のヌル状態付近で一定でとどまってよく、マイナループフィードバック信号は自身のヌル値から著しく離れた一定値でとどまってよく、かつ／又は、マイナループフィードバック補償ループに大幅なバイアスが導入されてよい。いくつかの例において、マイナループフィードバック信号をヌル状態の付近にとどめることによって、閉ループシステムの応答は、設定値の近辺で振動する。いくつかの例において、マイナループフィードバック信号をヌル状態から著しく離れた値で一定にとどめることによって、閉ループシステム応答は、設定値足すバイアスの近辺で振動する。いくつかの例において、マイナループフィードバックに大幅なバイアスを導入することによって、制御バルブは、どちらか一端において飽和する。

信頼性に欠けるフィードバック信号の（例えば、磁石を含むセンサ付近で双方向無線通信が用いられる）例において、サーボ制御に一時的な障害が生じることがあり、プロセス制御装置のステムが非制御状態で動く原因となる。外部の磁場によって影響されることがあるいくつかのセンサは、ホール効果センサ及び／又はＧＭＲを含む。いくつかの例において、トラベルフィードバック信号においてリミットサイクルが存在するがマイナループフィードバック信号は一定である場合、マイナループフィードバックの異常が識別されてよい。いくつかの例において、マイナループフィードバック信号は、差分及び／又は異常を識別するためにｄｐ／ｄｔフィードバック信号と相関付けられてよい。いくつかの例において、ｄｐ／ｄｔフィードバック信号において変化が識別され、対応する変化がＧＭＲにおいて識別されない場合、ポジショナにおいてマイナループフィードバックを制御するためにマイナループフォールバックが用いられてよい。いくつかの例において、外部の障害を識別するために、マイナループフィードバック信号はＩ／Ｐ駆動信号と相関付けられうる。マイナループフィードバック信号がＩ／Ｐ駆動信号に先行する例において、マイナループフィードバック信号への外部障害が存在する可能性がある。追加的に、または代替案として、マイナループフィードバックの異常を示す信号を提供する１つ又は複数のセンサが用いられてよい。

本明細書に開示された例は、マイナループフィードバックセンサが機能しない場合、マイナループフィードバックフォールバック制御を提供する。いくつかの例において、例示的なマイナループフォールバックはデジタルｄｐ／ｄｔ（アクチュエータ圧力（ｐ）の時間微分）によって実行されてよい。いくつかの例において、ｄｐ／ｄｔフィードバックは、ポジショナにおけるマイナループフィードバックを制御する。いくつかの例において、ｄｐ／ｄｔフィードバックは、ポジショナがトラベルを制御している場合又はポジショナが圧力を制御している場合、応答を減衰させるために用いられてよい。いくつかの例において、デジタルｄｐ／ｄｔフィードバックは、ポジショナの減衰においてＧＭＲと同等の効果がある。いくつかの例において、デジタルｄｐ／ｄｔフィードバックは圧力サーボコントローラに含まれるが、エンドユーザには見えない。デジタルｄｐ／ｄｔフィードバックは、ＧＭＲが圧力に関して調整不可能である場合（例えば、ホットカットオーバ）、アプリケーションのバックアップとして圧力サーボコントローラにおいて実行されてよい。

本明細書に開示された例は、マイナループフィードバックの異常及び／又はマイナループフィードバックに導入された極端なバイアスに対処する。いくつかの例において、ＧＭＲからの信号が実質的に、かつ／又は著しく作動範囲の範囲外である場合、順方向経路ゲインが自動的に低減され（例えば、２を下限値として３で割られ）てよく、デジタル方式で実行されうるｄｐ／ｄｔがバックアップマイナループフィードバックとして用いられてよい。追加的に、または代替案として、圧力センサが機能しない場合、マイナループフィードバックゲインはゼロに設定されてよく、順方向経路ゲインは、例えば固定の上限値及び／又は固定の下限値を伴って因数３によって自動的に低減されてよい。いくつかの例において、上限値を固定することによって確実に、大きな順方向経路ゲインが十分に低減され、その結果、安定した応答が保証される。

追加的に、かつ／または代替案として、いくつかの例において、サーボコントローラに更なる減衰を与えるために速度フィードバックが増加されてよい。いくつかのそのような例において、順方向経路ゲインは、最小値を２．８として因数３によって低減されてよい。例えば、通常の動作中、順方向経路ゲイン（Ｋ）は１２に等しく、リレー位置（Ｋｍｌｆｂ）によって実行されたときマイナループフィードバックは３５に等しく、速度フィードバックゲイン（Ｋｖｅｌ）は４に等しくなってよい。いくつかの例において、マイナループフィードバックセンサが機能しない異常状態の間、Ｋは４に低減され、Ｋｍｌｆｂはゼロに設定され、Ｋｖｅｌは１５に増加されてよい。いくつかの例において、圧力センサが機能しない異常状態の間、Ｋは４に等しく、Ｋｍｌｆｂは０に等しく、Ｋｖｅｌは１５に等しくなってよい。しかし、マイナループフィードバックに関してｄｐ／ｄｔが用いられる場合、システムのその他の部分は離調される必要がない。更に、本明細書に開示された例は、例えば異常の警告、自動又は手動の回復、速度フィードバックゲインの調整及び／又は圧力フォールバックゲインの調整、及び／又はサーボメカニズムのような付加機器（アドオン）を含んでよい。

図１は、デジタルポジショナのサーボコントローラ１００を示す。サーボコントローラ１００は、２つの減衰要素を有する高ゲイン比例コントローラである。この例において、減衰要素は、速度フィードバック１０２及びマイナループフィードバック１０４を含む。いくつかの例において、サーボコントローラ１００を調整することは、順方向ゲイン経路１０６、速度フィードバック１０２、及びマイナループフィードバック１０４を調整することを含む。

サーボコントローラ１００において、主要な減衰要素であるマイナループフィードバック１０４は、リレー１０８の位置に基づいて予測されてよい。速度フィードバック１０２もコントローラ１００の応答を減衰させてよいが、サーボコントローラ１００の減衰においてマイナループフィードバック１０４ほどの効果はない。

図２は、例示的な調整マップ２００を示す。例えばサーボコントローラ１００のようなサーボを調整する場合、順方向ゲイン経路は、システムの安定性を損なわずに可能な限り高いゲインを有するように増加されてよい。いくつかの例において、順方向経路ゲインが増加されると、マイナループフィードバックゲインを増加することによって減衰が増加される。マイナループフィードバックゲイン及び／又はマイナループフィードバックゲインの増加がない場合、システムは安定性を損なうことがある。

図３は、バルブの調整の例示的なプロセス３００のグラフを示す。プロセス３００において、マイナループフィードバックが活動状態にあり、かつ機能していることが想定される。マイナループフィードバックが機能しない（例えば、センサが機能しない）場合、バルブは安定性を損ない振動を始めることがある。

図４は、例示的な圧力フォールバックセンサ及び／又は圧力センサ４０２に関連付けられた第１のマイナループフィードバック制御経路４０１と、マイナループフィードバックセンサ４０４に関連付けられた第２のマイナループフィードバック制御経路４０３とを含む例示的なサーボコントローラ４００を示す。いくつかの例において、圧力フォールバックセンサ４０２は、リレー４０６の下流及びプロセス制御装置４０７の上流で取得された圧力の微分係数を用いることによって、マイナループフィードバックゲイン値及び／又はマイナループフィードバック値を決定する（４０９を参照）。いくつかの例において、マイナループフィードバックセンサ４０４は、リレー４０６の位置に基づいてマイナループフィードバックゲイン値及び／又はマイナループフィードバック値を決定する。上述したように、マイナループフィードバックゲイン値は、サーボコントローラ４００を減衰させるために用いられてよい。

動作中、マイナループフィードバックセンサ４０４が機能しない、かつ／又は安定性を損なった場合、サーボコントローラ４００は、マイナループフィードバックセンサ４０４から圧力フォールバックセンサ４０２へスイッチ４０８を介して自動的に切り換える（例えば、第１のマイナループフィードバック制御モードから第２のマイナループフィードバック制御モードへ切り換える）。従って、第１のマイナループフィードバック制御モードが機能しない場合でも、サーボコントローラ４００は作動し続ける。いくつかの例において、第２のマイナループフィードバック制御モードにおいて用いられる微分係数ｄｐ／ｄｔの推定値は、（ｐ［ｋ］）−ｐ［ｋ−１］）／ｄｔと表すことができる。ｄｔが固定のサンプルレートである例において、ｄｔはゲイン係数に含まれてよく、マイナループフィードバックゲイン値及び／又はマイナループフィードバック値を決定するために差分方程式ｐ［ｋ］−ｐ［ｋ−１］が用いられてよい。式中、ｐはアクチュエータの圧力であり、ｋは指数であり、ｋ−１は前の指数である。

図５は、本明細書に開示された例を実現するために用いられてよい工程及び／又は動作の例示的なスクリーンショット５００を示す。トラベル５０２は強制トラベル制御に関連付けられてよく、ＴＶＬ／ＰＲＥＳＳ手動回復５０４は、トラベルセンサが機能しない場合、圧力フォールバックに関連付けられてよい。いくつかの例において、トラベルセンサ異常の警告が発生すると、トラベル制御（例えば、トラベル５０２）へ再び切り換えるために、トラベルセンサの異常警告が消去され、システムの電源が入れ直される。圧力５０６は、強制圧力制御に関連付けられ、ＴＶＬ／ＰＲＥＳＳ自動回復５０８は、トラベルセンサが機能しない場合、圧力フォールバックに関連付けられる。いくつかの例において、トラベルセンサ異常の警告が発生し、その後消去されると、システムは自動的にトラベル制御（例えば、トラベル５０２）へ再び移行する。図５は、トラベルセンサ異常がある場合の圧力フォールバックに関して示され、マイナループフィードバックフォールバックを構成するために同様のユーザインタフェースが用いられてよい。

図６は、本明細書に開示された例を実現するため、特に圧力調整を制御するために用いられてよい工程及び／又は動作の例示的なスクリーンショット６００を示す。いくつかの例において、圧力調整設定文字Ｃ−Ｍは、調整設定文字トラベルＨ及び圧力Ｈと合致することになる。いくつかの例において、調整設定Ｂはニードルバルブ（例えば、エマソンプロセスマネジメントの１１１型ニードルバルブ）及び／又はそれらの均等物のようなポジショナの下流の限定的な付属物を有するベローズ又は構成に関する。いくつかの例において、積分制御が圧力制御に必要とされる。しかしながら、他の例においては、積分制御が圧力制御に必要とされなくてもよい。いくつかの例において、Ｋｄｐ／ｄｔが調整パラメータとして含まれる。いくつかの例において、ポジショナの下流に付属物がある場合にはシステムの応答がアクチュエータの体積ではなく付属物への管路の体積の近辺で調整されるために、エキスパートモードが使用される。

図７は、本明細書に開示された例を実現するために用いられてよい、かつ／又はプログラムされてよい例示的なプロセッサプラットフォームＰ１００の概略図である。例えば、プロセッサプラットフォームＰ１００は、１つ又は複数の汎用プロセッサ、プロセッサコア、マイクロコントローラ等によって実現されうる。

図７の例のプロセッサプラットフォームＰ１００は、少なくとも１つの汎用プログラム可能プロセッサＰ１０５を含む。プロセッサＰ１０５は、プロセッサＰ１０５の主要メモリ内に（例えば、ＲＡＭ Ｐ１１５及び／又はＲＯＭ Ｐ１２０内に）存在する符号化命令Ｐ１１０及び／又はＰ１１２を実行する。プロセッサＰ１０５は、例えばプロセッサコア、プロセッサ、及び／又はマイクロコントローラのような任意のタイプの処理ユニットであってよい。プロセッサＰ１０５はとりわけ本明細書に開示された例示的な方法及び装置を実行してよい。

プロセッサＰ１０５は、バスＰ１２５を介して（ＲＯＭ Ｐ１２０及び／又はＲＡＭ Ｐ１１５を含む）主要メモリと通信している。ＲＡＭ Ｐ１１５は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、同期型ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、及び／又は他の任意のタイプのＲＡＭ装置によって実現されてよく、ＲＯＭは、フラッシュメモリ及び／又は他の任意の望ましいタイプのメモリ装置によって実現されてよい。メモリＰ１１５及びメモリＰ１２０へのアクセスは、メモリコントローラ（図示せず）によって制御されてよい。

プロセッサプラットフォームＰ１００は、インタフェース回路Ｐ１３０も含む。インタフェース回路Ｐ１３０は、例えば外部メモリインタフェース、シリアルポート、汎用入力装置／出力装置等のような任意のタイプのインタフェース規格によって実現されてよい。１つまたは複数の入力装置Ｐ１３５及び１つ又は複数の出力装置Ｐ１４０は、インタフェース回路Ｐ１３０に接続される。

本明細書に記載したように、例示的な方法は、第１の制御モードを用いて第１のマイナループフィードバック値を決定することと、第１のマイナループフィードバック値に少なくとも部分的に基づいてプロセス制御装置を制御することとを含む。いくつかの例において、方法は、既定の範囲の範囲外である第１のマイナループフィードバック値又は第１の制御モードの異常を識別することと、第２の制御モードを用いて第２のマイナループフィードバック値を決定することと、第２のマイナループフィードバック値に少なくとも部分的に基づいてプロセス制御装置を制御することとを含む。

いくつかの例において、第１の制御モードは、プロセス制御装置の上流でリレーの位置を決定することを含む。いくつかの例において、第２の制御モードは、プロセス制御装置の上流でリレーの出力圧力を決定することを含む。いくつかの例において、第２の制御モードは、第２のマイナループフィードバック値を決定するために出力圧力の微分係数を決定することも含む。いくつかの例において、方法は、第２の制御モードの異常を識別することと、第３のマイナループフィードバック値及び低減された順方向経路値に少なくとも部分的に基づいてプロセス制御装置を制御することとも含む。第３のマイナループフィード値はおよそゼロである。

いくつかの例において、低減された順方向経路値は、固定の上限値又は固定の下限値を含む。いくつかの例において、低減された順方向経路値は、通常の動作の経路値の約３分の１である。いくつかの例において、方法は、第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であると識別された場合又は第１の制御モードの異常が識別された場合、警告を提供することを含む。いくつかの例において、方法は、第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であると識別された場合又は第１の制御モードの異常が識別された場合、警告を提供することを含む。いくつかの例において、方法は、第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であると識別された場合又は第１の制御モードの異常が識別された場合、順方向経路値を低減することも含む。

例示的な装置は、第１のマイナループフィードバック値を決定するために用いられる第１の値を識別する第１のセンサを含む。第１の値は、プロセス制御装置の上流でのリレーのリレー位置に基づく。装置は、第２のマイナループフィードバック値を決定するために用いられる第２の値を識別する第２のセンサを含む。第２の値は、リレーの出力圧力に基づく。装置は、第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であることに基づいて、プロセス制御装置を少なくとも部分的に制御するために第２のマイナループフィードバック値を用いるコントローラを含む。いくつかの例において、第２のセンサは圧力センサを含む。いくつかの例において、第２のセンサはフォールバック制御センサを含む。いくつかの例において、第１のセンサはマイナループフィードバックセンサを含む。いくつかの例において、コントローラは、第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であると識別された際に順方向経路値を低減することになる。

別の例示的な装置は、第１のモード及び第２のモードを有するマイナループフィードバックを含む。第１のモードは、通常の動作中プロセス制御装置を制御するために用いられる第１の値を出力することになる。第２のモードは、異常状態時にプロセス制御装置を制御するために用いられる第２の値を出力することになる。装置は、異常状態の識別に基づいて第１のモードと第２のモードとの間で移行するコントローラを含む。

いくつかの例において、第１のモードは、プロセス制御装置の上流でのリレーの位置に基づいて第１のマイナループフィードバック値を決定することになる。いくつかの例において、第２のモードは、プロセス制御装置の上流でのリレーの出力圧力に基づいて第２のマイナループフィードバック値を決定することになる。いくつかの例において、コントローラは、異常状態が識別されると警告を提供することになる。いくつかの例において、コントローラは、異常状態が識別されると順方向経路ゲイン値を低減することになる。いくつかの例において、低減された順方向ゲイン経路値は、固定の上限値又は固定の下限値を備える。

ある例示的な方法、装置、及び製品が本明細書において説明されたが、本願の対象となる範囲はそれらに限定されない。また逆に本願は、本願の特許請求の範囲に適正に収まる全ての方法、装置、及び製品を包括する。

Claims (20)

1. 第１の制御モードを用いて第１のマイナループフィードバック値を決定することと、
   前記第１のマイナループフィードバック値に少なくとも部分的に基づいてプロセス制御装置を制御することと、
   前記第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であること又は前記第１の制御モードの異常を識別することと、
   第２の制御モードを用いて第２のマイナループフィードバック値を決定することと、
   前記第２のマイナループフィードバック値に少なくとも部分的に基づいて前記プロセス制御装置を制御することと
   を備える方法。
2. 前記第１の制御モードが、前記プロセス制御装置の上流のリレーの位置を決定することを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の制御モードが、前記プロセス制御装置の上流のリレーの出力圧力を決定することを備える、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第２の制御モードが、前記第２のマイナループフィードバック値を決定するために前記出力圧力の微分係数を決定することを更に備える、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第２の制御モードの異常を識別することと、第３のマイナループフィードバック値及び低減された順方向経路値に少なくとも部分的に基づいて前記プロセス制御装置を制御することとを更に備え、前記第３のマイナループフィード値がおよそゼロである、請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法。
6. 前記低減された順方向経路値は、固定の上限値又は固定の下限値を備える、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記低減された順方向経路値が、通常動作の経路値の約３分の１である、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１のマイナループフィードバック値が前記既定の範囲の範囲外であると識別された場合又は前記第１の制御モードの異常が識別された場合、警告を提供することを更に備える、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第１のマイナループフィードバック値が前記既定の範囲の範囲外であると識別された場合又は前記第１の制御モードの異常が識別された場合、順方向経路値を低減することを更に備える、請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法。
10. 第１のマイナループフィードバック値を決定するために用いられる、プロセス制御装置の上流のリレーの継電位置に基づいた第１の値を識別する第１のセンサと、
    第２のマイナループフィードバック値を決定するために用いられる、前記リレーの出力圧力に基づいた第２の値を識別する第２のセンサと、
    前記第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であることに基づいて、前記プロセス制御装置を少なくとも部分的に制御するために前記第２のマイナループフィードバック値を用いるコントローラと
    を備える装置。
11. 前記第２のセンサが圧力センサを備える、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第２のセンサがフォールバック制御センサを備える、請求項１０又は１１に記載の装置。
13. 前記第１のセンサはマイナループフィードバックセンサを備える、請求項１０乃至１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
14. 前記第１のマイナループフィードバック値が既定の範囲の範囲外であると識別された場合、前記コントローラは順方向経路値を低減することになる、請求項１０乃至１３のうちのいずれか一項に記載の装置。
15. 通常動作中にプロセス制御装置を制御するために用いられる第１の値を出力する第１のモードと、異常状態時に前記プロセス制御装置を制御するために用いられる第２の値を出力する第２のモードとを有するマイナループフィードバックと、
    前記異常状態の識別に基づいて前記第１のモードと前記第２のモードとの間で移行するコントローラと
    を備える装置。
16. 前記第１のモードが、前記プロセス制御装置の上流のリレーの位置に基づいて第１のマイナループフィードバック値を決定することになる、請求項１５に記載の装置。
17. 前記第２のモードが、前記プロセス制御装置の上流のリレーの出力圧力に基づいて第２のマイナループフィードバック値を決定することになる、請求項１５又は１６に記載の装置。
18. 前記コントローラが、前記異常状態が識別されると警告を提供することになる、請求項１５乃至１７のうちのいずれか一項に記載の装置。
19. 前記コントローラが、前記異常状態が識別されると順方向経路ゲイン値を低減することになる、請求項１５乃至１８のうちのいずれか一項に記載の装置。
20. 前記低減された順方向ゲイン経路値は、固定の上限値又は固定の下限値を備える、請求項１５乃至１９のうちのいずれか一項に記載の装置。

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