JP2020518084A - 制御バルブの劣化を検出するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

制御バルブのための自動的な試験が、アナログまたは個別の位置トランスミッターを装備していないアクチュエーターを含む、アクチュエーターの診断のために提供される。バルブ・コントローラーは、第１の位置にある制御バルブを含むターボ・コンプレッサー・システムのための定常状態条件を確認し、制御バルブのためのアクチュエーターへ信号を送信し、パーシャル・バルブ・ストロークを開始させ、第１の位置から離れるように制御バルブを移動させる。バルブ・コントローラーは、ターボ・コンプレッサー・システムの中のセンサーからフィードバック信号を受信し、定常状態条件からの変化に関するフィードバック信号をモニタリングする。モニタリングが規定された時間期間の中で定常状態条件からの変化を検出するときには、バルブ・コントローラーは、アクチュエーターへ信号を送信し、制御バルブを第１の位置に戻す。モニタリングが規定された時間期間の中で定常状態条件からの変化を検出しないときには、バルブ・コントローラーは、アラーム信号を発生させる。

Description

ターボ・コンプレッサー・アンチ・サージ用途および蒸気タービン用途における制御バルブは、多くの場合、長い時間の期間にわたって１つの位置に留まっている可能性がある。バルブが移動することが必要になるときに、バルブの応答は、深刻に劣化されている可能性があり、または、バルブは、さらには、全く応答しない可能性がある。これは、バルブの移動するエレメントと静止エレメントとの間の異物材料の蓄積に起因する可能性があり、増加した摩擦またはバルブの完全な固着を結果として生じさせる。いくつかのケースでは、バルブのアクチュエーターは、一定の位置において動作している間に、機能不全を発展させる可能性があり、それは、位置の変化が必要とされるまで明らかにならない。

本明細書で説明されているシステムおよび方法が実装され得るシステムの概略図である。 本明細書で説明されている実装形態による、システム・フィードバックを使用するバルブ・サイクリングをテストするためのプロセス・フロー・ダイアグラムである。 図２のプロセス・フローの中の、プレ・エクササイズ定常状態条件が存在するかどうかを決定するためのプロセス・フロー・ダイアグラムである。 図２のプロセス・フローの中の、パーシャル・バルブ・ストロークを活性化させるためのプロセス・フロー・ダイアグラムである。 図３のプロセス・フローの中の、フィードバック供給源からのフィードバック信号が安定しているかどうかを決定するためのプロセス・フロー・ダイアグラムである。 ある実装形態による、システム・フィードバックを使用してバルブ・サイクリングをテストするためのスキームのダイアグラムである。 ある実装形態による、システム・フィードバックを使用して安定した条件を識別するためのスキームのダイアグラムである。 ある実装形態による、システム・フィードバックを使用して安定した信号を識別するためのスキームのダイアグラムである。 図１のシステムの中の、バルブ・コントローラーの例示的なコンポーネントを図示するダイアグラムである。

以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面の中の同じ参照数字は、同じまたは同様のエレメントを識別することが可能である。

本明細書で説明されているシステムおよび方法は、概して、制御バルブに関する自動的な試験に関する。より具体的には、システムおよび方法は、アンチ・サージ制御バルブおよび蒸気タービンの制御バルブなどのような、制御バルブの作動の潜在的な故障および劣化を識別することに関する。

稀にしかサイクリングを経験しないバルブの劣化は、バルブ位置の変化が必要とされるまで、検出されずにいる可能性がある。蒸気タービン制御システムなどのようないくつかの制御システムは、高周波数の低振幅信号（ディザリングと称される）を提供することが可能であり、それは、通常の制御信号に追加され、システム動作を乱すことなく小さいバルブの移動を結果として生じさせる。アンチ・サージ・システムに関して、制御信号を手動で変化させ、次いで、応答を評価することを除いて、動作の間にアクチュエーターおよびバルブの劣化を診断する一般に認められた手段は、現在のところ存在していない。ディザリングは、バルブ固着を防止するのに効力を発揮する可能性があるが、バルブまたはアクチュエーターの劣化についての情報を提供しない。手動評価は、ヒューマン・エラーを受けやすく、プロセスの乱れ、または、さらには、生産の損失を結果として生じさせる可能性がある。

ロード下において自動的に制御されるアクチュエーターの診断法が、自動制御システムの信頼性を向上させるために必要とされている。この要求は、アクチュエーターおよび関連のバルブに関するものであり、それらは、閉位置または開位置において長期間にわたって動作している。たとえば、ターボ・コンプレッサー・アンチ・サージ・バルブは、完全閉の状態で動作させられることが多く、また、タービン・バルブは、完全開の状態で動作させられることが多い。以前では、診断テストは、アクチュエーターを移動させることによって、および、次いで、アクチュエーター位置フィードバック信号の中に結果として生じる移動をチェックすることによって実行された。しかし、いくつかのアクチュエーターは、アナログまたは個別の位置トランスミッターを装備していない。本明細書で説明されているシステムおよび方法は、ターボ機械ユニットを含む全体的なプロセスの定常状態条件をモニタリングことによって、アクチュエーターおよび関連のバルブを診断する方法を提供し、それは、アナログまたは個別の位置トランスミッターを装備していないアクチュエーターを診断することを可能にする。

本明細書で説明されている実装形態によれば、パーシャル・ストローク・コマンドは、定常状態条件の間だけに発生させられ得り、バルブ位置フィードバックに加えて、プロセス・フローおよび圧力などのようなフィードバック信号が、バルブ応答を評価するために使用される。１つの実装形態では、バルブ・コントローラーは、第１の位置にある制御バルブを含むターボ・コンプレッサー・システムのための定常状態条件を確認し、制御バルブのためのアクチュエーターへ信号を送信し、第１の位置から離れるように移動するように、制御バルブのパーシャル・バルブ・ストロークを開始させる。バルブ・コントローラーは、ターボ・コンプレッサー・システムの中のセンサーからフィードバック信号を受信し、定常状態条件からの変化に関するフィードバック信号をモニタリングする。モニタリングが事前規定された時間期間の中で定常状態条件からの変化を検出するときには、バルブ・コントローラーは、アクチュエーターへ信号を送信し、制御バルブを第１の位置に戻す。モニタリングが事前規定された時間期間の中で定常状態条件からの変化を検出しないときには、バルブ・コントローラーは、アラーム信号を発生させる。

図１は、ターボ・コンプレッサー・システム１０の概略図であり、ターボ・コンプレッサー・システム１０の中で、本明細書で説明されているシステムおよび方法が実装され得る。図１に示されているように、システム１０は、アクチュエーター１１５に接続されているアンチ・サージ・バルブ１１０を備えたコンプレッサー１００を含む。アンチ・サージ・バルブ１１０のためのバルブ位置は、アクチュエーター１１５に信号を送信することによって、コントローラー１５０によって設定され得る。

コンプレッサー１００のためのプロセス・フィードバックが、吸込圧力センサー１２０、吐出圧力センサー１３０、および流量計１４０を含む、複数のセンサーから収集され得る。吸込圧力トランスミッター１２５は、吸込圧力センサー１２０からのデータを収集する。吐出圧力トランスミッター１３５は、吐出圧力センサー１３０からのデータを収集する。フロー・トランスミッター１４５は、流量計１４０からのデータを収集する。１つの実装形態では、アクチュエーター１１５は、位置フィードバック信号を提供することが可能である。アクチュエーター１１５、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５からの信号は、バルブ・コントローラー１５０へ送信され得る。バルブ・コントローラー１５０は、アクチュエーター１１５、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５からの信号を分析することが可能であり、たとえば、アンチ・サージ・バルブ１１０に関する位置を決定するために、閉ループ応答を計算することが可能である。

コンプレッサー１００に関する通常の動作条件の下で、アンチ・サージ・バルブ１１０は、長期間にわたって同じ位置（たとえば、閉じられている）に留まっている可能性がある。したがって、本明細書で説明されている実装形態によれば、バルブ・コントローラー１５０は、アンチ・サージ・バルブ１１０およびアクチュエーター１１５が動作可能なままであるということを確認するために、定期的なまたは手動で開始される試験を実施することが可能である。本明細書でさらに説明されているように、バルブ・コントローラー１５０は、アクチュエーター１１５のためのパーシャル・ストローク・コマンドを発生させる前に、システム１０に関する定常状態動作を確認することが可能である。パーシャル・ストローク・コマンドは、システム１０の中断を最小化するために最小バルブ移動の信号を送ることが可能であるが、アンチ・サージ・バルブ１１０およびアクチュエーター１１５が適正に動作している場合には、定常状態からの変化を結果として生じるはずである。パーシャル・ストローク・コマンドの後に定常状態条件の変化が存在しない場合には（たとえば、アクチュエーター１１５、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５からのフィードバックによって決定されるように）、バルブ・コントローラー１５０は、アンチ・サージ・バルブ１１０および／またはアクチュエーター１１５が適正に機能していないというアラーム信号を発生させることが可能である。

図２〜図５は、ある実装形態による、システム・フィードバックを使用するバルブ・サイクリング（ｖａｌｖｅ ｃｙｃｌｉｎｇ）をテストするプロセス２００に関するフロー・ダイアグラムである。簡単にするために、図１の特定の構成が参照される。しかし、図２〜図５のフロー・ダイアグラムは、ターボ・コンプレッサー・システム１０の中のバルブまたはセンサーの他の配置に適用することが可能である。たとえば、アンチ・サージ・バルブ１１０の代わりに、本明細書における説明は、タービン・バルブおよび関連のセンサーに適用することも可能である。

プロセス２００は、バルブ・エクササイズを有効化すること（ブロック２１０）、および、定常状態条件が存在するかどうかを決定すること（ブロック２２０）を含むことが可能である。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、スタート・コマンドなどのようなユーザー入力を受け取ることが可能であり、または、スケジュールされたバルブ１１０の定期的な試験のためにプログラムされ得る。バルブ・テストを実施するための前提条件として、バルブ・コントローラー１５０は、システム１０の関連の部分に関する定常状態条件を識別することが可能である。１つの実装形態では、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５からの複数の信号が、定常状態決定において使用され得る。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、１次フィルターを使用して、それぞれの信号の時間フィルタリングされた導関数（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）を計算することが可能である。異なる時定数を備えたいくつかのフィルターを使用することは、異なるレートで起こる信号変化の信頼性の高い検出を可能にする。したがって、バルブ・コントローラー１５０は、システム１０の動作条件の比較的に速い変化、および、比較的に遅い変化を識別することが可能である。１つの実装形態では、複数の１次時間フィルター（たとえば、最大で５つの時間フィルター）が、関心の周波数の範囲全体にわたって、導関数をフィルタリングするために適用され得る。定常状態条件を識別することは、図３に関連して下記にさらに説明されている。

定常状態条件が検出される場合には（ブロック２２０−はい）、プロセス２００は、パーシャル・バルブ・ストロークが開始されるべきであるかどうかを決定すること（ブロック２３０）をさらに含むことが可能である。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、試験に関して定期的な間隔が生じたかどうか、または、手動の活性化が検出されるかどうかを決定することが可能である。パーシャル・バルブ・ストロークが開始されるべきでない場合には（ブロック２３０−いいえ）、プロセス２００は、ブロック２２０に戻り、定常状態条件に関するモニタリングを継続することが可能である。

パーシャル・バルブ・ストロークが開始されるべきである場合には（ブロック２３０−はい）、定常状態条件に対する変化が存在するかどうかということ決定され得る（ブロック２４０）。たとえば、安定した条件が検出されると、バルブ・コントローラー１５０は、バルブ１１０の位置を変化させるために、設定可能なパーシャル・ストローク信号をアクチュエーター１１５に送信することが可能である。パーシャル・ストローク信号は、たとえば、アンチ・サージ・バルブ１１０のためのランプ、ステップ、またはマルチ・ステップ位置変化を構成することが可能である。パーシャル・ストローク信号のための構成は、最大許容可能な位置の変化を示すことが可能であり、最大許容可能な位置の変化は、たとえば、システム１０性能に著しく影響を及ぼすかまたは劣化させることなく、定常状態条件を中断させるはずである。パーシャル・ストローク信号に関連して、バルブ・コントローラー１５０は、（たとえば、アクチュエーター１１５、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５からの）フィードバック信号をモニタリングし、定常状態条件からのシステム１０の変化を検出することが可能である。バルブ・コントローラー１５０は、アクチュエーター１１５、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５から、フィードバック信号を直接的にモニタリングすることが可能であり、または、バルブ・コントローラー１５０は、フィードバック信号のうちの１つまたは複数に基づいて計算される変数をモニタリングすることが可能である。

定常状態条件がもはや検出されない場合には（ブロック２４０−いいえ）、テストは成功しており、バルブは、その以前の位置にリセットされ得る（ブロック２５０）。たとえば、定常状態条件の変化は、バルブ１１０の移動を暗示しており、バルブ１１０およびアクチュエーター１１５の両方が、バルブ・コントローラー１５０からのパーシャル・ストローク・インストラクションを成功的に実行したということを示している。バルブ１１０移動を検出すると、バルブ・コントローラー１５０は、バルブ１１０をオリジナルの定常状態位置に戻すように、アクチュエーター１１５に指示することが可能である。

定常状態条件が依然として検出される場合には（ブロック２４０−はい）、バルブ移動がないことを示すために、アラームが発生させられる（ブロック２６０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０が定常状態条件からの変化を検出することなく、事前設定された診断時間ウィンドウが終了する場合には、バルブ１１０の移動が存在しないということが推測される。バルブ・コントローラー１５０は、たとえば、バルブ１１０および／またはアクチュエーター１１５に伴う問題を示すために、アラームを発生させることが可能である。

ブロック２２０に戻ると、バルブ・エクササイズを有効化した後に、定常状態条件が検出されない場合には（ブロック２２０−いいえ）、バルブ・エクササイズは許可されない（ブロック２７０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０が、（たとえば、設定可能な時間期間にわたって）安定した条件を識別することなく、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５からの信号をモニタリングする場合には、バルブ・コントローラー１５０は、バルブ試験を許可することができず、定常状態条件に関してモニタリングし続けることが可能である。

図３は、ある実装形態による、図２のブロック２２０における定常状態条件が存在するかどうかを決定するためのフロー・ダイアグラムである。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、バルブ・サイクリング・エクササイズを開始させる前に、システム１０の中に定常状態条件が存在するかどうかを決定するために、複数の入力信号をモニタリングすることが可能である。図３に示されているように、バルブ・コントローラー１５０は、少なくとも１つのフィードバック信号が受信されているかどうかを決定することが可能である（ブロック３００）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、またはフロー・トランスミッター１４５のうちの少なくとも１つとの接続が適切な場所にあるかどうかを識別することが可能である。接続が存在しない場合には（ブロック３００−いいえ）、プロセス・ブロック２２０は、定常状態が確認されることができないということを示すことが可能である（ブロック３５０）。少なくとも１つのフィードバック信号が存在する場合には（ブロック３００−はい）、それぞれのフィードバック供給源に関する接続および有効な信号が確認され得る（ブロック３１０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、フィードバック信号が吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、またはフロー・トランスミッター１４５から受信されているかどうかを決定することが可能である。

フィードバック供給源が接続されている場合には（ブロック３１０−はい）、フィードバック供給源からのフィードバック信号が安定しているかどうかが決定され得る（ブロック３２０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、それぞれのフィードバック信号の複数のフィルタリングされた導関数を計算することが可能である。上記に説明されているように、それぞれの信号に関して、１次時間フィルターを使用して、信号のフィルタリングされていない値とフィルタリングされた値との間の差（フィルタリングされた微分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）と呼ばれる）として、導関数が計算される。異なる時定数を有するフィルターを使用することは、同じ感度によって、速いまたは遅い変化のレートを検出することを可能にする。バルブ・コントローラー１５０は、フィルタリングされた微分を閾値（たとえば、乱れを示すために必要とされる変化の最小量）と比較し、値が安定しているかどうかを決定することが可能である。

フィードバック供給源からのフィードバック信号が安定している場合には（ブロック３２０−はい）、より多くのフィードバック供給源が評価を必要とするかどうかが決定され得る（ブロック３３０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、安定した条件を識別するためのすべての関連の入力供給源（たとえば、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、フロー・トランスミッター１４５など）からの信号が評価されたかどうかを決定することが可能である。

より多くのフィードバック供給源が評価を必要としない場合には（ブロック３３０−いいえ）、定常状態条件が確認され得る（ブロック３４０）。たとえば、測定される時間間隔の間に、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、またはフロー・トランスミッター１４５からのすべての入力信号が安定していることを、バルブ・コントローラー１５０が決定する場合には、バルブ・コントローラー１５０は、定常状態条件が存在するということを確認することが可能である。より多くのフィードバック供給源が評価に参加する場合には（ブロック３３０−はい）、プロセス２２０は、ブロック３１０に戻ることが可能であり、次のフィードバック供給源に関して繰り返され得る。

フィードバック供給源からのフィードバック信号が安定していない場合には（ブロック３２０−いいえ）、定常状態条件は確認されることができない（ブロック３５０）。たとえば、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、またはフロー・トランスミッター１４５からのフィードバック信号が安定していないときには、バルブ・コントローラー１５０は、非定常状態条件を示すことが可能である。したがって、１つの実装形態では、１つのフィードバック供給源からのデータを欠いている場合に、プロセス２２０は、１つまたは複数の他の接続されているフィードバック供給源に依存し、（たとえば、限られたデータに起因して定常状態条件を確認することができない代わりに）定常状態条件を検出することが可能である。

図３のフロー・ダイアグラムは、シーケンシャルな直列のブロックとして表されているが、他の実装形態では、ブロックは並列に実施され得る。たとえば、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、またはフロー・トランスミッター１４５からのフィードバック信号は、それぞれの時間フィルター間隔にわたって同時に評価され得る。

図４は、ある実装形態による、図２のブロック２３０におけるパーシャル・バルブ・ストロークを活性化させるためのフロー・ダイアグラムである。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、バルブ１１０およびアクチュエーター１１５をテストするために１つまたは複数のタイプのバルブ移動を開始させるためのインストラクションを提供され得る。図４に示されているように、バルブ試験のためのランプ・インストラクションが存在するかどうかが決定され得る（ブロック４１０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、設定された時間間隔にわたる設定された距離に関して（たとえば、ランプ・レート）、パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるように構成され得る。１つの実装形態では、設定されたバルブ移動距離は、最大許容可能な距離に対応することが可能であり、最大許容可能な距離は、システム１０の動作を無効化するかまたはシステム１０の動作に悪影響を及ぼすことなく、定常状態条件を中断させるように設定されている。

バルブ試験に関するランプ・インストラクションが存在している場合には（ブロック４１０−はい）、バルブ・コントローラー１５０は、制御バルブ１１０のためにランプ・エクササイズを実行することが可能である（ブロック４２０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は信号をバルブ・アクチュエーター１１５に提供し、測定された定常状態位置からターゲット位置に向けて、特定のレートで制御バルブ１１０を移動させることが可能である。アクチュエーター１１５がターゲット位置までのパーシャル・ストロークを完了した場合には、バルブ・コントローラー１５０は、制御バルブ１１０をオリジナルの定常状態位置に戻すように、アクチュエーター１１５に信号を送ることが可能である。

バルブ試験に関するランプ・インストラクションが存在しない場合には（ブロック４１０−いいえ）、または、ランプ・エクササイズを実行した後に（ブロック４２０）、バルブ試験に関するステップ・インストラクションが存在するかどうかが決定され得る（ブロック４３０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、設定された距離（たとえば、ステップ・サイズ）に関してパーシャル・バルブ・ストロークを開始させるように構成され得る。１つの実装形態では、設定されたステップ・サイズは、最大許容可能なバルブ移動に対応することが可能であり、最大許容可能なバルブ移動は、システム１０を無効化することなく、定常状態条件を中断させるように設定されている。

バルブ試験に関するステップ・インストラクションが存在する場合には（ブロック４３０−はい）、バルブ・コントローラー１５０は、制御バルブ１１０のためにステップ・エクササイズを実行することが可能である（ブロック４４０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、信号をバルブ・アクチュエーター１１５に提供し、測定された定常状態位置からターゲット位置へ制御バルブ１１０を移動させることが可能である。アクチュエーター１１５が、設定されたステップ・サイズのパーシャル・ストロークを完了した後に、バルブ・コントローラー１５０は、制御バルブ１１０をオリジナルの定常状態位置に戻すように、アクチュエーター１１５に信号を送ることが可能である。

バルブ試験に関するステップ・インストラクションが存在しない場合には（ブロック４３０−いいえ）、または、ステップ・エクササイズを実行した後に（ブロック４４０）、バルブ試験に関するマルチ・ステップ・インストラクションが存在するかどうかが決定され得る（ブロック４５０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、最大バルブ移動距離に向けて個別のタイマー期間の中の複数のステップのパーシャル・バルブ・ストロークを開始させるように構成され得る。

バルブ試験に関するマルチ・ステップ・インストラクションが存在しない場合には（ブロック４５０−はい）、バルブ・コントローラー１５０は、制御バルブ１１０のためにマルチ・ステップ・エクササイズを実行することが可能である（ブロック４６０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、信号をバルブ・アクチュエーター１１５に提供し、測定された定常状態位置からターゲット位置へ、一連のより小さいインクリメントで制御バルブ１１０を移動させることが可能である。１つの実装形態では、複数のステップのそれぞれに関して設定されたステップ・サイズは、最大許容可能なバルブ移動の一部分であることが可能であり、最大許容可能なバルブ移動は、システム１０を無効化することなく定常状態条件を中断させるように設定されている。たとえば、制御バルブ・エクササイズに関する最大許容可能なバルブ移動が、１０パーセント移動（たとえば、１００％開から９０％開、または、１００％閉から９０％閉）である場合には、マルチ・ステップのステップ・サイズは、２パーセントであることが可能であり、ステップの数は、５つであることが可能である。ステップのそれぞれの間の時間間隔は、（たとえば、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、またはフロー・トランスミッター１４５のうちの任意の１つからの）フィードバック微分の測定を許容するように設定され得る。

図３のブロック３２０は、ある実装形態による、図５に示されているブロックを含むことが可能である。図５に示されているように、ブロック３２０は、微分を取得すること（ブロック５１０）と、導関数の絶対値を閾値と比較すること（ブロック５２０）とを含むことが可能である。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、またはフロー・トランスミッター１４５のうちの１つからの入力信号を受信することが可能である。バルブ・コントローラー１５０は、１次フィルターを使用して、信号導関数を計算する。導関数の絶対値は、閾値と比較され得る。閾値は、定常状態条件からの最大許容変動（または、代替的に、乱れを示すために必要とされる変化の最小量）を示すことが可能である。閾値は、たとえば、特定のセンサー読み値（たとえば、吸込圧力、吐出圧力、または流量）に関するパーセンテージ変化または変化のレートを含むことが可能である。

導関数の絶対値が閾値よりも大きい場合には（ブロック５２０−いいえ）、信号が安定していないということが決定され得る（ブロック５５０）。１つの実装形態では、非安定の信号の第１のインスタンスが識別された後に、追加的な信号が計算／比較される必要がある。

微分の絶対値が閾値以下である場合には（ブロック５２０−はい）、より多くのフィルターが信号に利用可能であるかどうかが決定され得る（ブロック５３０）。たとえば、バルブ・コントローラー１５０は、フィルタリングされた信号の絶対値が閾値の変化値よりも小さいかどうかを決定することが可能であり、また、（プロセスのために設定されている時定数の設定数の）他の時定数がフィードバック信号に適用されたかどうかを決定することが可能である。異なる時定数を備えたフィルターを使用することは、異なる周波数において起こる信号変化の信頼性の高い測定を可能にする。したがって、制御バルブ１１０の移動に起因する速い変化、および、遅い変化が識別される。１つの実装形態では、最大で５つの時間フィルターが、関心の周波数スペクトルの範囲全体にわたって導関数を測定するために適用され得る。

より多くのフィルターが信号に利用可能である場合には（ブロック５３０−はい）、バルブ・コントローラー１５０は、ブロック５１０に戻ることが可能であり、フィードバック信号に関して異なる時定数を備えたフィルターを適用するように進行することが可能である。これ以上のフィルターが適用されるために利用可能でない場合には、信号は安定していると考えられ得る（ブロック５４０）。たとえば、吸込圧力トランスミッター１２５からの信号の導関数の絶対値が、すべての適用可能な時定数に関して閾値を下回る場合には、信号は、安定していると考えられ得る。

図６は、ある実装形態による、システム・フィードバックを使用してバルブ・サイクリングをテストするためのスキームのダイアグラムである。図６では、ユーザー入力は、エクササイズ・タイプ６１０（それは、ランプ・エクササイズ、ステップ・エクササイズ、またはマルチ・ステップ・エクササイズのうちの１つまたは複数を含むことが可能である）と、エクササイズの間の（たとえば、制御バルブ１１０の）バルブ移動に関する最大許容距離６２０とを設定するために提供され得る。ユーザー入力は、エクササイズ・タイプ６１０に関する構成設定に応じて、ランプ・エクササイズ６３０、ステップ・エクササイズ６４０、および／またはマルチ・ステップ・エクササイズ６５０に関する構成設定を追加的に含むことが可能である。

ランプ・エクササイズ６３０に関する構成設定は、たとえば、ターゲット・バルブ移動距離（たとえば、「最大距離」）およびランプ・レートを含むことが可能である。ターゲット・バルブ移動距離は、最大許容距離６２０またはより小さい距離に対応することが可能である。ランプ・レートは、ターゲット・バルブ移動距離を実現するための時間を含むことが可能である。

ステップ・エクササイズ６４０に関する構成設定は、たとえば、バルブ位置変化に関するステップ・サイズを含むことが可能である。ステップ・サイズは、最大許容距離６２０またはより小さい距離に対応することが可能である。

マルチ・ステップ・エクササイズ６５０に関する構成設定は、たとえば、複数のバルブ位置変化およびそれぞれのステップ同士の間の時間間隔のそれぞれに関するステップ・サイズを含むことが可能である。ステップ・サイズは、最大許容距離６２０のインクリメントなどのような、最大許容距離６２０よりも小さい距離に対応することが可能である。時間間隔は、（たとえば、状態変化の検出を可能にするために、）それぞれのステップ同士の間の時間の期間を識別することが可能である。バルブ・エクササイズの間に、マルチ・ステップ・エクササイズ６５０の中のステップは、制御バルブ１１０に関するバルブ位置が最大許容距離６２０に到達するポイントまで（たとえば、定常状態の変化が検出されない場合に）、順次に信号を送られ続けることが可能である。

依然として図６を参照すると、バルブ・エクササイズの完了のための最大許容時間６６０に関する構成設定が入力され得る。スタート信号６７０が、バルブ・コントローラー１５０に関するバルブ・エクササイズを開始させるように受信され得る。たとえば、定期的な試験サイクルに自動的に応答して、または、手動のスタート・コマンドに基づいて、スタート信号６７０は発生させられ得る。

バルブ・エクササイズが有効化され（たとえば、スタート信号６７０が受信される）、安定した（たとえば、定常状態）条件６８０−１が検出される場合には、バルブ・コントローラー１５０は、構成設定６１０〜７５０によるバルブ・エクササイズを実施することが可能である。（たとえば、制御バルブ１１０移動によって引き起こされる）システム１０における不安定性の検出は、適正なバルブ機能として解釈されることとなる。安定した条件６８０−２が、（たとえば、フォーリング・エッジ・トリガー６６５において）最大許容時間６６０にわたって持続する場合には、バルブ・コントローラー１５０は、テスト失敗を示すアラーム６９０を提供することが可能である。

図７は、ある実装形態による、システム・フィードバックを使用して安定した条件を識別するためのスキームのダイアグラムである。図７に図示されている制御スキームは、バルブ・コントローラー１５０によって実装され得る。図７の説明は、たとえば、図６の安定した条件入力６８０−１／７８０−２に対応することが可能である。図７では、７１０、７２０、および７３０において、バルブ・コントローラー１５０は、フィードバック供給源（たとえば、入力１、入力２、および入力３）がすべて接続されて機能しているということを検証することが可能である。入力１、入力２、および入力３は、たとえば、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５に対応することが可能である。他の実装形態では、異なるフィードバック供給源、および／または、異なる数のフィードバック供給源が使用され得る。たとえば、別の実装形態では、１つの入力信号だけが、安定した条件を識別するために使用され得る。１つの実装形態では、７１０、７２０、または７３０において、入力１、入力２、または入力３のうちの１つまたは複数から信号が受信されていないということが決定される場合には、安定した条件は、残りの機能的なフィードバック接続を使用して決定され得る。入力１、入力２、または入力３のうちのいずれからも信号が受信されていない場合には、安定した条件は、決定されることができない。

信号が入力１、入力２、および入力３から受信されていると仮定すると、入力１、入力２、および入力３のそれぞれからの信号安定性のテストが、７４０−１、７４０−２、および７４０−３において実行され得る（集合的に「信号安定テスト７４０」と称される）。信号安定テスト７４０は、図８に関連して下記にさらに説明されている。入力１、入力２、および入力３のそれぞれが接続されており、安定した信号を有するように見出される場合には、システム１０は、（たとえば、図６の入力６８０−１／または６８０−２として）安定した条件にあるということが決定され得る。

図８は、ある実装形態による、システム・フィードバックを使用して安定した信号を識別するためのスキームのダイアグラムである。図７に図示されている制御スキームは、バルブ・コントローラー１５０によって実装され得る。図８の説明は、たとえば、図７の信号安定テスト７４０に対応することが可能である。図８では、バルブ・コントローラー１５０は、入力信号（たとえば、入力１、入力２、または入力３のうちの１つ）を受信し、１次フィルター８１０を使用して信号の導関数を計算することが可能である。１つの実装形態では、１次フィルターは、１／（Ｔｆ＊ｓ＋１）などのような連続時間伝達関数であり、ここで、Ｔｆは、時定数であり、ｓは、微分演算子である。１次フィルターは、フィルター８２０、８３０、８４０、および８５０の中の異なる時定数によって適用され、システム９の中の比較的に速い変化および比較的に遅い変化を識別することが可能である。異なる時定数を備えたフィルターを使用することは、異なる周波数において起こる信号変化の信頼性の高い測定を可能にする。５つの異なるフィルターが図８に示されているが、他の実装形態では、より少ないまたはより多いフィルターも使用され得る。たとえば、３つのフィルター、２つのフィルター、または１つのフィルターも使用され得る。

さらに図８に示されているように、それぞれのフィルタリングされた信号の絶対値（ＡＢＳ）８１０’、８２０’、８３０’、８４０’、および８５０’が、閾値８６０と比較される。閾値８６０は、定常状態条件からの乱れを示すために必要とされる変化の最小量を表すことが可能である。値８１０’、８２０’、８３０’、８４０’、および８５０’のすべてが閾値８６０以下になっている場合には、信号は、安定していると考えられる。値８１０’、８２０’、８３０’、８４０’、または８５０’のうちのいずれかが閾値８６０よりも大きくなっている場合には、信号は、不安定になっているとみなされる。

図９は、バルブ・コントローラー１５０の例示的な物理的なコンポーネントを図示するダイアグラムである。バルブ・コントローラー１５０は、バス９１０、プロセッサー９２０、メモリー９３０、入力コンポーネント９４０、出力コンポーネント９５０、および通信インターフェース９６０を含むことが可能である。

バス９１０は、バルブ・コントローラー１５０のコンポーネント同士の間での通信を許容する経路を含むことが可能である。プロセッサー９２０は、プロセッサー、マイクロプロセッサー、または処理ロジックを含むことが可能であり、それは、インストラクションを解釈および実行することが可能である。メモリー９３０は、プロセッサー９２０による実行のための情報およびインストラクションを記憶することができる任意のタイプのダイナミック・ストレージ・デバイス（たとえば、ソフトウェア９３５）、および／または、プロセッサー９２０による使用のための情報を記憶することができる任意のタイプの不揮発性のストレージ・デバイスを含むことが可能である。

ソフトウェア９３５は、所定の機能および／またはプロセスを提供するアプリケーションまたはプログラムを含む。また、ソフトウェア９３５は、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ）、および／または、他の形態のインストラクションを含むことも意図されている。

入力コンポーネント９４０は、ユーザーがバルブ・コントローラー１５０に情報を入力することを許容するメカニズム、たとえば、キーボード、キーパッド、ボタン、スイッチ、タッチスクリーンなどを含むことが可能である。出力コンポーネント９５０は、ユーザーに情報を出力するメカニズム、たとえば、ディスプレイ、スピーカー、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）などを含むことが可能である。

通信インターフェース９６０は、トランシーバーを含むことが可能であり、トランシーバーは、バルブ・コントローラー１５０が、ワイヤレス通信、ワイヤード通信、または、ワイヤレスおよびワイヤード通信の組み合わせを介して、他のデバイスおよび／またはシステムと通信することを可能にする。たとえば、通信インターフェース９６０は、ネットワークを介して、別のデバイスまたはシステム、たとえば、吸込圧力トランスミッター１２５、吐出圧力トランスミッター１３５、およびフロー・トランスミッター１４５などと通信するためのメカニズムを含むことが可能であり、または、（たとえば、蒸気プラントまたは別のタイプのプラントの中の複数のシステム９）の動作をモニタリングするシステム制御コンピューターなどのような他のデバイス／システムに通信するためのメカニズムを含むことが可能である。１つの実装形態では、通信インターフェース９６０は、ロジカル・コンポーネントであることが可能であり、ロジカル・コンポーネントは、入力ポートおよび出力ポート、入力システムおよび出力システム、ならびに／または、他のデバイスへの／からのデータの送信を促進させる他の入力コンポーネントおよび出力コンポーネントを含む。

バルブ・コントローラー１５０は、メモリー９３０などのようなコンピューター可読媒体の中に含有されているソフトウェア・インストラクション（たとえば、ソフトウェア９３５）を実行するプロセッサー９２０に応答して、特定の動作を実施することが可能である。コンピューター可読媒体は、非一時的なメモリー・デバイスとして定義され得る。非一時的なメモリー・デバイスは、単一の物理的なメモリー・デバイスの中のメモリー・スペースを含むことが可能であり、または、複数の物理的なメモリー・デバイスにわたって広がっていることが可能である。ソフトウェア・インストラクションは、別のコンピューター可読媒体から、または、別のデバイスから、メモリー９３０の中へ読み込まれ得る。メモリー９３０の中に含有されているソフトウェア・インストラクションは、プロセッサー９２０が本明細書で説明されているプロセスを実施することを引き起こすことが可能である。代替的に、ハードワイヤード回路は、ソフトウェア・インストラクションの代わりに、または、ソフトウェア・インストラクションと組み合わせて使用され、本明細書で説明されているプロセスを実装することが可能である。したがって、本明細書で説明されている実装形態は、ハードウェア回路およびソフトウェアの任意の特定の組み合わせに限定されない。

バルブ・コントローラー１５０は、より少ないコンポーネント、追加的なコンポーネント、異なるコンポーネント、および／または、図９に図示されているものとは異なって配置されているコンポーネントを含むことが可能である。例として、いくつかの実装形態では、ディスプレイは、バルブ・コントローラー１５０の中に含まれていなくてもよい。これらの状況では、バルブ・コントローラー１５０は、入力コンポーネント９４０を含まない「ヘッドレス」デバイスであることが可能である。別の例として、バルブ・コントローラー１５０は、バス９１０の代わりに、またはバス９１０に加えて、１つまたは複数のスイッチ・ファブリックを含むことが可能である。追加的に、または代替的に、バルブ・コントローラー１５０の１つまたは複数のコンポーネントは、バルブ・コントローラー１５０の１つまたは複数の他のコンポーネントによって実施されるものとして説明されている１つまたは複数のタスクを実施することが可能である。

本明細書で説明されているシステムおよび方法は、ターボ機械ユニットを含む全体的なシステムの定常状態条件をモニタリングすることによって、制御バルブおよびアクチュエーターを診断する方法に関し、それは、アナログまたは個別の位置トランスミッターを装備していない場合にも、アクチュエーターを診断することを可能にする。診断テストの間に、自動制御システムは、アクチュエーターを移動させることとなる、設定可能な信号（ランプ、ジャンプ・ステップ、または、ジャンプ・ステップのシーケンス）を送信する。診断テストは、移動が検出されるまで継続するか、または、事前設定された診断時間ウィンドウが終了するまで継続するかのいずれかである。移動が検出されるときには（たとえば、安定した条件がもはや特定されない）、診断テストは終了し、アクチュエーターはバルブをその所望の制御位置に戻す。安定した条件が依然として存在している状態で事前設定された診断時間ウィンドウが終了する場合には、これは、バルブが移動しなかったということを意味し、アラーム信号が発生させられる。したがって、本明細書で説明されているシステムおよび方法は、バルブ乱れの量を減少させ、バルブ乱れに必要とされる時間を減少させ、関連のバルブ・エクササイズの信頼性を増加させる。それとは対照的に、既存の診断法は、より大きくてより長い乱れを必要とし、それは、通常、信頼性を減少させ、生産損失を結果として生じさせる可能性がある。

例示的な実装形態の先述の説明は、図示および説明を提供するが、包括的であることを意図しておらず、または、本明細書で説明されている実施形態を、開示されている正確な形態に限定することを意図していない。修正例および変形例は、上記の教示を考慮して可能であり、または、実施形態の実践から獲得され得る。

本発明が詳細に上記に説明されてきたが、本発明は本発明の精神から逸脱することなく修正され得るということが当業者に明らかになることとなるということが明示的に理解される。形態、設計、または配置のさまざまな変形が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に対して行われ得る。

本出願の説明において使用されているエレメント、行為、またはインストラクションは、明示的にそのように説明されていない限り、本発明にとって重要なものまたは本質的なものとして解釈されるべきではない。また、本明細書で使用されているように、冠詞「ａ」は、１つまたは複数のアイテムを含むことが意図されている。さらに、「に基づいて」という語句は、そうでないことを明示的に記述されていない限り、「に少なくとも部分的に基づいて」を意味することが意図されている。

請求項エレメントを修飾するために請求項の中で「第１の」、「第２の」、「第３の」などのような順序を示す用語を使用することは、別の請求項エレメントに対する１つの請求項エレメントの任意の優先度、先行、または順序、方法の行為が実施される時間的順序、デバイスによって実行されるインストラクションが実施される時間的順序などを、それ自身によって含意しているのではなく、請求項エレメントを区別するために、特定の名前を有する１つの請求項エレメントを、（順序を示す用語の使用以外について）同じ名前を有する別のエレメントから区別するための単なるラベルとして使用されているに過ぎない。

Claims (20)

1. 制御バルブのための診断テストを実行する方法であって、前記方法は、
   制御システムによって、第１の位置にある前記制御バルブを含むターボ・コンプレッサー・システムのための定常状態条件を確認するステップと、
   前記制御システムによって、および、前記制御バルブのためのアクチュエーターへ、信号を送信し、パーシャル・バルブ・ストロークを開始させ、前記第１の位置から離れるように前記制御バルブを移動させるステップと、
   前記制御システムによって、および、前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるように前記信号を送信した後に、前記ターボ・コンプレッサー・システムの中のセンサーからフィードバック信号を受信するステップと、
   前記制御システムによって、前記定常状態条件からの変化に関する前記フィードバック信号をモニタリングするステップと、
   前記制御システムによって、および、前記アクチュエーターへ、信号を送信し、前記モニタリングするステップが規定された時間期間の中で前記定常状態条件からの変化を検出することに応答して、前記制御バルブを前記第１の位置に戻すステップと、
   前記モニタリングするステップが前記規定された時間期間の中で前記定常状態条件からの変化を検出しないことに応答して、前記制御システムによって、アラーム信号を発生させるステップと
   を含む、方法。
2. 前記定常状態条件を確認するステップは、異なる供給源から複数のフィードバック信号を受信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のフィードバック信号は、１つもしくは複数の圧力センサーまたは１つもしくは複数のフロー・センサーからの信号、または、前記複数のフィードバック信号のうちの１つもしくは複数に基づいて計算される変数を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記複数のフィードバック信号は、バルブ位置信号をさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるために、前記信号を送信するステップは、ランプ・バルブ移動のためのインストラクションを送信するステップを含み、前記インストラクションは、ターゲット・バルブ移動距離およびランプ・レートを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるために、前記信号を送信するステップは、ステップ・バルブ移動のためのインストラクションを送信するステップを含み、前記インストラクションは、前記バルブ移動のためのステップ・サイズを含み、前記ステップ・サイズは、フル・バルブ・ストロークよりも小さい、請求項１に記載の方法。
7. 前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるために、前記信号を送信するステップは、マルチ・ステップ・バルブ移動のためのインストラクションを送信するステップを含み、前記インストラクションは、ステップ・サイズ、ステップの数、および、ステップ同士の間の時間間隔を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるために、前記信号を送信するステップは、ランプ・バルブ移動またはステップ・バルブ移動のうちの１つまたは複数のためのインストラクションを送信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記定常状態条件からの前記変化に関する前記フィードバック信号をモニタリングするステップは、
   異なる時間間隔にわたる前記フィードバック信号に関する微分をモニタリングするステップと、
   前記異なる時間間隔のそれぞれを使用して計算される導関数を定常状態閾値と比較するステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記異なる時間間隔は、２つ以上の異なる時間間隔を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の位置から離れるように前記制御バルブを移動させるように、前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるための前記信号は、最大許容距離を有する第２の位置を含み、前記最大許容距離は、前記ターボ・コンプレッサー・システムを無効化することなく前記定常状態条件を中断させるように設定されている、請求項１に記載の方法。
12. 前記方法は、前記制御システムによって、前記診断テストを開始させるための信号を受信するステップをさらに含み、前記診断テストを開始させるための前記信号は、手動スタート・コマンドまたは定期的なテスト・コマンドのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
13. バルブ制御システムであって、前記バルブ制御システムは、
    インストラクションを記憶するためのメモリー・デバイスと、
    プロセッサーと
    を含み、
    前記プロセッサーは、前記インストラクションを実行するように構成されており、
    第１の位置にある制御バルブを含むターボ・コンプレッサー・システムのための定常状態条件を確認し、
    前記制御バルブのためのアクチュエーターへ信号を送信し、パーシャル・バルブ・ストロークを開始させ、前記第１の位置から離れるように前記制御バルブを移動させ、
    前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるように前記信号を送信した後に、前記ターボ・コンプレッサー・システムの中のセンサーからフィードバック信号を受信し、
    前記定常状態条件からの変化に関する前記フィードバック信号をモニタリングし、
    前記アクチュエーターへ信号を送信し、前記モニタリングするステップが規定された時間期間の中で前記定常状態条件からの変化を検出することに応答して、前記制御バルブを前記第１の位置に戻し、
    前記モニタリングするステップが前記規定された時間期間の中で前記定常状態条件からの変化を検出しないことに応答して、アラーム信号を発生させる、バルブ制御システム。
14. 前記定常状態条件からの前記変化に関する前記フィードバック信号をモニタリングするときに、前記プロセッサーは、
    異なる時間間隔にわたる前記フィードバック信号に関する導関数をモニタリングするように、および、
    前記導関数のそれぞれを定常状態閾値と比較するように、
    さらに構成されている、請求項１３に記載のバルブ制御システム。
15. 前記異なる時間間隔は、２つ以上のおよび最大で５つの異なる時間間隔を含む、請求項１４に記載のバルブ制御システム。
16. 前記定常状態閾値は、前記定常状態条件からの乱れを示すことが必要とされる変化の最小量を表している、請求項１４に記載のバルブ制御システム。
17. 定常状態条件を確認するときに、前記プロセッサーは、吸込圧力、吐出圧力、または流量のうちの１つまたは複数に関するフィードバック信号をモニタリングするようにさらに構成されている、請求項１３に記載のバルブ制御システム。
18. 前記フィードバック信号は、少なくとも１つのセンサーからのフィードバック信号を含む、請求項１３に記載のバルブ制御システム。
19. 少なくとも１つのプロセッサーによって実行可能なインストラクションを含有する非一時的なコンピューター可読媒体であって、前記コンピューター可読媒体は、１つまたは複数のインストラクションを含み、
    第１の位置にある制御バルブを含むターボ・コンプレッサー・システムのための定常状態条件を確認し、
    前記制御バルブのためのアクチュエーターへ信号を送信し、パーシャル・バルブ・ストロークを開始させ、前記第１の位置から離れるように前記制御バルブを移動させ、
    前記パーシャル・バルブ・ストロークを開始させるように前記信号を送信した後に、前記ターボ・コンプレッサー・システムの中のセンサーからフィードバック信号を受信し、
    前記定常状態条件からの変化に関する前記フィードバック信号をモニタリングし、
    前記アクチュエーターへ信号を送信し、前記モニタリングするステップが規定された時間期間の中で前記定常状態条件からの変化を検出することに応答して、前記制御バルブを前記第１の位置に戻し、
    前記モニタリングするステップが前記規定された時間期間の中で前記定常状態条件からの変化を検出しないことに応答して、アラーム信号を発生させる、非一時的なコンピューター可読媒体。
20. 前記非一時的なコンピューター可読媒体は、診断エクササイズを開始させるための信号を受信するための１つまたは複数のインストラクションをさらに含み、前記定常状態条件を確認することは、前記診断エクササイズを開始させるための前記信号を受信することに応答して実施される、請求項１９に記載の非一時的なコンピューター可読媒体。