JP4121378B2 - プロセス制御環境において緊急シャットダウンテストを手動で開始して診断データを収集するシステム - Google Patents

Description

本出願は、２００１年４月５日に出願された「緊急シャットダウンバルブのステータスをチェックするためのシステム」というタイトルの米国仮出願第６０／２８１，８５２号（弁護士事件整理番号第０６００５／３７２０７号）に対して優先権を主張するものであり、その開示は、参照によって明らかにここに組み込まれる。

本特許は、プロセス制御環境において使用される緊急シャットダウンシステム及びそのようなシステムにおいて使用される緊急シャットダウンバルブのテスト及び診断に関する。

保安機器システムは、通常、完全に開かれるか又は完全に閉じられた状態にあり、緊急時にロジックソルバー又は「プログラム可能なロジックコントローラ（PLC）」によって制御される緊急シャットダウンバルブを組み入れている。これらのバルブが適正に機能することができることを保証するために、それらは、それらを部分的に開くこと又は閉じることにより周期的にテストされることができる。これらのテストが、プロセスがオンラインである間、又は運転可能である間に、典型的には実行されるので、どのようなテストも確実に実行し、そして、バルブをその正常状態に戻すことは重要である。この情況においては、用語「正常状態」は、緊急事態ではなく、緊急シャットダウンバルブがテストされていないときの、緊急シャットダウンバルブの位置又は状態を示すものである。

先行技術のシステムの欠点は、緊急シャットダウンテストが典型的にはリモートに位置するコントローラによって所定の間隔で実行されるということである。

例えば、緊急シャットダウンテストは、人的資源と関係する煩わしいテスト手順及び問題により、毎年数回だけしか実行されない。さらに、緊急シャットダウンテスト中においては、緊急シャットダウンバルブ、又はテストされているその他の緊急シャットダウン装置は、実際の緊急なイベントが発生した場合には使用可能ではない。制限された周期的なテストは、緊急シャットダウンテストシステムの操作性を確認する効率的な方法ではない。従って、保安員がいつでもテストを開始し、テストを目撃することができるようにシステムを開発することは有利である。

さらに、どのような緊急シャットダウンシステムであっても、あり得ないが、緊急なイベントが緊急シャットダウン装置のテスト間隔（ここで、該間隔は、シャットダウンテスト中である）の間に発生するような可能性のある状況において、緊急シャットダウンコントローラによってコマンドされたときに、その安全な状態に、緊急シャットダウン装置（例えば、バルブ）を作動させる能力を提供することは重要である。この情況においては、用語「安全な状態」は、緊急シャットダウン装置が緊急シャットダウンバルブである場合の開又は閉位置を示すものであり、また、「安全」な状態とは、典型的に、しかし常にではないが、すべての電力が緊急シャットダウンバルブを制御する電子構成要素から取り去れられたときのバルブの位置を示すものである。そのような状況において、緊急シャットダウンシステムにとっては、緊急シャットダウン装置に適切にコマンドを与えることが可能であるべきである。

従来の緊急シャットダウンテストは、機械的なジャマー、カラー、空気圧のテストキャビネット、プロセス制御コンピュータなどの使用により開始される。これら洗練された高価な装置は、緊急シャットダウン装置、又は緊急シャットダウン装置にコマンドを与えることができるデジタルバルブコントローラのような装置に制御信号を送ることにより機能する。さらに、従来の装置は、嵩張る設備にあって、テストを開始することができる前から存在し、且つ接続されなければならない多くのハードウェア及びソフトウェアを備えている。さらに、上記装置は、典型的には、各々の緊急シャットダウンバルブ上で同一のテストを実行する。従って、これらの複雑で高価な装置を移動及び接続する必要を除去すること、また、テスト及び個々のユニークなバルブ用に集められたデータをカスタマイズすることは有利である。前の緊急シャットダウンシステムのどれも、これらの必要条件を満たすことができない。

緊急シャットダウン装置のコントローラが設けられた診断装置と通信するように構成された緊急シャットダウンシステムが提供される。緊急シャットダウン装置のコントローラは、プロセッサと、該プロセッサに結合されたメモリと、前記プロセッサに結合され、ユーザにアクセス可能なスイッチに結合されて該スイッチからのテスト作動信号を受信するように構成された入力とを備えている。第１のルーチンは、前記メモリに格納され、補助入力における前記スイッチからの信号の受信に応じて、緊急シャットダウンテストを実行させるように、前記プロセッサ上で実行されるように構成されている。第２のルーチンは、前記メモリに格納され、緊急シャットダウンテスト中に、後の取り出しに備えて前記メモリに一又は複数のセンサ出力を格納させるように、前記プロセッサ上で実行されるように構成される。

さらに、緊急シャットダウンテストシステムは、通信ユニットを備えることが可能であり、該通信ユニットは、前記プロセッサに結合され、ＨＡＲＴプロトコルのようなオープンな通信プロトコルを使用して前記診断装置と通信する。さらに、前記プロセッサのメモリに格納された前記第１のルーチンは、もし前記ユニットがテストの手動開始のために構成されなければ、前記緊急シャットダウンテストの作動を防止するように構成されることが可能である。前記プロセッサのメモリに格納された前記第１及び第２のルーチンは、バルブに特化した設定可能なスクリプトであることが可能である。

前記緊急シャットダウン装置が緊急シャットダウンバルブである場合には、前記第１のルーチンは、さらに、前記緊急シャットダウンバルブのバルブステム位置と比較されるセットポイントをシステムに生成させるように構成されることが可能である。

前記緊急シャットダウンテストシステムの第２のルーチンは、さらに、緊急シャットダウンテスト中に、複数の制御及びセンサデータを監視させ、且つ、該データが所定の範囲外である場合に、アラーム条件を作動するように構成されることが可能である。前記システムは、アラーム条件が存在する場合に、前記緊急シャットダウンテストを中止させることができる。前記アラーム条件は、最小の部分的なストローク圧力、移動偏差、及びバルブスタックからなるアラーム条件のグループから選択されることが可能である。前記緊急シャットダウン装置のコントローラは、さらに、センサからのアナログ入力をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル（「Ａ／Ｄ」）変換器を具備することが可能であり、ここで、該Ａ／Ｄ変換器は、前記プロセッサに機能的に接続される。前記Ａ／Ｄ変換器によって変換されたアナログ入力は、バルブステム移動、ライン圧力、ループ電流、及び作動装置信号生成からなるアナログ入力のグループから選択されたアナログ入力を含むことが可能である。前記緊急シャットダウンテストシステムは、さらに、前記緊急シャットダウン装置のコントローラを囲む防爆ハウジングを備えることが可能である。

多くの産業においては、緊急事態が発生した場合に様々なプロセスを迅速に安全な状態に持って行くために、バルブ及びその他の機械的な装置がプロセス制御システムにおいて使用される。従って、これらのバルブ及び電気／機械的装置を、それらが適切に機能することを確実にするためにテストすることは決定的に重要である。例えば、バルブの性能を確認するために、バルブの機械的な移動を、プロセスに影響されずに信頼性のある安全な方法で確認する必要がある。

図１は、緊急シャットダウン（ＥＳＤ）バルブ12のテストのための緊急シャットダウンテストシステム10の例を示している。当業者にとっては、緊急シャットダウンバルブがこの実施の形態において示されている一方、任意のその他の制御装置が制御装置テストシステムとして代用されることが可能であることは評価されるべきである。緊急シャットダウンバルブ12は、例えば、該緊急シャットダウンバルブ12への入口に流体を供給するパイプラインと、緊急シャットダウンバルブ12の出口から流体を導く出口パイプラインとを備えたプロセス制御システム内に配置されることが可能である。

緊急シャットダウンバルブ12は、通常は、入口パイプラインと出口パイプラインとの間を流体が自由に流れられるようにする広く開いた状態にあるか、又は緊急シャットダウンバルブ12が入口パイプラインと出口パイプラインとの間の流体の流れを防止する完全に閉じた位置にあるか、どちらか２つの位置のうちの１つにある。緊急シャットダウンバルブ12が本当の緊急シャットダウン状態において適切に機能することを保証するために、緊急シャットダウンバルブ12は、部分的に開いたり又は閉じたりすること（これは、バルブを部分的にストロークすること、と呼ばれる）により周期的にテストされることが可能である。

緊急シャットダウンテストシステム10は、緊急シャットダウンバルブ12のオペレーションのテストを開始することが可能である「デジタルバルブコントローラ（ＤＶＣ）14」を備えることが可能である。緊急シャットダウンテスト中に、バルブステム18は、部分的に移動され、そして、その正常状態に戻される。複数のセンサ15は、複数のパラメータを監視することができるように、圧力ライン及び移動可能な構成要素上に配置される。緊急シャットダウンテストは、ＤＶＣ14のための複数のスクリプト又はルーチンを含むことが可能である。センサを使用して診断データを収集するための実行可能なスクリプトのいくつかの例は：（１）テストストロークの長さ（つまり、バルブステム移動）、（２）バルブステムの移動レート、（３）緊急シャットダウンテスト中にセンサから取得したデータ、（４）サンプリングレート、（５）どのくらい長くテスト目標位置に留まっているか、及び（６）アクチュエータ圧力及び時間、である。

ＤＶＣ14もまた、緊急シャットダウンテスト状態において、バルブ12の挙動を記録するように構成されることが可能である。これらのオンラインバルブ診断は、緊急シャットダウンバルブプラグが移動するときに、自動的に記録を開始するように構成されることが可能である。オンラインバルブ診断は、ＤＶＣ14に格納されたデータレコードにおいてオンライン診断としてマークすることができ、ＤＶＣ14からの要求により又は予想外にバルブプラグがその正常な休止位置から移動するすべてのイベントを記録することができる。また、ＤＶＣ14は、ライン40上のループ電流が所定のレベルよりも低下したときにオンライン診断データの収集がトリガされるように構成されることも可能である。

緊急シャットダウンテスト中にセンサ15から取得したデータは、適切な所定の範囲と比較される。所定の範囲の例は、最小圧力、最大圧力、サンプルレート、移動時間、及び移動偏差を含んでいる。

依然として図１を参照して、緊急シャットダウンテストシステム10は、実際の緊急事態が存在する場合の緊急位置と、緊急シャットダウンテスト中の部分的なストローク位置（所定の位置）との両方に、緊急シャットダウンバルブ12を移動させる圧力を供給するためにソレノイドバルブ16を備えることが可能である。バルブアクチュエータ17は、空気圧ライン19の空気圧の変化に応じて、緊急シャットダウンバルブのプラグ（該バルブのプラグは、示されていないが、前記バルブのバルブステム18に接続されている）を移動させるために空気圧ライン19に結合された空気圧入力を有することが可能である。

ソレノイドバルブ16は、２本のワイヤライン22から直流電力及び電気的な制御信号を受けることが可能なソレノイド制御機器20を含むことが可能である。例えば、ソレノイド制御機器20は、ライン22から直流２４ボルトを受けることが可能である。ソレノイド制御機器20は、ソレノイドバルブ16の出力での圧力を制御するために、ソレノイドバルブ16に接続される出力ライン42上に出力を提供することが可能である。ソレノイドバルブ16及びソレノイド制御機器20は、緊急シャットダウンテストシステム10に冗長性を提供するために使用されることが可能である。冗長性は、ソレノイドバルブ16を開き、ライン19内の空気圧を排気ライン21に排出することを可能にし、従って、アクチュエータ17上のスプリングにバルブステム18を移動させることにより達成される。言い換えれば、排気ライン21の形態をしている代替ルートは、ライン19の空気圧を低減させるために提供される。ライン19からのセンサデータは、バルブスタックアラームが作動されるべきか否かを判定するために、バルブステム移動データと比較される。

ＤＶＣ14は、緊急シャットダウンバルブ12に機能的に接続されることが可能であり、ソレノイドバルブ16に結合された空気圧出力ライン28を含むことが可能である。ＤＶＣ14は、一対の電線40によって電力が供給されることが可能であり、また、ＨＡＲＴネットワーク（当業者には良く知られた通信プロトコル）、又は任意のその他の容認可能なプロトコルを通じて通信することが可能である。

図１においては、一対の電線40は、ＤＶＣ14を緊急シャットダウンコントローラ44に接続している。目標プラグ位置は、一対の電線40上を電流信号を介して、ＨＡＲＴプロトコルを使用して制御装置からのデジタルセットポイントを介して、又は任意のその他の予め設定されたデフォルトセットポイントを介して、ＤＶＣ14に送られることが可能である。目標プラグ位置は、ライン28上の出力圧力を測定することにより予測されることが可能であり、緊急シャットダウンバルブのバルブステムの位置に正比例するべきである。ＤＶＣ14は、空気圧によりバルブアクチュエータ17を動作させることが可能であり、緊急シャットダウンバルブ12の実際のバルブプラグ位置を測定するために位置センサ15を使用することが可能である。ＤＶＣ14は、該ＤＶＣ14がループ電流の変化、又は通信プロトコルを通じたデジタルコマンドを受け取った後で、希望の目標位置にバルブプラグの位置を動作させるために、ライン28上のアクチュエータ出力空気圧を連続的に調節することが可能である。

ＤＶＣ14は、センサ入力及び補助入力を具備することが可能である。補助入力は、ライン46を通じて、例えば、プッシュボタン36のような外部のリモート作動装置に接続されることができる。補助入力がコネクタを具備している実施の形態においては、電圧は、第１の補助入力に存在することが可能であり、また、プッシュボタン36は、第１の補助入力を第２の補助入力に電気的に接続することが可能である。当業者は、単一の接続が補助入力34のセットの代わりに使用されることが可能であり、ここで、プッシュボタン36が単一の補助入力を電気的にアースすることが可能であることを認識するであろう。リモートスイッチ36は、緊急シャットダウンバルブ12の部分的なストロークテストを開始するための安価な電気的なスイッチであることが可能である。さらに、プッシュボタン36は、保安員に便利なアクセスを提供する任意のリモート位置にあるＤＶＣ14から離れて配置されることが可能である、従業員は、リモートスイッチ36を押して、バルブストロークと、正常状態に戻るところとを目撃することができる。

一般に、ＤＶＣ14は、プロセッサベースの緊急シャットダウンバルブコントローラである。図２の実施の形態は、図１において前に示したものと同一の構造及び構成要素のうちのいくつかを備えている。明確化のために、同一のままである構造及び構成要素は、図１のものと同様の参照符号で示されている。図２において示されるように、ＤＶＣ14は、プロセッサ50、センサ15、メモリ52、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器54、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器56、及び電流・圧力変換器58を備えている。メモリ52は、コマンド又はスクリプト及び診断データを格納するために利用される。Ａ／Ｄ変換器54は、アナログセンサ入力を、プロセッサ50が処理又は格納するためのデジタル信号に変換する。ＤＶＣ14によって取得及び格納されるセンサ入力の例は、バルブステム移動（又は、バルブプラグ移動）、出力ライン圧力、ループ電流などを含んでいる。プロセッサ50は、電気的なスイッチ36のための入力のような補助入力を監視する。Ｄ／Ａ変換器56は、プロセッサ50からの複数のデジタル出力を、電流・圧力変換器58が緊急シャットダウンバルブアクチュエータ17を駆動するためにデジタルデータに基づいた圧力を供給することができるように、アナログ信号に変換することが可能である。

ＤＶＣ14は、図２の防爆ハウジング60のようなハウジングで囲まれることが可能である。ハウジング60は、スパークがプラント内の爆発性ガスに到達するのを防ぎ、従って、緊急シャットダウンシステム10が爆発を引き起こすという可能性を減少させるために使用されることが可能である。ハウジング60の外側に電気的なスイッチ36を配置することは、ハウジング60のセットアップ又は分解なしに、緊急シャットダウン装置の緊急シャットダウンテストの作動を許容する。危険な環境では、電気的なスイッチ36は、ユーザによって作動されたときにスパークを生成しないように、防爆にすることが可能である。

緊急シャットダウンシステム10の能動テスト中に、ソレノイドバルブ16は、空気圧ライン19及び28間の流体の流れを提供するために、スタンバイ位置に維持される。ＤＶＣ14は、供給ライン32から圧力供給を受け、移動フィードバックリンケージ30を通じてバルブステム位置を決定するために、バルブステムセンサ15からデータを収集することが可能である。バルブステム位置は、バルブプラグ位置を示している。これらが接続されているるからである。さらに、ＤＶＣ14は、該ＤＶＣ14のメモリ52に格納される所定のバルブプラグセットポイントを、通常運転中の希望の緊急シャットダウンバルブプラグ位置を確認するために、実際のバルブステム位置と比較することが可能である。例えば、ライン19上の低い圧力は、バルブプラグを部分的に閉じさせ、恐らくプロセスで問題を引き起こす。

それが、緊急シャットダウンバルブ12の部分的なストロークテストを手動で開始し、テストを目撃することが望まれる場合には、ユーザは、補助入力34で検出される信号を生成するために電気的なスイッチ36を作動することが可能である。ここで、ＤＶＣ14は、空気圧ライン28によって供給された圧力を制御し、バルブアクチュエータ17に伝える。そして、バルブステムは、正常な１００パーセント開いた（又は閉じた）位置（つまり、正常状態）から、部分的に閉じた（又は部分的に開いた）テスト位置まで移動され、それから、再び正常状態に戻る。

ＤＶＣに操作可能に接続される補助スイッチを利用する緊急シャットダウンテストシステムは、非常に安価であり、より便利でより迅速である。疑わしい又は最近再組立てされたバルブがある場合には、単純なスイッチ作動は、バルブの操作性を明らかにすることができる。補助スイッチを利用する緊急シャットダウンテストシステムは、さらに、各緊急シャットダウンバルブ又はバルブ群に対するカスタマイズされたテストを実行する能力を有している。このカスタマイゼーションは、メモリ52に格納され、プロセッサ50によって取り出すことが可能である一又は複数の設定可能なスクリプト（つまり、コンピュータプログラム又はルーチン）によって達成されることが可能である。

追加のテストは、集められた診断データに基づいて行なわれることが可能である。緊急シャットダウンテスト中に集められたセンサ又は診断データは、ＤＶＣ14内の通信ユニット62を通じてハンドヘルド型演算装置を使用して検索されることが可能である。又は、このデータは、主制御室へ送られることが可能である。さらに、緊急シャットダウンシステム10のようなシステムは、部分的なストロークテストの結果に基づいた予測的なメンテナンスをスケジュールする能力を提供する。

図３は、リモート作動される部分的なストロークＥＳＤテストを実行するステップのうちのいくつかを示している。そのプロセスは、ブロック66で始まり、一又は複数の所定の範囲がメモリに格納されるブロック68に進む。ブロック70で示されるように、プロセッサは、補助入力を継続的に監視し、ブロック72で示されるように、リモートスイッチからの信号が補助入力で受信されたか否かを検出することが可能である。プロセッサは、緊急シャットダウンテストの実行中であっても、いつでも補助入力を監視し続けることが可能である。ブロック74で示されるように、プロセッサは、プロセッサによるアクセスのために、緊急シャットダウンバルブ特有の設定可能なスクリプト又はルーチンを取り出すことが可能である。プロセッサは、ブロック76で示されるように、スクリプトを読み出し、実行することが可能である。当業者にとっては、前記スクリプトが、スクリプトレコードでコード化されたデータバイトの使用による緊急シャットダウンの部分的なストロークのスクリプトであると確認されるかも知れないことは評価されるであろう。プロセッサによるスクリプトの実行は、スクリプトによって規定されるように、バルブステム及び接続されたバルブプラグを移動させるために、所定の量（目標への移動）及び所定の持続（目標での時間）、所定の速度（目標への時間）で、緊急シャットダウンバルブアクチュエータを作動することを含むことが可能である。クロック65は、図２において示されるように、プロセッサ50に操作可能に接続され、すべての活動に対する参照を提供する。

緊急シャットダウンテストを開始している間、プロセッサは、ブロック82で示されるように、ライン圧力、ソレノイド位置、及び制御データのようなセンサ入力を監視することが可能である。プロセッサは、ブロック84で示されるように、監視されたセンサ入力で受信されたデータを所定の範囲と比較することが可能である。ブロック85で示されるように、受信データが所定の範囲外である場合には、アラームがセットされる。さらに、いくつかのアラームは、プロセッサに、緊急シャットダウンテストを中止させ、スクリプトの処理を終了させることが可能である。終了及び対応するアラーム開始のための条件は、ユーザによる設定が可能であり、また、例えば、最小の出力圧力（バルブに供給された圧力）及び移動偏差のような複数のアラームを利用することが可能である。バルブスタックアラームは、バルブがコマンドに適切に応答していないことを示す、センサによって提供されるデータの結果として生成されることが可能である。アラームのための条件は、すぐ下において詳細に記述される。

可能性のあるアラームの第１の例は、ブロック86で示されるようなものであり、それは、「最小の部分的なストローク圧力」のアラームを含んでいる。ブロック85で示されるように、部分的なストロークテストは、ライン28上の出力圧力が所定の時間に所定のレベルよりも低下した場合に、中止することができる。部分的なストロークテスト中に、ライン28上の出力圧力は、所定のレベルより下への圧力低下を検出するために、センサ15によって監視される。ブロック86で示される別の可能性のあるアラームは、例えば、「移動偏差」アラームを含み、ここでは、緊急シャットダウンバルブのバルブステムの実際の移動は、移動センサ15によって測定され、予期された移動と比較される。ＤＶＣのプロセッサ50は、２つの値（測定された移動（位置）及び予期された移動（圧力））が一致するか否かを判定するために、ライン28上の出力圧力を制御する。測定された移動と予期された移動との間の一致は、完全一致である必要はなく、比例一致であることも可能である。しかし、別のアラームは、アクチュエータ17に対する制御圧力と比較してバルブステムセンサによって測定された移動距離が予期された移動を所定の距離を超えて逸脱する場合にセットされる「バルブスタック」アラームを含むことができる。

部分的なストロークを行なうときには、ＤＶＣのプロセッサ50は、アクチュエータ17に、予め設定されたストロークプロファイルに亘って緊急シャットダウンバルブ12のバルブステムを移動させ、緊急シャットダウンバルブのオリジナル位置へ戻す。この手順の間に、ＤＶＣ14は、図３のブロック82で示されるように、センサデータを集めて記録し、診断を実行することが可能である。部分的なストローク手順は、不完全なバルブを見つけて、ＥＳＤシステムの信頼度を増加させることにおいて有用である。１つの実施の形態においては、部分的なストロークテスト中に、ＤＶＣのプロセッサ50が、目標に、そして、再びバルブの正常な位置にバルブプラグを移動させるために、ライン40上の制御信号によって指示されたバルブセットポイントに数学的に加えられるランプ信号を生成する。部分的なストローク手順は、緊急シャットダウンテストが進行中であり、同様に、緊急シャットダウンバルブ12をその正常な位置から、任意のその他の位置に、そして、ストロークテストの目的のための正常な位置に戻させる一方、緊急シャットダウンバルブ12を制御する制御信号を変化させる。

前述されたように、ＤＶＣのプロセッサ50は、ランプ番号を生成し、ユーザがＤＶＣ14に送り、ユーザがバルブプラグがあって欲しい位置を示す、第２の値にランプ番号を加えることによって、バルブプラグの移動を制御するために使用され、その合計は、コントローラが維持することを試みるプラグ位置の目標と等しい。バルブプラグを移動させるこの技術は、ユーザが、バルブ12をテストする処理の各ステップに対してランプレート及びの目標、加えて、集められるべきセンサデータ（つまり、圧力、移動、要求した目標制御信号、電圧、駆動電流に掛ける電流、タイミングなど）及び各センサのサンプリングレートを指定することを可能にする。

緊急シャットダウンテストのためのスクリプトは、アクティブセットポイント（ループ電流又はＨＡＲＴ信号からの）が、引き続きアクティブであるように構成されることが可能であり、また、ＤＶＣのプロセッサ50は、結果として生じる目標位置への移動を生じさせるために、アクティブセットポイントと合算されるランプ信号を生成する。この技術は、ループ電流が、テスト中における実際の緊急シャットダウン時の、スクリプトに生成された移動を無効にすることを可能にする。中止コマンド（つまり、ＨＡＲＴを通じた特別なメッセージ又は補助入力によって受信された第２の２値信号は、テスト中のいつでも、テストを中止させ、テスト目的のためのスクリプトによって生成された任意のセットポイントバイアスを直ちに取消すことが可能である。

前述されたように、ユーザは、２値信号を提供する外部のプッシュボタンの作動によって緊急シャットダウンテストを開始することが可能である（ＯＮ又はＯＦＦ）。不慮の作動を回避するために、プロセッサ50は、緊急シャットダウンテストを開始する前に、所定の時間の長さを有した２値信号の接触をチェックすることが可能である。例えば、３秒を超える時間の、しかし５秒未満の補助接触を閉じて、緊急シャットダウンテストを作動することができる。例えば、メモリ52に格納されたルーチンは、２値信号が、第１の閾値よりも大きく、第２の閾値未満の持続時間の入力で受信されるときに、緊急シャットダウンテストを実行させることができる。図１の実施の形態を参照して、ＤＶＣは、しかしながら、接触が５秒のような所定の時間を超える間、閉じられた後で開くことが、システム10に影響しないように構成されることが可能である。注意として、ＤＶＣは、次の場合にテストが作動するのを防止するように構成されることが可能である。例えば、（１）指令されたバルブ診断がアクティブである場合、（２）有効な診断スクリプトが、デジタルバルブコントローラのメモリに格納されていない場合、（３）スクリプトファイルが書き込みのために開いている場合、又は（４）進行中のファームウェアダウンロードがある場合である。当業者にとっては、ＤＶＣ14が、如何なる数の追加イベントもテストが行なわれるのを防止するように構成されるかも知れないことは評価されるであろう。

追加的な注意として、緊急シャットダウンテストシステム10は、別のスクリプトが実行されている間に、ＤＶＣにスクリプトを書き込むことができないように構成することができる。同様に、緊急シャットダウンテストシステム10は、もしＤＶＣが補助入力を受け入れる準備ができておらず、また、緊急シャットダウンの部分的なストロークスクリプトがメモリ52に格納されていなければ、緊急シャットダウンの部分的なストロークスクリプトが、ユーザがプッシュボタンを作動することによって開始されるのを防止するように構成されることができる。

緊急シャットダウンバルブ12がメインプロセスコントローラに接続される場合には、緊急シャットダウンテストシステム10は、制御言語を使用して送られた信号がスクリプトが緊急シャットダウンの部分的なストロークのフォーマットである場合にのみＥＳＤテストスクリプトを作動するように構成されることが可能である。緊急シャットダウンの部分的なストロークのテストは、ＨＡＲＴ信号に依存しないモードで機能することが可能であり、その結果、バルブの最後の位置が前記信号と無関係に維持される。緊急シャットダウンの部分的なストロークが進行中であるときには、診断を実行するＨＡＲＴコマンドは、「ビジー」信号と共にＤＶＣのプロセッサ50によって拒絶されることが可能であり、補助の電流・圧力信号は、緊急シャットダウンテストを中止させることに帰着することが可能である（又は緊急シャットダウンテストが開始されるのを防止する）。

緊急シャットダウンテストは、所定の時間の補助入力での信号によって、例えば、スイッチを１秒間作動して、手動で中止されることができる。ライン28上の出力圧力が所定の時間、設定された最小の部分的なストローク圧力よりも低下するときのような、いくつかのイベントの発生は、ＤＶＣの構成に依存して、緊急シャットダウンテストを自動的に中止させることが可能である。テストを自動的に中止させることが可能なその他のイベントは、移動偏差アラームがセットされるとき、又は、緊急シャットダウン機器がＨＡＲＴプロトコルを使用して送られたコマンド信号によって使用停止とされる場合を含んでいる。さらに、支配的なＨＡＲＴマスタからの診断停止コマンドは、緊急シャットダウンテストを中止させる。

部分的なストロークテストが実行されているときには、バルブの目標（希望の位置への移動）は、現在の暗示のバルブ位置（ＩＶＰ）をランプバイアスと合算することにより指示され、ここでは、ランプバイアスは、ストロークが開始されるときにゼロに初期化されることが可能である。ＥＳＤ制御信号がバルブセットポイントを提供している場合には、ＥＳＤ制御信号は、サーボセットポイント演算において使用されているベースＩＶＰを制御し続けるかことが可能であり、それにより、ＥＳＤ制御信号を緊急状態でのストローク診断を効果的に無効化する。さらに、テスト制御によって生成されたセットポイントバイアスは、ＥＳＤ制御信号が所定の範囲未満である場合にゼロにされることが可能である。セットポイントバイアスのゼロへの強要は、誤ったスクリプトが緊急シャットダウンに影響するのを防止することが可能である。即時のシャットダウンを許可するために、ＤＶＣのプロセッサ50は、テストにおいて使用されるランプレートを無視し、ＥＳＤ制御信号を通じて送られた値だけを使用することが可能である。緊急シャットダウンテストシステム10は、高いループ電流の遮断が圧力制御の遮断であり得るように、修正される遮断を含むことが可能である。しかしながら、低いループ電流の遮断は、どのような設定されたレート範囲によっても無視されるであろうが、最終的には、電流・圧力駆動をゼロにする。

ＤＶＣ14は、例えば、緊急シャットダウンテスト中に機能不良のバルブを検出するためにＤＶＣ14に操作可能に接続されるセンサ15からのライン28上の出力圧力、バルブプラグ位置、ライン19上の最小の部分的なストローク圧力、及び最大の移動偏差のような複数の入力を監視する。スタックバルブプラグは、バルブプラグが指令されたように移動しない場合に検出されることが可能であり、ここで、ＤＶＣ14は、アラームをセットし、スタックバルブプラグのユーザにアラートを発する。ＤＶＣ14は、既存の「アラートイベントレコード」と関連して、偏差量（移動距離）及び時間のために構成されることができる既存の偏差アラートを使用することができる。ハンドヘルド型コンピュータのような如何なるコンピュータシステムも、コンピュータシステムをＤＶＣ14の通信ユニットに接続することによって「アラートイベントレコード」にアクセスするために使用されることができる。偏差アラートがテスト中に作動される場合には、テストは、終了されることができ、「バルブスタック」マーカ（ステータスビット）は、データファイルに配置される。さらに、バルブスタックマーカは、セットされることが可能であり、レコードは、偏差アラートを示す「アラートイベントレコード」に書き込まれる。

ライン28上のＤＶＣ14の出力圧力が、所定の時間、「最小の部分的なストローク圧力」よりも低下する場合には、テストは、中止されることが可能であり、診断データファイルに配置された「バルブスタック」マーカ、及び「バルブスタック」アラームビットは、セットされることが可能である。アラームビットは、ＤＶＣの力が循環するまでセットされ続けることができ、次の部分的なストロークは、作動されるか、又はデータ（「バルブスタックマーカ」）は、ユーザによって読み取られる。診断データは、図２において示されるように、診断データバッファ64に集められることが可能である。

緊急シャットダウンテストシステム10は、さらに、連続的な空気圧自己テストを組み込むように構成されることが可能である。空気圧自己テストは、圧力制御モードにＤＶＣ14を維持することにより、ＤＶＣ14の構成要素を連続的にチェックすることが可能である。連続的な空気圧自己テスト機能は、必要な場合に、ＤＶＣ14が緊急シャットダウンバルブ12を正確に制御することができるであろうことを保証するために、電流・圧力データのようなセンサデータを制御コマンドと比較して一又は複数の空気圧ステージを絶えず分析することが可能である。

空気圧の完全を保証するために、緊急シャットダウンテストシステム10は、診断における圧力偏差アラームに対するテストを含むことが可能である。圧力偏差アラームは、圧力制御カットオフがアクティブである場合にセットされ、「飽和」フェーズを通過する。飽和ステージは、ＤＶＣ14がアクチュエータ17に最大の圧力を加え、圧力を安定させるためにその圧力を所定の時間維持するときの、圧力を「正常な」目標圧力に減少する前のステージであり、それは、飽和未満であるが、バルブプラグを正常な位置に維持するのに十分である。この圧力は、空気圧自己テストにおいて使用される「目標」圧力であり、この目標値で実際の圧力を維持する能力は、空気圧自己テストの成功を決定する。圧力偏差アラームを実現するために、ＤＶＣのメモリ52は、所定の範囲を格納し、実際の及び予期された圧力間の差を判定し、条件が生じる場合には、圧力偏差アラートをセットすることが可能である。圧力偏差アラートの発生時刻（つまり、実際の時刻及び日付）は、クロック65を使用してＤＶＣのプロセッサ50によって記録されることが可能である。クロック65は、さらに、圧力偏差アラート時刻を記録することが可能であり、それは、実際の出力圧力を、圧力偏差アラートの移動ポイントよりも大きい値だけ予期された圧力と異ならせる最大の時間（通常、秒）である。

ＤＶＣのプロセッサ50は、所定の時間、出力ライン28上の圧力を圧力偏差アラートの移動ポイントを超過する量だけ予期された圧力から逸脱させるときに、圧力偏差アラームステータスビットをセットすることが可能である。圧力偏差アラームのためのロジックは、移動偏差アラームにならって作られることが可能である。しかしながら、所定の時間、圧力偏差アラームをリリースするためのカクントダウンは、圧力偏差アラームのセットのためのカウントアップのレートの半分で行われることが可能である。圧力偏差アラームからのリリースのためにカウントダウンを減少させることは、偏差をクリアした後でアラートを約１０秒間存続させるが、圧力信号の対称な発振がフィードバック品質の損失により生じるように、圧力偏差アラームは、アラートをセットさせるように設計されることが可能である。

本発明が特定の例に関して記述され、それらは、単に例示の意図であって本発明について限定するものない一方、当業者にとっては、変更、追加、又は削除が本発明の精神及び範疇から逸脱することなしに開示された実施の形態になされ得ることは明白であろう。

緊急シャットダウンテストシステムのいくつかの構成要素のブロック図である。 デジタルバルブコントローラのいくつかの構成要素のブロック図である。 緊急シャットダウンテストの作動及び診断中に使用されるステップのうちのいくつかのフローチャートの提示である。

符号の説明

10 緊急シャットダウンテストシステム（緊急シャットダウンシステム）
12 緊急シャットダウン（ＥＳＤ）バルブ
14 デジタルバルブコントローラ（ＤＶＣ）
15 位置センサ（バルブステムセンサ、移動センサ）
16 ソレノイドバルブ
17 緊急シャットダウンバルブアクチュエータ
18 バルブステム
19 空気圧ライン
20 ソレノイド制御機器
21 排気ライン
22 ワイヤライン
26 デジタルバルブコントローラ（ＤＶＣ）
28 空気圧出力ライン（空気圧ライン）
30 移動フィードバックリンケージ
32 供給ライン
34 補助入力
36 プッシュボタン（リモートスイッチ）
40 ライン（電線）
42 出力ライン
44 緊急シャットダウンコントローラ
46 ライン
50 プロセッサ
52 メモリ
54 アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
56 デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器
58 電流・圧力変換器
60 防爆ハウジング
62 通信ユニット
64 診断データバッファ
65 クロック

Claims (19)

1. 緊急シャットダウン装置と、該緊急シャットダウン装置を動作させることにより緊急シャットダウンテストを行なう緊急シャットダウン装置コントローラと、前記緊急シャットダウン装置の動作に関連する物理量を示すセンサデータを出力するセンサとを備えた、プロセス制御環境における緊急シャットダウンテストシステムであって、
   前記緊急シャットダウン装置コントローラは、
   プロセッサと、
   該プロセッサに結合され、緊急シャットダウンテスト手順が格納されたメモリと、
   前記プロセッサに直接結合されると共にユーザにアクセス可能なスイッチに直接結合され、該スイッチからの２値信号を受信するように構成された補助入力と、
   前記メモリに格納され、前記補助入力を監視し、前記補助入力における前記スイッチからの前記２値信号の受信に応じて前記緊急シャットダウンテスト手順を行なわせるように、前記プロセッサ上で実行されるように構成された第１のルーチンと、
   前記メモリに格納され、前記緊急シャットダウンテスト中に、前記センサからのセンサデータを取得し、該センサデータを前記メモリに格納させるように、前記プロセッサ上で実行されるように構成された第２のルーチンと、
   前記メモリに格納され、前記センサから取得されたセンサデータを前記メモリに格納された少なくとも一つの所定の限界値と比較し、該データと前記少なくとも一つの限界値との差が所定の閾値よりも大きい場合に警報を生成するように、前記プロセッサ上で実行されるように構成された第３のルーチンと
   を具備したことを特徴とする緊急シャットダウンテストシステム。
2. 通信ユニットをさらに備え、該通信ユニットは、前記プロセッサに結合され、ポータブル通信ユニットと通信する請求項１記載の緊急シャットダウンテストシステム。
3. 前記第１のルーチンは、前記補助入力を監視して該補助入力で所定時間持続する前記スイッチからの２値信号をチェックし、前記補助入力において該所定時間持続する２値信号を受信しない限り、前記緊急シャットダウンテスト手順を起動しないように構成されている請求項１記載の緊急シャットダウンテストシステム。
4. 前記第１、第２及び第３のルーチンは、前記センサデータを収集するためにバルブに特化した設定可能なルーチンからなる請求項１記載の緊急シャットダウンテストシステム。
5. 前記緊急シャットダウン装置は、緊急シャットダウンバルブを具備している請求項１記載の緊急シャットダウンテストシステム。
6. 前記第２のルーチンは、さらに、前記緊急シャットダウンバルブのバルブプラグセットポイントを、前記センサからの前記緊急シャットダウンバルブの実際のバルブステム位置を示すセンサデータと比較させるように構成されている請求項５記載の緊急シャットダウンテストシステム。
7. 前記緊急シャットダウンテスト手順は、前記緊急シャットダウンバルブに対する部分的なストロークテストを含んでいる請求項５記載の緊急シャットダウンテストシステム。
8. 前記メモリに格納された第２のルーチンは、さらに、前記緊急シャットダウンバルブのバルブプラグが移動したときに、前記センサからの前記緊急シャットダウンバルブのバルブステム位置を示すセンサデータを前記プロセッサに自動的に取得させるように構成されている請求項５記載の緊急シャットダウンテストシステム。
9. 前記緊急シャットダウン装置のコントローラは、さらに、前記センサからのアナログ入力を前記プロセッサによる利用のためのデジタルデータに変換するアナログ・デジタル（「Ａ／Ｄ」）変換器を具備している請求項５記載の緊急シャットダウンテストシステム。
10. 前記Ａ／Ｄ変換器によって変換された前記アナログ入力は、バルブステム移動、ライン圧力、及びループ電流からなるセンサ入力群から選択されたアナログ入力を含んでいる請求項９記載の緊急シャットダウンテストシステム。
11. 前記第２のルーチンは、さらに、前記緊急シャットダウンテスト中に、前記プロセッサに結合される複数の入力を監視し、前記緊急シャットダウンテストを中止させるいくつかの条件のうちの１つを監視するように構成されている請求項１記載の緊急シャットダウンテストシステム。
12. 前記条件は、最小の部分的なストローク圧力、移動偏差、及びバルブスタックからなる条件のグループから選択される請求項１１記載の緊急シャットダウンテストシステム。
13. 緊急シャットダウンバルブの緊急シャットダウンテストを行なう方法であって、
    コントローラのプロセッサにより、該プロセッサに直接結合されると共にユーザがアクセス可能なテスト始動スイッチに直接結合されている補助入力を監視するステップと、
    前記補助入力における前記テスト始動スイッチからの２値信号の受信に応じて、前記プロセッサにより前記コントローラのメモリに格納されている緊急シャットダウンテストルーチンを起動するステップと、
    前記緊急シャットダウンバルブの動作に関連する物理量を示すセンサデータを出力するセンサからセンサデータを取得し、該センサデータを前記メモリに格納するステップと、
    前記センサデータを前記メモリに格納されている少なくとも１つの所定の限界値と比較し、前記センサデータと前記少なくとも１つの所定の限界値との差が所定の閾値よりも大きい場合に、アラームを生成するステップと
    を有する方法。
14. アラームが生成される場合に、前記緊急シャットダウンテストを中止させるステップをさらに有する請求項１３記載の方法。
15. 前記センサデータをポータブル通信ユニットに転送するステップをさらに有する請求項１３記載の方法。
16. 前記センサデータを比較するステップは、バルブプラグセットポイントを前記センサからの実際のバルブステム位置と比較することを含んでいる請求項１３記載の方法。
17. 前記緊急シャットダウンテストルーチンを格納するステップは、前記緊急シャットダウンバルブのための部分的なストロークテストを格納することを含んでいる請求項１３記載の方法。
18. センサからのアナログ入力を、前記コントローラのプロセッサによる利用のために、デジタルデータに変換するステップをさらに有する請求項１３記載の方法。
19. 前記コントローラのプロセッサに結合される複数の入力を監視して、前記緊急シャットダウンテストを中止させるいくつかの条件のうちの１つを監視するステップをさらに有する請求項１３記載の方法。

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