JP5513896B2 - 流体調整システムおよび処理 - Google Patents

Description

関連出願の参照
本出願は、２００７年１月９日に出願された米国特許出願第１１／６２１５０２号の優先権の利益を主張する。

本発明は、流体の流れを調整することに関し、より詳細には、安全制御流体調整システムおよび処理に関する。

制御バルブは、流体の流れを調整するために様々な商工業システムで使用されている。現在、多くの制御バルブが、処理のための流体の流れを制御するためにバルブを調整できる自動保定装置を含み、および／または自動保定装置によって制御されている。ある種の化学および核アプリケーションなどの、いくつかの商工業アプリケーションは、ビジネス、工業、および／または政府の基準を満たす安全制御バルブの使用を必要とする。コンプライアンスを確実にするために、安全制御バルブを定期的に検査できる。たとえば、安全制御バルブの部分行程検査（ｐａｒｔｉａｌ ｓｔｒｏｋｅ ｔｅｓｔ）を実行できる。

流体調整システムは、流体の流れ（たとえば、導管またはタンク内の）を制御できる。流体調整システムは、バルブ位置決定システムを含むことができる。バルブ位置決定システムは、電気圧力変換器およびコントローラなどの構成要素を含むことができる。コントローラは、信号範囲内の指令信号に応答して電気圧力変換器を制御し、受信した信号に少なくとも部分的に基づいて電気圧力変換器への制御信号を調整し、低信号を受信する間１つまたは複数の流体調整システムの構成要素を監視できる。信号範囲は低信号から高信号までの信号を含むことができ、低信号はバルブを閉じるための信号に対応する。流体調整システムは、１０^−３以下の作動要求時破損確率（ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ）を有することができる。

ある実装形態では、指令信号は、約４から約２０ｍＡまでの信号範囲内の電流信号などの、電流信号を含むことができる。コントローラは、バルブ特性を決定すること、および／または単線を介して指令信号を受信することもできる。流体調整システムは、安全度水準（Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｌｅｖｅｌ）３に準拠できる。

ある実装形態では、バルブ位置決定システムは、コントローラに電力を供給する間、制御信号を中断するためのオーバーライド装置を含むことができる。コントローラは、低指令信号が受信されると、バルブを閉じるための制御信号を生成することもできる。

コントローラは、１つまたは複数の流体調整システムの構成要素を監視する間に受信したデータの少なくとも一部を保持できる。コントローラは、どのデータを保持するべきかを決定するために、１つまたは複数の構成要素を監視することから得たデータを分析できる。

ある実装形態では、流体調整のための処理は、信号範囲内の指令信号を受信することを含むことができ、その信号範囲は低信号から高信号までの信号を含む。低信号はバルブを閉じるための信号に対応できる。バルブの位置は、受信した指令信号に少なくとも部分的に基づいて調整できる。バルブを閉じている間、流体調整システムの構成要素を監視できる。流体調整システムは、１０^−３未満の作動要求時破損確率を有することができる。

信号範囲内の指令信号を受信すると構成要素を監視することができ、流体調整システムの構成要素に結合されたセンサからデータを受信できる。受信したデータを、どのデータを保持するべきかを決定するためのデータに分析できる。１つまたは複数の測定された状態における変化が許容範囲内かどうかを決定するために、受信したデータを分析できる。ある実装形態では、センサから受信したデータは、１度目に測定された第１バルブ位置、および２度目に測定された第２バルブ位置を含むことができる。第１バルブ位置と第２バルブ位置が許容範囲内の場合、第１バルブ位置と第２バルブ位置を比較でき、第１測定または第２測定のうちの１つを保持できる。ある実装形態では、センサから受信されたデータは、アクチュエータに送達された第１圧力、および１度目に測定された第１バルブ位置、ならびにアクチュエータに送達された第２圧力、および２度目に測定された第２バルブ位置を含むことができる。第１圧力を第２圧力と比較でき、第１バルブ位置を第２バルブ位置と比較できる。第１バルブ位置と第２バルブ位置が許容範囲内であり、第１圧力と第２圧力が許容範囲内ではない場合、第１測定と第２測定を保持できる。

ある実装形態では、信号が低信号を含む場合、バルブが閉じたことを示すメッセージを送信できる。バルブ特性を決定できる。単線を介して指令信号を受信できる。

一態様では、流体調整システムは、バルブ、圧力信号を受信して、それに応答してバルブの位置を調整するように適合されたアクチュエータ、およびバルブ位置決定システムを含むことができる。バルブ位置決定システムは、電気圧力変換器、コントローラ、オーバーライド装置、および中継器を含むことができる。コントローラは信号範囲内の指令信号に応答して電気圧力変換器を制御でき、信号範囲は低信号から高信号までの指令信号を含む。低信号はバルブを閉じるための信号に対応できる。コントローラは、電気圧力変換器への制御信号を、受信した指令信号に少なくとも部分的に基づいて調整し、低指令信号が受信されると閉鎖バルブ信号を生成し、低指令信号を受信する間１つまたは複数のシステム構成要素を監視できる。コントローラに電力を供給する間、制御信号を中断するようにオーバーライド装置を構成できる。中継器は電気圧力変換器から圧力信号を受信して、その圧力信号をアクチュエータに送達できる。流体調整システムは、１０^−３以下の作動要求時破損確率を有することができる。

様々な実装形態は、１つまたは複数の機能を有することができる。たとえば、バルブ位置決定システムは、バルブが閉じている間、１つまたは複数の流体調整システムの構成要素を監視できる。バルブが閉じている間に監視できるようにすることにより、流体調整システムにおける問題、または今後の問題の識別を容易にすることができる。さらに、バルブが閉じている間に流体調整システムを監視する能力により、政府、工業、ビジネス、および／または他の安全要件への準拠を容易にすることができる。他の例としては、流体調整システムは、システム内の構成要素の問題および／または故障を切り離すことができる可能性があり、ダウンタイムを減らすこと、ならびに／または構成要素のより効率的な置換および／または修復を可能にすることができる。さらなる例としては、単線の指令信号を使用して、流体調整システムを操作できる可能性がある。単線を介して信号を受信することにより、干渉を減らして、流体調整システムの導入、製造、および／または操作を簡単にすることができる。

添付の図面および以下の説明において、１つまたは複数の実装形態の詳細を説明する。説明および図面、ならびに特許請求の範囲から、その他の特徴は明らかになるだろう。

流体調整システムの一例を示すブロック図である。 流体調整システムによって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 流体調整システムの他の例を示すブロック図である。 流体調整システムによって実行される処理の他の例を示すフローチャートである。 例示的な流体調整システムの閉鎖バルブのための経時的な位置の表示を示す図である。 例示的な流体調整システムの部分行程検査の表示を示す図である。

様々な図面内の同様の参照記号は、同様の要素を示す。

図１は、流体調整システム１００の一例を示している。流体調整システム１００は、流体の流れ（たとえば、ガス、液体、またはそれらの組合せ）に影響を及ぼすことができる、どのような適切なシステムも含むことができる。たとえば、流体調整システム１００は、ビジネス、工業、および／または政府の基準に準拠する安全制御バルブでよい。

流体調整システム１００は、バルブ１２０を制御するように構成されたバルブ位置決定システム１１０を含む。バルブ位置決定システム１１０は、コントローラ１１１、およびコントローラからの電気信号（たとえば制御信号）を流体またはガス（たとえば空気、天然ガス、または他の適切な圧縮性ガス）の圧力信号に変換する電気圧力変換器（Ｅ／Ｐ変換器）１１２などの構成要素を含む。

コントローラ１１１は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、書替え可能ゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）などのプログラム可能論理回路、および特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）などのプログラム不可能な論理回路、または情報を論理的な方法で操作するための他のどのような装置も含むことができる。コントローラ１１１は、指令信号１３０に少なくとも部分的に応答して動作する。コントローラ１１１は信号範囲内で動作可能でよい。信号範囲は、高信号から低信号まででよい。たとえば、コントローラ１１１は、約４から約２０ｍＡ範囲内で動作可能でよい。コントローラ１１１は、電圧範囲（たとえば、１〜２４ボルト、１２〜２４ボルトなど）でも動作できる。低信号はコントローラ１１１がバルブ１２０を閉じるべきであると示すことができ、高信号はコントローラがバルブ１２０を開けるべきであると示すことができる。他の構成も可能である。低信号または高信号は単一の値でもよく、様々な範囲の値でもよい。たとえば、４〜２０ｍＡ制御ループでは、低信号は３．８〜４．２ｍＡでよく、高信号は１９．５〜２０．７ｍＡでよい。たとえば、Ｅ／Ｐ変換器１１２のための制御信号は、０．１ｍＡから１．６ｍＡ電流信号でよい。

バルブ１２０は、ボールバルブでも、グローブバルブでも、他のどのようなタイプの流体影響装置でもよい。バルブ１２０はアクチュエータを含むことができ、アクチュエータはバルブ位置決定システム１１０から信号（たとえば圧力信号）を受信して、バルブの位置を調整する。ある実装形態では、アクチュエータはバルブ１２０の外側に配置されてもよく、バルブ位置決定システム１１０の構成要素であってもよい。

指令信号１３０の値が信号範囲の低値から高値に増加するにつれて、コントローラ１１１はバルブ１２０を徐々にまたは段階的に開けることができる。ある実装形態では、コントローラ１１１は、バルブ１２０がどの程度開けられるまたは閉じられるべきかを決定するために受信した指令信号１３０に、バルブ関数アルゴリズムを適用できる。信号範囲の高信号および低信号を、高いおよび低い数値に関して上記で説明したが、高信号は、低信号より低い数値と相互に関連できる（たとえば、送達された信号が２０ｍＡのときにバルブを閉じることができ、信号が４ｍＡのときに開けることができる）。

ある操作モードの間、バルブ位置決定システム１１０および／またはコントローラ１１１によって、指令信号１３０が受信される。コントローラは、単線を介して指令信号１３０を受信できる。操作を簡単にし、干渉を生成および／または減らすために単線を使用できる。他の実装形態では、２本以上の電線を介して信号を受信するようにコントローラを構成できる。

コントローラは、Ｅ／Ｐ変換器１１２への制御信号を、指令信号１３０に基づいて修正できる。次いで、Ｅ／Ｐ変換器１１２は、受信した電気制御信号を圧力信号に変換できる。バルブ１２０に結合された、またはバルブ１２０の一部である、バルブの位置を調整するアクチュエータに、圧力信号を送達できる。たとえば信号１３０が低信号の場合、バルブ１２０を閉じるために、コントローラ１１１が指令信号をＥ／Ｐ変換器１１２に送信できる。Ｅ／Ｐ変換器１１２は、制御信号を圧力信号に変換でき、その圧力信号は、バルブ１２０を閉じるアクチュエータに送達される。

コントローラ１１１は、バルブ１２０を閉じている間、流体調整システム１００の構成要素を監視できる。たとえば、コントローラ１１１は、Ｅ／Ｐ変換器からの出力圧力信号、バルブ位置、および／または時間を監視できる。構成要素を監視することから得たデータのうちの少なくとも一部を記憶できる（たとえば、コントローラ１１１のメモリ内に、または遠隔に）。コントローラ１１１は、どのデータを保持するべきかを決定するために、アルゴリズムを使用して、監視することから得たデータを分析できる。ある実装形態では、データは流体調整システム１００から離れたシステムに送信される。

システム１００は複数の機能を有することができる。たとえば、特定の化学処理または核環境などのある種のアプリケーションは、政府、工業、および／またはビジネスの要件を満たす流体調整システム（たとえば、緊急遮断バルブ）の使用を必要とする。緊急遮断バルブは日常操作では使用されないので、操作を確実にするために、および／またはシステム故障の危険性を減らすために、定期的（たとえば毎月１回）に検査（たとえば、部分行程検査）が実行される。たとえば、長期間にわたって使用されないとバルブは固着することがある。操作を確実にするため、および／または故障の危険性を減らすために流体調整システムの全行程検査（ｆｕｌｌ ｓｔｒｏｋｅ ｔｅｓｔ）を実行できるが、全行程検査を実行するためには流体調整システムをオフラインにするか、操作を停止しなければならない。バルブが閉じられると（たとえば、通常操作、検査、および／または緊急遮断の間）コントローラへの信号が終了し、電力なしに監視は継続できないので、現在使用されている方法は、最大でも開／閉操作（たとえば、１００％〜２０％開いている）の一部の構成要素を監視する。現在の技法と異なり、緊急遮断バルブなど、バルブを閉じるために低信号を使用することにより、閉じている間も構成要素の監視を継続できるようになる。閉じている間に構成要素を監視することにより、バルブの完全な開／閉操作の間、流体調整システム（たとえば、バルブ、アクチュエータ、および／またはバルブ位置決定システム）の操作および／または健康状態の表示を提供できる。

さらに、閉じている間に構成要素を監視することにより、構成要素の問題または起こりうる問題（たとえば、バルブ軸の過度の摩擦、アクチュエータ内の残屑、連結器または回線における漏れなど）の識別を容易にすることができる。問題および起こりうる問題の識別により、操作のダウンタイムを減らして安全性を高めることができる。

図２は流体調整システムの処理２００の一例を示している。図１に示した流体調整システム１００を使用して、処理２００を実装できる。処理２００において、信号範囲内の指令信号が受信される（操作２１０）。たとえば、流体調整システム１００のコントローラ１１１が信号１３０を受信できる。

制御されたバルブのための位置を、受信信号に少なくとも部分的に基づいて決定できる（操作２２０）。たとえば、コントローラ１１１は、信号１３０に基づいてバルブ１２０が配置されるべき位置を決定できる。次いで、コントローラ１１１は、決定された位置に基づいて、制御信号をＥ／Ｐ変換器１１２に送信できる。Ｅ／Ｐ変換器１１２は電気制御信号を圧力信号に変換して、バルブの位置を調整するために、その圧力信号をバルブ１２０またはバルブのアクチュエータに送達できる。

指令信号が低信号かどうかの決定を下すことができる（操作２３０）。たとえば、低信号は、４から２０ｍＡ電流ループまたは信号範囲内の４ｍＡ信号に対応できる。

低信号が受信されると、バルブを閉じることができる（操作２４０）。たとえば、信号１３０が低信号（たとえば、４〜２０ｍＡ信号範囲内の４ｍＡ）の場合、コントローラ１１１は、バルブ１２０は閉じられるべきであると決定して、バルブを閉じるために信号を送信できる。

低信号が受信される場合、流体調整システムの構成要素を監視できる（操作２５０）。したがって、バルブを閉じている間、および／またはバルブが閉じられている間、構成要素を監視できる。たとえば、バルブ位置、バルブに送達された圧力信号、時間、および／またはコントローラから送達された電気制御信号を監視できる。

ある実装形態では、構成要素を監視することから得たデータを分析できる。どのデータを保持するべきかを決定するために、データにアルゴリズムを適用できる。流体調整システム内の問題を診断するために、保持されたデータを分析できる。

図３は流体調整システム（ｆｌｕｉｄ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ）３００の他の例を示している。流体調整システム３００は、バルブ位置決定システム３１０、アクチュエータ３２０、およびバルブ３３０を含む。信号３４０（たとえば指令信号）はバルブ位置決定システム３１０に送信される。信号３４０を、バルブ位置決定システム３１０の様々な構成要素（たとえば、Ｅ／Ｐ変換器、中継器など）によって修正して、バルブ３３０上で動作するアクチュエータ３２０（たとえば、圧力差を条件とするピストン）に送達できる。バルブ３３０の位置は、信号３４０に基づいて調整される。

バルブ位置決定システム（ｖａｌｖｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）３１０は、コントローラ３１１、Ｅ／Ｐ変換器３１３、および中継器３１４などの構成要素を含む。Ｅ／Ｐ変換器を説明したが、コントローラから受信した信号を変換できる他の適切な変換器を使用できる。中継器３１４は、受信した信号を送信および／または増幅できる。中継器３１４は、これに限定されないが、スプリング・ダイヤフラム・アクチュエータ、スプール・バルブ、または空気圧式増幅器を含むことができる。流体供給３６０（たとえば、空気または天然ガス）は、流体をＥ／Ｐ変換器３１３および／または中継器３１４に供給できる。

流体調整システムは、構成要素および／または構成要素間の接続に結合されたセンサ３１５も含むことができる。センサ３１５は、バルブ位置決定システムによって生成および／または受信された、信号（たとえば、電気または圧力）または位置を測定できる、どのような装置でもよい。たとえば、センサは、これに限定されないが、圧力、流量、電流、電圧、および／またはバルブ位置などのパラメータを測定できる。センサ３１５は、構成要素の監視から得たデータをコントローラ３１１に送信できる。

バルブ位置決定システム３１０は、オーバーライド装置３１２（たとえば、安全オーバーライド回路または装置）も含む。オーバーライド装置３１２は、流体調整システムに安全制御機能を提供できる。たとえば、安全でない状態が流体調整システム３１０に存在する、または影響する場合、流体調整システムを「安全な状態」に移行させる（たとえば、流体を大気中に排出する、バルブを閉じる、または特定のシステムに適するいかなる処置）信号を提供するために、オーバーライド装置３１２は、流体調整システム３１０に提供された、または流体調整システム３１０によって提供された信号を、修正または中断できる。一例として、化学反応などの処理が制御不能になった場合、オーバーライド装置はＥ／Ｐ変換器３１３への信号を中断して、流体調整システムを安全な状態に移行させる（たとえば、その処理へのフィードラインを閉じる）ことができる。他の例としては、安全でない物質の漏れが検出された場合、オーバーライド装置は、流体調整システムにその漏れの上流のバルブを閉じさせるように、信号を修正できる。

デジタル構成要素、アナログ構成要素、またはそれらの組合せを使用して、オーバーライド装置３１２を実装できる。オーバーライド装置３１０は、コントローラ３１１および／またはセンサ３１５に電力を供給するための信号の能力を途絶させずに、Ｅ／Ｐ変換器３１３への信号の通信を中断または修正できる、電子的構成要素のどのような集合でもよい。オーバーライド装置３１２は、分離したプリント回路基板上など、コントローラ３１１から離れて配置されてもよく、コントローラに組み込まれてもよい。

トリップ信号３５０および／または指令信号３４０は、オーバーライド装置３１２の操作を制御できる。トリップ信号３５０は、統制処理および／または機能の様々な部分から受信したデータに決定を基づかせうる、外部制御機構によって統制されうる。たとえば、オーバーライド装置３１２を、トリップ信号３５０を受信すること（たとえば、検査目的で、または流体調整システムを安全な状態に移行させるために）、指令信号３４０の状態における変化を検出すること（高から低へ変わるなど）、トリップ信号また信号における中断を検出すること、安全でない状態の通知を受信することに応答してトリガしても、または安全な状態で流体調整システムを操作することを必要とする他の数々の事象のうちのいずれかに応答してトリガしてもよい。オーバーライド装置３１２がトリップ信号３５０を受信する場合、指令信号３４０または制御信号（たとえば、コントローラ３１１からＥ／Ｐ変換器３１３への）に実行された修正は、Ｅ／Ｐ変換器３１３に「安全な状態」（たとえば、閉じた状態などのデフォルト状態に移行する、または現在の状態を凍結させる）に関連する処置を実行させるための、どのような適切な修正でもよい。たとえば、制御信号が中断されると、いくつかのＥ／Ｐ変換器３１３は大気中に排出する（たとえば、流体調整システム内の流体を大気中に放出するバルブが開けられる）。

一態様では安全オーバーライド回路として見なされうるオーバーライド装置３１２は、様々な構成を有することができる。たとえば、ある実装形態では、オーバーライド装置３１２は、指令信号３４０がコントローラ３１１に提供される前に、指令信号３４０を受信できる。したがって、コントローラ３１１が、指令信号から電力および通信をまだ引き出せるうちに、オーバーライド装置３１２は指令信号３４０を評価して、Ｅ／Ｐ変換器３１３への制御信号を修正するかどうかを決定できる。制御信号を修正することは、Ｅ／Ｐ変換器３１３からの特定の応答を生成するために、制御信号を増強、減衰、変形、中断、変換、その他の形で操作することを含んでもよい。ある状態が発生していることを指令信号が表示しない場合、オーバーライド装置３１２によって出力された制御信号は入ってくる信号と本質的に同じであってよい。ある実装形態では、オーバーライド装置３１２は、指令信号３４０に加えて、または指令信号３４０の代わりに、トリップ信号３５０を受信できる。オーバーライド装置３１２は、Ｅ／Ｐ変換器３１３への制御信号を修正するかどうかを決定するために、トリップ信号３５０を評価することもできる。信号修正の間、Ｅ／Ｐ変換器３１３が大気中に排出する場合、オーバーライド装置３１２は、活性化状態に応答してＥ／Ｐ変換器３１３の出力圧力を大気圧に復元できる。

Ｅ／Ｐ変換器制御信号の制御を修正するための指令信号３４０を評価するために、たとえばオーバーライド装置３１２は、制御信号ラインに結合され、比較器によって制御される、トランジスタを含むことができる。トランジスタは、制御ターミナル（本明細書では比較器として論じる）で信号に応答して電流を制限または許可する、電流または電圧によって制御されたどのような適切な電子的構成要素でもよい。たとえば、トランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）のゲート端子に印加される電圧によって制御される、ＭＯＳＦＥＴなどのｐ型の電界効果トランジスタ（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）でも、ｎ型の電界効果トランジスタでもよい。比較器は、参照入力信号としきい値入力信号を比較するための回路（たとえば、演算増幅器）、およびその比較に応答してトランジスタを制御するための出力を生成するためのどのような回路でもよい。

ある実装形態では、オーバーライド装置３１２は、指令信号から生成された入力電流を受信できる。指令信号の入力電流に比例した電圧を生じさせるために、抵抗器を指令信号のネガティブ・ラインに結合して、ダイオードと並列に配置することができる。指令信号の入力電流を表す、特性電圧降下を生成するために、抵抗器を指令信号のポジティブ・ラインにも結合できる。電圧レギュレータは、一定の基準電圧を形成するために第２抵抗器と連動でき、その一定の基準電圧に対して第１抵抗器を介する電圧が比較される。

操作中、入力電流を表す特性電圧と基準電圧との比較を、比較器が実行する。特性電圧が範囲に達しない（たとえば、基準電圧以下）場合、入力電流が低すぎるため、または入力電流が高すぎるので電圧レギュレータが入力電流を接地に分路したため、比較器はそれぞれのトランジスタの電源を切り、したがってＥ／Ｐ変換器への電流を中断する。特定の実装形態では、さらなるセキュリティを提供するために、回路は冗長的に重複されうる。

制御信号を修正するためのトリップ信号を評価するために、たとえば、オーバーライド装置３１２は、制御信号のポジティブ・パス内にトランジスタを含むことができる。トランジスタは、制御ターミナル（本明細書では電圧レギュレータとして論じる）で信号に応答して電流を制限または許可する、電流または電圧によって制御されたどのような適切な電子的構成要素でもよい。トランジスタを制御するために使用される電圧信号は、電圧レギュレータによってトランジスタにとって適切な電圧レベルに降圧された、トリップ信号である。したがって、たとえば、トランジスタが５ボルトのＭＯＳＦＥＴの場合、２４ボルトのトリップ信号は５ボルトに降圧されうる。オーバーライド装置は、降圧されたトリップ信号からの電流が制御信号を著しく変更しないように、制御信号のポジティブ・パスとトランジスタのゲートラインとの間に結合された抵抗器を有することができる。たとえば、電流を最小にするために、１ＭΩなどの比較的高い抵抗値を有するために抵抗器を選択できる。

操作中、トリップ信号から降圧された電圧が維持される限り、トランジスタは電流が流れるようにする。トリップ信号が中断されると、トランジスタを通る電流が中断されるので、Ｅ／Ｐ変換器への制御信号を中断する。制御信号の中断に応答して、Ｅ／Ｐ変換器は、大気中への排出など安全な状態に移行する。したがって、オーバーライド装置により、トリップ信号に応答して制御信号を停止するための効果的な操作が実現する。特定の実装形態では、オーバーライド装置３１２は、信頼性を高めるために２つの重複するオーバーライド回路を含むことができる。

ある実装形態では、指令信号を監視する、およびトリップ信号を監視する機能を、１つの安全なオーバーライド回路オーバーライド装置３１２（たとえば、同じ回路基板上で）において提供できる。しかし、アプリケーションでは、安全機能のうちの１つだけを使用できる。さらに、オーバーライド装置が重複する回路を通じて冗長性を有することを述べたが、重複しない回路を通じて冗長性を提供することは有利であり、同じ状態によって両方の回路が影響を受ける機会を減らすことができる。しかし、ある実装形態では、冗長性は必要ではない。

コントローラ３１１は、どのデータを記憶するべきかを決定するためにデータに適用するためのアルゴリズム３１７を含むことができ、データおよび／または他の命令を記憶するためにメモリ３１６を含むことができる。コントローラ３１１のメモリ３１６は、ＲＡＭ，ＲＯＭ、光メモリ、磁気メモリ、フラッシュメモリ、電気的消去可能プログラム可能ＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ｅｒａｓａｂｌｅ、ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ：ＥＥＰＲＯＭ）、相変化ＲＡＭ（ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ：ＰＲＡＭ）、強誘電体ＲＡＭ（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ＲＡＭ：ＦｅＲＡＭ）などの揮発性または不揮発性のメモリ、または情報を記憶するために適切な、他のどのような装置も含むことができる。電力の中断がデータの保存に影響しないように、メモリ３１６の少なくとも一部は不揮発性でよい。

指令信号３４０はコントローラ３１１に送信される。ある実装形態では、単線を介して信号をコントローラ３１１に送達できる。単線を使用することにより、操作を簡単にし、および／または干渉を減らすことができる。信号３４０によって電力を供給されるコントローラ３１１は、指令信号に少なくとも部分的に基づいて、Ｅ／Ｐ変換器３１３に送信するための適切な制御信号を生成する。制御信号はオーバーライド装置３１２に提供され、オーバーライド装置３１２がその制御信号をＥ／Ｐ変換器３１３に提供する。Ｅ／Ｐ変換器３１３が、電気制御信号を中継器３１５に送達するための圧力信号に変換し、中継器３１５がその圧力信号を修正または維持できる。次いで、圧力信号はアクチュエータ３２０に送信され、アクチュエータ３２０がバルブ３３０の位置を圧力信号に基づいて調整する。

流体調整システム３００のある操作モードの間、信号３４０はバルブ位置決定システム３１０のオーバーライド装置３１２に送信される。オーバーライド装置３１２は、制御信号が修正または中断されるべきかを決定する（たとえば、流体調整システムが安全状態に移行することを必要とする状態のために）。オーバーライド装置３１２が、制御信号は修正も中断もする必要がないと決定すると、信号はＥ／Ｐ変換器３１３に送信される。

オーバーライド装置３１２が、制御信号を中断するべきだと決定すると、コントローラ３１１への電力は維持されたまま、Ｅ／Ｐ変換器３１３への制御信号は終了する。Ｅ／Ｐ変換器への制御信号の終了により、流体調整システムは安全な状態に移行できる（たとえば、バルブ３３０を閉じる）。必要に応じてコントローラ３１１および／またはセンサ３１５への電力は維持されるので、流体調整システムの構成要素を監視できる。

オーバーライド装置３１２は、流体調整システム内の、または流体調整システムに影響を及ぼす、安全でない状態の検出などの、様々な理由で制御信号を修正または中断するべきだと決定できる。たとえば、センサ３１５によって測定された値が安全範囲を超えると、コントローラ３１１がオーバーライド装置３１２に安全でない状態を示すメッセージを送信できる。他の例としては、安全でない状態が検出されると（たとえば、範囲外の指令信号３４０、位置、温度、参照電圧、および／または圧力の値、メモリ３１６の故障、Ｅ／Ｐ変換器３１３の効率低下、ならびに／または１度または複数度のチェックの間の中継器の反応性の効率低下）、オーバーライド装置３１２はコントローラ３１１によって出力された制御信号を中断できる。

ある実装形態では、故障の認識および分析を、ＨＡＲＴ（Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）モデムなどの他の通信装置を介して実施できる。コントローラ３１１は、指令信号３４０または制御信号内に通信された、指令などのメッセージを受信するために、ＨＡＲＴモデムを含むことができる。ＨＡＲＴモデムにより、センサ、トランスデューサ、コントローラ、および他の装置が、４〜２０ｍＡ電流ループ接続などの信号範囲を介してネットワーク内で通信できるようになる。ＨＡＲＴモデムは、コントローラ３１１との通信を可能にするループ内の信号を変調できる（たとえば、１２００ボーの周波数偏移変調信号を作成する）。したがって、ＨＡＲＴモデムは指令をコントローラ３１１に送信でき、コントローラ３１１がその指令をＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリなどのメモリ内に記憶できる。

ある実装形態では、コントローラ３１１、オーバーライド装置３１２、および／または他の構成要素を含むバルブ位置決定システムを、筐体内に配置できる。筐体は、構成要素およびコントローラのうちの少なくとも１つを、少なくとも部分的に囲むことができる。筐体は耐候性、耐爆性、および／または防爆性でよく、ならびに／または、政府および／または工業基準を満たすものでよい。筐体内のコントローラ、オーバーライド装置、および／または他の構成要素の位置決定により、バルブ位置決定システムの導入ならびに／または構成要素および／またはコントローラへの損害の防止を容易にすることができる。

図４は、流体調整システムのための処理４００の一例を示している。たとえば、図３に示した流体調整システム３００によって、処理４００を実装できる。信号範囲の低信号を受信できる（操作４１０）。たとえば、オーバーライド装置３１２および／またはコントローラ３１１は、低信号３４０を受信できる。バルブを閉じることができる（操作４２０）。たとえば、コントローラ３１１は低信号３４０を修正して、指令信号をオーバーライド装置３１２に送信する。オーバーライド装置３１２は指令信号をＥ／Ｐ変換器３１３に送信し、Ｅ／Ｐ変換器３１３が電気信号をアクチュエータ３２０に送信されるべき圧力信号に変換し、アクチュエータ３２０がバルブ３３０のバルブ位置を調整する。

バルブを閉じている間、および／またはバルブが閉じられている間、バルブ構成要素は監視される（操作４３０）。たとえば、時間、Ｅ／Ｐ出力、および／またはバルブ位置などのバルブ特性を監視できる。低信号が受信されるとコントローラに電力が供給されるので、バルブを閉じている間、監視を実行できる。温度および／または様々な構成要素への入出力信号などの他のバルブ特性も監視できる。ある実装形態では、信号範囲内の信号が受信されると構成要素を継続的および／または定期的に監視できるので、バルブ操作における正確性を高め、および／またはバルブ位置決定システムの構成要素の、要求時失敗予測可能性を高めることができる。

アルゴリズムに基づいて、どのデータを記憶するべきかを決定するために、データを分析できる（操作４３１）。たとえば、アルゴリズム３１７を、コントローラ３１１のメモリ３１６内に記憶できる。コントローラ３１１は、流体調整システム３００内のセンサ３１５からのデータを、アルゴリズム３１７に従って分析できる。

アルゴリズムは、２つ以上の順次（たとえば時間）データセットを比較することによって、データを処理できる（操作４３２）。たとえば、１度目のセンサからのデータセットを、１度目から０．５ミリ秒後の２度目のセンサからのデータセットと比較できる。第１セットのデータおよび第２セットのデータ内のバルブ位置が許容範囲内（たとえば、０．１％）かどうか決定できる（操作４３３）。バルブ位置が許容範囲内ではない場合、２つのデータセットは保持される（操作４３４）。バルブ位置が許容範囲内の場合、次いで、Ｅ／Ｐ出力値が許容範囲内かどうか決定される（操作４３５）。バルブ位置の許容範囲は、Ｅ／Ｐ出力値の許容範囲と類似する、または異なる場合がある。たとえば、Ｅ／Ｐ出力値が許容範囲内でない場合、両方のデータセットが保持される（操作４３４）。Ｅ／Ｐ出力値が許容範囲内の場合、次いで、データセットのうちの少なくとも１つを廃棄することができ（たとえば、記憶されない）（操作４３６）、データセットのうちの１つを保持できる（操作４３７）。たとえば、コントローラ３１１のＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどのメモリ３１６内にデータを記憶することによって、データセットを保持できる。他の例としては、データを遠隔システムまたはリポジトリに送信することによって、データを保持できる。データセットのうちのいくつかを廃棄することにより、無関係の、または反復する可能性があるポイントを減らすことによって、分析を容易にすることができる。

バルブ位置および圧力に関してアルゴリズム３１７を上記で説明したが、必要に応じて、アルゴリズムを取得した構成要素の他の測定に適用できる。他の実装形態では、構成要素を監視することから得たデータを記憶することができ、どのデータを記憶するべきかを決定するためのアルゴリズムは適用できない。ある実装形態では、どのデータを流体調整システムから送信するべきかを決定するためにアルゴリズムを適用できる（たとえば、オペレータまたは遠隔システムに）。

流体調整システムを監視する間、データを分析できる（操作４４０）。たとえば、入出力曲線の比較、Ｆ検定、フーリエ変換などの様々な分析をデータに実行できる。他の例としては、構成要素を監視することから得たデータに傾向分析を実行できる。そのデータに基づいて構成要素の問題を診断できる（操作４５０）。たとえば、バルブ内の摩擦が増加したか、または流体調整システムの構成要素間の接続に漏れがないかを決定するために、データを分析できる。他の例としては、圧力出力変換器への電気の詰まり、圧力出力変換器の屈曲部またはノズルへの電気上の堆積物、コントローラ電子機器の故障、コントローラ電子機器の性能変化、中継器の故障または漏れ（たとえば、中継器のダイヤフラムの故障または漏れ）、チューブ接続（たとえば、アクチュエータ、中継器、または圧力出力変換器への電気への）におけるガス漏れ、破損したアクチュエータ・スプリング、充填摩擦の増加、ガス供給からの低圧ガス流送達、および／または所定の範囲外の温度（たとえば、高温は数日中に故障の原因となる）などの問題を診断できる。

流体調整のためのいくつかの実装形態を説明し、他のいくつかの実装形態について言及または提案した。しかし、様々な変更形態が作成されうることが理解されよう。様々な操作を追加、削除、修正、または並べ替えることができる。たとえば、どのデータを記憶するべきかを決定するために、説明したものとは異なるアルゴリズム、またはその変形形態を使用できる。さらに、バルブが閉じられている間、または信号範囲内の信号を受信する間、バルブ位置、および閉じている間に取得した圧力以外の測定にアルゴリズム３１７を適用できる。他の例としては、流体調整システムの構成要素の問題を決定できない。さらに、バルブ位置決定システムから離れたメモリにデータセットを送信できる。他の例としては、データセットを記憶できない。さらに、信号範囲内の信号を受信する間、流体調整システムの構成要素を監視できる。したがって、他の実装形態はこの出願の範囲内である。

ある実装形態では、データに基づいてバルブ特性を決定および／または分析できる。たとえば、バルブが完全に閉じているか、およびバルブが閉じるためにどれくらいの時間がかかるかを決定するために、バルブ位置対時間曲線を検査できる。経時的なバルブ位置の比較の分析により、バルブ内の残屑、バルブ内の過度の摩擦、損傷したまたは劣化しつつあるバルブ部分、および／または他の安全でない状態の識別を容易にすることができる。

図５は、バルブ閉鎖のためのバルブ位置対時間曲線の表示を示す。構成要素の問題を診断するために、バルブ位置対時間曲線におけるデータを分析できる。図示した通り、バルブが閉じるのに約１５０秒かかった。最後のバルブ閉鎖が約６０秒かかると、バルブを閉じるための新しい時間が、バルブ内の残屑による過度の摩擦などのバルブの問題を示すことができる。

図６は、図３におけるシステムなどの流体調整システムの一例の、部分行程検査のためのバルブ位置対Ｅ／Ｐ出力圧力曲線の表示を示している。部分および完全行程検査のためのバルブ位置対Ｅ／Ｐ出力圧力曲線の比較の分析は、許容範囲外の分散が存在するかどうかを決定するために比較できる。たとえば、許容範囲外のばらつきを検出するために、ある曲線を他の曲線と重ねることができる。部分行程検査におけるばらつきは、流体調整システムにおける問題（たとえば、残屑）、完全行程検査、またはさらなる検査の必要性を示すことができる。

ある実装形態では、バルブ特性を決定するためにＥ／Ｐ圧力対時間を分析できる。流れの詰まりが発生していないか、つまり流体調整システム内に残屑がないかを決定するために、圧力の分析を検査できる。さらに、システム内に問題がないか、または問題が発生する可能性がないかを決定するために、他のバルブ特性を分析できる。

ある実装形態では、オーバーライド装置が信号を中断または修正すると、またはトリップ信号が受信されると、メッセージを送信できる（たとえば、オペレータに）。メッセージは、バルブを閉じている間に取得され、コントローラのメモリ内に記憶されたデータをオペレータに通知できる。オペレータはコントローラのメモリ内に収集されたデータを、流体調整システムの外部の他のメモリに転送できる（たとえば、ＸＭＬメッセージまたはブルートゥースなどの、バスまたはネットワークプロトコルを介して）。メッセージは、バルブの構成要素の状態（たとえば、構成要素の差し迫った故障）を識別することもできる。

ある実装形態では、安全に実装されたシステム内でバルブ位置決定システムを使用できる（たとえば、安全バルブ、破裂板、および高信頼性基準に準じる他のシステム）。問題または故障の発生より前に、問題および／または故障の診断ができるバルブ位置決定システムの使用により、安全実装システムの規定（たとえば、政府、工業、および／またはビジネス安全基準）を満たし、また準拠することを容易にすることができる。たとえば、特定の化学および核処理などのある種のアプリケーションは、許容できる最大の作動要求時破損確率値を有する装置、または特定のＳＩＬ（安全度水準）を満たす装置の使用などの、厳格な安全基準に準拠するバルブの使用を必要とする。ＳＩＬは、処理要求が発生するときの、安全計装システム（ｓａｆｅｔｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ：ＳＩＳ）の信頼性の統計的表示である。より高いＳＩＬが、より信頼できる装置に対応する（たとえば、ＳＩＬ３装置はＳＩＬ２装置よりも信頼性できる。）ＳＩＬは、作動要求時破損確率（たとえば、処理要求時のシステム利用不能確率）と相互に関連する。

ある工業の処理の一部はＳＩＬ−３装置、または１０^−３未満の作動要求時破損確率を有する装置を必要とする場合がある。流体調整システムおよび／またはバルブ位置決定システムのある実装形態は、少なくともＳＩＬ−３、および／または１０^−３未満の作動要求時破損確率を有する。

本明細書で説明したシステムおよび技法の様々な実装形態は、デジタル電子回路、集積回路、特別設計されたＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、コンピュータ・ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組合せにおいて実現できる。これらの様々な実装形態は、記憶システム、少なくとも１つの入力装置、および少なくとも１つの出力装置からデータおよび命令を受信するために、ならびに記憶システム、少なくとも１つの入力装置、および少なくとも１つの出力装置にデータおよび命令を送信するために結合された、専用でも汎用でもよい、少なくとも１つのプログラム可能プロセッサを含むプログラム可能システム上で実行可能および／または解釈可能な、１つまたは複数のコンピュータ・プログラム内の実装形態を含むことができる。

これらのコンピュータ・プログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェア・アプリケーション、またはコードとしても知られる）は、プログラム可能プロセッサのための機械命令を含み、高レベルの手続き型および／またはオブジェクト指向プログラミング言語、ならびに／またはアセンブリ／機械言語に実装できる。本明細書で使用される通り、「機械可読メディア」という用語は、機械命令を機械可読信号として受信する機械可読メディアを含むプログラム可能プロセッサに機械命令および／またはデータを提供するために使用される、どのようなコンピュータ・プログラム製品、装置、および／またはデバイス（たとえば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラム可能論理素子（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ：ＰＬＤ））も指す。「機械可読信号」という用語は、プログラム可能プロセッサに機械命令および／またはデータを提供するために使用されるどのような信号も指す。

ユーザとの対話を提供するために、本明細書で説明したシステムおよび技法を、ユーザに情報を表示するための表示装置（たとえば、ブラウン管（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）または液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）モニタ）、ならびにユーザがコンピュータに入力を提供できるキーボードおよび位置指示装置（たとえば、マウスまたはトラックボール）を有するコンピュータ（たとえば、ホストまたは外部ホスト）に実装できる。ユーザと対話するために、他の種類の装置も使用できる。たとえば、出力装置によってユーザに提供されるフィードバックは、どのような形式の感覚フィードバック（たとえば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、および／または触覚フィードバック）でもよく、および／またはユーザからの入力は、音響、音声、触覚入力を含むどのような形式で受信されてもよい。

流体の流れを調整するためのいくつかの実装形態を説明し、他のいくつかの実装形態について言及または提案した。さらに、依然として流量制御を実現する限り、これらの実装形態に種々の変更形態、置換、削除、および／または追加ができることを、当業者は容易に理解できよう。したがって、保護された対象の範囲は、１つまたは複数の実装形態の１つまたは複数の態様を包含できる、以下の特許請求の範囲に基づいて決定されるべきである。

実装形態は、説明した特定のシステムまたは処理に限定されず、当然多種多様でありうることが理解されるべきである。本明細書で使用される用語は特定の実装形態を説明する目的だけのためのものであり、限定することを意図しないことも理解されるべきである。本明細書で使用される通り、単数形「ａ」「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、その内容が明らかに単数を示していない限り、複数の指示対象を含む。したがって、たとえば「ａ ｒｅｌａｙ（中継器）」への言及は２つ以上の中継器の組合せを含み、「ａ ｇａｓ（ガス）」への言及は異なるタイプのガスの混合を含む。

Claims (8)

1. 電気圧力変換器（１１２、３１３）と、
   コントローラ（１１１、３１１）とを含む、バルブ位置決定システム（１１０、３１０）と、
   を備える流体調整システム（１００、３００）であって、
   前記コントローラ（１１１、３１１）が、
   信号範囲内の指令信号（１３０、３４０）に応答して前記電気圧力変換器（１１２、３１３）を制御し、前記信号範囲が低信号から高信号までの指令信号を備え、前記低信号がバルブ（１２０、３３０）を閉じるための信号に対応し、
   受信した指令信号（１３０、３４０）に少なくとも部分的に基づいて前記電気圧力変換器（１１２、３１３）への制御信号を調整し、
   前記低指令信号を受信する間、１つまたは複数の流体調整システムの構成要素を監視し、
   どのデータを保持するべきかを決定するために、前記流体調整システムの構成要素のうちの１つまたは複数を前記監視することから順次取得した複数のデータの時間的変化が許容範囲内かどうかを決定し、許容範囲内にある場合には、前記複数のデータの少なくとも１つを廃棄して、残りのデータを記憶する、
   ように構成されていることを特徴とし、
   １０^-3以下の作動要求時機能失敗確率を有し、
   前記指令信号（１３０、３４０）が電流信号を含み、
   前記信号範囲が約４から約２０ｍＡである、
   流体調整システム（１００、３００）。
2. 前記コントローラ（１１１、３１１）が、
   バルブ特性を決定する、または、
   単線を介して指令信号（１３０、３４０）を受信する、または、
   前記低指令信号が受信されると、バルブ（１２０）を閉じるための制御信号を生成する、
   ように構成された、請求項１に記載の流体調整システム。
3. 安全水準度３に準拠する、または、
   前記コントローラ（３１１）に電力を供給する間、前記制御信号を中断するように構成されたオーバーライド装置（３１２）をさらに備える、
   請求項１に記載の流体調整システム（１００、３００）。
4. 流体調整システム（１００）によって実行される方法であって、
   信号範囲内の指令信号（１３０、３４０）を受信するステップ（２１０、４１０）であって、前記信号範囲が低信号から高信号までの信号を備え、前記低信号がバルブ（１２０、３３０）を閉じるための信号に対応するステップと、
   前記受信した指令信号（１３０、３４０）に少なくとも部分的に基づいて、電気圧力変換器（１１２、３１３）のための制御信号を調整するステップと、
   前記バルブ（１２０、３３０）を閉じている間、前記システムの構成要素のうちの１つまたは複数が監視される（４３０）ように、前記低信号が受信されると前記流体調整システムの構成要素のうちの１つまたは複数を監視するステップ（２５０、４３０）とを含み、
   前記流体調整システム（１００、３００）が１０^-3未満の作動要求時機能失敗確率を有し、
   前記指令信号（１３０、３４０）が電流信号を含み、
   前記信号範囲が約４から約２０ｍＡであり、
   前記構成要素のうちの１つまたは複数を監視するステップ（２５０、４３０）が、
   前記流体調整システムの構成要素に結合されたセンサ（３１５）からのデータを受信するステップと、
   どのデータを保持するべきかを決定するために、前記センサから順次取得した複数のデータの時間的変化が許容範囲内かどうかを決定するステップと、
   許容範囲内にある場合には、前記複数のデータの少なくとも１つを廃棄して、残りのデータを記憶するステップと、
   を含む、方法。
5. 前記データが、
   １度目に測定された第１バルブ位置と、
   ２度目に測定された第２バルブ位置とを含み、
   前記データを分析するステップ（４３１）が、
   前記第１バルブ位置と前記第２バルブ位置とを比較するステップ（４３２、４３３）と、
   前記第１バルブ位置および前記第２バルブ位置が許容範囲内の場合、前記第１測定または前記第２測定のうちの１つを保持するステップ（４３７）と、
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記データが、
   アクチュエータに送達された第１圧力、および１度目に測定された第１バルブ位置と、
   アクチュエータに送達された第２圧力、および２度目に測定された第２バルブ位置とを含み、
   前記データを分析するステップ（４３１）が、
   前記第１圧力と前記第２圧力とを比較するステップ（４３２、４３３）と、
   前記第１バルブ位置と前記第２バルブ位置とを比較するステップ（４３２、４３５）と、
   前記第１バルブ位置および前記第２バルブ位置が許容範囲内であり、前記第１圧力および前記第２圧力が許容範囲内でない場合、前記第１測定および前記第２測定を保持するステップ（４３７）と、
   を含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記低信号が受信される（２１０、４１０）と、前記バルブ（１２０、３３０）を閉じるステップ（２４０、４２０）、または
   前記信号が低信号を含む場合、前記バルブ（１２０、３３０）が閉じたことを示すメッセージを送信するステップ、または
   バルブ特性を決定するステップ（４３０）
   をさらに備える、請求項４に記載の方法。
8. 前記指令信号（１３０、３４０）を受信するステップが、単線を介して前記指令信号を受信するステップを備える、請求項４に記載の方法。
   

Images