KR20160113181A - 일체형 벤트 밸브를 갖는 전자 제어기 - Google Patents

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KR20160113181A
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regulator
valve
safety control
electronic
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KR1020167022870A
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에릭 제이콥 버겟
브라이언 제이. 튜트
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테스콤 코포레이션
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Abstract

전자 조절기는 공급 압력을 수신하도록 구성된 흡입 포트에 연결된 흡입 밸브, 및 배기 포트에 연결된 배기 밸브를 포함하고, 상기 배기 포트는 배기 밸브가 개방된 때에 파일럿 압력을 방출하도록 구성된다. 전자 조절기는 흡입 밸브 및 배기 밸브에 공압식으로 연결되고 외부 프로세스 제어 장치에 연결되어 파일럿 압력을 외부 프로세스 제어 장치에 제공하도록 구성된 파일럿 압력 출력부를 또한 포함한다. 흡입 밸브 및 배기 밸브 양쪽에 연결된 세트포인트 입력부는 설정값을 표시하는 세트포인트 신호를 수신하고, 전자 조절기는 설정값에 따라 파일럿 압력을 제어하도록 흡입 밸브 및 배기 밸브를 동작시킨다. 또한, 전자 조절기는 벤팅 포트에 연결되고 파일럿 압력 출력부에 공압식으로 연결된 벤트 밸브를 포함한다. 벤팅 포트는 안전 제어 신호에 따라 파일럿 압력을 방출하도록 구성된다.

Description

일체형 벤트 밸브를 갖는 전자 제어기{ELECTRONIC CONTROLLER WITH INTEGRAL VENT VALVE}
본 발명은 프로세스 제어 장치를 조절하기 위한 전자 압력 조절기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 전자 조절기로부터의 압력을 방출하기 위한 일체형 벤트 밸브를 갖는 전자 조절기에 관한 것이다.
프로세스 처리 시스템은 종종 전자 조절기(electronic regulator), 예를 들어 마이크로프로세서 기반 비 례적분 미분(PID; Proportional, Integral, Derivative) 제어기를 채용하여, 압력을 정밀하게 제어한다. 전자 조절기는 독립형 유닛으로서 작용하여 청정의 건식 불활성 가스의 압력을 제어할 수 있거나, 또는 임의의 공압 작동식(pneumatically actuated) 조절기 또는 밸브에 연결될 수 있다. 예를 들면, 전자 조절기는 파일럿 압력(pilot pressure)을 통해 공압 작동식 조절기를 제어하여, 탱크 또는 다른 용기로 이어지는 라인 내의 압력을 정밀하게 제어할 수 있다.
비상 상황(예를 들어, 전원 상실)에서, 또는 전자 조절기가 단락되게 되는 다른 상황에서, 파일럿 압력은 통상시 폐쇄된 흡입 밸브 및 배기 밸브의 공동 사용에 기인하여 전자 조절기 내부에 포집될 수 있다. 포집된 파일럿 압력은, 예를 들면 액추에이터를 정지 위치에 유지시켜서, 작동된 밸브가 그의 고장 안전 위치(예를 들어, 통상시 개방되거나 통상시 폐쇄된 위치)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 파일럿 압력을 방출하기 위해서, 현재의 시스템은 외부 어댑터 또는 커플링(예를 들어, 전자 조절기를 공압 작동식 조절기에 연결하는 어댑터 내에 있는) 내에 배치된 벤트 밸브를 활용한다. 그러나, 이러한 외부 벤트 밸브는 종종 부피가 크고 노출된 배선을 필요로 하고 압력 제어형 시스템 내에 추가적인 누출점을 도입한다.
전자 조절기는, 공급 압력을 수용하도록 구성된 흡입 포트에 연결된 조절기 하우징 내부에 배치된 흡입 밸브, 및 조절기 하우징 내부에 배치되고 배기 포트에 연결된 배기 밸브를 포함하고, 상기 배기 포트는 배기 밸브가 개방된 때에 파일럿 압력을 방출하도록 구성된다. 전자 조절기는, 흡입 밸브 및 배기 밸브에 공압식으로 연결되고, 외부 프로세스 제어 장치에 연결되어 외부 프로세스 제어 장치에 파일럿 압력을 제공하도록 구성된 파일럿 압력 출력부, 및 흡입 밸브 및 배기 밸브 양쪽에 연결되고 설정값을 표시하는 세트포인트 신호를 수신하도록 구성된 세트포인트 입력부를 또한 포함하며, 여기서 전자 조절기는 흡입 밸브 및 배기 밸브를 동작시켜서 설정값에 따라 파일럿 압력을 제어한다. 또한, 전자 조절기는, 조절기 하우징 내부에 배치되고 벤팅 포트에 연결되며 파일럿 압력 출력부에 공압식으로 연결된 벤트 밸브로서, 상기 벤팅 포트는 벤트 밸브가 개방된 때에 파일럿 압력을 방출하도록 구성된, 상기 벤트 밸브, 및 벤트 밸브에 연결되고, 안전 제어 신호를 수신하도록 구성된 안전 제어 입력부를 포함하며, 여기서 벤트 밸브는 안전 제어 신호에 따라 파일럿 압력을 방출하도록 동작한다.
다른 실시예에서, 조절기 배출 압력을 제어하기 위한 시스템은 조절기 하우징 내에 하우징된 전자 조절기를 포함한다. 전자 조절기는, 공급 압력을 수신하도록 구성된 흡입 포트에 연결된 조절기 하우징 내부에 배치된 흡입 밸브, 조절기 하우징 내부에 배치되고 배기 포트에 연결된 배기 밸브로서, 상기 배기 포트는 상기 배기 밸브가 개방된 때에 파일럿 압력을 방출하도록 구성된, 상기 배기 밸브, 및 흡입 밸브 및 배기 밸브에 공압식으로 연결되고 액추에이터에 연결되어 파일럿 압력을 액추에이터에 제공하는 파일럿 압력 출력부를 포함한다. 전자 조절기는 흡입 밸브 및 배기 밸브 양쪽에 연결되고, 설정값을 표시하는 세트포인트 신호를 수신하도록 구성된 세트포인트 입력부로서, 여기서 전자 조절기가 설정값에 따라 파일럿 압력을 제어하도록 흡입 밸브 및 배기 밸브를 동작시키는, 상기 세트포인트 입력부, 조절기 하우징 내부에 배치되고 벤팅 포트에 연결되며 파일럿 압력 출력부에 공압식으로 연결된 벤트 밸브로서, 상기 벤팅 포트는 벤트 밸브가 개방된 때에 파일럿 압력을 방출하도록 구성된, 상기 벤트 밸브, 및 벤트 밸브에 연결되고 안전 제어 신호를 수신하도록 구성된 안전 제어 입력부로서, 여기서 상기 벤트 밸브가 안전 제어 신호에 따라 파일럿 압력을 방출하도록 동작하는, 상기 안전 제어 입력부를 또한 포함한다. 상기 시스템은, 압력 조절기 흡입 밸브, 압력 조절기 배출 밸브, 및 제어 요소를 갖는 압력 조절기를 더 포함하고, 상기 압력 조절기는 액추에이터에 연결되어 제어 요소가 전자 조절기의 파일럿 압력에 따라 조절기 배출 압력을 제어한다.
조절기 하우징 내에 하우징된 전자 조절기 내의 파일럿 압력을 토출하는 방법은, 세트포인트 입력부에서, 세트포인트 공급원으로부터 설정값을 표시하는 세트포인트 신호를 수신하는 단계, 및 설정값에 기초하여, 조절기 하우징 내부의 흡입 밸브 및 조절기 하우징 내부의 배기 밸브를 제어하여, 흡입 밸브 및 배기 밸브에 공압식으로 연결된 전자 조절기의 파일럿 압력 출력부에서 파일럿 압력을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 파일럿 압력을 파일럿 압력 출력부를 통해 외부 프로세스 제어 장치에 제공하는 단계, 안전 제어 공급원으로부터 안전 제어 신호를 수신하는 단계, 및 안전 제어 신호에 따라 조절기 하우징 내부의 벤트 밸브를 제어하여, 전자 조절기의 벤팅 포트를 통해 파일럿 압력을 방출하는 단계를 더 포함한다.
도 1은 일체형 벤트 밸브를 포함하는 예시적인 전자 조절기의 블록도이다.
도 2는 일체형 벤트 밸브를 포함하며 피드백 신호를 수신하도록 구성된 다른 예시적인 전자 조절기의 블록도이다.
도 3은 일체형 벤트 밸브 및 공통의 배기 라인을 포함하는 다른 예시적인 전자 조절기의 블록도이다.
도 4는 공통의 공급원으로부터 세트포인트 신호 및 안전 제어 신호를 수신하는 일체형 벤트 밸브를 포함하는 다른 예시적인 전자 조절기의 블록도이다.
도 5는 전자 조절기, 예를 들어 도 1에 도시된 전자 조절기가 피제어 조절기를 제어하는 예시적인 시스템이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1에 도시된 전자 조절기와 같은 예시적인 전자 조절기 외부의 개략도이다.
도 7은 도 6a 내지 도 6c에 도시된 예시적인 전자 조절기의 분해도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 예시적인 전자 조절기의 일부분의 단면도이다.
도 9는 도 1에 도시된 전자 조절기에서 구현될 수 있는 전자 조절기 내의 파일럿 압력을 토출하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
본 발명은 일체형 벤트 밸브를 갖는 전자 조절기에 관한 것으로, 구체적으로 동작된 때에 벤팅 포트를 통해 파일럿 압력을 방출하는 벤트 밸브를 포함하는 전자 조절기에 관한 것이다. 특히, 전자 조절기는 벤팅 포트에 연결되고 전자 조절기의 파일럿 압력 출력부에 공압식으로 연결된 벤트 밸브를 포함한다. 안전 제어 신호에 따라, 벤트 밸브는 벤팅 포트를 통해 파일럿 압력을 방출하도록 동작(예를 들어, 개방)한다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 예시적인 시스템(100)은, 세트포인트 공급원(104)(예를 들어, 제어기) 및 안전 제어 공급원(106)(예를 들어, 안전 제어기)에 통신 가능하게 연결된 전자 조절기(102)를 포함한다. 전자 조절기(102)는 세트포인트 공급원(104)으로부터(세트포인트 입력부(108)를 통해) 수신된 세트포인트 신호에 따라 동작하여, 파일럿 압력 출력부(110)에서 파일럿 압력을 생성할 수 있다. 일 구현예에서, 세트포인트 신호는 설정값을 표시할 수 있고, 전자 조절기는, (i) 설정값과 정합하는 파일럿 압력을 생성할 수 있거나; 또는 (ii) 피제어 조절기의 출력을 설정값에 정합시키기 위해서 파일럿 압력을 생성해서 외부 피제어 조절기를 공압식으로 작동시킬 수 있다. 예를 들면, 그리고 제한 없이, 세트포인트 신호는 4-20mA, 1-5V 또는 0-10V 아날로그 공급원으로부터의 아날로그 신호를 포함할 수 있다.
파일럿 압력 출력부(110)에서 파일럿 압력을 생성하기 위해서, 전자 조절기(102)는 흡입 밸브(112) 및 배기 밸브(114)를 동작시킬 수 있다. 흡입 밸브(112)는 흡입 포트(116)에 연결되어 공급 압력(예를 들어, 공칭 압력값, 예를 들어 110psig/7.5바)을 수신할 수 있고, 배기 밸브(114)는 배기 포트(118)에 연결되어 공칭 동작 조건 하에서 전자 조절기 내의 파일럿 압력 중 일부 또는 전부를 방출할 수 있다. 예를 들면, 전자 조절기(102)는 흡입 밸브(112)를 개방하고 배기 밸브(114)를 폐쇄하여 파일럿 압력 출력부(110)에서 파일럿 압력을 증가시킬 수 있거나, 또는 전자 조절기(102)는 흡입 밸브(112)를 폐쇄하고 배기 밸브(114)를 개방하여 파일럿 압력 출력부(110)에서 파일럿 압력을 감소시킬 수 있다. 전자 조절기(102)는 세트포인트 신호에 기초하여 파일럿 압력을 제어하기 위해서 임의의 적절한 방식으로 흡입 밸브(112) 및 배기 밸브(114)를 동작시킬 수 있음이 분명하다. 일부 구현예에서, 전자 조절기(102)는 그 위에(예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 내에) 저장되고, 세트포인트 신호에 따라 파일럿 압력을 생성하도록 전자 조절기(102)의 하나 이상의 마이크로프로세서(도시하지 않음)에 의해 실행 가능한 제어 로직을 포함할 수 있다. 이러한 제어 로직이 도 2를 참조하여 추가로 설명된다.
전자 조절기(102)는 또한 안전 제어 공급원(106)으로부터(안전 제어 입력부(120)를 통해) 수신된 안전 제어 신호에 따라 동작하여 파일럿 압력을 방출할 수 있다. 구체적으로, 전자 조절기(102)는 안전 제어 신호에 따라 벤트 밸브(122)를 동작시켜서 벤팅 포트(124)를 통해 파일럿 압력을 방출할 수 있다. 일부 구현예에서, 흡입 밸브(112) 및 배기 밸브(114)는 전력 상실 시에 파일럿 압력을 포집할 수 있는 통상시 폐쇄된 밸브(즉, 전력 상실 또는 셧다운 시에 폐쇄된 밸브)이다. 따라서, 비상 또는 다른 정지 상황에서의 벤트 밸브(122)의 동작은 전자 조절기(102) 내에 포집된 파일럿 압력이 벤팅 포트(124)를 통해 토출되거나 방출될 수 있게 한다. 결국에는, 파일럿 압력에 기초하여 동작하는 작동식 밸브는 각각의 고장 안전 위치(예를 들어, 통상시 개방되거나 또는 통상시 폐쇄된 위치)로 복귀할 수 있다.
포트, 예를 들어 흡입 포트(116), 벤팅 포트(124), 배기 포트(118), 및 파일럿 압력 출력부(110)는, 유체(예를 들어, 기체)가 전자 조절기(102) 내로 또는 밖으로 흐를 수 있는 조절기 하우징(도 8a 및 도 8b를 참조하여 추가로 설명하는 바와 같이) 내의 기계식 채널, 파이프, 또는 임의의 다른 채널을 포함할 수 있다. 밸브, 예를 들어 흡입 밸브(112), 배기 밸브(114), 및 벤트 밸브(122)는, 전자 조절기(102)가 이 전자 조절기(102) 내로 또는 밖으로 압력 유체의 흐름을 선택적으로 제어할 수 있게 하는 펄스폭 변조(PWM) 솔레노이드, 글로브 밸브, 볼 밸브 등을 포함할 수 있다.
예시적인 시스템(100)에서, 세트포인트 공급원(104) 및 안전 제어 공급원(106)은 독립적일 수 있다. 즉, 세트포인트 공급원(104)에 의한 세트포인트 신호의 생성은 안전 제어 공급원(106)에 의한 안전 제어 신호의 생성에 의존하지 않거나 영향을 받지 않을 수 있고, 그 반대로도 마찬가지일 수 있다. 이와 같이, 벤트 밸브(122)는 전자 조절기(102)(예를 들어, 흡입 밸브(112) 및 배기 밸브(114))의 정지와 독립적으로 동작될 수 있다. 이러한 독립적인 동작은, 전자 조절기(102)를 포함하는 프로세스 제어 시스템의 조작자가 전자 조절기(102)를 완전히 정지(예를 들어, 그로의 전원을 차단)하지 않으면서 전자 조절기(102)를 환기하려고 하는 경우에 유리할 수 있다. 또한, 벤트 밸브(122)의 독립적인 동작은, 전자 조절기(102)의 세트포인트 공급원(104) 및/또는 다른 구성요소(예를 들어, 흡입 밸브(112) 및 배기 밸브(114))가 고장나 있는 경우이더라도 전자 조절기(102)의 환기를 허용할 수 있다. 즉, 벤트 밸브(122)의 동작은 독자적일 수 있다.
전자 조절기(102)와 세트포인트 공급원(104)과 안전 제어 공급원(106) 간의 통신 연결은 유선 및/또는 무선 연결의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 통신 연결부(communicative coupling)는 유니버설 시리얼 버스(USB), 동축, 꼬임-쌍(twisted-pair), 리본 등의 케이블 및/또는 다양한 무선 커넥터 또는 어댑터, 예를 들어 무선 라우터를 포함할 수 있다. 또한, 도 1에는 나타내지 않았지만, 전자 조절기(102)와 세트포인트 공급원(104)과 안전 제어 공급원(106) 간의 통신 연결부는 하나 이상의 근거리망 및/또는 광역망, 예를 들어 인터넷을 포함할 수 있다.
세트포인트 공급원(104) 및 안전 제어 공급원(106)은 일 구현예에서 하나 이상의 프로그래밍가능 로직 제어기를 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 세트포인트 공급원(104) 및 안전 제어 공급원(106)은 세트포인트 신호 및 안전 제어 신호를 전자 조절기(102)에 공급하도록 구성된 임의의 적절한 장치, 예를 들어 데스크톱, 랩톱, 태블릿 등의 컴퓨터를 포함할 수 있다. 세트포인트 공급원(104) 및/또는 안전 제어 공급원(106)은 하나 이상의 전위차계를 또한 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 세트포인트 공급원(104) 및/또는 안전 제어 공급원(106)은, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 실행되었을 때에 전자 조절기(102)를 튜닝하고, 전자 조절기(102)의 동작 에러를 진단하며, 전자 조절기(102)의 기능을 시험하도록 구성된 (예를 들어, 컴퓨터 판독가능 메모리 내에) "설치된" 소프트웨어 애플리케이션을 포함할 수 있다.
도 2는 전자 조절기(202)를 포함하는 다른 예시적인 시스템(200)을 도시하고 있다. 일반적으로, 전자 조절기(202)는 전자 조절기(102)의 구성요소(흡입 밸브, 배기 밸브, 벤트 밸브 등)와 유사한 구성요소를 포함한다. 그러나, 전자 조절기(202)는 또한 피드백 공급원(204)으로부터 피드백 입력부(206)를 통해 피드백 신호를 수신할 수 있다. 피드백 공급원(204)은 압력 피제어 라인, 탱크, 또는 다른 용기에 연결된 압력 변환기, 또는 다른 적절한 장치를 포함할 수 있다. 피드백 공급원(204)은 피드백 신호(예를 들어, 피제어 압력의 전류값을 표시하는 4-20mA 또는 1-5VDC 신호)를 전자 조절기(202)에 송신할 수 있어 전자 조절기가 피드백 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 파일럿 압력을 제어할 수 있다. 전자 조절기(202)에 의해 실행된 제어 로직은, 예를 들어 비례 적분 미분(PID) 제어기에서 제어 루프 피드백 메카니즘에 기초하여 파일럿 압력을 생성할 수 있다. 전자 조절기(202) 외부에 있는 것으로 나타냈지만, 피드백 공급원은 현재의 파일럿 압력값을 송신하도록 구성된 내부 압력 센서(예를 들어, 0-100psig/0-6.9바)를 또한 포함할 수 있음이 이해된다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 구성된 또 다른 예시적인 시스템(300)은 전자 조절기(302)를 포함한다. 예시적인 시스템(200)과 같이, 전자 조절기(302)는 일반적으로 전자 조절기(102)의 구성요소와 유사한 구성요소를 포함한다. 그러나, 전자 조절기(302)는, 예를 들어 압축 천연 가스(CNG)가 파일럿 또는 다른 압력을 생성하는 데에 사용된 때에, 위험 물질을 갖고서 그리고/또는 위험 환경에서 동작하기 위해서 특별히 구성될 수도 있다. 이를 위해서, 배기 포트(304)를 통해 방출되는 배기 가스 및 벤팅 포트(306)를 통해 방출되는 토출된 파일럿 압력이 대기로 토출되기보다는 공통의 배기 라인(308) 안으로 운반될 수 있다. 배기 라인(308) 내의 매체는 규제 또는 정부의 제한(예를 들어, 환경 또는 안전 제한)을 준수하기 위해서 처리될 수 있다.
도 4는 전자 조절기(102)의 것과 유사한 세트포인트 입력부(404) 및 안전 제어 입력부(406)를 갖는 전자 조절기(402)를 포함하는 다른 예시적인 시스템(400)을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 세트포인트 입력부(404) 및 안전 제어 입력부(406)의 독립적인 제어는 일부 적용예에서 유리할 수 있지만, 소정의 구현예, 예를 들어 상기 시스템(400)은 세트포인트 신호 및 안전 제어 신호의 공통 공급원(예를 들어, 세트포인트 공급원(408))을 포함할 수 있다. 이러한 구현예는, 예를 들면 신속한 설정 및 설치를 제공할 수 있다.
세트포인트 공급원(408)은 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하여 세트포인트 신호 및 안전 제어 신호를 생성할 수 있다. 소정의 구현예에서, 세트포인트 공급원(408)은 2개의 다른 소프트웨어 애플리케이션을 활용하여 세트포인트 신호 및 안전 제어 신호를 각각 생성함으로써, 상기 신호들이 사실상 독립적일 수 있게 한다. 그러나, 다른 구현예에서는, 세트포인트 신호 및 안전 제어 신호가 동일한 소프트웨어 애플리케이션에 의해 생성될 수 있다.
도 5는 전자 조절기(502)가 피제어 조절기(506), 예를 들어 공압 작동식 조절기의 조절기 배출 포트(504)에서의 압력을 제어하는 예시적인 프로세스 제어 시스템(500)의 블록도이다. 용이한 설명을 위해, 전자 조절기(502)는 흡입 포트(507), 파일럿 압력 출력부(508), 배기 포트(509), 및 벤팅 포트(511)만을 포함하는 것으로 도 5에 도시되어 있다. 그러나, 전자 조절기(502)는 전자 조절기(102, 202, 302, 및 402) 중 어느 하나와 실질적으로 동일한 구성요소를 포함할 수 있음이 이해된다.
전자 조절기(502)는 세트포인트 공급원(510)으로부터 수신된 세트포인트 신호, 및 일부 경우에는 피드백 공급원(513)으로부터의 피드백 신호에 따라 파일럿 압력 출력부(508)에서 파일럿 압력을 생성할 수 있다. 파일럿 압력은 직접 연결부(514)를 통해 액추에이터(512) 내로 흐를 수 있고, 액추에이터(512)는 파일럿 압력에 기초하여 피제어 조절기(506)의 밸브, 피스톤, 또는 다른 요소를 동작시켜서 조절기 배출 포트(504)에서 압력을 제어할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(512)는 피제어 조절기(506)의 돔(dome) 또는 공기 액추에이터 공동에 연결될 수 있고, 흡입 밸브(예를 들어, 조절기 흡입 포트(516)에 연결된)를 동작시켜서 조절기 배출 포트(504)에서 압력을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
전자 조절기(502)는 안전 제어 공급원(518)으로부터의 안전 제어 신호에 따라 파일럿 압력을(예를 들어, 벤팅 포트(511)를 통해) 토출할 수 있다. 이와 같이, 파일럿 압력은, 예를 들면 직접 연결부(514)에서, 외부 벤트 밸브에 대한 필요 없이 비상 또는 다른 정지 상황에서 토출될 수 있다. 전자 조절기(502)와 액추에이터(512) 간의 직접 연결부(514)는 기밀할 수 있다. 즉, 직접 연결부(514)는 임의의 누출점, 예를 들어 가스 또는 유체가 흐를 수 있는 밸브 또는 다른 개구를 포함하지 않을 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 조절기 하우징(602) 내의 예시적인 전자 조절기(600) 외부의 개략도이다. 전자 조절기(102, 202, 302, 402, 또는 502) 중 어느 하나는 도 6a 내지 도 6c에 나타낸 바와 같이 물리적으로 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 전자 조절기는 부품들의 임의의 적절한 물리적 형상 및 배열로 구성될 수 있음이 이해된다.
전자 조절기(600)는, 도 1 및 도 7을 참조하여 더욱 설명되는 바와 같이, 내부 흡입 밸브 및 배기 밸브에 동작적으로 연결된 흡입 포트(604) 및 배기 포트(606)를 포함할 수 있다. 흡입 포트(604) 및 배기 포트(606)는 임의의 적절한 유형의 피팅(fitting) 및/또는 호스, 라인, 또는 파이프, 예를 들어 1/8" NPTF 피팅을 채택하도록 구성될 수 있다. 전자 조절기(600)는 다른 포트 또는 인터페이스, 예를 들어 게이지 포트(gauge port)(608)(예를 들어, 외부 압력 게이지를 부착하기 위한), 하나 이상의 내부 센서용 대기 기준부(610), 및 파일럿 압력을 토출하기 위한(예를 들어, 벤트 밸브, 예를 들어 벤트 밸브(122)가 개방된 때) 벤팅 포트(612)를 또한 포함할 수 있다.
전자 조절기(600)는 외부 배선(614)용 도관을 통해 세트포인트 공급원 및/또는 안전 제어 공급원에 통신 가능하게 연결될 수 있다. 외부 배선(614)용 도관은 하나 이상의 케이블, 예를 들어 USB 케이블을 하우징할 수 있고, 일부 경우에는 하우징된 케이블의 수명을 연장시키는 변형 방지(strain relief) 구성요소를 포함할 수 있다. 전자 조절기(600)가 외부 배선(614)용의 하나의 도관을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 세트포인트 공급원과의 통신을 용이하게 하는 배선이 안전 제어 공급원과의 통신을 용이하게 하는 배선의 것과는 다른 도관 내에 하우징될 수 있음이 이해된다. 또한, 전자 조절기(600)는 내부 조절기 요소들, 예를 들어 밸브, 마이크로프로세서, 메모리, 또는 다른 회로 구성요소 간의 배선을 하우징하는 내부 배선(616)용의 하나 이상의 도관을 포함할 수 있다.
도 7은 전자 조절기(600)의 분해도를 도시하고 있다. 전자 조절기(600)의 조절기 하우징(602)은 하나 이상의 하우징 구성요소(700a-700d)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 하우징 구성요소(700a-700d)는 스레드, 나사, 접착제(glue), O-링 등을 통해 서로 부착될 수 있고, 하나 이상의 구성요소(700a-700d) 중 일부 또는 전부, 예를 들어 하우징 구성요소(700d)는 다른 내부 및/또는 외부 구성요소, 예를 들어 밸브에 연결 가능한 일체형(예를 들어, 기계가공된) 라인, 포트, 피팅, 챔버 등을 수용할 수 있다.
일부 구현예에서, 전자 조절기(600)는 하나 이상의 회로 기판(703), 또는 전자 회로 구성요소를 포함할 수 있다. 회로 기판(703)은, 전자 조절기(600)가 세트포인트 신호, 안전 제어 신호, 및/또는 피드백 신호에 기초하여 동작할 수 있게 하는 다양한 회로 구성요소, 예를 들어 마이크로프로세서, 컴퓨터 판독가능 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리, 판독 전용 메모리, 플래시 메모리 등), 집적 회로, 발광 다이오드, 전원, 배터리, 케이블 연결부 등을 포함할 수 있다. 회로 기판의 구성요소는 외부 배선(614)용 도관을 통해 조절기 하우징(602)으로 들어가는 케이블에 의해 전력 공급될 수 있고, 외부 배선(614)용 도관을 통해 조절기 하우징(602)으로 들어가는 하나 이상의 다른 케이블에 의해 세트포인트, 피드백, 및/또는 안전 제어 신호를 수신할 수 있다. 그러나, 하나의 케이블, 예를 들어 USB 케이블이 회로 기판(703)에 전력을 공급할 수도 있고 상기 신호들을 회로 기판(703)에 제공할 수도 있음이 분명하다.
전자 조절기(600)는 배기 밸브(704), 흡입 밸브(706), 및 벤트 밸브(708)를 또한 포함할 수 있다. 배기 밸브(704), 흡입 밸브(706), 및 벤트 밸브(708)는 회로 기판(703)에 연결 가능한 하나 이상의 전자 리드(710)를 포함할 수 있어, 배기 밸브(704), 흡입 밸브(706), 및 벤트 밸브(708)가 수신된 세트포인트, 피드백, 및 안전 제어 신호에 따라 동작될 수 있다.
배기 밸브(704), 흡입 밸브(706), 및 벤트 밸브(708)는 조절기 하우징(602) 내측에 배치된다(즉, 전자 조절기(600)에 일체형임). 이와 같이, 전자 조절기(600)는 세트포인트 신호에 기초하여 파일럿 압력을 제어할 수도 있고, 외부 벤트 밸브에 대한 필요 없이(예를 들어, 액추에이터에 대한 연결부에서) 안전 제어 신호에 기초하여 해당 파일럿 압력을 토출할 수도 있다. 배기 밸브(704), 흡입 밸브(706), 및 벤트 밸브(708)의 동작을 용이하게 하는 배선이 공통의 하우징(예를 들어, 도관(614)) 내부에 하우징될 수 있다. 배선용 공통의 하우징은 보호되지 않거나 노출된 외부 배선 없이 전자 조절기(600)의 견고한 물리적 구성 및 적용예를 허용할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 예시적인 전자 조절기(600)의 일부분의 단면도를 나타내고 있다. 구체적으로, 도 8a는 하향(top-down) 관점으로부터의(도 7에 도시된 바와 같이, 전자 조절기(600)의 상부로부터의) 도 7의 하우징 구성요소(700d)의 단면도이다. 도 8a는 또한 배기 밸브(704), 흡입 밸브(706), 및 벤트 밸브(710)와, 대응하는 배기 포트(606), 흡입 포트(604), 및 벤팅 포트(612)의 하향 도면을 도시하고 있다.
도 8b는 파일럿 압력 출력부(800)가 보여질 수 있는 하우징 구성요소(700d)의 측단면도를 도시하고 있다. 전자 조절기(600)는 흡입 밸브(706) 및 배기 밸브(704)를(예를 들어, 회로 기판(703) 및 수신된 세트포인트/피드백 신호를 통해) 동작시켜서 파일럿 압력 출력부(800)에서 파일럿 압력을 생성할 수 있다. 일부 시나리오에서, 파일럿 압력 출력부(800)는, 예를 들면 1/2" SAE 피팅을 통해, 액추에이터에 직접 연결되어, 파일럿 압력이 액추에이터 내로 흐를 수 있게 한다.
도 6a 내지 도 6c, 도 7, 도 8a 및 도 8b에는 나타내지 않았지만, 전자 조절기(600)는 진단 정보를 표시하는 하나 이상의 조명, 예를 들어 발광 다이오드(LED)를 또한 포함할 수 있다. 하나 이상의 조명은 조절기 하우징(602)의 외부 상에 배치될 수 있거나, 또는 조절기 하우징(602) 내부에 하우징된 임의의 적절한 하나 이상의 구성요소 상에 배치될 수 있다. 벤트 밸브가 파일럿 압력을 방출하는 비상 또는 다른 정지 상황에서, 하나 이상의 조명은 진단 정보, 예를 들어 토출 사유, 에러 코드, 위험 수준 등을 표시할 수 있다.
도 9는 조절기 하우징 내에 하우징된 전자 조절기 내의 파일럿 압력을 토출하는 예시적인 방법(900)의 흐름도이다. 상기 방법(900)은, 예를 들면 전자 조절기(102, 202, 302, 또는 402) 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다.
시작하기 위해서, 전자 조절기, 예를 들어 전자 조절기(102)는 (블록 902)를 수신한다. 예를 들면, 세트포인트 공급원(104)이 세트포인트 신호를 전자 조절기(102)의 세트포인트 입력부(108)에 전달할 수 있다. 세트포인트 신호는 세트포인트 공급원(104)에 의해 생성되고 설정값(예를 들어, 압력값)을 표시하는 디지털 및/또는 아날로그 신호의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다.
제어 알고리즘(제어 로직을 구현하고 전자 조절기의 프로세서에 의해 실행됨)은 흡입 밸브 및 배기 밸브를 제어하여 파일럿 압력 출력부에서 파일럿 압력을 생성한다(블록 904). 도 1을 참조하여 더욱 설명되는 바와 같이, 전자 조절기(102)는 흡입 밸브(116) 및/또는 배기 밸브(118)를 동작시켜서 파일럿 압력 출력부(110)에서 파일럿 압력을 생성할 수 있다. 특정한 파일럿 압력은 수신된 세트포인트 신호, 및 일부 경우에는 수신된 피드백 신호에 기초하여 생성될 수 있다.
파일럿 압력이 액추에이터에 제공되어 외부 프로세스 제어 장치, 예를 들어 공압식 피제어 조절기를 제어할 수 있다(블록 906). 파일럿 압력은, 외부 프로세스 제어 장치가 설정값에 따라 값, 예를 들어 압력, 체적, 온도 등을 정밀하게 출력할 수 있게 한다.
안전 제어 입력부는(예를 들어, 전자 조절기(102)의) 안전 제어 신호를 수신할 수 있다(블록 908). 안전 제어 공급원(106)은 안전 제어 신호를 전자 조절기(102)의 안전 제어 입력부로 보낼 수 있고, 안전 제어 신호는 임의의 적절한 아날로그 또는 디지털 신호를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 안전 제어 공급원(106)은 안전 제어 신호를 벤트 밸브(122)에 직접 제공할 수 있다. 다른 구현예에서, 안전 제어 공급원(106)은 안전 제어 신호를 안전 제어 입력부에(예를 들어, 회로 기판(703) 내의) 제공할 수 있고, 전자 조절기(102)의 마이크로프로세서는 안전 제어 신호를 처리하여 벤트 밸브(122)를 동작시킬 수 있다. 그런 다음, 안전 제어 신호에 따라, 벤트 밸브(122)가 파일럿 압력을 토출하거나, 또는 방출하도록 제어될 수 있다 (블록 912). 일부 경우에는, 벤트 밸브(122)가 안전 제어 신호의 부재 시에 파일럿 압력을 토출하도록 동작하고, 다른 경우에는, 벤트 밸브(122)가 안전 제어 신호를 수신할 시에 파일럿 압력을 토출하도록 동작한다.
예를 들면, 벤트 밸브(122)는 안전 제어 신호의 상실 시에 파일럿 압력을 방출하도록 개방될 수 있는 통상시 개방된 밸브일 수 있고, 벤트 밸브(122)는 안전 제어 신호가 벤트 밸브에 공급되는 동안에 폐쇄된 상태로 남아 있을 수 있다. 대안적으로, 벤트 밸브(122)는 안전 제어 신호를 수신할 시에 개방되는 통상시 폐쇄된 밸브일 수 있다. 일반적으로, 벤트 밸브(122)는 임의의 적절한 유형의 안전 제어 신호, 또는 그의 없음에 기초하여 개방 및/또는 폐쇄될 수 있다.

Claims (21)

  1. 전자 조절기:
    공급 압력을 수신하도록 구성된 흡입 포트에 연결된 조절기 하우징 내부에 배치된 흡입 밸브;
    상기 조절기 하우징 내부에 배치되고 배기 포트에 연결된 배기 밸브로서, 상기 배기 포트는 상기 배기 밸브가 개방된 때에 파일럿 압력을 방출하도록 구성된, 상기 배기 밸브;
    상기 흡입 밸브 및 배기 밸브에 공압식으로 연결되고 외부 프로세스 제어 장치에 연결되어 상기 파일럿 압력을 상기 외부 프로세스 제어 장치에 제공하도록 구성된 파일럿 압력 출력부;
    상기 흡입 밸브 및 상기 배기 밸브 양쪽에 연결되고 설정값을 표시하는 세트포인트 신호를 수신하도록 구성된 세트포인트 입력부로서, 상기 전자 조절기가 상기 설정값에 따라 상기 파일럿 압력을 제어하도록 상기 흡입 밸브 및 상기 배기 밸브를 동작시키는, 상기 세트포인트 입력부;
    상기 조절기 하우징 내부에 배치되고 상기 벤팅 포트에 연결되며 상기 파일럿 압력 출력부에 공압식으로 연결된 벤트 밸브로서, 상기 벤팅 포트는 상기 벤트 밸브가 개방된 때에 상기 파일럿 압력을 방출하도록 구성된, 상기 벤트 밸브; 및
    상기 벤트 밸브에 연결되고 안전 제어 신호를 수신하도록 구성된 안전 제어 입력부로서, 상기 벤트 밸브가 상기 안전 제어 신호에 따라 상기 파일럿 압력을 방출하도록 동작하는, 상기 안전 제어 입력부
    를 포함하는 전자 조절기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안전 제어 입력부는 안전 제어 공급원에 연결되고, 상기 안전 제어 공급원은 상기 안전 제어 신호를 생성하며, 상기 세트포인트 입력부는 상기 안전 제어 공급원과는 다른 세트포인트 공급원에 연결되고, 상기 세트포인트 공급원은 상기 설정값을 표시하는 상기 세트포인트 신호를 생성하는, 전자 조절기.
  3. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안전 제어 입력부 및 상기 세트포인트 입력부는 세트포인트 공급원에 연결되고, 상기 세트포인트 공급원은 상기 설정값을 표시하는 상기 세트포인트 신호 및 상기 안전 제어 신호 양쪽 모두를 생성하는, 전자 조절기.
  4. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벤트 밸브는 상기 안전 제어 신호의 부재 시에 상기 파일럿 압력을 방출하도록 동작하는, 전자 조절기.
  5. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 피드백 신호를 수신하도록 구성된 피드백 입력부를 더 포함하고, 상기 전자 조절기는 상기 설정값 및 상기 피드백 신호에 따라 상기 파일럿 압력을 제어하도록 상기 흡입 밸브 및 상기 배기 밸브를 동작시키는, 전자 조절기.
  6. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 조절기는 제어 루프 피드백 메카니즘에 기초하여 상기 흡입 밸브 및 배기 밸브를 동작시키는 비례 적분 미분(PID) 제어기인, 전자 조절기.
  7. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트 및 상기 벤팅 포트는 상기 배기 포트 및 상기 벤팅 포트로부터 방출된 매체를 처리하기 위한 배기 라인에 연결되는, 전자 조절기.
  8. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 연결 하우징을 더 포함하고, 상기 연결 하우징은 (i) 상기 벤트 밸브와 상기 안전 제어 입력부, (ii) 상기 흡입 밸브와 상기 세트포인트 입력부, 및 (iii) 상기 배기 밸브와 상기 세트포인트 입력부 간의 연결부(coupling)를 둘러싸는, 전자 조절기.
  9. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 조절기의 하우징 또는 벤트 밸브 중 하나 위에 배치된 하나 이상의 조명을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 조명은 정지 신호에 관한 진단 정보를 표시하는, 전자 조절기.
  10. 조절기 배출 압력을 제어하기 위한 시스템으로서:
    조절기 하우징 내에 하우징된 전자 조절기로서,
    공급 압력을 수신하도록 구성된 흡입 포트에 연결된 상기 조절기 하우징 내부에 배치된 흡입 밸브;
    상기 조절기 하우징 내부에 배치되고 배기 포트에 연결된 배기 밸브로서, 상기 배기 포트는 상기 배기 밸브가 개방된 때에 파일럿 압력을 방출하도록 구성된, 상기 배기 밸브;
    상기 흡입 밸브 및 배기 밸브에 공압식으로 연결되고 액추에이터에 연결되어 상기 파일럿 압력을 상기 액추에이터에 제공하는 파일럿 압력 출력부;
    상기 흡입 밸브 및 상기 배기 밸브 양쪽에 연결되고 설정값을 표시하는 세트포인트 신호를 수신하도록 구성된 세트포인트 입력부로서, 상기 전자 조절기가 상기 설정값에 따라 상기 파일럿 압력을 제어하도록 상기 흡입 밸브 및 상기 배기 밸브를 동작시키는, 상기 세트포인트 입력부;
    상기 조절기 하우징 내부에 배치되고 벤팅 포트에 연결되며 상기 파일럿 압력 출력부에 공압식으로 연결된 벤트 밸브로서, 상기 벤팅 포트는 상기 배기 밸브가 개방된 때에 상기 파일럿 압력을 방출하도록 구성된, 상기 벤트 밸브; 및
    상기 벤트 밸브에 연결되고 안전 제어 신호를 수신하도록 구성된 안전 제어 입력부로서, 상기 벤트 밸브가 상기 안전 제어 신호에 따라 상기 파일럿 압력을 방출하도록 동작하는, 상기 안전 제어 입력부
    를 포함하는, 상기 전자 조절기; 및
    압력 조절기 흡입 밸브, 압력 조절기 배출 밸브, 및 제어 요소를 갖고, 상기 액추에이터에 연결되어 상기 제어 요소가 상기 전자 조절기의 상기 파일럿 압력에 따라 상기 조절기 배출 압력을 제어하는 압력 조절기
    를 포함하는, 조절기 배출 압력을 제어하기 위한 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 안전 제어 입력부는 안전 제어 공급원에 연결되고, 상기 안전 제어 공급원은 상기 안전 제어 신호를 생성하며, 상기 세트포인트 입력부는 상기 안전 제어 공급원과는 다른 세트포인트 공급원에 연결되고, 상기 세트포인트 공급원은 상기 설정값을 표시하는 상기 세트포인트 신호를 생성하는, 시스템.
  12. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안전 제어 입력부 및 상기 세트포인트 입력부는 세트포인트 공급원에 연결되고, 상기 세트포인트 공급원은 상기 설정값을 표시하는 상기 세트포인트 신호 및 상기 안전 제어 신호 양쪽 모두를 생성하는, 시스템.
  13. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 조절기는 피드백 신호를 수신하도록 구성된 피드백 입력부를 더 포함하고, 상기 전자 조절기는 상기 설정값 및 상기 피드백 신호에 따라 상기 파일럿 압력을 제어하도록 상기 흡입 밸브 및 상기 배기 밸브를 동작시키는, 시스템.
  14. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 포트 및 상기 벤팅 포트는 상기 배기 포트 및 상기 벤팅 포트로부터 방출된 매체를 처리하기 위한 배기 라인에 연결되는, 시스템.
  15. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 조절기는 연결 하우징을 더 포함하고, 상기 연결 하우징은 (i) 상기 벤트 밸브와 상기 안전 제어 입력부, (ii) 상기 흡입 밸브와 상기 세트포인트 입력부, 및 (iii) 상기 배기 밸브와 상기 세트포인트 입력부 간의 연결부를 둘러싸는, 시스템.
  16. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 조절기는 상기 전자 조절기의 하우징 또는 상기 벤트 밸브 중 하나 위에 배치된 하나 이상의 조명을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 조명은 정지 신호에 관한 진단 정보를 표시하는, 시스템.
  17. 조절기 하우징 내에 하우징된 전자 조절기 내의 파일럿 압력을 토출하는 방법으로서,
    세트포인트 입력부에서, 세트포인트 공급원으로부터 설정값을 표시하는 세트포인트 신호를 수신하는 단계;
    상기 설정값에 기초하여, 상기 조절기 하우징 내부의 흡입 밸브 및 상기 조절기 하우징 내부의 배기 밸브를 제어하여, 상기 흡입 밸브 및 배기 밸브에 공압식으로 연결된 상기 전자 조절기의 파일럿 압력 출력부에서 파일럿 압력을 생성하는 단계;
    상기 파일럿 압력을 상기 파일럿 압력 출력부를 통해 외부 프로세스 제어 장치에 제공하는 단계;
    안전 제어 공급원으로부터 안전 제어 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 안전 제어 신호에 따라, 상기 조절기 하우징 내부의 벤트 밸브를 제어하여, 상기 전자 조절기의 벤팅 포트를 통해 파일럿 압력을 방출하는 단계
    를 포함하는 파일럿 압력 토출 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 세트포인트 공급원은 상기 안전 제어 공급원과 독립적으로 동작하는, 방법.
  19. 전항들 중 어느 한 항에 있어서,
    피드백 공급원으로부터, 피제어 압력의 측정값을 표시하는 피드백 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 피드백 신호 및 상기 설정값에 기초하여, 상기 조절기 하우징 내부의 흡입 밸브 및 상기 조절기 하우징 내부의 배기 밸브를 제어하여, 상기 전자 조절기의 파일럿 압력 출력부에서 상기 파일럿 압력을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 조절기에서의 하나 이상의 조명을 통해, 정지 신호에 관한 진단 정보를 표시하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 전항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안전 제어 신호에 따라, 상기 벤트 밸브를 제어하여, 상기 전자 조절기의 벤팅 포트를 통해 상기 파일럿 압력을 방출하는 단계는 상기 안전 제어 신호의 부재 시에 상기 벤팅 포트를 통해 상기 파일럿 압력을 방출하는 단계를 포함하는, 방법.
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