MXPA00002804A

MXPA00002804A - Dispositivo y metodo de diagnostico para regulador de presion

Info

Publication number: MXPA00002804A
Application number: MXPA/A/2000/002804A
Authority: MX
Inventors: Paul R Adams; Karl J Gabel; Daniel G Roper
Original assignee: Fisher Controls International Inc
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2001-05-07

Abstract

Un dispositivo y método de diagnóstico para un regulador de presión inteligente, que mantienen en un fluido en un proceso a una presión determinada previamente. El regulador incluye un controlador electrónico que mejora el funcionamiento del regulador, y proporciona capacidades de autodiagnóstico y comunicaciones. El controlador electrónico incluye un detector de presión que proporciona una señal que indica la presión del fluido que se esta controlando, y la presión de ajuste para ajustar la posición de un elemento de estrangulamiento, y un controlador PID que recibe la señal que indica la presión del fluido que se estácontrolando, y aplica la presión de ajuste al activador, en respuesta a la señal.

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO DE DIAGNOSTICO PARA REGULADOR DE PRESIÓN Esta solicitud se relaciona con la solicitud de Patente de los Estados Unidos de Norteamérica copendiente titulada "Regulador Inteligente de Presión", Número de Serie , presentada el mismo dia que esta solicitud por los mismos inventores , cuya especificación completa está incorporada a la presente como referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La Invención se relaciona con reguladores de presión de fluido y, más particularmente, con un regulador de presión de fluido mejorado, que tiene electrónica inteligente y software para mejorar el funcionamiento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En general, los cuatro elementos básicos de un ciclo de control delproceso incluyen una variable del proceso que se va a controlar, un detector o medida del proceso de la condición de la variable del proceso, un controlador, y un elemento de control. El detector proporciona una indicación de la condición de la variable del proceso al controlador, el cual también contiene una indicación de la condición variable del proceso deseado, o el "punto de ajuste". El controlador compara la condición de la variable del proceso con el punto de ajuste y calcula una señal correctiva, la cual envía al elemento de control para ejercer una influencia en el proceso para traerlo a la condición de punto de ajuste. El elemento de control es la última parte del ciclo, y el tipo más común del elemento final de control es una válvula, aunque también puede comprender una transmisión de velocidad variable o una bomba, por ejemplo. Un regulador de presión es un sistema de control simple integrado, que combina el detector del proceso, el controlador y la válvula en una sola unidad. Los reguladores de presión se utilizan ampliamente para controlar la presión en aplicaciones de distribución de fluidos y en las industrias procesadoras, por ejemplo, para mantener una presión deseada, reducida de salida, mientras que se suministra el flujo de fluido requerido para satisfacer una demanda variable corriente abajo. Generalmente los reguladores de presión caen en dos categorías principales : los reguladores de operación directa y los reguladores operados por pilotos . En la Figura 1 se ilustra un regulador de operación directa 11 típico de una técnica anterior. Las aplicaciones típicas de los reguladores de operación directa incluyen servicio industrial, comercial y de gas; instrumentos de aire o de suministro de gas; gas combustible a quemadores; control de presión de agua; servicio de vapor; y recubrimiento de tanques. El regulador de operación directa 11 incluye un cuerpo del regulador 12 el cual tiene una entrada 13 y una salida 14. Una área de conducto del flujo de fluido 15 que tiene una área de restricción 16 conecta la entrada 13 y la salida 14. El área de restricción 16 tiene un elemento de estrangulación 17, tal como un obturador, membrana, aspa, buje o dispositivo restrictivo similar, el cual, cuando se mueve, limita el flujo del fluido (gas o líquido) . Un activador, que incluye un elemento de detección que tiene dos lados, responde a variaciones en la presión de fluido que se está controlando. Los ejemplos de elementos de detección incluyen membranas, diafragmas o pistones. La modalidad que se ilustra en la Figura 1 utiliza un diafragma 18 para el elemento de detección. La presión de control se aplica al primer lado, o lado de control 19 del elemento de detección por medio de una línea de control o un conducto interno 20 al cuerpo del regulador 12. Si se utiliza una línea de control para este propósito, ésta puede ser integral al cuerpo del regulador 12 o estar localizada en la tubería adyacente. El segundo lado, o lado de referencia 21 del elemento de detección, se refiere típicamente a la atmósfera. Una fuerza adicional, tal como un resorte 22, se puede aplicar al activador, el cual soslaya al elemento de estrangulación a una posición determinada previamente que representa un punto de ajuste. El regulador de operación directa 11 que se ilustra en la Figura 1 se considera como un regulador de "reducción de presión" porque el elemento de detección (diafragma 18) está conectado por un conducto interno 20 a la presión corriente abajo del regulador (en el lado de salida del fluido) 14. Se aplica un aumento en la presión corriente abajo al lado del control 19 a través del conducto interno 20, que aplica presión al diafragma 18, y lo obliga a subir nuevamente contra la fuerza del resorte 22. Esto, a su vez, mueve el elemento de estrangulación hacia arriba en el área de restricción de flujo 16, que reduce la presión de fluido a la salida del regulador 20. Los reguladores de reducción de presión regulan el flujo por medio de detectar la presión corriente abajo del regulador. Una aplicación típica de los reguladores de reducción de presión es la de las calderas de vapor, en las que los reguladores de reducción de presión proporcionan la regulación de presión inicial. Si el diafragma 18 estuviera conectado a la presión corriente arriba, y el elemento de estrangulación 17 se moviera al otro lado del restrictor 16, el regulador de operación directa 11 sería considerado como un regulador de "contrapresión" . Los reguladores de contrapresión se aplican, por ejemplo, en asociación con los compresores para asegurar que la condición de vacío no llegue al compresor. Un regulador operado por piloto es similar a un regulador de operación directa en lo que se refiere a_ su construcción. En la Figura 2A se ilustra esquemáticamente un regulador operado por piloto 23 de reducción de presión típico de la técnica anterior, y en la figura 2B se ilustra un regulador de contrapresión operado por piloto de una técnica anterior. El regulador operado por piloto incluye todos los elementos estructurales del regulador de operación directa con la adición del piloto 24 (también llamado un relevo, amplificador, o multiplicador) . El piloto es un dispositivo auxiliar el cual amplifica la presión de carga en el activador del regulador para regular la presión. El piloto es similar en construcción al regulador automático, el cual tiene esencialmente los mismos elementos que el regulador automático. En el regulador operado por piloto 23 que se ilustra en la Figura 2A y la Figura 2B, la presión de entrada se suministra por medio de un injerto a presión 27 en la tubería corriente arriba del regulador 23. En el regulador de contrapresión operado por piloto 23 en la Figura 2B, el injerto a presión 27 puede incluir además una restricción 26 en el mismo. La presión de entrada al piloto también se puede suministrar a través de un injerto a presión integral al cuerpo del regulador. La presión de salida se retroalimenta a través de la tubería 20 que se conecta corriente abajo del regulador 23. La presión corriente abajo se conecta al piloto 24 y al regulador principal 10. El piloto 24 amplifica el diferencial de la presión a través del diafragma 18 del regulador principal con el propósito de controlar la presión del fluido ya sea corriente arriba (contrapresión) o corriente abajo (reducción de presión) . Los reguladores de presión tienen muchas ventajas sobre otros dispositivos de control. Los reguladores son relativamente económicos . Generalmente éstos no requieren una fuente de energía externa para operar la función de control de presión; más bien, los reguladores utilizan para energía la presión del proceso que se está controlando. Además, el detector del proceso, el controlador y la válvula de control se combinan en un paquete integral relativamente pequeño. Otras ventajas incluyen buena respuesta de frecuencia, buen alcance, tamaño pequeño, y generalmente las fugas de vapor son pequeñas o no existen. También existen desventajas relacionadas con los reguladores conocidos. Los problemas significativos que se asocian con los reguladores de presión existentes incluyen "caídas" y "aumentos", también conocido como desfasamiento o banda proporcional . Una caída se define como la disminución en la presión controlada en un regulador de reducción de presión, y el aumento se define como un incremento en La presión controlada para un regulador de contrapresión que ocurre cuando se mueve de un carga baja a una condición de fLujo de carga completa. Generalmente éstas se expresan como un porcentaje. La caída _y el aumento son frecuentes especialmente con reguladores de operación directa, pero también existen a un grado menor con reguladores conocidos que son operados por pilotos . Frecuentemente se requiere que los reguladores se coloquen en una condición de no flujo, la cual se refiere como un "cerrar" o como "rectificar" . En un regulador de reducción de presión, como el regulador automático 11 en la Figura 1 o el regulador operado por piloto 23 en la Figura 2A, la presión corriente abajo puede llegar a un punto en donde se desea que el regulador 11 detenga completamente el flujo de fluido. En esta presión corriente abajo, la presión de control que se retroalimenta al diafragma 18 mueve completamente el elemento de estrangulación 17 al área de restricción de flujo 16, por medio del cual se bloquea el flujo. Esta condición se conoce como "cerrar". En un regulador de contrapresión como el regulador operado por piloto 23 que se muestra en la Figura 2B, la presión corriente arriba del regulador puede caer a un nivel en donde se requiera que el regulador apague el flujo. En este caso, la presión de control corriente arriba cae a un nivel en donde el resorte de carga y/o la presión del piloto ocasione que el elemento de estrangulación 17 se mueva a una posición que bloquee completamente el flujo del fluido. Los problemas de las partes internas, la contaminación o el enlace en el movimiento de las partes internas pueden todos contribuir a una pérdida de capacidad de cierre . Considerando que un regulador es un sistema de control integrado, los reguladores existentes típicamente no contienen la capacidad de comunicarse con otras porciones de un sistema de control de proceso. Lo anterior crea muchos impedimentos . Ya que no se cuenta con elementos para proporcionar ni remotamente un punto de ajuste o manera para sintonizar un regulador, generalmente éstos se deben ajustar manualmente. Los ajustes se llevan a cabo por medio de girar una manija de ajuste en el regulador hasta lograr la fuerza deseada en el activador. Lo anterior es especialmente indeseable en aplicaciones remotas o durante los procesos de control de la presión de substancias peligrosas. No se cuenta con -instrucciones en el cuarto de control sobre el funcionamiento del regulador, por lo que a través de lecturas de otras indicaciones del proceso se deja a los operadores que ellos sean los que determinen sus propias deducciones acerca del mal funcionamiento de los reguladores . La falta de comunicación y la capacidad de procesamiento también pueden conducir a problemas de mantenimiento. Es difícil o imposible supervisar estrechamente el funcionamiento del regulador a través del tiempo, así que hay poco tiempo de aviso anticipado para advertir de la necesidad de arreglar o reemplazar un regulador. También hay una falta de aviso anticipado para advertir de una falla inminente, lo cual es especialmente problemático con los reguladores de presión en existencia; debido a que se energizan por medio de un proceso, éstos típicamente no incluyen un modo de falla de operación. Si falla el diafragma de operación de un regulador de reducción de presión cargado mediante resorte, el regulador se abrirá totalmente . Lo anterior crea consecuencias si la tubería corriente abajo no puede soportar las condiciones de la presión corriente arriba, o si no está presente la válvula de desahogo que puede manejar el flujo máximo del regulador. Los reguladores de contrapresión se cerrarán completamente en caso de que falle el diafragma, lo que crea consecuencias similares para la porción corriente arriba del proceso. Es bien sabido que se utilizan válvulas de control en muchas situaciones en las que se pueden aplicar los reguladores de presión. La válvula de control incluye un activador energizado, el cual responde a señales suministradas externamente para mover un elemento de estrangulación para controlar el flujo. Se ha estimado que, adecuadamente utilizados, los reguladores podrían reemplazar a las válvulas de control en un 25 por ciento de aplicaciones que utilizan válvulas de control. La indecisión para utilizar reguladores en lugar de válvulas de control se debe, en gran parte, a las deficiencias asociadas con los reguladores de presión conocidos . La preocupación principal incluye las características de caídas y la falta de funcionalidad remota. Los usuarios del equipo de proceso, sin embargo, están continuamente tratando de ser más competitivos en sus costos.

Además de estar en la búsqueda de mejoras en la eficiencia del proceso y de mejorar el tiempo del equipo de proceso en existencia, los usuarios del equipo de proceso están buscando soluciones de menor costo para procesar el control. Si se pudieran eliminar las limitaciones de los reguladores comentadas anteriormente, éstos podrían proporcionar una opción de menor costo para muchas aplicaciones de válvulas de control. Las industrias de los Estados Unidos de Norteamérica gastan aproximadamente $200 mil millones anuales en mantenimiento de equipo de planta. Lo anterior da como resultado costos de mantenimiento que representan del 15 al 40 por ciento del costo de los bienes vendidos por año. Además, una tercera parte de los dólares que se gastan en mantenimiento se desperdicia en mantenimiento innecesario o inútil . Por ejemplo, ya que los reguladores conocidos no tienen capacidad de diagnóstico ni de comunicación para intercambiar información con sistemas externos, los problemas de éstos son difíciles de resolver. Frecuentemente, en un intento por corregir problemas del proceso no identificados, se reemplazan los reguladores, solo para enterarse después que los reguladores sí estaban funcionando adecuadamente. El cambio de regulador puede significar que se detenga el proceso en su totalidad, lo que da como resultado una significativa pérdida en tiempo de producción. El que se mejore el funcionamiento de los instrumentos del proceso, tal como los reguladores de presión, así como el que se mejore el mantenimiento a través de las capacidades del proceso y de las comunicaciones, reducirá significativamente los costos de fabricación. Por lo tanto, claramente existe la necesidad de un regulador de presión mejorado que compense las características de las caídas y que exhiba un funcionamiento mejorado. Además, sería preferible que el regulador mejorado incluyera la capacidad de comunicación y diagnóstico que permita una operación remota y el intercambio de datos para mejorar su mantenimiento. Por otra parte, estas características adicionales se requieren concurrentemente con la necesidad de soluciones económicas para la regulación de la presión.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención señala las deficiencias anteriores de la técnica anterior por medio de proporcionar un regulador inteligente de presión, el cual mejora el funcionamiento del regulador por medio de incluir capacidades de procesamiento y comunicación. Lo anterior se lleva a cabo mientras se mantienen los beneficios de los reguladores de presión existentes respecto a su simplicidad y economía. En un aspecto amplio, una modalidad ejemplar de la invención proporciona un regulador inteligente para mantener un fluido en un proceso a una presión determinada previamente, el cual comprende una entrada para fluido, una salida para fluido, un conducto de flujo de fluido que conecta la entrada y la salida, y un elemento de estrangulación que es móvil dentro del conducto del flujo para restringir selectivamente el flujo del fluido a través del conducto del flujo. Un activador se aplica al elemento de estrangulación para mover selectivamente el elemento de estrangulación. El activador incluye un lado de control y un lado de referencia, con una carga de referencia acoplada al mismo, para sesgar el elemento de estrangulación en una posición de referencia determinada previamente, la cual representa la presión determinada previamente. Una línea de retroalimentación aplica la presión desde el fluido que se está controlando hacia el lado de control, para mover el activador contra la carga de referencia, para mover el elemento de estrangulación dentro del conducto del flujo para ajustar el flujo del fluido, controlando mediante lo mismo la presión del fluido en el proceso. La invención además incluye un detector de presión que suministra una señal para indicar la presión del fluido que se está controlando, una presión de ajuste para ajustar la posición del elemento de estrangulación, y un controlador que recibe la señal que indica la presión del fluido que se está controlando, y que aplica la presión de ajuste al activador en respuesta a la señal. Otras modalidades adicionales proporcionan capacidades para ejercer control proporcional, integral y derivativo (PID) , proceso de diagnóstico, y comunicación con dispositivos externos.

De conformidad con otra modalidad de la invención, se presenta un controlador electrónico para un regulador de presión que en forma rudimentaria mantiene la presión del fluido a un nivel determinado previamente, por medio de utilizar la presión del fluido que se está controlando para colocar un elemento de estrangulación para restringir el flujo del fluido a través de un regulador de presión automático, el cual comprende un detector de presión que suministra una señal para indicar la presión del fluido que se está controlando, un procesador que recibe la señal que indica la presión del fluido que se está controlando y envía una señal que representa un ajuste al elemento de estrangulación, y una presión de ajuste que se aplica al elemento de estrangulación además de la presión del fluido que se está controlando, en respuesta a la salida de la señal por medio del procesador. En otro aspecto amplio, se proporciona un método de conformidad con la presente invención para compensar por la caída en un regulador de presión, que mantiene rudimentariamente la presión del fluido a un nivel determinado previamente, por medio de utilizar la presión del fluido que se está controlando para colocar un elemento de estrangulación en posición para restringir el flujo del fluido a través del regulador de presión automático. El método comprende las acciones de determinar la presión del fluido que se está controlando, calcular el valor de un error por medio de comparar la presión del fluido que se está controlando con el nivel determinado previamente, convertir el valor del error a una presión de ajuste, y volver a colocar el elemento de estrangulación, por medio de aplicar la presión de ajuste además de la presión del fluido que se está controlando al elemento de estrangulación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de presión de operación directa típico de una técnica anterior . La Figura 2A es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de reducción de presión operado por piloto típico de una técnica anterior. La Figura 2B es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de contrapresión operado por piloto típico de una técnica anterior. La Figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad ejemplar de un regulador inteligente de contrapresión de conformidad con la presente invención. La Figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra una modalidad ejemplar de un regulador inteligente de reducción de presión de conformidad con la presente invención. La Figura 5A ilustra gráficamente la función de compensación de la caída del controlador electrónico para una modalidad de la invención. La Figura 5B ilustra gráficamente la función de compensación del aumento del controlador electrónico para una modalidad de la invención. La Figura 6 es un diagrama de bloques del regulador inteligente, que destaca las áreas funcionales del regulador automático y del controlador electrónico. La Figura 7 ilustra esquemáticamente el controlador electrónico de una modalidad de la invención. La Figura 8A es una gráfica de desfasamiento del regulador, que traza los valores de los puntos de presión y de la presión de control contra el flujo para un regulador de reducción de presión. La Figura 8B es una gráfica de desfasamiento del regulador, que traza el valor de presión del punto de ajuste y la presión de control contra el flujo para un regulador de contrapresión . La Figura 9A es una gráfica de la sensibilidad de entrada de un regulador, que ilustra las curvas de la presión de control para muchas presiones de entrada para un regulador de reducción de presión. La Figura 9B es una gráfica de la sensibilidad de entrada de un regulador, que ilustra las curvas de la presión de control para muchas presiones de entrada para un regulador de contrapresión.

La Figura 10 es una gráfica que ilustra una medida de error histeréstico para un regulador de presión. La Figura HA es una gráfica que ilustra un "cierre" en un regulador de reducción de presión. La Figura 11B es una gráfica que ilustra una "rectificación" en un regulador de contrapresión. La Figura 12 ilustra un enlace de comunicaciones entre un regulador inteligente de conformidad con la presente invención, y un cuarto de control externo que usa un solo conductor doble torcido con barra de conducción de campo (Fieldbus) . La Figura 13 ilustra un enlace de comunicaciones entre un regulador inteligente de conformidad con la presente invención y un cuarto de control externo que usa un solo conductor doble torcido con HART. La Figura 14 ilustra un enlace de comunicación entre un regulador inteligente de conformidad con la presente invención y un cuarto de control externo que usa una configuración de doble conductor doble torcido de cuatro alambres. La Figura 15 ilustra un enlace de comunicación entre un regulador inteligente de conformidad con la presente invención y un cuarto de control externo que usa un enlace de radio . La Figura 16 ilustra un enlace de comunicación entre un regulador inteligente de conformidad con la presente invención y un cuarto de control externo que usa elementos alternos de comunicaciones, tales como un módem o fibras ópticas .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a los dibujos y, en particular, a los de la Figura 3 y a la Figura 4, éstos ilustran esquemáticamente dos modalidades de un regulador inteligente de presión de conformidad con la presente invención. Generalmente se hace referencia a cada una de las modalidades por el numeral 10 e incluye un regulador automático y un controlador electrónico (que se muestra rodeado por una línea rota en la Figura 3 y en la Figura 4) . En general, la Figura 3 ilustra un regulador inteligente de conformidad con la presente invención, respecto a cómo se utiliza en una aplicación de control de contrapresión, mientras que la Figura 4 ilustra un regulador inteligente de conformidad con la presente invención en una aplicación de reducción de presión. En la Figura 3, el flujo del fluido es de derecha a izquierda. En la Figura 4, el flujo del fluido es de izquierda a derecha. Las modalidades específicas ilustradas en la Figura 3 y en la Figura 4 incluyen un regulador automático pero, con el beneficio de esta publicación, un experto en la técnica puede implementar la invención utilizando un regulador operado por piloto.

Con referencia a las figuras, el regulador automático 11 incluye un cuerpo 12 que comprende una entrada de fluido 13, una salida de fluido 14, y un conducto de flujo 15 que conecta la entrada 13 y la salida 14. Una área de restricción de flujo 16 está situada dentro del conducto del flujo 15, y un elemento de estrangulación 17 funciona para restringir el flujo del fluido a través del área de restricción 16. El elemento de estrangulación 17 puede comprender un obturador, membrana, aspa, buje o cualquier artículo adecuado que cuando se mueva dentro del área de restricción 16 estrangule el flujo del fluido. El regulador 10 incluye además un activador que incluye un elemento de detección, el cual en las modalidades particulares ilustradas en la Figura 3 y en la Figura 4, comprende un diafragma 18 que está acoplado al cuerpo del regulador 12. El elemento de detección alternativamente puede estar en la forma de una membrana o de un pistón. Un vastago corredizo 29 conecta el elemento de estrangulación 17 al diafragma 18. El diafragma 18 incluye un lado de control 19 al cual se le aplica una presión de control 30. La presión de control 30 está conectada al diafragma 18 por medio de una línea de control (que no se muestra) o un conducto (que no se muestra) dentro del cuerpo de la válvula 12 o fuera del mismo. La modalidad del regulador 10 que se ilustra en la Figura 3 es un regulador de contrapresión, ya que la presión de control 30 se aplica al diafragma 18 corriente arriba del regulador 10. En la Figura 4 se muestra un regulador de reducción de presión, con el diafragma 18 conectado a la presión de control 30 la cual está corriente abajo del regulador 10. El diafragma 18 incluye además un lado de referencia 21 opuesto al lado de control 19 el cual se relaciona con la atmósfera. En los reguladores conocidos el lado de referencia incluye típicamente un resorte 22 o cualquier otro elemento adecuado tal como un peso que aplica una fuerza adicional al lado de referencia 21. Adicionalmente, se coloca en posición un tornillo prisionero 31 para fijar la posición inicial del resorte 22. En el regulador de contrapresión 10 de la Figura 3, se muestra el fluido del proceso fluyendo a través de un tubo 32. El resorte 22 se soslaya de tal manera que éste tiende a mantener al elemento de estrangulación 17 en una posición esencialmente cerrada. El fluido fluye en la entrada 13, a través del área de restricción 16 y sale a través de la salida 14. La presión de control 30 está conectada al lado de control 19 del diafragma 18, de tal manera que la presión del sistema se aplica desde una ubicación corriente arriba, al lado de control 19, para forzar al diafragma 18 a que se mueva contra el resorte 22, el cual mueve el vastago y el elemento de estrangulación 17 tanto como sea necesario para variar el flujo a través del área de restricción 16, por lo que de esta manera se regula la presión del fluido.

El regulador de reducción de presión 10 de la Figura 4 opera de una manera similar al regulador de contrapresión comentado con relación a la Figura 3, excepto que la presión de control 30 se detecta corriente abajo del regulador 10, y el elemento de estrangulación 17 está en el lado opuesto del área de restricción 16. En el regulador de reducción de presión 10, el resorte 22 aplica fuerza al lado de referencia 21 del diafragma 18, como una manera para soslayar el elemento de estrangulación 17 en una posición esencialmente abierta, o fuera del área de restricción de flujo 16. La presión de control 30 se aplica al lado de control 19 del diafragma 18 desde una ubicación corriente abajo, para que de esta manera se mueva aun más el elemento de estrangulación 17, ya sea hacia adentro o hacia afuera del área de restricción 16 para controlar la presión corriente abajo, por medio de regular el flujo a través del área de restricción 16. Con el sistema de carga de resorte de los reguladores automáticos típicos, la presión controlada tiende a reducirse conforme varía el flujo de una velocidad mínima a máxima. Lo anterior se conoce como caída en un regulador de reducción de presión, y como crecimiento en un regulador de contrapresión (también conocido como franja proporcional o de desfasamiento) .

Esta invención compensa la caída y el crecimiento y mejora la exactitud del regulador por medio de agregar un controlador electrónico 28, el cual también recibe la indicación de un punto de ajuste y presión de control. El controlador compara el punto de ajuste y la presión de control, y aplica entonces una presión de ajuste al lado de referencia del diafragma para compensar por las limitaciones del sistema de masa de resorte del regulador. En la Figura 5A se ilustra gráficamente la función de la regulación de caída del controlador electrónico, con la presión de control en el eje-y, y la velocidad de flujo en el eje-x. En la Figura 5A, la curva etiquetada con "a" ilustra la caída o el desfasamiento de un regulador automático de reducción de presión típico, en donde la presión de control se reduce conforme aumenta la velocidad de flujo. La curva etiquetada con "b" ilustra la salida del controlador electrónico para compensar por la caída que se exhibe en la curva a de la Figura 5A. Si se ignoran los efectos de la fricción, estas curvas esencialmente se reflejan una a la otra. La curva "c" ilustra el resultado de combinar las curvas "a" y "b", lo que es igual al punto de ajuste. En forma similar, en la Figura 5B se ilustra gráficamente la función de regulación de crecimiento. Al igual que con la Figura 5A, la curva etiquetada con "a" en la Figura 5B ilustra el crecimiento o el desfasamiento de un regulador de contrapresión, en donde la presión de control aumenta conforme aumenta la velocidad de flujo. La curva etiquetada con "b" ilustra la salida del controlador electrónico para compensar por el crecimiento que se exhibe en la curva a de la Figura 5B . Si se ignoran los efectos de la fricción, estas curvas esencialmente se reflejan una a la otra, de una manera similar a las curvas de caída ilustradas en la Figura 5A. La curva "c" ilustra el resultado de combinar las curvas "a" y "b", lo que es igual al punto de ajuste. Refiriéndonos nuevamente a la Figura 3 y a la Figura 4, el controlador electrónico 28 incluye un convertidor de presión a corriente (P/I) 33, un procesador que funciona como un controlador proporcional, integral y derivativo (PID) 34, y un convertidor de corriente a presión (I/P) 35. El controlador PID 34 se puede incorporar en un microprocesador. El controlador electrónico 28 está energizado por una fuente de energía externa 36, la cual se muestra como una fuente de energía de 24 voltios en la Figura 3 y la Figura 4. La energía se puede suministrar por medio de un número de fuentes de energía adecuadas, incluyendo una fuente de energía externa, como un transformador o una energía de ciclo desde un sistema de control distribuido, un generador interno de energía al regulador automático, el cual utiliza la presión desde el proceso que se está controlando para una fuente de energía, energía solar, o energía de batería. Una presión 37 suministra el convertidor I/P 35, el cual suministra presión neumática al lado de referencia 21 del diafragma 18 para proporcionar una compensación de caída o de crecimiento como sea necesario, dependiendo de las condiciones del flujo. Una alternativa para utilizar la fuente de presión 37 para suministrar presión neumática es impulsar el activador con un motor eléctrico, en cuyo caso el convertidor I/P 35 no estaría incluido. Más bien, el motor recibiría una señal directamente del controlador PID 34. En la Figura 6 se ilustran las áreas funcionales de la modalidad ejemplar del regulador inteligente 10. El bloque 38 del punto de ajuste aproximado representa la presión deseada, o punto de ajuste, el cual en una modalidad de la invención, está en la forma del resorte de carga del regulador que ejerce una fuerza en el lado de referencia del diafragma, que se muestra como el empalme de suma 39. El punto de ajuste 38 es un punto de ajuste "aproximado", ya que la regulación de la presión que desempeña el regulador automático 11 está sujeta a caídas. El punto de ajuste aproximado 38 es alimentado al regulador automático por medio de ajustar un tornillo prisionero que fija la carga del resorte del regulador. La fuerza ejercida por el resorte de carga del regulador contra el diafragma se ilustra como una fuerza positiva (+) en el empalme de suma 39. La fuerza de salida del empalme de suma 39, junto con la capacidad nominal del resorte del regulador, establece la posición del elemento de estrangulación del regulador en el área de restricción. Se aplica un factor de ganancia 40 a la información de posición, para establecer la velocidad del flujo de salida del regulador. El flujo de salida se compara con el que se desee, o con el flujo de carga WL en el empalme de suma 41. Si el flujo de salida es igual al flujo de carga WL, el sistema se encuentra en una situación estable y la presión de control Pc permanece constante. Si el sistema no se encuentra en una situación estable, la Pc retroalimentada al diafragma, la cual se muestra como una fuerza negativa (-) en el empalme de suma 39, no será equilibrada en el empalme de suma 39. Lo anterior da como resultado que el elemento de estrangulación se mueva en relación al área de restricción, hasta que la salida del empalme de suma 39 sea cero. En otras palabras, la Pc ejerce una fuerza en el diafragma, que está en oposición a la fuerza que el resorte de carga ejerce para cambiar la posición del elemento de estrangulación, el -cual ajusta el flujo y de esta manera regula la presión. Para compensar por el desfasamiento y mejorar el funcionamiento del regulador automático, también se dirige una indicación de la presión de control al controlador electrónico 28. El convertidor P/I 33, que puede ser un transductor de presión que es ya sea integral al regulador o está montado en la tubería adyacente externa al regulador, convierte la Pc a una señal que puede ser una señal de 4-20 mA como la que suministra un transductor típico de presión analógica. Entonces la señal Pc se aplica al controlador PID 34 del controlador electrónico. La señal Pc se multiplica por la constante derivativa 42, para entonces aplicarla al empalme de suma 43 junto con la señal Pc. La salida del empalme de suma 43 se compara con una señal 44 de punto de ajuste fino desde una fuente externa, tal como una computadora principal o sistema de control distribuido en el empalme de suma 45, el cual produce una señal de error. La señal de error se aplica a la constante proporcional 46 y a la constante integral 47, y entonces se aplica al empalme de suma 48, el cual produce una señal de salida. La señal de salida se alimenta al convertidor I/P 35, el cual suministra presión neumática al diafragma, el cual se muestra como una fuerza positiva (+) en el empalme de suma 39. La adición de las capacidades de procesamiento descritas anteriormente, para compensar por la caída y mejorar el control también proporciona un medio para mejorar otros aspectos del funcionamiento de un regulador de presión, incluyendo la operación y comunicaciones remotas, operación mejorada del proceso, capacidades de diagnóstico, facilidad de mantenimiento mejorada, tendencia, capacidades de alarma, etcétera. Las mejoras añadidas serán más evidentes a medida que se describa adicionalmente el controlador electrónico. En la Figura 7 se ilustra esquemáticamente una modaldad del regulador inteligente 10. El regulador automático 11 se muestra en una vista esquemática. En adición a la porción del controlador PID 34 descrito anteriormente, el controlador electrónico 28 también incluye secciones de diagnóstico 49, detección 50, comunicaciones 51, energía eléctrica 52 y entradas alternas 53. Todas estas secciones funcionales del controlador electrónico se pueden incluir en un microprocesador. La sección de detección 50 proporciona las señales de error al controlador PID 34, en base a las señales que indican la presión de entrada Pl, la presión corriente abajo P2 , y la presión de carga del activador P3 , las cuales se procesan de conformidad con los constantes PID. Se pueden proporcionar estas señales por medio de detectores integrados al cuerpo del regulador o desde detectores externos . Otras variables del proceso se reciben a través de sección de entradas alternas 53. Estas entradas pueden incluir señales de temperatura 65 desde detectores de temperatura, sean éstos integrales al regulador o montados en forma externa a los reguladores. Los transductores de audio o vibración 66, por ejemplo, proporcionan entradas que pueden indicar fugas y/o cavitaciones o recalentamiento en el área de restricción de flujo. La información del recorrido del vastago 67 de la válvula y del recorrido del activador 68 se proporciona a la sección de entradas alternas 53 por medio de transductores móviles para supervisar la condición de estos elementos. La información tal como las entradas descritas anteriormente, son ejemplos de los elementos del proceso que se pueden suministrar a la sección de entradas alternas 53 del controlador electrónico 28. Otros datos adecuados del proceso, tales como pH o flujo, también se pueden suministrar por medio de detectores integrales al regulador o externos a éste. Cualquiera o todas las señales de los detectores anteriores pueden ser señales análogas, las cuales se convierten a valores digitales por medio del controlador electrónico. Se pueden utilizar los datos de línea de base del diagnóstico para desarrollar una "firma" para un regulador específico, la cual se puede almacenar en la memoria del controlador o en la memoria de un sistema externo. La información del funcionamiento que se suministra a la sección de diagnósticos 49 desde la sección detectora 50 y la sección de entradas alternas 53 se pueden entonces procesar y comparar con los datos de línea base, o firma, y la sección de diagnósticos 49 puede proporcionar las alarmas, fallas reales y predichas, y otra información de diagnóstico al operador del sistema si las características y el funcionamiento se desvían del funcionamiento esperado de la firma por más de alguna cantidad determinada previamente. Las condiciones de alarma se pueden reportar espontáneamente por medio de comunicaciones no solicitadas a la computadora principal desde el regulador o por medio de sondeos de la computadora principal . El sondeo puede ocurrir en intervalos de tiempo determinados previamente. Alternativamente, un dispositivo de alarma que emite una alarma auditiva o visual, por ejemplo, puede señalizar desviaciones de la firma. Entonces, esta información se puede utilizar para pronosticar mantenimiento, mejorar el funcionamiento del sistema, acumular el ciclo de vida, etcétera. A continuación se comentan los ejemplos de información específica que se puede procesar por medio de la sección de diagnósticos 49 de una modalidad de la invención. Desfasamiento: Como se describió anteriormente, los reguladores conocidos muestran desfasamientos tales como caídas o crecimiento. Las Figuras 8A y 8B muestran gráficas con el valor de la presión del punto de ajuste y la presión de control para un regulador automático, trazadas contra el flujo en un eje-x. El valor del punto de ajuste es constante sobre el rango del flujo. La presión de control para un regulador de reducción de presión disminuye conforme la velocidad de flujo aumenta, como se muestra en la curva etiquetada "Regulador" en la Figura 8A, mientras que la presión de control para un regulador de contrapresión aumenta conforme aumenta la velocidad de flujo, como se ilustra en la Figura 8B (haciendo caso omiso a la compensación por la caída o el crecimiento del controlador electrónico) . Un regulador operado por piloto mostraría una curva similar, aunque el desfasamiento sería más pequeño. La distancia entre la curva de la caída (Figura 8A) o la curva del crecimiento (Figura 8B) y la curva del punto de ajuste a cierta velocidad de flujo es el desfasamiento para el regulador. El desfasamiento se puede determinar localmente por medio de Desfasamiento = ?P*KT en donde ?P es la diferencia entre presión controlada y presión de entrada, y KL es un coeficiente local de flujo. El procesador del regulador inteligente puede supervisar el desfasamiento y compararlo contra un valor de linea base. Por ejemplo, un cambio en el desfasamiento puede indicar un problema con la fuerza de carga (resorte) del regulador. Entonces se le puede notificar al operador sobre esta condición. Sensibilidad de la presión de entrada: Las Figuras 9A y 9B muestran cada una tres gráficas de la presión de control contra la velocidad de flujo en muchas presiones de entrada, etiquetadas a, b, y e. Esto ilustra la sensibilidad del regulador a diferentes presiones de entrada. Para una determinada velocidad de flujo, la diferencia entre las presiones de control para diferentes presiones de entrada define la sensibilidad de entrada. Las curvas en la Figura 9A ilustran la sensibilidad de entrada para un regulador de reducción de presión, mientras que la Figura 9B ilustra las curvas de sensibilidad de entrada para un regulador de contrapresión. Al igual que con el desfasamiento, la sensibilidad de entrada se puede comparar con la información de línea base para proporcionar un diagnóstico e información de predicción de falla desde el controlador electrónico a un usuario. Histéresis y Franja de Punto Muerto: La histéresis se define como la tendencia de un instrumento a dar una salida diferente para una cierta entrada, dependiendo de si la entrada resultó de un aumento o disminución del valor previo. La Figura 10 ilustra una medida de un error histeréstico el cual incluye la histéresis y la franja de punto muerto. La curva etiquetada "a" muestra la presión de control trazada contra la velocidad de flujo para una demanda de flujo en disminución. La curva etiquetada "b" muestra una curva similar para la demanda de flujo en aumento. En otras palabras, la curva "a" traza la presión de control para ciertas velocidades de flujo cuando el elemento de estrangulación se mueve en una primera dirección, y la curva "b" traza la presión de control para velocidades de flujo correspondientes cuando el elemento de estrangulación se mueve en la dirección opuesta. Se hace referencia a la diferencia entre las dos curvas como "franja de punto muerto". Por ejemplo, la supervisión de la inclinación de una curva de histéresis puede suministrar información relacionada con la constante del resorte. Un cambio en la franja de punto muerto o en la inclinación de una curva de histéresis puede indicar, o ser utilizada para predecir problemas con el resorte, el activador, el elemento de estrangulación, o con otros componentes del regulador. Cierre y rectificación: Las Figuras 11A y 11B ilustran gráficamente las condiciones de cerrar y rectificar. En un regulador de reducción de presión (Figura HA) , cuando la presión corriente abajo llega a un punto determinado previamente por encima del valor del punto de ajuste, la presión de control debe ocasionar que el elemento de estrangulación se mueva a una posición completamente cerrada, evitando de esta manera el flujo de fluido. El punto de cierre está etiquetado "a" en la Figura HA. La Figura 11B ilustra la rectificación, la cual es la contraparte del regulador de contrapresión para cerrar. La condición de rectificación ocurre cuando la presión corriente arriba cae a un nivel inferior al punto de ajuste de tal manera que el elemento de estrangulación se mueva a una posición cerrada, etiquetada "b" en la Figura 11B. El valor de la presión de control de cierre/rectificación y la inclinación del segmento de la curva de presión del regulador entre el valor del punto de ajuste y el punto de cierre o de rectificación, se puede determinar y almacenar en la sección de diagnósticos del regulador inteligente o en una computadora externa. Alternativamente, se puede utilizar un transductor de fugas, tal como un transductor de audio o sísmico, para correlacionar la condición de cerrado o de rectificación con las condiciones de flujo conocidas. El funcionamiento del cerrado/rectificación del regulador se compara con estos valores de línea base par diagnosticar la operación del regulador. Por ejemplo, los cambios en la función de cerrado/rectificación pueden indicar problemas de partes internas o sujeción en el movimiento de las partes internas. Control PID esperado : El funcionamiento general del regulador se puede lograr por medio de verificar la presión de control, el desfasamiento, el flujo, y/o el error histeréstico y comparar estas variables con el funcionamiento del control PID esperado. Se puede calcular una velocidad de flujo en forma interna al controlador electrónico utilizando parámetros del coeficiente del flujo para el cuerpo del regulador en relación al flujo del fluido líquido, flujo de gas y flujo de vapor. Entonces este flujo interno se compara al recorrido del activador y un factor de corrección del cuerpo del regulador para calcular el flujo del regulador principal. Estos cálculos se pueden hacer en el procesador del regulador electrónico, o se puede comunicar la información a una computadora principal para cálculo por medio de la sección de comunicaciones. Auto-sintonización: Los factores anteriores también se pueden utilizar para desarrollar constantes de sintonización P, I y D. Un cambio de paso se introduce al punto de ajuste por medio del controlador electrónico, entonces se mide la respuesta de salida para realizar los diagnósticos en la dinámica del sistema. Recorrido: El recorrido del activador es un factor importante de diagnóstico. Entre otras cosas, el recorrido del activador se utiliza para calcular la carga y posición del elemento de estrangulación. Un ejemplo del uso que se le da al recorrido para propósitos de diagnóstico es el de calcular y comparar las fuerzas en los lados opuestos del diafragma. La sección de diagnóstico del procesador puede calcular la fuerza que ejerce el resorte de carga del regulador en el lado de referencia del diafragma : (Tj+Ig)*)*! en donde Tj_ = recorrido del activador, Is = el ajuste inicial del resorte de acuerdo con el ajuste por el tornillo prisionero, y K-L = la constante del resorte. Lo anterior se compara con la fuerza ejercida en el lado de control del diafragma : Pc * A en donde Pc = la presión de control y A = área del diafragma. En un regulador operado por piloto, el recorrido del activador del piloto también se puede utilizar para los diagnósticos de una manera similar. Además, en reguladores que utilizan un motor eléctrico para ajustar el elemento de estrangulación, se pueden visualizar el voltaje y la corriente del motor con respecto al recorrido para propósitos de diagnóstico. Estas comparaciones, así como las indicaciones de la entrada y de la presión de control, sensibilidad de la entrada, error histeréstico y flujo, se utilizan para suministrar información de diagnóstico con relación a la condición y funcionamiento del regulador. Recalentamiento y cavitación: Estos son fenómenos que se encuentran en un flujo líquido que pueden introducir ruido y vibración al regulador, posiblemente limitando la vida del regulador. Ambos, el recalentamiento y la cavitación, están relacionados con la formación de burbujas de vapor en el fluido. Cuando los fluidos fluyen a través del área de restricción, aumenta la velocidad y disminuye la presión, lo que ocasiona que se formen las burbujas de vapor. Una vez que el fluido fluya a través de la restricción, el flujo del fluido se desacelera y se recupera la presión, ocasionando que las burbujas de vapor se colapsen violentamente. Se pueden utilizar ya sea detectores de audio o de vibración para detectar directamente la presencia de cavitaciones o de recalentamiento por medio de comparar las características detectadas de ruido/ vibración y comparándolas con las características de línea base, o una variable del proceso alterna, ?PA se puede calcular por ?PA = KC ( P± rcpv) en donde Kc = un índice de cavitación o de recalentamiento, P1 = presión de entrada, rc = constante de la relación de presión crítica y Pv = presión de vapor. Este valor se compara con las constantes de entrada de la presión de vapor de la corriente del fluido para cerciorarse indirectamente de la presencia de recalentamiento o cavitación y transmitir una alarma. Con las novedosas capacidades de diagnóstico agregadas al regulador, actualmente se pueden hacer diagnósticos en línea en las muchas categorías descritas anteriormente y en otras áreas. Se puede introducir en el sistema un "golpe" electrónico - un cambio repentino del paso al valor del punto de ajuste -. Lo anterior ocasiona un trastorno al ciclo de control del proceso, el cual tratará de corregir el regulador inteligente. A medida que el regulador reacciona al golpe electrónico, se mide y se compara el funcionamiento del regulador con relación a los diferentes factores descritos anteriormente (y a otros factores) , con la firma del regulador por medio de la sección de diagnósticos del controlador electrónico. Lo anterior proporciona una base para realizar diagnósticos en línea sin transtornar ni perturbar significativamente el proceso. El punto de ajuste, la configuración, los diagnósticos, y otra información del regulador inteligente ejemplar se pueden intercambiar con sistemas y dispositivos externos a través de diferentes medios de comunicación. Lo anterior proporciona la capacidad para controlar remotamente el regulador, la cual es una característica importante que le falta a los reguladores de presión mecánicos conocidos . Un operador puede enviar comandos al regulador que cambia los parámetros de operación y los parámetros de reporte. Además, la información de diagnóstico se puede mandar a un sistema externo para su procesamiento, en lugar de procesar estos datos dentro del regulador. La capacidad de comunicación del regulador inteligente ejemplar es especialmente útil en ambientes remotos y peligrosos en donde el mantenimiento y la operación son difíciles . Se pueden utilizar una diversidad de medios de comunicación con el regulador inteligente de la presente invención, tales como un solo conductor doble torcido que tiene comunicaciones sobrepuestas en la energía o moduladas con energía, un solo conductor doble torcido únicamente para comunicación de datos, radio, módem, fibra óptica, coaxial y muchas otras tecnologías de comunicación. Las capacidades de comunicación de la modalidad ejemplar de la invención también permiten el intercambio de información de configuración y control con otros instrumentos del proceso o con un sistema de control externo o con computadoras principales . La Figura 12 ilustra un esquema de comunicaciones de doble cableado el cual se podría implementar con una modalidad del regulador inteligente de la presente invención por medio de utilizar un protocolo de comunicación digital FieldBus, en donde los datos digitales se combinan con la energía para el controlador electrónico del regulador inteligente en el único conductor doble torcido. La señal enviada desde el cuarto de control 54 se pasa a través de un filtro de paso bajo 55 para separar la energía del sistema de los datos. Entonces la energía se puede pasar a través de los circuitos de acondicionamiento de energía 56, y se puede suministrar a un regulador inteligente, de conformidad con la presente invención y con otros dispositivos. La señal FieldBus recibida se pasa a través de los filtros de paso alto 57 para separar los datos de la comunicación de la energía del sistema, la cual se pasa entonces a la sección de comunicaciones 51 del controlador electrónico. La información que se transmite de regreso al sistema anfitrión se pasa a través de un modulador 58 para combinar los datos con la señal de energía del sistema. La Figura 13 ilustra un esquema alterno de comunicación el cual se puede implementar con una modalidad de la invención por medio de utilizar un protocolo HART, en donde los datos de la comunicación digital se sobreimponen en una señal analógica de 4-20 mA. La señal desde el cuarto de control 54 se pasa a través de circuitos de control y filtración de impedancia 59. Entonces se acondiciona la señal de 4-20 mA para suministrar la energía apropiada al regulador inteligente y a otros dispositivos. La señal recibida se filtra 57 para eliminar los datos de la comunicación de la señal HART de 4-20 mA, la cual se pasa a la sección de comunicaciones 51 del controlador electrónico. Los datos de transmisión se pasan a través de un modulador 58 para combinar los datos con la señal de 4-20 mA. La Figura 14 ilustra un ejemplo de un sistema de comunicaciones que utiliza el doble conductor doble torcido. La energía se acondiciona 56 y se suministra al regulador inteligente y a otros dispositivos en uno de los dos pares de dos cables. Los datos se pasan sobre el otro par de cables dobles del cuarto de control 54, a través de los circuitos de transmisión y recepción 60, a la sección de comunicaciones 51 del controlador electrónico. En la Figura 15, se ilustra una configuración de comunicaciones ejemplar que utiliza comunicaciones de radio. Desde el cuarto de control se envía una señal de radio que contiene datos, a un radio 61 que está asociado con el regulador inteligente. La señal se pasa a través de un dispositivo de control de energía 62 (si es que el radio del regulador no está equipado con control fácil de transmisión de datos) y hardware de comunicaciones de datos 63 apropiado, para que entonces la información se suministre a la sección de comunicaciones 51 del regulador. En forma similar, la Figura 16 muestra una configuración para comunicarse entre un cuarto de control 54 y un regulador inteligente de conformidad con la invención, utilizando un módem o fibra óptica. También se pueden utilizar otros medios de comunicación con una configuración como se ilustra en la Figura 16. Los datos se envían desde del cuarto de control 54 a un transconductor 64 apropiado, el cual procesa los datos y los pasa a través del hardware de comunicaciones 63 a la sección de comunicaciones 51 del controlador electrónico. Se hace la descripción anterior de las muchas modalidades ejemplares como una forma de ejemplo y no con propósitos de limitación. Se pueden hacer muchas variaciones a las modalidades y métodos publicados en la presente, sin apartarse del alcance y del espíritu de la presente invención. Se pretende que la presente invención esté limitada únicamente por el alcance y el espíritu de las siguientes reivindicaciones .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un regulador de presión para mantener un fluido en un proceso a una presión determinada previamente, que comprende : un cuerpo que define una entrada de fluido, una salida de fluido, y un conducto de flujo de fluido en conexión de fluido con la entrada y la salida; un elemento de estrangulación móvil dentro del conducto de flujo para restringir selectivamente el flujo de fluido a través del conducto de flujo; un activador acoplado al elemento de estrangulación, para mover selectivamente el elemento de estrangulación, el activador teniendo un lado de control y un lado de referencia; una carga de referencia acoplada al lado de referencia del activador para soslayar al elemento de estrangulación a una posición de referencia determinada previamente; una línea de retroalimentación para aplicar presión desde el fluido en el proceso, al lado de control del activador, para mover el activador en contra de la carga de referencia, para posicionar el elemento de estrangulación adentro del conducto de flujo; un primer detector de presión que proporciona una señal que indica la presión del fluido en el proceso, en un primer punto en el proceso; y un controlador que recibe la señal que indica la presión del fluido, y da salida a una señal de error que corresponde con la diferencia entre la presión detectada y un nivel de presión determinado previamente, el controlador incluyendo una memoria digital para almacenar las señales de error en momentos diferentes, durante la operación del regulador de presión, y un procesador para ejecutar una rutina que compara las señales de error en momentos diferentes, para obtener datos de diagnóstico que corresponden con la operación del regulador de presión.

2. El regulador de presión de la reivindicación 1, en donde la memoria digital del controlador incluye datos de línea de base que corresponden con una característica de operación de línea de base del regulador de presión.

3. El regulador de presión de la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además un dispositivo de alarma acoplado al controlador, en donde el controlador está adaptado para comparar los datos de diagnóstico y los datos de línea de base, y activar el dispositivo de alarma siempre que la comparación indique que los datos de diagnóstico se han desviado de los datos de línea de base por una cantidad determinada previamente .

4. El regulador de presión de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un segundo detector de presión para detectar la presión del fluido en un segundo punto en el proceso, en donde el controlador está adaptado para calcular, en diferentes puntos en el tiempo, los valores de desfasamiento del regulador que corresponden con al diferencia entre la presión detectada por medio del primer detector, y la presión detectada por medio del segundo detector, y en donde el controlador está adaptado para almacenar representaciones digitales de los valores de desfasamiento del regulador calculados en la memoria del controlador.

5. El regulador de presión de la reivindicación 4, en donde el primer detector de presión está adaptado para detectar la presión de fluido en la entrada, y el segundo detector de presión está adaptado para detectar la presión del fluido en la salida, y en donde el procesador está adaptado para ejecutar una rutina que determina y almacena en la memoria del controlador, los valores de desfasamiento del regulador para una pluralidad de diferentes presiones de entrada.

6. El regulador de presión de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un detector para detectar la dirección de movimiento del elemento de estrangulación, en donde el procesador está adaptado para generar datos de diagnóstico respecto al error histeréstico del regulador de presión por medio de: (i) almacenar en la memoria del controlador una primera señal digital que refleje la presión detectada por el primer detector de presión cuando el elemento de estrangulación se mueve en una primera dirección; (ii) almacenar en la memoria del controlador una segunda señal digital que refleje la presión detectada por el primer detector de presión cuando el elemento de estrangulación se mueve en una segunda dirección opuesta a la primera dirección; y (iii) comparar la primera y segunda señales digitales para producir una señal de diferencia que refleja el error histeréstico del regulador de presión.

7. El regulador de presión de la reivindicación 1, en donde la memoria del controlador incluye datos de línea de base que reflejan una presión de fluido determinada previamente, a la cual se moverá el elemento de estrangulación a una posición completamente cerrada, y en donde el procesador está adaptado para: (i) almacenar en la memoria del controlador una primera señal digital que corresponda a la presión de fluido detectada por el primer detector de presión, a la cual el elemento de estrangulación se mueve a una posición completamente cerrada; y (ii) comparar los datos de línea de base con la señal digital que corresponde a la presión del fluido, detectada por el primer detector de presión, a la cual el elemento de estrangulación se mueve a una posición completamente cerrada, para generar una señal de diagnóstico correspondiente con la diferencia entre las señales comparadas.

8. Un dispositivo para detectar la cavitación y el recalentamiento en un regulador de presión que usa la presión de un fluido en el proceso, para posicionar un elemento de estrangulación, para restringir el flujo de fluido a través del regulador de presión, el regulador de presión incluyendo una entrada, el dispositivo comprendiendo: un detector de presión de entrada; un procesador que incluye una memoria que tiene un índice de cavitación/recalentamiento, una constante de relación de presión crítica, y constantes de entrada de la presión de vapor de corriente del fluido almacenada en el mismo; el procesador incluyendo una rutina para calcular la caída de presión absoluta (?PA) de conformidad con ?PA = KC(P1 -rcPv) , en donde Kc = el índice de cavitación/recalentamiento, P-L = presión de entrada detectada, rc = la constante de la relación de presión crítica y Pv = presión de vapor; y el procesador incluyendo además una rutina para comparar ?PA con las constantes de entrada de la presión de vapor de corriente del fluido para detectar el recalentamiento y la cavitación.

9. Un dispositivo para detectar la cavitación en un regulador de presión que usa la presión de un fluido en el proceso para posicionar un elemento de estrangulación adentro de un conducto de flujo, para restringir el flujo de fluido a través del regulador de presión, el dispositivo comprendiendo: un detector adaptado para detectar cuando menos un parámetro físico asociado con el regulador de presión, y proporcionar señales eléctricas correspondientes al parámetro físico detectado, en donde el parámetro físico está sujeto a cambio después del inicio y la presencia de cavitación, una memoria que tiene un primer conjunto de señales eléctricas de parámetros físicos de línea de base almacenado en la misma, el primer conjunto de señales de parámetros físicos de línea de base correspondiendo a las características del parámetro físico, asociadas con cuando menos una etapa del recalentamiento; y un procesador adaptado para recibir, desde el detector, las señales eléctricas correspondientes al parámetro físico detectado, y para recibir desde la memoria las señales del parámetro físico de línea de base, y para comparar las señales identificadas y proporcionar una señal eléctrica que refleje la ocurrencia de recalentamiento siempre que haya una correspondencia aproximada de las señales .

10. El dispositivo de la reivindicación 9, en donde el detector es un detector acústico acoplado al conducto de flujo, para detectar características de ruido acústico adentro del conducto de flujo, y en donde el primer conjunto de señales de parámetros físicos de línea de base corresponden con las características de ruido asociadas con diferentes etapas del recalentamiento .

11. El dispositivo de la reivindicación 9, en donde el detector es un detector sísmico acoplado al conducto de flujo, para detectar características de vibración dentro del conducto de flujo, y en donde el primer conjunto de señales de parámetros físicos de línea de base corresponden con las características de vibración asociadas con diferentes etapas del recalentamiento.

12. El dispositivo de la reivindicación 9, en donde la memoria tiene un segundo conjunto de señales eléctricas de parámetros físicos de línea de base almacenado en la misma, el primer conjunto de señales de parámetros físicos de línea de base correspondiendo a las características del parámetro físico, asociadas con cuando menos una etapa de la cavitación; y en donde el procesador está adaptado para recibir desde el detector las señales eléctricas correspondientes al parámetro físico detectado, y para recibir desde la memoria el segundo conjunto de señales de parámetros físicos de línea de base, y para comparar las señales identificadas y proporcionar una señal eléctrica que refleje la ocurrencia de cavitación, siempre que haya una correspondencia aproximada de las señales .

13. Un método para realizar diagnósticos en línea en un regulador de presión que mantiene la presión en un proceso en un valor de punto de ajuste, mediante la aplicación de la presión del proceso a un activador para ajustar un elemento de estrangulación del flujo de fluido, el método comprendiendo los pasos de : reunir datos de funcionamiento de línea de base para el regulador, que reflejen las características de operación del regulador de presión, bajo un conjunto dado de condiciones de operación, y almacenar los datos de funcionamiento de línea de base en un dispositivo de memoria; introducir temporalmente un cambio de paso al punto de ajuste, para cambiar el punto de ajuste a un valor de punto de ajuste ajustado; reunir datos de funcionamiento que reflejen las características de operación del regulador, a medida que éste trae la presión del proceso hacia el valor de punto de ajuste ajustado, comparar los datos de funcionamiento con los datos de línea de base, para obtener información de diagnóstico respecto a la operación del regulador de presión.

14. El método de la reivindicación 13, en donde: (i) el paso de reunir los datos de funcionamiento de línea de base incluye los pasos de detectar la presión del proceso, y determinar un valor de desfasamiento de línea de base que corresponda con la diferencia entre la presión detectada y una presión deseada determinada previamente; (ii) el paso de reunir los datos de funcionamiento incluye los pasos de detectar la presión del proceso, y determinar el valor de desfasamiento de funcionamiento que corresponde a la diferencia entre la presión detectada y la presión deseada determinada previamente; y (iii) el paso de comparar los datos de funcionamiento con los datos de línea de base incluye el paso de comparar el valor de desfasamiento de línea de base con el valor de desfasamiento de funcionamiento .

15. El método de la reivindicación 13 , en donde el paso de reunir los datos de funcionamiento de línea de base incluye el paso de determinar la presión del proceso a la cual se mueve el elemento de estrangulación a una posición que evita completamente el flujo del fluido.

16. El método de la reivindicación 15, en donde el paso de reunir los datos de funcionamiento incluye el paso de determinar la presión del proceso a la cual se mueve el elemento de estrangulación a una posición que evita completamente el flujo del fluido.

17. El método de la reivindicación 13, en donde el activador incluye un lado de referencia y un lado de control, y en donde el paso de reunir los datos de funcionamiento de línea de base, y el paso de determinar los datos de funcionamiento comprenden, cada uno, determinar una primera fuerza ejercida sobre el lado de referencia; determinar una segunda fuerza ejercida sobre el lado de control; y comparar la primera y segunda fuerzas para identificar el mal funcionamiento del activador.

18. Un método para determinar la sensibilidad de presión de entrada de un regulador de presión, el cual mantiene la presión en un proceso en un valor de punto de ajuste mediante la aplicación de la presión del proceso a un activador, para ajustar un elemento de estrangulación de flujo de fluido, el regulador de presión teniendo una entrada, el método comprendiendo los pasos de : detectar la presión en la entrada del regulador para un flujo de fluido dado, en un primer punto en el tiempo, y almacenar en una memoria digitaJL una representación del flujo de fluido dado, y la presión detectada en el primer punto en el tiempo; supervisar la presión en la entrada del regulador a través del tiempo, para identificar un segundo punto en el tiempo, en donde la presión en el segundo punto en el tiempo es diferente de la presión detectada en el primer punto en el tiempo; almacenar en una memoria digital una representación del flujo de fluido dado, y la presión detectada en el segundo punto en el tiempo; comparar la representación del flujo de fluido dado y la presión detectada en el primer punto en el tiempo, con la representación del flujo de fluido dado y la presión detectada en el segundo punto en el tiempo, para proporcionar una señal de diferencia indicativa de la sensibilidad a la presión de entrada .

19. Un método para determinar el error histeréstico de un regulador de presión que mantiene la presión en un proceso en un valor de punto de ajuste, mediante la aplicación de la presión del proceso a un activador, para ajustar un elemento de estrangulación de flujo de fluido, el regulador de presión teniendo una entrada, el método comprendiendo los pasos de: detectar la velocidad de flujo del fluido que pasa a través del regulador; identificar un primer punto en el tiempo, en donde la velocidad de flujo a través del regulador es- una primera velocidad de flujo; identificar un segundo punto en el tiempo, después del primer punto en el tiempo, en donde la velocidad de flujo a través del regulador es una segunda velocidad de flujo, en donde la segunda velocidad de flujo es menor que la primera velocidad de flujo, y almacenar en una memoria digital una representación de la presión del proceso en el segundo punto en el tiempo; identificar un tercer punto en el tiempo, en donde la velocidad de flujo a través del regulador sea una tercera velocidad de flujo; Identificar un cuarto punto en el tiempo después del tercer punto en el tiempo, en donde la velocidad de flujo a través del regulador es una tercera velocidad de flujo, en donde la tercera velocidad de flujo es mayor que la tercera velocidad de flujo, y almacenar en una memoria digital una representación de la presión del proceso en el cuarto punto en el tiempo; y comparar la representación de la presión en el segundo punto en el tiempo, con la representación de la presión en el cuarto punto en el tiempo, para calcular un valor de franja de punto muerto para diagnosticar al regulador.

20. El método de la reivindicación 19, en donde el tercer punto en el tiempo sigue al segundo punto en el tiempo.