專利名稱：在過程在線操作的同時(shí)確定性地獲得對(duì)過程控制裝置參數(shù)測(cè)量的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及過程控制系統(tǒng)診斷技術(shù)，尤其涉及確定性地獲得連接在操作過程環(huán)境中的過程控制裝置的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的測(cè)量值的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
大規(guī)模商業(yè)制造和提煉過程通常采用過程控制器來控制諸如控制閥門的一個(gè)或多個(gè)過程控制裝置的操作，控制閥門繼而控制諸如過程中的流體流動(dòng)、溫度或壓力等一個(gè)或多個(gè)過程變量。通常，每個(gè)控制閥門有一個(gè)受定位器控制的致動(dòng)器，致動(dòng)器響應(yīng)于過程控制器所產(chǎn)生的控制信號(hào)使相關(guān)控制元件(諸如閥塞、阻尼器(damper)或一些其它可變開啟部件)移動(dòng)。例如，控制閥門的控制元件可以響應(yīng)于彈簧偏移(spring-biased)隔膜或活塞頭上的變化液體壓力或者響應(yīng)于軸的旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)，每一種情況都可能由控制信號(hào)的變化引起。在一種標(biāo)準(zhǔn)閥門機(jī)構(gòu)中，量值在4至20mA(毫安)范圍內(nèi)變化的控制信號(hào)引起定位器與控制信號(hào)的量值成正比地改變壓力室中的流體量繼而流體壓力。壓力室中變化的流體壓力引起隔膜向偏移彈簧移動(dòng)，繼而偏移彈簧又引起與隔膜耦合的閥塞的移動(dòng)。
過程控制裝置通常形成或產(chǎn)生表示該裝置對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)的反饋信號(hào)，并將此反饋信號(hào)(或響應(yīng)指示)提供給過程控制裝置，用以對(duì)過程進(jìn)行控制。例如，控制閥門通常產(chǎn)生反饋信號(hào)，該信號(hào)表示閥塞或其它可移動(dòng)閥門部件的位置(例如，行程)。
即使控制閥門可使用這些反饋信號(hào)在過程控制回路內(nèi)執(zhí)行功能，但是現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由于控制閥門處的操作情況較差仍然會(huì)引起控制回路性能較差。在許多情況下，過程控制器不能在控制回路之外調(diào)整有關(guān)各個(gè)過程控制裝置的問題，結(jié)果，把性能差的控制回路放置為人工方式或者以人工方式把它解調(diào)至它們有效的點(diǎn)。在此情況下，有關(guān)這些控制回路的過程需要由一個(gè)或多個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，這是不希望的。
通常，通過監(jiān)視連接于過程回路內(nèi)的過程控制裝置的操作情況或“健康狀況”并修理或替換性能差的過程控制裝置，可以克服差的控制回路性能。通過測(cè)量有關(guān)一個(gè)或多個(gè)過程控制裝置的參數(shù)并確定一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是否在可接受范圍之外，可確定過程控制裝置的健康狀況。
可用來確定即表示過程控制裝置的健康狀況的一個(gè)過程控制裝置參數(shù)是靜區(qū)(dead band)。一般講，在過程儀器中，靜區(qū)是這樣一個(gè)范圍，輸入信號(hào)可在方向反轉(zhuǎn)時(shí)在該范圍內(nèi)改變，而不引發(fā)輸出信號(hào)的可觀測(cè)變化。當(dāng)控制信號(hào)引起過程控制裝置的可移動(dòng)元件的移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)，能夠最好地觀察靜區(qū)，它可能由機(jī)械互連部件之間的物理作用、摩擦和／或其它公知的物理現(xiàn)象引起。在此反轉(zhuǎn)期間，在過程控制裝置的可移動(dòng)元件實(shí)際沿新的方向上表現(xiàn)出移動(dòng)前，控制信號(hào)經(jīng)歷一離散變化量(靜區(qū))。換句話說，最后一次發(fā)生過程控制裝置元件沿第一方向移動(dòng)的控制信號(hào)值與首次發(fā)生過程控制裝置元件沿第二不同方向移動(dòng)的控制信號(hào)值之差是過程控制裝置的靜區(qū)的一個(gè)測(cè)量值。
參考

圖1，通過把分塊的正弦信號(hào)加到過程控制裝置上獲得了靜區(qū)的粗略估計(jì)。此分塊正弦信號(hào)包括量值相等的交變階躍的周期，按照一個(gè)個(gè)周期把幅度增加諸如1％、2％、5％等。一旦發(fā)生閥門元件或過程變量的移動(dòng)沿著反轉(zhuǎn)方向，則該階躍的幅度(加倍)提供了靜區(qū)的上界。下界由前一周期中階躍的幅度來提供。
可用來確定過程控制裝置的健康狀況的其他裝置參數(shù)是靜時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間增益和過調(diào)(overshoot)。靜時(shí)間與過程控制裝置實(shí)際響應(yīng)于控制信號(hào)的變化而開始移動(dòng)可移動(dòng)元件所用的時(shí)間量有關(guān)，可以認(rèn)為是該時(shí)間量的測(cè)量結(jié)果。響應(yīng)時(shí)間是過程控制裝置的可移動(dòng)元件響應(yīng)于控制信號(hào)的變化達(dá)到其最終值的一定百分比(例如63％)所用的時(shí)間量。過程控制裝置的增益表示控制信號(hào)的變化所引起的放大量?？砂言撛鲆姹硎緸殚y門行程的相對(duì)變化與控制信號(hào)的相對(duì)變化之比。過程控制裝置的過調(diào)量指示閥門行進(jìn)到超過其最終穩(wěn)定狀態(tài)位置多少。
如果過程控制裝置的靜區(qū)、靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間或其它過程控制裝置參數(shù)增加的數(shù)量明顯超過它們的標(biāo)定值，則可能需要修復(fù)或替換過程控制裝置，以在過程控制回路中建立適當(dāng)?shù)目刂?。然而，?dāng)這些裝置在線連接于控制回路中時(shí)，測(cè)量過程控制裝置的參數(shù)(諸如靜區(qū)、靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益和過調(diào))以監(jiān)視運(yùn)行的過程控制裝置的健康狀況通常不是很容易。
過去，操作人員必須將過程控制裝置從控制回路中移去，以對(duì)該裝置進(jìn)行工作臺(tái)測(cè)試，或者給控制回路設(shè)置旁通閥和冗余過程控制裝置，使得有可能繞過特定的過程控制裝置，從而在過程進(jìn)行操作時(shí)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。另外，操作人員必須在過程操作中引入明顯的擾動(dòng)或等待，直到過程被中斷或者進(jìn)行預(yù)定的關(guān)機(jī)，以測(cè)試過程中的各個(gè)過程控制裝置。這些方案中每一種都費(fèi)時(shí)、昂貴且可能中斷此過程，同時(shí)只能提供確定這些控制裝置的操作情況所需的各個(gè)過程控制裝置的參數(shù)的間歇測(cè)量值。
發(fā)明概要本發(fā)明旨在當(dāng)過程進(jìn)行操作時(shí)(即，當(dāng)過程在線時(shí))確定地測(cè)量連接在該過程中的過程控制裝置的一個(gè)或多個(gè)裝置參數(shù)的方法和設(shè)備，這些參數(shù)諸如靜區(qū)、靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益或過調(diào)等。本發(fā)明的方法和設(shè)備使得過程操作人員能夠監(jiān)測(cè)過程中的一個(gè)或多個(gè)過程控制裝置的健康狀況或操作情況，而不必把過程控制裝置從控制回路中移去，不必繞過控制回路中的過程控制裝置，也不必停止此過程或以任何其它明顯的方式干預(yù)此過程。為此，在依據(jù)本發(fā)明的診斷測(cè)試前進(jìn)行對(duì)過程的影響可能最小的確定。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，診斷測(cè)試單元確定有關(guān)置于操作過程內(nèi)的過程控制裝置的裝置參數(shù)。診斷測(cè)試單元包括監(jiān)測(cè)過程操作期間的過程信號(hào)的開關(guān)控制器。診斷測(cè)試單元還包括產(chǎn)生診斷測(cè)試信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器及響應(yīng)于開關(guān)控制器并可用來在過程操作期間以診斷測(cè)試信號(hào)替換過程控制裝置的控制信號(hào)的開關(guān)。該設(shè)備還包括用于獲得過程控制裝置對(duì)該診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)指示的機(jī)構(gòu)以及從診斷測(cè)試信號(hào)和響應(yīng)指示中確定裝置參數(shù)的分析器單元。
過程控制裝置可以是具有可移動(dòng)閥門部件的控制閥。在此情況下，響應(yīng)指示最好是位置傳感器結(jié)合閥門部件所產(chǎn)生的位置信號(hào)，該位置信號(hào)代表閥門部件的位置。位置信號(hào)還可用作開關(guān)控制器所監(jiān)測(cè)的過程信號(hào)。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種當(dāng)過程控制裝置置于一操作過程內(nèi)時(shí)確定有關(guān)過程控制裝置的裝置參數(shù)的方法，該方法包括在過程操作期間監(jiān)測(cè)過程信號(hào)并確定該過程信號(hào)是否基本上穩(wěn)定的步驟。該方法還包括產(chǎn)生診斷測(cè)試信號(hào)并在過程信號(hào)基本上穩(wěn)定時(shí)在過程操作期間以診斷測(cè)試信號(hào)來替換控制信號(hào)的步驟。然后接收過程控制裝置對(duì)診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)指示并從中確定裝置參數(shù)。
附圖概述圖1包括可被本發(fā)明的診斷測(cè)試單元所使用來測(cè)量過程控制裝置的靜區(qū)的已有技術(shù)的確定性測(cè)試信號(hào)的圖；圖2包括置于一控制回路中的過程控制裝置的方框圖，其中該過程控制裝置包括置于控制回路中的依據(jù)本發(fā)明的診斷測(cè)試單元；圖3包括用來測(cè)量依據(jù)本發(fā)明的過程控制裝置的靜區(qū)的診斷測(cè)試信號(hào)及其響應(yīng)的圖；以及圖4A-4D包括用于測(cè)量依據(jù)本發(fā)明的過程控制裝置的參數(shù)的確定性測(cè)試信號(hào)的圖。
詳細(xì)描述參考圖2，典型的單輸入、單輸出過程控制回路10包括過程控制器11，該控制器11將例如4到20mA的控制信號(hào)發(fā)送到過程控制裝置13。過程控制裝置13示為包括開關(guān)14、印刷布線板(PWB)15、電流-壓力換能器(I／P)16、繼電器(relay)17和致動(dòng)器／閥門組件18的控制閥。在正常操作期間，通過開關(guān)14把來自控制器11的控制信號(hào)提供給PWB 15。位置傳感器19把表示置于致動(dòng)器／閥門組件18內(nèi)的可移動(dòng)閥門部件(未示出)的移動(dòng)和位置的反饋信號(hào)提供給PWB 15。閥門部件的位置控制過程20內(nèi)的過程變量。
PWB 15依據(jù)輸入的控制和反饋信號(hào)執(zhí)行控制算法，以產(chǎn)生用于電流-壓力換能器16的信號(hào)，繼而產(chǎn)生相應(yīng)的壓力信號(hào)。由繼電器17來放大此壓力信號(hào)，該繼電器17可包括提升閥或更普通的任意氣動(dòng)放大器。經(jīng)放大的壓力信號(hào)氣動(dòng)地控制致動(dòng)器／閥門組件18內(nèi)的致動(dòng)器(未示出)，以把閥門部件移至所需的位置。電流-壓力換能器16和繼電器17都使用耦合到過程控制裝置13的壓力源27來產(chǎn)生各自的壓力信號(hào)。
位置傳感器19可包括任何所需的運(yùn)動(dòng)或位置測(cè)量裝置，這些裝置包括例如電位計(jì)、線性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)、旋轉(zhuǎn)可變差動(dòng)變壓器(RVDT)、霍爾效應(yīng)運(yùn)動(dòng)傳感器、永磁限制性(magneto restrictive)運(yùn)動(dòng)傳感器或可變電容器運(yùn)動(dòng)傳感器。除了圖1所示包括例如分開的氣動(dòng)定位器和I／P單元等閥門機(jī)構(gòu)或元件，如果需要，過程控制裝置13還可包括其它類型的閥門機(jī)構(gòu)或元件。此外，應(yīng)理解，過程控制裝置13可以是諸如阻尼器或風(fēng)機(jī)等任意其它類型的裝置，用來以任何其它所需或公知的方式來控制過程變量。
如圖1所示，發(fā)送器22測(cè)量過程20的過程變量并把測(cè)得的過程變量的指示發(fā)送給求和接點(diǎn)24。求和接點(diǎn)24把過程變量的測(cè)量值(已轉(zhuǎn)換成歸一化百分?jǐn)?shù))與設(shè)定點(diǎn)相比較，以產(chǎn)生表示它們之差的誤差信號(hào)，并把該誤差信號(hào)提供給過程控制器11。設(shè)定點(diǎn)可由用戶、操作人員或其它控制器(未示出)產(chǎn)生，通常把它歸一化到百分之0和100之間并指示過程變量的所需值。在過程20的正常操作期間，過程控制器11使用誤差信號(hào)依據(jù)任何所需的技術(shù)來產(chǎn)生控制信號(hào)，并把此控制信號(hào)傳送到過程控制裝置13以控制過程變量。
依據(jù)本發(fā)明，診斷測(cè)試?yán)?可經(jīng)預(yù)編程)用來測(cè)試正常過程操作條件下(即，當(dāng)過程20在線時(shí))的過程控制裝置13。在已確定診斷測(cè)試?yán)痰膶?shí)現(xiàn)對(duì)過程20的影響最小時(shí)，診斷測(cè)試?yán)淌惯^程控制裝置13斷開控制器11，并強(qiáng)制過程控制裝置13進(jìn)行預(yù)定或確定的一組操作(設(shè)計(jì)成僅對(duì)過程20造成最小的影響)。該例程還接收測(cè)量或收集表示過程控制裝置13對(duì)此診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)的信息，然后把此過程控制裝置13重新連到控制器11，這些都在有限的時(shí)間量?jī)?nèi)完成，以基本上避免干擾過程20的正常操作。為了確定過程控制裝置13的操作情況，可使用收集到的信息來計(jì)算諸如靜區(qū)、靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益和過調(diào)量等過程控制裝置參數(shù)。由于當(dāng)過程20在線時(shí)實(shí)現(xiàn)此診斷例程，所以可確定過程控制裝置13的“健康狀況”或操作情況，而不隔離或繞過過程控制裝置13和／或停止過程20。
在將依據(jù)本發(fā)明來進(jìn)行過程控制裝置13的診斷測(cè)試時(shí)，開關(guān)控制器25產(chǎn)生(或更改)使開關(guān)14從第一位置(或狀態(tài))到第二位置(或狀態(tài))來回切換(toggle)的開關(guān)信號(hào)，在第一位置中，開關(guān)14把來自控制器11的控制信號(hào)提供給PWB 15，在第二位置中，開關(guān)14斷開控制器11，因而斷開來自PWB 15的控制信號(hào)，并把PWB 15連到信號(hào)發(fā)生器26的輸出，該信號(hào)發(fā)生器26產(chǎn)生確定(即，已知或預(yù)定)的診斷測(cè)試信號(hào)。如上所述，即使開關(guān)控制器25以診斷測(cè)試信號(hào)來替換控制信號(hào)，過程20在診斷測(cè)試?yán)讨腥员３衷诰€。
開關(guān)控制器25和信號(hào)發(fā)生器26都是診斷測(cè)試單元27的一部分，診斷測(cè)試單元27可位于圖2所示的過程控制裝置13內(nèi)部，或者它可以是耦合到過程控制裝置13的外部測(cè)試設(shè)備。類似地，開關(guān)14可位于過程控制裝置13內(nèi)部或外部。
診斷測(cè)試單元27還包括響應(yīng)累積器28，該累積器28收集或接收過程控制裝置13對(duì)診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)指示。響應(yīng)累積器28可包括存儲(chǔ)響應(yīng)指示以給分析器單元29提供代表響應(yīng)指示的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)裝置。分析器單元29也可接收代表來自信號(hào)發(fā)生器26的診斷測(cè)試信號(hào)的數(shù)據(jù)，它分析測(cè)試信號(hào)和響應(yīng)指示數(shù)據(jù)以確定一個(gè)或多個(gè)所需的過程控制裝置參數(shù)。
如圖1所示，響應(yīng)累積器28可接收表示來自位置傳感器19的閥門移動(dòng)或位置(閥門行程)的響應(yīng)指示?；蛘?，除此之外，響應(yīng)累積器28可接收繼電器17(經(jīng)由壓力傳感器36)所產(chǎn)生的致動(dòng)器命令信號(hào)和／或規(guī)定或有關(guān)過程控制裝置13的控制的任何其它信號(hào)(諸如，指示過程變量的值的發(fā)送器22的輸出)作為響應(yīng)指示。應(yīng)注意，其它類型的過程控制裝置可具有與其有關(guān)的其它信號(hào)或現(xiàn)象，這些信號(hào)或現(xiàn)象也可指示對(duì)診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)。因而，總之，響應(yīng)累積器28可收集或接收指示過程控制裝置13響應(yīng)于診斷測(cè)試信號(hào)的變化所作的移動(dòng)或操作的任何信號(hào)或現(xiàn)象。然而，諸如閥門位置等一些響應(yīng)指示避免了與被測(cè)試的過程控制裝置13無關(guān)的噪聲(例如，過程噪聲)源，從而對(duì)裝置參數(shù)提供了更準(zhǔn)確的估計(jì)。另一方面，進(jìn)一步除去諸如過程變量等的響應(yīng)指示可表現(xiàn)出仍應(yīng)考慮的與過程控制裝置13的健康狀況或性能無關(guān)的延遲。因此，在某些情況下，某些響應(yīng)指示(或其組合)可能是最好的。
為了確定是否開始診斷測(cè)試，開關(guān)控制器25在過程20在線時(shí)監(jiān)測(cè)有關(guān)過程20的信號(hào)，以確定過程變量或過程控制裝置13是否基本上穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)到的過程信號(hào)可經(jīng)由響應(yīng)累積器28被開關(guān)控制器25接收或由開關(guān)控制器25直接收集。過程信號(hào)可以是控制信號(hào)、閥門部件位置、過程變量或提供過程控制裝置13、過程變量和／或設(shè)定點(diǎn)的靜止程度指示的任何其它變量或信號(hào)。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)定點(diǎn)、控制信號(hào)或其它變量波動(dòng)或波動(dòng)程度較大，則不開始診斷測(cè)試?yán)?。為了提高確定的精度，以及在過程20在線時(shí)實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試?yán)痰挠绊憸p到最小，開關(guān)控制器25可監(jiān)測(cè)過程回路10內(nèi)的不止一個(gè)變量。
監(jiān)測(cè)到的過程信號(hào)的穩(wěn)定性表現(xiàn)出過程變量、過程控制裝置13或設(shè)定點(diǎn)的穩(wěn)定性。即使過程變量、過程控制裝置13或設(shè)定點(diǎn)穩(wěn)定時(shí)，基本上穩(wěn)定或靜止的過程信號(hào)仍可能在某種程度上波動(dòng)。因此，“基本上穩(wěn)定”的確定應(yīng)至少考慮到信號(hào)內(nèi)固有的噪聲。如果過程信號(hào)的變化程度表現(xiàn)出明顯地改變過程20或過程變量，則不應(yīng)實(shí)行診斷測(cè)試?yán)獭＝Y(jié)果，認(rèn)為監(jiān)測(cè)到的過程信號(hào)基本上穩(wěn)定還是靜止在很大程度上與用作被監(jiān)測(cè)過程信號(hào)的信號(hào)有關(guān)。例如，當(dāng)一控制信號(hào)在某些過程控制回路中的波動(dòng)高達(dá)或超過5％時(shí)，仍可實(shí)行診斷測(cè)試?yán)蹋?dāng)過程變量在其它過程控制回路內(nèi)的變化少到1％時(shí)，該例程也可能不利于過程20。這些差別可能是過程20和／或過程變量本身的結(jié)果，或者源于不同過程控制裝置13之間靜區(qū)的較大差別。依據(jù)致動(dòng)器／閥門組件18的健康狀況和／或質(zhì)量，大的靜區(qū)允許診斷測(cè)試?yán)淘诳刂菩盘?hào)的變化高達(dá)10％時(shí)也可運(yùn)行。此外，過程20對(duì)過程變量的低的靈敏度把可允許的變化推到更高。
診斷測(cè)試單元27及其任何元件(包括開關(guān)控制器25、信號(hào)發(fā)生器26、響應(yīng)累積器28和／或分析器單元29)可以硬件、軟件、固件或其任意組合來實(shí)現(xiàn)。如果以軟件來實(shí)現(xiàn)，則可把診斷測(cè)試單元27的元件存儲(chǔ)在任何存儲(chǔ)裝置(諸如軟盤、硬驅(qū)、CD-ROM、RAM、ROM、EEPROM或本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所公知的任何其它存儲(chǔ)媒體等)中，如果需要，可經(jīng)由任何通信媒體從遠(yuǎn)程位置(諸如經(jīng)由電話線、因特網(wǎng)、以太網(wǎng)或本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所公知的任何其它類型的通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸)來提供這些元件。類似地，可以硬件、軟件、固件或其任意組合來實(shí)現(xiàn)開關(guān)14。
如果需要，分析器單元29可把所確定的過程控制裝置參數(shù)與所存儲(chǔ)的一個(gè)或多個(gè)值相比較，以確定測(cè)得的參數(shù)是否可接受或在一個(gè)或多個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)。如果過程控制裝置參數(shù)不在一個(gè)或多個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)，則分析器單元29或診斷測(cè)試單元27的其它元件通過顯示器38提醒用戶可能需要修復(fù)或替換過程控制裝置13，顯示器38包括例如CRT屏、打印機(jī)、話音發(fā)生器、警報(bào)器或任何其它所需的通信裝置，此外，如果需要，分析器單元29可通過顯示器38向用戶提供測(cè)得的裝置參數(shù)的清單。
信號(hào)發(fā)生器26所產(chǎn)生的診斷測(cè)試信號(hào)可呈現(xiàn)使得可測(cè)試過程控制裝置參數(shù)的任意所需形狀。然而，可利用如下所述并在圖1、3和4A-4D中所示的幾個(gè)診斷測(cè)試信號(hào)波形來獲得參數(shù)測(cè)量值，從而把對(duì)過程20的不利干擾的可能性減到最小。總之，在時(shí)間軸上繪制診斷測(cè)試信號(hào)，以示出從零基準(zhǔn)點(diǎn)開始的信號(hào)幅度，該幅度可構(gòu)成任何DC電平(包括零)。例如，在圖4A-4C中所繪制的幅度值可代表，當(dāng)命令信號(hào)從過程控制裝置13斷開時(shí)，診斷測(cè)試信號(hào)的幅度偏離4-20mA命令信號(hào)幅度的量。所示的一些診斷測(cè)試信號(hào)還具有示出向響應(yīng)指示相對(duì)于零(它可代表測(cè)試?yán)涕_始處的位置或信號(hào)值)移動(dòng)的典型響應(yīng)指示圖。
現(xiàn)在參考圖1，有用于測(cè)量過程控制裝置參數(shù)(尤其是靜區(qū))的第一診斷測(cè)試信號(hào)包括具有以在多個(gè)周期中排列的一系列階躍的脈動(dòng)正弦信號(hào)。每個(gè)周期(例如，從時(shí)間T1到時(shí)間T4)可包括一對(duì)交變脈沖，更具體來說，這對(duì)交變脈沖包括一正階躍(例如，在時(shí)間T1)、歸零(例如，在時(shí)間T2)、同一量值的負(fù)階躍(例如，在時(shí)間T3)及另一個(gè)歸零。最好，脈沖的量值在隨后的周期中增加。
為了使用圖1的脈動(dòng)正弦信號(hào)來測(cè)量靜區(qū)，信號(hào)發(fā)生器26首先提供一個(gè)或多個(gè)周期的交變脈沖，直到例如由位置傳感器19在任意特定周期的幀和負(fù)脈沖期間偵測(cè)到閥門部件的移動(dòng)。以閥門部件響應(yīng)于正和負(fù)脈沖而首次發(fā)生移動(dòng)的周期的幅度(通常以跨度的百分比來表示)之間的絕對(duì)差作為測(cè)量靜區(qū)的尺度。當(dāng)然，此測(cè)量實(shí)際上過高估計(jì)了靜區(qū)。從低的脈沖幅度(例如，a1)到較高的脈沖幅度(例如，a4)為靜區(qū)提供了下界和上界。確定靜區(qū)的另一個(gè)例程可使用在多個(gè)連續(xù)周期內(nèi)偵測(cè)到的移動(dòng)。例如，如果首次偵測(cè)到沿一個(gè)周期的第一方向(例如，由于負(fù)脈沖)的移動(dòng)以及首次偵測(cè)到由于隨后周期的正脈沖引起的沿第二方向的移動(dòng)，則可把負(fù)脈沖幅度與正脈沖幅度之差用作測(cè)量裝置的靜區(qū)的尺度。
可以理解，圖1的脈動(dòng)正弦信號(hào)使得可在一給定操作點(diǎn)的左右雙向地測(cè)試過程控制裝置13。還可把此脈動(dòng)正弦信號(hào)用作保證過程控制裝置13碰到靜區(qū)邊緣的初始化或預(yù)測(cè)試序列。脈沖幅度可以線性方式(如圖1所示)、非線性方式或任何其它所需的方式增加。此外，診斷測(cè)試信號(hào)的頻率應(yīng)保持低到足以保證閥門18(或其它可移動(dòng)元件)在每個(gè)階躍之間達(dá)到穩(wěn)態(tài)。診斷測(cè)試信號(hào)的頻率通常與被測(cè)試的特定控制裝置13有關(guān)，但它通常可以低到例如0．2Hz到20Hz。
現(xiàn)在參考圖3，有用于測(cè)量估測(cè)控制裝置參數(shù)(尤其是靜區(qū))的第二診斷測(cè)試信號(hào)包括具有初始化階段、測(cè)試階段和后測(cè)試階段的斜坡階躍信號(hào)。在時(shí)間T0，開關(guān)控制器25通過來回切換開關(guān)14來開始診斷測(cè)試，信號(hào)發(fā)生器26開始初始化階段。在初始化階段中，診斷測(cè)試信號(hào)以線性或可變速率階躍增加(或減小)，直到首次檢測(cè)到閥門元件或其它過程變量的移動(dòng)(例如，直到時(shí)間T1)。還把閥門元件移動(dòng)(即，響應(yīng)指示的變化)示為相對(duì)于零(它可代表任何初始位置或響應(yīng)指示值)的幅度。然后，當(dāng)閥門元件或過程變量達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)值(例如，位置P)時(shí)，把診斷測(cè)試信號(hào)保持恒定。測(cè)試階段在時(shí)間T2處開始，并保持診斷測(cè)試信號(hào)的方向。然后，以線性或可變速率方式減小(或增加)測(cè)試信號(hào)，直到第二次檢測(cè)到閥門機(jī)構(gòu)或過程變量的移動(dòng)(例如，在時(shí)間T3處)。在此第二個(gè)移動(dòng)后，可估計(jì)靜區(qū)為時(shí)間T2與時(shí)間T3之間測(cè)試信號(hào)幅度的絕對(duì)差。
一旦已估計(jì)靜區(qū)，診斷測(cè)試信號(hào)可在后測(cè)試階段中以加速的速率歸零。例如，如圖3所示，在時(shí)間T3后，階躍以兩倍于測(cè)試階段期間的速率前進(jìn)。一旦診斷測(cè)試信號(hào)的幅度接近于零，如果兩倍速率階躍可能使零過調(diào)，則信號(hào)發(fā)生器26可以正常速率使診斷測(cè)試信號(hào)歸零。在時(shí)間T4處，診斷測(cè)試結(jié)束，且開關(guān)控制器25可來回切換開關(guān)14，以把過程控制裝置13的控制回到控制器11或繼續(xù)不同的測(cè)試?yán)獭?br> 控制信號(hào)幅度的過度偏離(即，與零的大偏離量)可導(dǎo)致對(duì)過程20的不利干擾。相應(yīng)地，診斷測(cè)試信號(hào)最好從零僅偏離必要的程度。圖3所示的診斷測(cè)試?yán)掏ㄟ^在測(cè)試?yán)讨惺褂梅浅Ｐ〉碾A躍(例如，低到跨度的25％)實(shí)現(xiàn)了這一功能。這樣，到達(dá)靜區(qū)的邊緣而僅稍稍超過，從而位置(或值)P與零所代表的初始位置(或值)的變化非常小。
由于初始信號(hào)階躍如此小，所以檢測(cè)閥門移動(dòng)(或響應(yīng)指示的變化)的靈敏度極為重要。為此，某些信號(hào)可能比其它信號(hào)更好地用作響應(yīng)指示。例如，與監(jiān)測(cè)過程變量所提供的估計(jì)相比，通過位置傳感器19監(jiān)測(cè)閥門元件移動(dòng)可更準(zhǔn)確地估計(jì)致動(dòng)器／閥門組件18的靜區(qū)。此外，監(jiān)測(cè)閥門元件移動(dòng)是較佳的，這是還因?yàn)榭稍谶^程變量變化前檢測(cè)移動(dòng)，從而在閥門元件可快速地返回其測(cè)試位置時(shí)，可把診斷測(cè)試?yán)虒?duì)過程20的影響減到最小。
從上述討論和圖1和3中很明顯的是，診斷測(cè)試單元27尤其是信號(hào)發(fā)生器26能提供許多不同的診斷測(cè)試信號(hào)。此外每個(gè)診斷測(cè)試?yán)炭砂ㄓ脕泶_定一個(gè)或多個(gè)裝置參數(shù)的多個(gè)估計(jì)的一個(gè)或多個(gè)不同的診斷測(cè)試信號(hào)。獲得每個(gè)裝置參數(shù)的多個(gè)估計(jì)是較佳的，因?yàn)檠b置參數(shù)估計(jì)可依據(jù)過程控制裝置13是否移動(dòng)而穿過過程控制裝置13的靜區(qū)而改變。根據(jù)這一潛在的誤差或在最低限度上的變化的可能性，診斷測(cè)試信號(hào)還可包括通過先把過程控制裝置13移至靜區(qū)的一邊而開始的初始化波形。
如果已預(yù)先估計(jì)了靜區(qū)，則信號(hào)發(fā)生器26可提供一診斷測(cè)試信號(hào)，它包括幅度等于靜區(qū)加上相應(yīng)于例如閥門元件移動(dòng)范圍百分之一的量的階躍。此階躍可以是正的，也可以是負(fù)的，并可在靜區(qū)內(nèi)部或邊緣上的任何地方開始。這樣，階躍響應(yīng)應(yīng)總是大到足以超過靜區(qū)。然后，響應(yīng)累積器28和／或分析器單元29可測(cè)量(1)到閥門18的初始移動(dòng)為止的時(shí)間，以確定靜時(shí)間，(2)閥門18移動(dòng)閥門位置整個(gè)變化的預(yù)定百分比所需的時(shí)間(例如，63％)，以確定響應(yīng)時(shí)間，(3)在最終到達(dá)其實(shí)際穩(wěn)態(tài)值前閥門18使所需穩(wěn)態(tài)值過調(diào)的量，以及(4)作為診斷測(cè)試信號(hào)變化的結(jié)果，在實(shí)際和所需穩(wěn)態(tài)值之間的增益(如果有的話)。在測(cè)試過程控制裝置13的響應(yīng)時(shí)間時(shí)，由例如操作人員、控制回路設(shè)計(jì)者或診斷測(cè)試單元27的一個(gè)元件來規(guī)定預(yù)定百分比。
很明顯，診斷測(cè)試單元27包括時(shí)鐘或其它定時(shí)裝置來測(cè)量靜時(shí)間或響應(yīng)時(shí)間。還應(yīng)注意，對(duì)于靜時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間測(cè)量(以及任何其它測(cè)量)，診斷測(cè)試單元27只可能在終止診斷測(cè)試并產(chǎn)生通過顯示器38(圖2)提醒操作人員或用戶閥門18可能出故障的誤差信號(hào)前等待預(yù)定的時(shí)間(例如，三到四秒鐘)。此時(shí)限還有用于避免診斷測(cè)試?yán)滩焕馗蓴_過程20。當(dāng)然，診斷測(cè)試單元27可連到過程控制裝置13的輸入的時(shí)間量可依據(jù)控制信號(hào)的易失性以及控制回路10的其它特性而改變。
在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，診斷測(cè)試?yán)贪ㄓ脕泶_定靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益和過調(diào)量這四個(gè)測(cè)量的子程序。每個(gè)子程序可獨(dú)立運(yùn)行或結(jié)合其它子程序來運(yùn)行，且假設(shè)已通過診斷測(cè)試單元27預(yù)先獲得了靜區(qū)的估計(jì)和／或此估計(jì)被存儲(chǔ)在診斷測(cè)試單元27中。這里把這四個(gè)子程序叫做Up／Up測(cè)試、UP／Down測(cè)試、Down／Down測(cè)試及Down／Up測(cè)試。
現(xiàn)在參考圖4A，Up／Up測(cè)試使用包括初始化階段、測(cè)試階段和后測(cè)試階段的診斷測(cè)試信號(hào)并將確定閥門處于其上靜區(qū)邊緣及上移時(shí)的幾個(gè)裝置參數(shù)。如圖3所示的靜區(qū)測(cè)試，診斷測(cè)試?yán)淘跁r(shí)間T0處開始，在這一時(shí)間處，診斷測(cè)試信號(hào)進(jìn)入初始化階段。在初始化階段中，診斷測(cè)試信號(hào)以線性或可變速率階躍(即，斜坡階躍信號(hào))增加，直至檢測(cè)到閥門元件(或其它過程變量)的移動(dòng)(即，直到時(shí)間T1)。在該點(diǎn)處，當(dāng)閥門元件位置(或過程變量)達(dá)到一新的穩(wěn)態(tài)值時(shí)(其后，測(cè)試階段開始)，診斷測(cè)試信號(hào)保持恒定。在測(cè)試階段(時(shí)間T2處)期間，把幅度等于靜區(qū)加上相應(yīng)于例如閥門元件移動(dòng)范圍百分之一的量的單個(gè)正階躍應(yīng)用于過程控制裝置13。然后，分析器單元29可如上所述確定靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、過調(diào)量和增益。
在閥門元件位置(或其它過程變量)達(dá)到一新的穩(wěn)態(tài)時(shí)(即，在時(shí)間T3處)，診斷測(cè)試進(jìn)入后測(cè)試階段，其中診斷測(cè)試信號(hào)可以正?；蚣铀偎俾室噪A梯方式歸零。
除了診斷測(cè)試信號(hào)包括相等量值的單個(gè)負(fù)階躍以外，Up／Down測(cè)試(圖4B)類似于Up／Up測(cè)試。Up／Down測(cè)試測(cè)量超過靜區(qū)的向下閥門元件移動(dòng)的裝置參數(shù)。繼而，除了具有在加上單個(gè)負(fù)階躍信號(hào)前把閥門元件移向下靜區(qū)邊緣的負(fù)幅度階躍的斜坡階躍信號(hào)以外，Down／Down測(cè)試(圖4C)類似于Up／Down測(cè)試。Down／Down測(cè)試測(cè)量從其下靜區(qū)邊緣的向下閥門元件移動(dòng)的裝置參數(shù)。最后，Down／Up測(cè)試(圖4D)使用包括具有負(fù)階躍及結(jié)合Up／Up測(cè)試所述的單個(gè)正階躍的斜坡階躍信號(hào)的診斷測(cè)試信號(hào)。Down／Up測(cè)試通過靜區(qū)的向上閥門元件移動(dòng)的裝置參數(shù)。然后，可由分析器單元29對(duì)這四個(gè)測(cè)試獲得的裝置參數(shù)求平均或組合，以確定過程控制裝置13的靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益和過調(diào)量的統(tǒng)計(jì)測(cè)量值。
雖然以上描述提供了對(duì)過程控制裝置13的靜區(qū)、靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益和過調(diào)量的計(jì)算，但可使用診斷測(cè)試信號(hào)和響應(yīng)指示來計(jì)算其它過程控制裝置參數(shù)。尤其是，可獲得任何其它所需的過程控制裝置參數(shù)，只要可使用受控的診斷測(cè)試信號(hào)和測(cè)得的響應(yīng)指示來確定地獲得該參數(shù)。
由于過程仍舊在線，所以可限制診斷測(cè)試信號(hào)的時(shí)間和量值，以保證過程20所受的干擾不達(dá)到不利的程度。在控制信號(hào)幅度的變化幾乎不超過百分之十的情況下，診斷測(cè)試信號(hào)可偏離控制信號(hào)幅度(當(dāng)除去控制信號(hào)時(shí))的程度可能相當(dāng)小，諸如小于控制信號(hào)幅度的約百分之五。幸運(yùn)的是，通常過程控制裝置13不需要經(jīng)歷全沖程或測(cè)試沖程序列來確定這里所識(shí)別的裝置參數(shù)。事實(shí)上，在大多數(shù)情況下，可根據(jù)與控制信號(hào)幅度的非常小的偏離來估計(jì)裝置參數(shù)，諸如小于約百分之五，最好小于約百分之一。此外，考慮到診斷測(cè)試的最大時(shí)間將與所涉及的過程控制裝置13和過程20有關(guān)，它通常小于大約五秒。
在診斷測(cè)試?yán)唐陂g，診斷測(cè)試單元27或其一些元件(諸如開關(guān)控制器25、信號(hào)發(fā)生器26或分析器單元29)可繼續(xù)監(jiān)測(cè)控制信號(hào)(或任何其它過程變量或響應(yīng)指示)，以保證診斷測(cè)試?yán)滩粚?duì)過程20的操作造成不利影響。例如，診斷測(cè)試單元27可監(jiān)測(cè)診斷測(cè)試信號(hào)的幅度偏離控制信號(hào)的幅度(可在診斷測(cè)試期間變化)的程度。在兩個(gè)幅度之間的偏離可能超過由用戶、操作人員或診斷測(cè)試單元27所設(shè)定的預(yù)定量時(shí)，診斷測(cè)試單元27通過指示開關(guān)控制器25來回切換開關(guān)14從而以控制信號(hào)來替換診斷測(cè)試信號(hào)，和／或通過指導(dǎo)信號(hào)發(fā)生器26產(chǎn)生幅度返回控制信號(hào)的當(dāng)前值的診斷測(cè)試信號(hào)，可中斷或終止診斷測(cè)試?yán)獭Ｔ\斷測(cè)試信號(hào)可能偏離控制信號(hào)的的程度將依據(jù)特定過程20及使用該診斷測(cè)試單元27的過程控制裝置13的特性。
為了進(jìn)一步避免對(duì)過程20的操作造成不利影響，依據(jù)本發(fā)明的診斷測(cè)試?yán)炭山Y(jié)合能以被動(dòng)方式測(cè)量過程控制裝置的測(cè)試設(shè)備一起進(jìn)行操作。例如，當(dāng)過程20要求相對(duì)更改控制信號(hào)或設(shè)定點(diǎn)的頻率時(shí)，可把代表頻率改變的控制信號(hào)及響應(yīng)指示的數(shù)據(jù)提供給分析器單元29，以計(jì)算裝置參數(shù)。在此情況下，分析器單元29必需還包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始分析以確定何時(shí)及是否可用此數(shù)據(jù)來計(jì)算所需的裝置參數(shù)的硬件、軟件和／或固件。
相反，當(dāng)設(shè)定點(diǎn)不頻繁地改變因此此被動(dòng)方案不產(chǎn)生數(shù)據(jù)時(shí)，可能需要如上所述使依據(jù)本發(fā)明的過程控制裝置13斷開控制器11并應(yīng)用診斷測(cè)試信號(hào)來測(cè)試該過程控制裝置13。
應(yīng)注意，可把開關(guān)14置于氣動(dòng)定位器(未示出)前電流一壓力換能器16的下游，或者可把它作為控制器11的一元件部分置于上游。在前一種情況下，診斷測(cè)試信號(hào)為氣動(dòng)信號(hào)。在后一種情況下，可利用測(cè)試診斷測(cè)試信號(hào)的同一信號(hào)發(fā)生器來測(cè)試控制信號(hào)。結(jié)果，應(yīng)理解，開關(guān)14包括僅通過改變輸出序列而以另一個(gè)信號(hào)替換一個(gè)信號(hào)的機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可由用戶、操作人員或另一個(gè)控制器(未示出)來產(chǎn)生使開關(guān)14來回切換的開關(guān)信號(hào)，從而以人工方式強(qiáng)制開始或終止診斷測(cè)試?yán)獭?br> 雖然已參考特定的例子描述了本發(fā)明，但它們只是示意性的，而非對(duì)本發(fā)明的限制，可對(duì)所揭示的實(shí)施例進(jìn)行改變、增刪而不背離本發(fā)明的精神和范圍，這將對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員變得明顯起來。
權(quán)利要求
1．一種用于確定有關(guān)一過程控制裝置的裝置參數(shù)的診斷測(cè)試單元，所述過程控制裝置置于一操作過程內(nèi)以接收控制信號(hào)，其特征在于所述診斷測(cè)試單元包括在過程操作期間監(jiān)測(cè)過程信號(hào)的開關(guān)控制器；產(chǎn)生診斷測(cè)試信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器；響應(yīng)于開關(guān)控制器，在過程操作期間以診斷測(cè)試信號(hào)替換控制信號(hào)的開關(guān)；獲得過程控制裝置對(duì)該診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)指示的機(jī)構(gòu)以及從診斷測(cè)試信號(hào)和響應(yīng)指示中確定裝置參數(shù)的分析器單元。
2．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于開關(guān)控制器包括用于確定過程信號(hào)是否基本上穩(wěn)定的裝置。
3．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于過程信號(hào)為控制信號(hào)。
4．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于過程信號(hào)代表由過程控制裝置所控制的過程變量。
5．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于過程控制裝置包括具有可移動(dòng)閥門部件的閥門。
6．如權(quán)利要求5所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于還包括產(chǎn)生代表閥門部件的位置的位置信號(hào)的位置傳感器，其中位置信號(hào)為過程信號(hào)，獲得裝置獲得此位置信號(hào)作為響應(yīng)指示。
7．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于裝置參數(shù)為靜區(qū)。
8．如權(quán)利要求7所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于診斷測(cè)試信號(hào)包括斜坡階躍信號(hào)。
9．如權(quán)利要求8所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于信號(hào)發(fā)生器包括用于改變?cè)\斷測(cè)試信號(hào)的傾斜率的裝置。
10．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于過程控制裝置具有與其有關(guān)的靜區(qū)，診斷測(cè)試信號(hào)包括幅度大于靜區(qū)的階躍信號(hào)。
11．如權(quán)利要求10所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于診斷測(cè)試信號(hào)包括具有斜坡階躍信號(hào)的初始化階段以使過程控制裝置來到靜區(qū)邊緣。
12．如權(quán)利要求11所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于裝置參數(shù)是從由響應(yīng)時(shí)間、靜時(shí)間、增益和過調(diào)量組成的組中選出的。
13．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于還包括在裝置參數(shù)不能滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提醒用戶的裝置。
14．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于信號(hào)發(fā)生器包括用于提供多種不同的診斷測(cè)試信號(hào)的裝置，分析器單元包括用于確定多種診斷測(cè)試信號(hào)中每一種的裝置參數(shù)估計(jì)的裝置以及組合這些裝置參數(shù)估計(jì)來計(jì)算裝置參數(shù)的裝置。
15．如權(quán)利要求1所述的診斷測(cè)試單元，其特征在于診斷測(cè)試信號(hào)的幅度與控制信號(hào)的幅度的偏離不小于控制信號(hào)范圍的約百分之五。
16．一種控制閥門，具有置于一操作過程中以接收控制信號(hào)的可移動(dòng)閥門部件，其特征在于所述控制閥門包括在過程操作期間監(jiān)測(cè)過程信號(hào)的開關(guān)控制器；產(chǎn)生診斷測(cè)試信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器；響應(yīng)于開關(guān)控制器，在過程操作期間以診斷測(cè)試信號(hào)替換控制信號(hào)的開關(guān)；結(jié)合閥門部件以產(chǎn)生代表閥門部件的位置的位置信號(hào)的位置傳感器；以及從診斷測(cè)試信號(hào)和位置信號(hào)中確定裝置參數(shù)的分析器單元。
17．如權(quán)利要求16所述的控制閥門，其特征在于開關(guān)控制器包括用于確定過程信號(hào)是否基本上穩(wěn)定的裝置。
18．如權(quán)利要求16所述的控制閥門，其特征在于過程信號(hào)為位置信號(hào)。
19．一種在一過程控制裝置置于一操作過程中以接收控制信號(hào)時(shí)確定有關(guān)該過程控制裝置的裝置參數(shù)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟在過程操作期間監(jiān)測(cè)過程信號(hào)以確定此過程信號(hào)是否基本上穩(wěn)定；產(chǎn)生診斷測(cè)試信號(hào)；如果過程信號(hào)基本上穩(wěn)定，則在過程操作期間以診斷測(cè)試信號(hào)替換控制信號(hào)；接收過程控制裝置對(duì)該診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)的指示；以及從響應(yīng)指示中確定裝置參數(shù)。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于還包括在接收響應(yīng)指示后以控制信號(hào)替換診斷測(cè)試信號(hào)的步驟。
21．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于診斷測(cè)試信號(hào)包括斜坡階躍信號(hào)。
22．如權(quán)利要求2l所述的方法，其特征在于斜坡階躍信號(hào)包括沿第一方向的第一系列階躍和沿第二方向的第二系列階躍，裝置參數(shù)為靜區(qū)，確定步驟包括以下步驟檢測(cè)在診斷測(cè)試信號(hào)的第一系列階躍期間響應(yīng)指示發(fā)生第一變化的診斷測(cè)試信號(hào)的第一幅度，檢測(cè)在診斷測(cè)試信號(hào)的第二系列階躍期間響應(yīng)指示發(fā)生第二變化的診斷測(cè)試信號(hào)的第二幅度，以及從第一幅度和第二幅度中確定靜區(qū)。
23．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于過程控制裝置具有靜區(qū)，診斷測(cè)試信號(hào)包括具有使過程控制裝置來到靜區(qū)的第一邊緣的斜坡階躍信號(hào)的第一初始化階段，接著是具有幅度階躍大于靜區(qū)的第一測(cè)試階段。
24．如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于診斷測(cè)試信號(hào)還包括具有使過程控制裝置來到靜區(qū)第二邊緣的斜坡階躍信號(hào)的第二初始化階段，接著是具有幅度階躍大于靜區(qū)的第二測(cè)試階段，接收步驟包括接收響應(yīng)于第一階躍的第一響應(yīng)指示及響應(yīng)于進(jìn)一步階躍的第二響應(yīng)指示，以及確定步驟還包括組合從第一響應(yīng)指示和第二響應(yīng)指示計(jì)算得到的裝置參數(shù)值，以確定統(tǒng)計(jì)的裝置參數(shù)測(cè)量值。
25．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于裝置參數(shù)是從由靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益和過調(diào)量組成的組中選出的。
26．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括以下步驟把確定的裝置參數(shù)與預(yù)定步驟相比較，以及在確定的裝置參數(shù)不能滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)提醒用戶。
27．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于過程信號(hào)為控制信號(hào)。
28．如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包括以下步驟把控制信號(hào)的幅度與診斷測(cè)試信號(hào)的幅度相比較，以及如果診斷測(cè)試信號(hào)的幅度與控制信號(hào)的幅度至少偏離預(yù)定的數(shù)量，則以控制信號(hào)替換診斷測(cè)試信號(hào)。
29．如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包括在控制信號(hào)的幅度至少改變預(yù)定的數(shù)量時(shí)以控制信號(hào)替換診斷測(cè)試信號(hào)的步驟。
30．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于過程控制裝置包括具有用于控制有關(guān)過程的過程變量的可移動(dòng)閥門部件的閥門，響應(yīng)指示為代表閥門部件的位置的位置信號(hào)。
全文摘要
一種診斷測(cè)試單元,用于在一過程的操作期間確定性地測(cè)量連接在過程控制回路中的過程控制裝置的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)(諸如靜區(qū)、靜時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間、增益或過調(diào)量),該單元包括開關(guān)控制器、信號(hào)發(fā)生器、開關(guān)、響應(yīng)累積器機(jī)構(gòu)和分析器機(jī)構(gòu)。開關(guān)控制器監(jiān)測(cè)過程操作期間的過程信號(hào),以確定此過程信號(hào)是否基本上穩(wěn)定。在過程信號(hào)基本上穩(wěn)定的情況下,開關(guān)以信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的診斷測(cè)試信號(hào)替換控制信號(hào)。響應(yīng)累積器與過程控制回路進(jìn)行通信,以獲得過程控制裝置對(duì)診斷測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)指示。然后,分析器單元從測(cè)試信號(hào)和響應(yīng)指示確定裝置參數(shù)。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1280659SQ98811643
公開日2001年1月17日 申請(qǐng)日期1998年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月29日
發(fā)明者B·F·格魯姆斯特拉普, K·W·容克, J·L·斯諾巴格, 小E·R·泰勒 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國(guó)際公司