背景技术
[0001] 过程
控制阀门是一种用于使工业过程自动化的过程装置。这些装置可以包括
控制器或“阀门定位器”，其维持其它部件的操作以调节生产线上的物料流量。一个或多个控制阀门的问题可能会中断过程或全部或部分地阻止生产线根据必要的过程参数进行操作。这些中断可能会降低产量并且降低
质量。在大型工业操作中，由于对故障装置进行故障排除和维修所必需的停机时间，生产线中的故障可能导致大量
费用。
发明内容
[0002] 本公开的主题涉及避免可能由处理装置的维护导致的操作
缺陷的改进。在此特别感兴趣的是可以生成测量阀门定位器相对于阀门组件的其它部分的定向的数据的实施方案。这些实施方案可以使用此数据来确保信息独立于定向显示给最终用户，并且加快维护任务以维修或升级现有
硬件或集成新硬件到阀门组件上，而无需重新校准或以其它方式进行冗长的调试程序。
附图说明
[0003] 现在简要参考附图，其中：
[0004] 图1描绘了阀门定位器的示例性实施方案的示意图；
[0005] 图2描绘了在图1的阀门定位器上使用的操作硬件的示例的示意图；
[0006] 图3描绘了在阀门组件上处于偏移定向的图2的示例的示意图；
[0007] 图4描绘了在阀门组件上处于偏移定向的图2的示例的示意图；
[0008] 图5描绘了在图1的阀门定位器上使用的操作硬件的示例的示意图，所述操作硬件可以测量阀门的闭合部件的
位置；
[0009] 图6描绘了在阀门组件上处于偏移定向的图5的示例的示意图；
[0010] 图7描绘了在图1的阀门定位器上使用的操作硬件的示例的示意图，所述操作硬件处理来自
传感器的
信号；
[0011] 图8描绘了操作图1的阀门定位器的方法的示例性实施方案的
流程图；
[0012] 图9描绘了图1的阀门定位器的示例性结构的透视图；以及
[0013] 图10描绘了包括图9的阀门定位器的阀门组件的示例性结构的透视图。
[0014] 在适用的情况下，贯穿若干视图，相同的参考符号表示相同或对应的部件和单元，除非另有说明，否则它们未按比例绘制。本文公开的实施方案可以包括出现在若干视图中的一个或多个视图中或以几个视图的组合出现的元件。此外，方法仅是示例性的，并且可以通过例如重新排序、添加、移除和/或改变个别阶段来进行
修改。
具体实施方式
[0015] 下文的论述描述了过程控制装置的实施方案。这些实施方案示出了对如在工业过程系统中发现的阀门组件的某些改进，以调节生产线上的物料流量。其它实施方案在本文主题的范围内。
[0016] 图1描绘了阀门定位器100的示例性实施方案的示意图。此实施方案被示出为阀门组件的一部分，所述阀门组件通常由数字102标识。阀门组件102可以包括
致动器104，所述致动器通常借助于连接到闭合构件110的阀门杆108与阀门106联接。致动器104调节闭合构件110相对于
阀座112的移动。实际上，阀门定位器100可以具有包括显示单元116的操作硬件114。操作硬件114还可以包括
位置传感器118，以标识闭合构件110与硬停止极限120(在此示出为下限L1和上限L2)的接近度。还如图所示，操作硬件114还可以包括与阀门部件(例如，阀门杆108)联接的测量单元122。
[0017] 在高阶上，阀门定位器100可以被配置成生成描述其定向的数据。这些配置可能具有利用此数据来校正定向差异的功能性，这些差异可能会阻碍装置上的某些操作。此功能性可以确保数据恰当地显示在阀门定位器100上所见的显示单元116上。作为附加的好处，所述功能性还可以准许阀门定位器100更准确地启动操作模式，所述操作模式响应于闭合构件110处于或接近硬停止极限120而触发。
[0018] 阀门组件102可以被配置成用于服务于各种工业的生产线上。这些配置可以集成到例如管道和管线的
导管中，作为在化工设施、精炼厂、油气回收系统等周围传输物料的一条或多条生产线的一部分。在一个实施方式中，阀门定位器100连接至控制网络(或“分布式控制系统”或“DCS”)，所述控制网络维持生产线上的所有装置的操作以确保物料根据生产而流动。为此，DCS可以包括控制器，所述控制器生成具有用于阀门组件102的操作参数的
控制信号。这些操作参数限定了闭合构件110相对于阀座112的命令位置。
[0019] 致动器104可以被配置成生成抵抗物料的压
力而工作的负载以设置闭合构件110的命令位置。这些配置可以采用
气动装置，但电气或
电子装置(例如，
电动机)也可以工作。气动装置可以在壳体内部具有隔膜。在操作中，阀门定位器100可以输送气体或“仪表空气”作为气动信号，所述信号改变作用在壳体内部隔膜上的压力。气动信号的参数在很大程度上取决于闭合构件110的命令位置。
[0020] 阀门106可以被配置成固定流入生产线的物料的流量参数。这些配置通常包括与管道或管线联接的硬件。这种硬件的制造通常与物料的属性相称，包括其组成和“相”，例如固体、
流体或固体-流体混合物。闭合构件110可以体现为可以
接触阀座112以防止流动的塞子、球、蝶阀或类似工具。闭合构件110相对于阀座112的位置又准许或多或少的物料流动以满足过程参数。
[0021] 操作硬件114可以被配置成处理和生成信号。这些配置可以采用电子和计算部件(例如，处理器、
存储器、可执行指令等)。这些部件还可以包括对传入的仪表空气进行操作的电动-气动装置。显示单元116可以包括用于传达关于阀门组件102的操作的信息的装置。这些装置可以具有“默认”显示定向，所述显示定向与最终用户的优选读取定向一致。位置传感器118可以利用非接触形式(例如，
磁性)来生成限定闭合构件110的测量位置的数据。
这些形式对于允许阀门定位器100容易地与阀门组件102分离(并且安装到阀门组件上)是有用的。此特征简化了维护，并且在一些应用中，允许技术人员拆卸和更换阀门定位器100，作为维修、升级或维护装置的任务的一部分。在操作中，操作硬件114可以处理来自DCS和定位器传感器118的控制信号以设置气动信号，所述气动信号操作致动器104以将闭合构件
110定位在命令位置处以实现通过阀门106的物料流以满足过程参数。
[0022] 硬停止极限120可以被配置成管理闭合构件110的行程的值。这些值可以对应于闭合构件110相对于阀座112的最大“行程”和最小“行程”。操作硬件114可以将闭合构件110的测量位置与这些值进行比较以启动一个或多个操作“模式”。“完全打开”模式将使闭合构件110到达其距阀座112最远的位置，接近上限L2。在“紧密关闭”模式下，操作硬件114可以响应于低于硬停止“下”限L1的命令位置而将闭合构件110定位在其闭合位置(与阀座112接触)。举例来说，如果下限L1是10％，则操作硬件114调整气动信号，使得闭合构件110在低于
10％的命令位置处接触阀座112，并且对于高于10％的命令位置正常地操作。紧密关闭模式用于防止闭合构件110紧靠阀座112而出现的操作条件。这些操作条件导致
工作流体以高流速或高速度流动，这可能会导致磨损和损坏，从而可能降低阀门组件102的性能和寿命。
[0023] 测量单元122可以被配置成向操作硬件114提供数据。这些配置可以体现为传感器，所述传感器响应于阀门定位器100的定向而生成信号。传感器可以包括可以生成描述(或测量)对象的坡度或
角度的数据的装置。操作硬件114可以使用此数据来解决可能对阀门组件102的操作有害的定向改变。举例来说，操作硬件114可以在显示单元120上维持优选的读取方向，而与阀门定位器100的定向无关。此特征可以防止文本或其它
可视化“颠倒”显示给最终用户。操作硬件114可以考虑定向以确保装置在硬停止极限120处以适当的操作模式进行操作。此特征可以防止在“早期”(在高于实际下限116的命令位置)或“晚期”(在低于实际下限116的命令位置)使用紧密关闭模式。
[0024] 图2描绘了图1的阀门定位器100的示例的示意图。显示单元116可以包括显示器124，例如LCD，其提供可视化126，通常是字母数字字符、图标等。测量单元122可以包括
加速度计128，所述加速度计可以生成数据，所述数据限定了阀门定位器100相对于参考132(通常是垂直或
水平面)的角度130。其它装置(例如，倾斜仪或倾斜传感器)也可以满足要求。角度130的值可以描述阀门定位器100在阀门组件102上的定向。优选地，角度130的值大约为零度(0°)。此值与“默认”定向一致，这通常是阀门定位器100在工厂组装到阀门组件102上的结果。然而，角度130可以采用大于或小于零度(0°)的其它值。实际上，这些值在1°至5°的范围内；然而，本公开预期阀门定位器100的定向也可以或多或少地偏离默认定向。
[0025] 图3和4描绘了阀门定位器100的示例的示意图，所述示例成角度地偏离默认定向。图3示出了相对于图2的默认定向处于180°或基本上“上下颠倒”的偏移定向的阀门定位器
100。此定向可以例如在现场发生，以根据需要在生产线上的安装点恰当地将阀门定位器
100装配在阀门组件102上。值得注意的是，操作硬件114可以使用定向数据(来自加速度计
128)来进行适当的调整，以维持显示器124上的信息的“默认”显示定向。
[0026] 图4示出了阀门定位器100相对于图2的默认定向仅稍微歪斜。此定向可以对应于阀门组件102上的阀门定位器100的“重新安装”定向。重新安装定向可以在维护以移除(和更换)阀门组件102上的阀门定位器100之后。此过程可能需要阀门定位器100在生产线上与阀门组件102分开，例如，以更新硬件(或
软件)。所述过程可以在这些更新中重复使用“原始”阀门组件。然而，在一些情况下，所述过程将“原始”阀门定位器100(或“第一阀门定位器”)更换为“新”阀门定位器100(或“第二阀门定位器”)。此过程可能与有效地将数据从第一阀门定位器上传到第二阀门定位器的操作(也称为“克隆”)相吻合。值得注意的是，本文中的改进有效地避免使用来自第一阀门定位器的“克隆”数据的第二阀门定位器的操作缺陷。这些缺陷可能出现在限定闭合构件110的测量位置的数据中，这继而可能会阻挠完全打开模式或紧密关闭模式的使用。
[0027] 图5描绘了用于在图1的阀门定位器100上使用的位置传感器118的示例性结构的示意图。此结构可以包括磁通量传感器134，但本公开预期也使用其它装置技术，例如
超声波、压电或光敏技术。磁通量传感器134可以集成为驻留在阀门定位器100中的操作硬件114的部件。当阀门定位器100在阀门组件102上时，此部件靠近将阀门106的移动传达到阀门定位器100的位置传递单元136。位置传递单元136的部件独立于阀门定位器100。此特征准许阀门定位器100与阀门组件102分离(或更换到阀门组件上)，以进行本文所述的维护。在一个实施方式中，位置传递单元136可包括将阀门杆108与阀门定位器100内部的可旋转单元140联接的
连杆138(或可传递移动的其它机构)。可旋转单元140可以包括环形鼓轮142，所述环形鼓轮
支撑一对磁体142，所述一对磁体彼此环形地偏移例如180°。在使用中，连杆138使环形鼓轮142与阀门杆108一起旋转。磁通量传感器130驻留于环形鼓轮138附近，使得数据与来自旋转磁体132的极性变化相对应。操作硬件114可以使这些变化相关以标识闭合构件110的位置。在一个实施方式中，磁通量传感器134可以采取第一位置，此处示出为使磁通量传感器130在环形鼓轮138的旋转中心(C)上或与之对准。此第一位置通常与阀门组件102上的阀门定位器100的默认定向相对应。
[0028] 图6描绘了阀门定位器100的示意图，所述阀门定位器从图5中的其默认定向偏移。磁通量传感器134采取从第一位置偏移角度偏移146的第二位置。角度偏移146的示例可能与角度130一致，因为磁通量传感器134安装在或附连在阀门定位器100中(作为操作硬件
114的一部分)。在使用中，角度偏移146改变了磁通量传感器134与环形鼓轮140上的旋转中心(C)之间的关系。值得注意的是，操作硬件114可以在计算中考虑角度偏移146以确定是否对紧靠硬停止极限120的闭合部件110实施完全打开模式或紧密关闭模式。
[0029] 图7描绘了图1的阀门定位器100的拓扑的示意图。操作硬件114可以包括处理单元148，所述处理单元具有例如与存储器152联接的处理器150的计算部件。可执行指令154可以驻留在计算部件150、152中的一者或两者上。来自加速度计128和通量传感器134的数据也可以驻留在存储器152上。可执行指令154可以将这些阶段中的一者或多者编码为
计算机程序，如软件或
固件。计算机程序可以将处理器150配置为具有可以改进阀门定位器100的性能以标识和校正阀门组件102上的阀门定位器100的角度130的功能性。
[0030] 图8描绘了示例性方法200的流程图，所述方法具有若干阶段以解释图1的阀门定位器100在维护之后的定向。这些阶段可以与一个或多个可执行指令154相关。在一个实施方式中，方法200可以包括在阶段202，从加速度计检索与用于更换阀门定位器的偏移角的值相对应的数据。此更换阀门定位器可以是“新”硬件或“更新”硬件，尤其是与此处提到的克隆程序有关。方法200还可包括并且在阶段204处，将此值与描述用于先前安装的阀门定位器的偏移角的底角值进行比较。在阶段206，方法200可以包括确定是否需要动作来校正更换阀门定位器的定向的阶段。举例来说，如果值相同或在某个
阈值内，则不需要动作(在阶段208)。如果所述值不同，则方法200可以包括在阶段210处，计算偏移值，例如，反映偏移角与底角值之间的关系的值。方法200还可以包括在阶段212处校正阀门定位器100上的功能性，其可以包括在阶段214处将偏移值应用于硬停止上限和硬停止下限的值，或在阶段216处更新显示器上可视化的定向。
[0031] 图9以分解形式描绘了用于阀门定位器100的示例性结构的透视图。阀门定位器100可以包括具有
歧管主体158的歧管156，所述歧管主体通常是机加工或成形的金属、塑料或
复合材料。歧管主体158可以包括流动特征160(例如，开口、流动路径等)以在歧管156的各部件之间引导流体。支座装置162可以用于将转换器单元164(例如
电流-压力转换器)和继电器166安装到歧管主体158。单元164、166一起工作以将气动信号传递到致动器104。同样如图所示，阀门定位器100还可以具有
外壳，如图所示为罩盖(例如，第一罩盖168和第二罩盖170)。罩盖168、170可以与歧管主体158紧固在一起，以保护控制部件免受阀门组件102周围的环境中普遍存在的状况的影响。第二罩盖170可以结合有显示器124，并且按钮输入装置172可以作为主要本地
用户界面操作以允许最终用户(例如，技术人员)与阀门定位器
100进行交互。此特征对于常规维护、配置和设置可能很重要，例如，以允许最终用户退出阀门操作模式并且逐步完成菜单结构，以手动执行校准、配置和监视等功能。在一个实施方式中，阀门定位器100可以进一步包括一个或多个计量器(例如，第一计量器174和第二计量器
176)，其可以提供流体的流量条件(例如，压力、流速等)的指示，阀门定位器100使用所述指示来操作阀门组件102中的阀门106。
[0032] 图10描绘了阀门组件102的示例性结构的透视图。此结构可以用于调节集中于化学生产、精炼生产和资源提取的工业中典型的工业生产线中的处理流体。如图所示，阀门106可以包括流体联接件178，所述流体联接件形成具有带凸缘的开放端182的流动路径
180。例如闭合构件110和阀座112的阀门部件可以驻留于流体联接件178的内部(并且因此，在当前视图中被隐藏)。致动器104可以包括球状的壳体184，其通常具有围绕边缘夹紧以将隔膜(未示出)环绕在外围的两个
片段。如本文所述，致动器通常将压缩空气转变成机械负载，所述机械负载调节闭合构件110的移动以相对于阀座112在例如打开位置、部分打开位置与闭合位置之间移动。阀门定位器100可以紧固到为阀门组件102的一部分的
支架186。例如
螺栓的
紧固件可以用于此目的。当安装时，可旋转单元136延伸到歧管164的后面中。
[0033] 鉴于先前论述，本文的实施方案结合了用于测量支架186上的阀门定位器的定向或角度的装置。这些实施方案确保数据显示与定向无关，实质上是确保最终用户可以方便地
访问和读取显示器上的数字、字母或其它指示符。还应注意，实施方案还可以确保某些操作模式或功能的使用在正确时间发生。此特征可以防止在闭合构件非常靠近阀座的情况下可能发生的装置损坏。所提出的实施方案的技术效果是为装置提供改进的功能性，所述功能性可以用来促进维护和维修，特别是作为“克隆”过程的一部分。
[0034] 本文的
电路的拓扑可以利用各种硬件或电子部件。尽管柔性印刷
电路板、柔性电路、基于陶瓷的衬底和基于
硅的衬底也可以满足需要，但此硬件可以使用衬底，优选地是一个或多个具有变化设计的互连的印刷电路板(PCB)。离散电子部件的集合可以设置在衬底上，从而有效地形成电路或电路系统以处理和生成信号和数据。离散电子部件的示例包括晶体管、
电阻器和电容器，以及更复杂的模拟和数字处理部件(例如，处理器、存储器、转换器等)。然而，本公开不排除使用固态装置和
半导体装置以及全功能芯片或覆叠芯片、板上芯片、系统上芯片等设计。处理器的示例包括
微处理器和其它逻辑装置，例如
现场可编程门阵列(“FPGA”)和
专用集成电路(“ASIC”)。存储器包括易失性和
非易失性存储器，并且可以存储呈软件(或固件)指令和配置设置的形式和/或包括软件(或固件)指令和配置设置的可执行指令。尽管所有离散元件、电路和装置均以电子领域的普通技术人员通常理解的方式单独发挥作用，但其组合和到功能性电气群组和电路的集成通常提供在本文公开和描述的概念。
[0035] 本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。除非明确地陈述了这种排除，否则以单数形式叙述并且以单词“一个”开头的元件或功能应理解为不排除多个所述元件或功能。对所要求保护的发明的“一个实施方案”的引用不应被解释为排除也结合有所述特征的额外实施方案的存在。此外，
权利要求仅仅是限定本发明可
专利范围的一些示例。此范围可以包括并且涵盖本领域技术人员想到的其它示例。如果此等其它示例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则此等其它示例希望在权利要求的范围内。
[0036] 所附示例描述了在本公开的范围和精神内设想的实施方案，所附示例包括某些元素或子句，其中一者或多者可以与其它元素和子句组合。
