专利名称：阀控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及阀控制器。
背景技术：
阀控制器用于将控制信号转换为特定的阀位置。阀控制器将控制信号的值确定在可能值的范围内，并使用算法相应地设定该值。基于特定的阀控制器和程序，该算法可以是直线比例或可以具有非线性特性。该阀控制器可将阀设定在全开和全闭之间的任何位置。在安装过程中和在阀和阀控制器的寿命内的其它时间，该阀控制器可关于阀本身的行程被校准。阀控制器的校准需要使用内置式用户接口或是校准工具。但是，内置式用户接口增加了不常使用的过程的阀控制器的成本。在某些安装中，校准工具与阀控制器的连接可能在物理上较难，或是在其它情况下，技术人员可能想要校准阀控制器，但发现校准工具没在身边。
实用新型内容为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一种实施方式，本实用新型提供了一种阀控制器，包括控制输入；控制器，耦接至所述控制输入；气动输入，用于接收受压流体；气动控制，耦接至所述气动输入和所述控制器；气动输出，耦接至所述气动控制，所述气动控制连接至阀致动器；传感器输入，耦接至至少一个指示阀位置或致动器位置的传感器；信号输入，其接收在所述控制器处编程可选的信号，当被编程为第一模式时作为外部条件的第一指示，当为第二模式时作为第二指示以开始自校准例程。根据本实用新型的另一种实施方式，当所述阀控制器已经施行所述自校准例程并且正运行于所述第二模式时，在所述信号输入处的所述信号在所述控制器处被解译为自校准中止信号。根据本实用新型的另一种实施方式，所述信号是在所述信号输入的两个输入端之间施加的短路。根据本实用新型的另一种实施方式，所述阀控制器还包括计时器，其用于将所述信号在所述信号输入处的持续时间和与开始所述自校准例程相关联的预先确定的时间窗相比较。根据本实用新型的另一种实施方式，所述计时器用于将所述信号在所述信号输入处的持续时间和与所述自校准例程开始之后中止所述自校准例程相关联的第二预先确定的窗相比较。根据本实用新型的另一种实施方式，所述预先确定的时间窗是在计时器开始后大约3-10秒，并且所述第二预先确定的窗是在所述自校准例程开始后开始所述计时器之后大约O. 5至2. 5秒。阀控制器可以测试一个或多个信号接触，以指示自动的自校准例程应当被启动。在一个实施例中，辅助端子，例如替代地用于事件输入的端子，可以被用于激活自校准例程。所述阀控制器随后可以使用内部例程自行校准并且阀和/或致动器停止在0%和100%校准点。自校准也可以包括压力范围校准和行程性能整定阀控制器可具有处理器或其他能够使用寄存器或非易失性存储器来存储与辅助端子的使用相关的设定的控制器。可以在阀控制器被激活时检测设定，或者可以在运行期间轮询该设定以查看是否有对设定的更改。当被编程用于事件输入时，施加在端子上的信号或阻抗的改变可触发中断或置位标志，该标志被轮询时导致处理器发送警报至外部过程管理器或者类似的设备。当被编程用于自校准时，施加在端子上的信号或阻抗的改变可引起处理器进入自校准例程。该模式设定可以使用现场编程工具被更改或改变或者可以经由远程设备诸如外部过程管理器通过例如HART、PTOfibus或其他协议网络的网络连接来被更改或设定。阀控制器可以使用计时器来确定用于激活自校准模式的时间范围。例如，当短路被施加在端子上时，阀控制器可以采取步骤来确保短路不是事故性的，诸如可能在安装或移动壳体时发生。短路或其他信号可以导致开始计时器。短路必须在预先确定的时间段内被去除以便满足进入自校准模式的条件。例如只有施加3-5秒时间段的短路才可以激活自测试模式。明显地，可以编程其他时间段。替代短路，可以施加引起自校准模式的信号。该信号可以是预先确定频率的音调、预先确定的电压等。短路或其他信号必须被施加的预先确定的时间段也是可编程的。在一些情况下，预先确定的时间段可以被减少，例如在可以期望更频繁的校准时。在另一些情况下，预先确定的时间段可以被增长，例如，如果可能出现辅助端子的间歇短路的可能性。在阀控制器上不需要独立的用户接口，也不需要连接外部现场校准工具。自校准能够由第二指示取消，诸如电气接触的短暂的短路。
图I是阀控制器的简化的典型的框图。图2是阀控制器中典型的电气连接的图。图3是启动阀控制器中的自校准例程的方法的说明。
具体实施方式
尽管下文提出了许多不同的实施方式的详细说明，但应理解本实用新型的法定保护范围是由在本文最后提出的权利要求的文字加以限定的。由于即便不是不可能但描述每个可能的实施方式也是不切实际的，因此详细说明只应当被解释为示例性的且没有描述每种可能的实施例。可以使用现有技术或在本专利的申请日之后开发出的技术来实现各种替代的实施例，它们仍将落入本权利要求的保护范围之中。还应当理解，除非在本专利中使用“如在此所使用，术语‘_’在此限定
为......的意思”或相似句式而对术语明确加以限定，否则没有打算明确地或通过暗示来
将该术语的意思限制为超过该术语平常的或普通的意思，并且此类术语不应当被理解成基于本专利的任意部分所作出的任何声明(除了权利要求中的语言之外)而在保护范围上受限制。对于在本申请最后的任何权利要求所引述的任何术语在本专利中以与单一含义相一致的方式加以引用，这样做只是为了清楚起见以便不混淆读者，并且没有打算通过暗示或其它来将这类权利要求的术语限制成该单一含义。最后，除非权利要求元素是通过引述词语“装置(means) ”来限定的并且是没有任何结构的叙述的功能，否则不打算基于35U.S. C § 122、第六段的适用来解释任何权利要求元素的保护范围。许多实用新型的功能性和许多实用新型的原理优选地用软件程序或指令和诸如专用IC的集成电路(integrated circuits, ICs)实现,或在其中实现。可期望的是，尽管在例如可用时间、现有技术，和经济考虑的启发下可能需要较大的努力和许多设计选择，但在通过本文的概念和原理的引导下，普通技术人员能容易地用最小的实验产生这种软件指令和程序和ICs。因此，为了简洁和最小化模糊本实用新型的原理和概念的风险，对所述软件和ICs的进一步说明，如果有的话，将被限制为相对于优选实施例的原理和概念的要点。阀控制器经常与它们所控制的阀一体化地构成，并可达到现场安装，其已经对模拟输入电流、压力传感器和行程校准进行校准。但是，在设置或是运行期间，一个或是多个区域可能需要重新校准。重新校准可能需要使用便携式测试设备。在一实施例中，所述测试设备可以是从艾默生过程管理(Emerson Process Management)购得的475现场通信器。但是，使用这种便携式测试设备并非总是很方便。许多阀控制器提供可耦接至外部传感器的辅助端子。该阀控制器可在外部传感器激活时发布警报。下述阀控制器可允许所述辅助端子有选择地被编程，从而提供信号至该些辅助端子，诸如持续特定时间段的在辅助输入的两个端子之间的短路，会使得阀控制器 开始自校准例程。图I是阀控制器100的简化的典型的框图。阀控制器100可包括处理器102。处理器102可以是ASIC电路、微型计算机、或是其它能执行连续步骤或是例程来完成阀控制器功能的硬件/固件设备。计时器104可被集成至处理器102，或是可以是独立的时钟/计时器电路。处理器102能够开始和停止计时器104，或是计时器可自由运行而控制器可通过记录特定的计时器值并计算时间间隔来对间隔进行计时。阀控制器100也可包括例如带有控制输入线108和110的控制输入106。一旦这种示例性信号配置是业界所熟知的4-20mA电流回路(4-20mA)控制信号，则可支持多种控制输入信号。阀控制器100可使用4-20mA控制信号来对实际阀设定进行成比例地控制。除了4-20mA控制信号之外，也可在控制输入信号上叠加可寻址远程传感器高速通道(HighwayAddressable Remote Transducer,HART )协议信号，以允许将其诊断、维护、和其它的过程数据经由HART信令接口 112通信至阀控制器100。信号输入电路114可包括信号输入端子116和118。在某些实施例中,信号输入端子116和118可被直接耦接至处理器102，但在另一些实例中，信号输入电路114可提供偏置、输入瞬态保护、或兼而有之。气动控制器128用于调节诸如气体等的加压流体从气动输入122至气动输出124的流动。某些实施例可根据所要控制的阀的类型使用第二气动输出126。例如，某些阀使用单一的压强输入来使具有弹簧或是其它返回机构的阀致动器移动。其它阀可使用两个压强输入来使阀致动器朝相反方向移动。传感器输入128可稱接至一个或是多个传感器输入130和132。传感器输入128可提供有关致动器或是阀本身的实际位置的反馈至处理器。图I中还示了并非阀控制器100的部分的示例性阀134,该示例性阀134示出致动器136和至气动控制120与传感器输入128的连接。众所周知，致动器136的移动会导致阀盘或是其它流动控制机构(未示出)的相对应的移动。在运行中，可在控制输入线108和110上接收4_20mA控制信号。控制信号可在控制输入106处被解译并被报告至处理器102。响应于该控制信号,处理器102可通过改变输出124处的压强来使气动控制122移动致动器136，直至致动器136或是阀机构达到由传感器输入128报告的所希望的位置。辅助输入114是可编程为不同功能的指定输入。当在第一模式下编程为警报输入或警告输入时，放置信号或是使输入端子116和118间的阻抗改变可使信号输入电路114通知处理器102已经发生事件或是存在某外部条件。处理器102接着可例如通过经由HART信令接口 112发送通知至过程控制器来根据响应该事件的程序来响应。当在第二模式下编程为自校准输入时，放置信号或是使输入端子116和118间的阻抗改变可使信号输入电路通知处理器102信号出现。处理器102可接着通过使致动器136移动至在可用的致动器行程的一端上的第一校准点即阀行程的第一极限，并随后移动至在可用的致动器行程的另一端上的第二校准点即阀行程的第二极限，由此可确定致动器136或是相应的阀机构的全行程，来响应以开始用于阀行程校准的自校准例程。当已经完成行程的极限时，可以解算第一控制信号极限值并将其设定为第一校准点，并且可以解算第二控制信号极限值并将其设定为第二校准点。图2是与阀控制器100相同或相似的阀控制器200中的典型的电气连接的图。“回路”连接202用于连接控制输入，例如4-20mA控制信号。信号输入端子204和206，通常也被称为辅助输入，能被可编程地设定为当在信号输入端子204和206处出现信号时触发警报或是自校准例程。在一实施例中，信号可以是端子之间的阻抗改变，诸如在信号输入端子204、206之间放置跳线，其允许在一个输入处的已知的电压或频率可在另一输入处被读取。在另一实施例中，不使用跳线，而是在阀控制器200上安装开关(未示出)，其也允许信号输入端子204和206彼此间的短路。在又一实施例中，可对信号输入端子204、206中的一个或是两个施加外部产生的信号，诸如直流电压或是交流电波形。图3示出了在诸如图I的阀控制器100的阀控制器中启动自校准和整定例程的方法300。方法300示出了一种途径以用于确定是否有诸如短路的信号或是阻抗改变已经被施加并持续了特定时间范围，诸如3至10秒，在该点上开始自校准程序。为了本文的目的，鉴于通过施加短路而使得某偏置电压或是其它实际信号在信号输入端子108与110之间传送，短路应当被理解为信号。初步地，在一些实施例中，可由阀控制器100将信号或辅助输入端子204和206编程为接收用于激活自校准例程的模式的信号。该编程可以发生在制造、安装、现场维护期间或经由从远程控制器接收到的HART、Pix)fibUS或其他协议指令远程地进行。在另一些实施例中，辅助输入端子可能仅被用于启动自校准例程。在块302，辅助端子116、118可被检查，以确定是否有短路或其他信号存在并持续预定的时间间隔，例如，3-10秒。确定短路是否存在可以包括每30-100毫秒(ms)检查辅助 端子，看是否存在短路。当检测到短路或其他信号，开始计时器，并用于确定短路是否在预定时间范围内被移除。处理器102可以继续每30-100ms检查短路。如果短路在预定的时间间隔内被移除，在块304继续运行。在块304，处理器可以确定条件是否适于运行自校准例程。例如，设定可以在块自校准的位置。如果存在指示自校准不应当被执行的条件，则经“否”分支进入块302。如果没有阻止自校准的条件，则可经块304的“是”分支进入块306.在块306，可以保存当前运行模式设定和系统变量。这些值可以在自校准的任何部分失败或被手动中止时被用于恢复当前状态。运行可以在块308继续并且可以加载或执 行用于校准的例程。在块310，可冲击阀，其简单地前后移动，以作为自校准例程开始的指示。在块312，可确定传递类型并且可执行用于阀/致动器行程的自校准的例程。传递类型与阀控制器是否主动地在两个方向上驱动致动器、是否在一个或另一个方向上驱动致动器并采用弹簧返回有关。业内已知各种传递类型。行程校准可以包括驱动致动器136直至致动器或阀134达到其行程的极限。能够记录和保存完全打开和关闭位置。在块314，如果行程校准成功完成，可经块314的“是”分支进入块316。在块316，可以可选地进行附加的校准。压力范围校准包括将阀定位在其行程的1%和99%并记录这些行程位置的压力。可以存储并在阀运行在压力控制模式时使用输出压力的高和低点。如果范围调整成功完成，可经块318的“是”分支进入块320。在块320，可以执行自动性能整定。性能整定可以用于数字阀控制器整定。整定过程包括稍微移动阀并监测小整定变化的效果以得出最佳的控制响应。整定可包括与阀响应的增益和反馈相关的设定。如果整定成功完成，可经块322的“是”分支进入块324。在块324可置位指示每一阶段成功结束的标志或比特。可以置位单一的成功比特或者在其他实施例中，为每个阶段置位一成功比特。在一些实施例中，可能仅进行一个或两个校准阶段，例如，当一些阶段不适于某些运行模式或者当明确地被编程时。回到块302，如果辅助端子被短路持续大于预定的间隔，例如大于10秒，可以在块326继续运行。如果校准例程已经在进行中，可经块326的“是”分支进入块328并继续运行，其中可以中止校准例程并将中止比特置位以用于稍后的轮询。在块330，可恢复系统变量和运行模式设定，并在块302继续运行。如果在块326，校准例程不在运行，可经块326的“否”分支进入块302并继续运行。图3示出的实施例示出，如果任何阶段没有成功完成，阶段的完成块可进入“否”分支并执行块332、334或336。在块332、334或336可置位各自的错误标志并在块330继续执行。在块330，可以恢复在块306中保存的变量和模式设定并在块302继续运行。在图3中示出的实施例的其他变型可以允许，即便先前的阶段没有成功完成，也可以执行接连的校准和整定阶段。在阀控制器中无需使用外部工具或远程编程而开始和结束自校准例程的能力提供了供现场的机械师使用的附加的工具。通过避免大规模的嵌入式用户接口，可以以较低的成本和更少的、可能本身需要维护的主动元件来提供包括阀控制器的阀组件。尽管前文详细描述了本实用新型的各种不同的实施例，应当理解，本实用新型的范围是由本专利末尾的权利要求的文字限定的。详细的描述仅仅是示例性的并且没有描述本实用新型的每种可能的实施例，因为描述每种可能的实施例即便不是不可能的，也是不实际的。使用现有技术或在本专利申请日之后发展的技术，可以实现多种替代的实施方式，这些也仍然应当落入限定本专利的权利要求的范围。因此，不偏离本实用新型的精神和范围可对所描述的方法和结构做出很多修改和改变。相应地，应当理解，在这里描述的方法和装置仅仅是示例性的，并不限制本专利的范围。
权利要求1.一种阀控制器，包括 控制输入； 控制器，耦接至所述控制输入； 气动输入，用于接收受压流体； 气动控制，耦接至所述气动输入和所述控制器； 气动输出，耦接至所述气动控制，所述气动控制连接至阀致动器； 传感器输入，耦接至至少一个指示阀位置或致动器位置的传感器； 信号输入，其接收在所述控制器处编程可选的信号，当被编程为第一模式时作为外部条件的第一指示，当为第二模式时作为第二指示以开始自校准例程。
2.根据权利要求I所述的阀控制器，其特征在于，当所述阀控制器已经施行所述自校准例程并且正运行于所述第二模式时，在所述信号输入处的所述信号在所述控制器处被解译为自校准中止信号。
3.根据权利要求I所述的阀控制器，其特征在于，所述信号是在所述信号输入的两个输入端之间施加的短路。
4.根据权利要求I所述的阀控制器，其特征在于，还包括计时器，其用于将所述信号在所述信号输入处的持续时间和与开始所述自校准例程相关联的预先确定的时间窗相比较。
5.根据权利要求4所述的阀控制器，其特征在于，所述计时器用于将所述信号在所述信号输入处的持续时间和与所述自校准例程开始之后中止所述自校准例程相关联的第二预先确定的窗相比较。
6.根据权利要求5所述的阀控制器，其特征在于，所述预先确定的时间窗是在计时器开始后大约3-10秒，并且所述第二预先确定的窗是在所述自校准例程开始后开始所述计时器之后大约O. 5至2. 5秒。
专利摘要本实用新型涉及阀控制器。阀控制器可具有多个能够被可编程地设定为多个功能中之一的输入。第一功能是用作事件监视器，其中输入处的信号可以引起阀控制器报告警报或发送警告。第二功能是用于响应于信号激活阀控制器中的自校准例程，其中阀控制器测试并记录阀行程的极限。也可以结合阀行程校准激活可选的压强范围校准和性能整定。当自校准例程正在运行时，第二次施加信号可以取消自校准例程，并将系统变量和模式恢复成它们在启动自校准之前的状态。
文档编号F16K31/12GK202371269SQ20112034348
公开日2012年8月8日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年1月5日
发明者S·帕桑克, 刘怡君 申请人:费希尔控制国际公司