用于次回路反馈回退的系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了用于次回路反馈回退的方法和系统。示例性装置，包括次回路反馈其具有第一模式和第二模式。所述第一模式用于输出用于在正常运行中控制过程控制设备的第一值。所述第二模式用于输出用于在故障状况期间控制过程控制设备的第二值。该装置包括控制器，用于基于所述故障状况的识别，在所述第一模式和所述第二模式之间转换。
【专利说明】用于次回路反馈回退的系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及次回路反馈回退，并且更具体地涉及用于次回路反馈回退的系统 及其方法。
【背景技术】
[0002]各种控制机制被用于控制阀门/致动器组件或其他过程控制装置。例如，阀门控 制器使用反馈控制来控制阀门/致动器组件。所述反馈控制使用基于理想设置点的信号和 反馈信号间的差值的误差信号。
【发明内容】
[0003]如本申请所述，示例性方法包括使用第一控制模式来确定第一次回路反馈值，并 且至少部分基于第一次回路反馈值来控制过程控制设备。在一些例子中，方法包括识别位 于预定范围外的第一次回路反馈值或第一控制模式的故障，使用第二控制模式来确定第二 次回路反馈值，并且至少部分基于第二次回路反馈值来控制过程控制设备。
[0004]在一些实施例中，第一控制模式包括确定在过程控制设备上游的中继器的位置。 在一些实施例中，第二控制模式包括确定在过程控制设备上游的中继器的输出压强。在一 些实施例中，第二控制模式也包括确定输出压强的导数，以便确定第二次回路反馈值。在一 些实施例中，该方法还包括识别第二控制模式的故障并且至少部分地基于第三次回路反馈 值和降低的正向路径值来控制过程控制设备。第三次回路反馈值近似于零。
[0005]在一些实施例中，该降低的正向路径值包括固定的上限或者固定的下限。在一些 实施例中，该降低的正向路径值近似于正常操作路径值的三分之一。在一些实施例中，该方 法包括在第一次回路反馈值被识别为在预定的范围之外或者识别出第一控制模式的故障 时提供警报。在一些实施例中，该方法还包括在第一次回路反馈值被识别为在预定的范围 之外或者识别出第一控制模式的故障时降低正向路径值。
[0006]示例性的装置包括用于识别用于确定第一次回路反馈值的第一值的第一传感器。 该第一值基于在过程控制设备的上游的中继器位置。该装置包括用于识别用于确定第二次 回路反馈值的第二值的第二传感器。该第二值基于该中继器的输出压力。该装置包括控制 器，以便使用第二次回路反馈值来基于第一次回路反馈值在预定的范围之外来至少部分地 控制过程控制设备。在一些实施例中，第二传感器包括压力传感器。在一些实施例中，第二 传感器包括后备控制传感器。在一些实施例中，第一传感器包括次回路反馈传感器。在一 些实施例中，控制器用于在第一次回路反馈值被识别为在预定的范围之外时降低正向路径 值。
[0007]另一示例性的装置包括具有第一模式和第二模式的次回路反馈。第一模式用于输 出用于在正常操作中控制过程控制设备的第一值。第二模式用于输出用于在故障条件期间 控制过程控制设备的第二值。该装置包括用于基于故障条件的识别在第一模式和第二模式 之间切换的控制器。[0008]在一些实施例中，第一模式用于基于在过程控制设备上游的中继器的位置确定第 一次回路反馈值。在一些实施例中，第二模式用于基于在过程控制设备上游的中继器的输 出压力来确定第二次回路反馈值。在一些实施例中，控制器用于在识别出故障条件时提供 警报。在一些实施例中，控制器用于在识别出故障条件时降低正向路径增益值。在一些实 施例中，所降低的正向增益路径值具有固定的上限或固定的下限。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]附图1示出了用于实施本发明中示例的，示例性数字式定位器的伺服控制器；
[0010]附图2示出了示例性调整地图；
[0011]附图3示出了调节阀门的示例性过程的图；
[0012]附图4示出了含有压力反馈的示例性伺服控制器；
[0013]附图5和6示出了用于实施本发明中示例的截屏过程和/或运作；
[0014]附图7是示例性过程平台的示意图，所述示意图被用于和/或编程以实施本发明 中任一或所有不例性系统和方法。
【具体实施方式】
[0015]次回路反馈被用于稳定定位器的响应。在一些已知系统中，如果次回路反馈传感 器失效，所述定位器(例如DVC6200数字阀门控制器)将在给定的设定点震荡，从而在阀行 程中造成不稳定响应。在另一些已知系统中，电流源会生成大磁场，该磁场被次回路反馈传 感器截获，在反馈补偿电路中行成瞬态扰动，从而造成阀门以不受控的方式运动。在一些示 例中，热循环，振动，冲击或其他外部环境的因素会造成次回路反馈传感器超出范围，变得 无效和/或造成次回路反馈传感器的连接受损和/或失效。
[0016]双向无线电造成的瞬态扰动或附近过程或机器的恒定扰动会形成打扰控制系统 的干扰。在一些示例中，在次回路反馈传感器失效处，次回路反馈信号可能会接近其零状态 保持恒定，次回路反馈信号可能会保持在一个明显低于零状态的恒定值和/或明显的偏差 可能会被引入次回路反馈补偿回路。在一些示例中，保持在零状态附近的次回路补偿信号 会造成闭环回路系统响应在设定值附近震荡。在一些示例中，保持在一个明显低于零状态 的恒定值的次回路反馈信号会造成闭环回路系统响应在设定值外加一个偏差的值附近震 荡。在一些示例中，明显偏差被引入次回路反馈形成控制阀在一端或另一端饱和。
[0017]在反馈信号可靠的实例中(例如在包括磁体的传感器附近使用收发两用无线电 设备)，可能会对伺服控制器产生瞬态扰动，造成过程控制设备的杆不受控地移动。一些可 能受外部磁场影响的传感器包括霍尔效应传感器和/或GMR。在一些实例中，当行程反馈信 号中有有限循环但是次回路反馈信号恒定时将会识别出次回路反馈故障。在一些实例中， 该次回路反馈信号可以与dp/dt反馈信号进行相关以识别差和/或故障。在一些实例中， 当在dp/dt反馈信号中识别出改变而在GMR中没有识别出对应的改变时，次回路回退可以 用于控制定位器中的次回路反馈。在一些实例中，为了识别外部干扰，次回路反馈信号而已 与I/P驱动信号进行相关。在次回路反馈信号引导I/P驱动信号的实例中，可能会有对于 次回路反馈信号的外部干扰。此外或可替换的，可以使用提供指示次回路反馈故障的信号 的一个或多个传感器。[0018]本文所公开的实例提供了在次回路反馈传感器故障时的次回路反馈回退控制。在 一些实例中，示例性次回路回退可以通过数字dp/dt(传感器压强(p)的时间导数)来实 现。在一些实例中，dp/dt反馈控制定位器中的次回路反馈。在一些实例中，dp/dt反馈可 以用于抑制当定位器在控制行程或者当定位器在控制压强时的响应。在一些实例中，数字 dp/dt反馈在抑制定位器时与GMR—样有效。在一些实例中，数字dp/dt反馈包括在压强伺 服控制器中，但是终端用户不可见。数字dp/dt反馈可以实现在压强伺服控制器中作为对 于GMR不能被校准压强的应用(例如热切换)的备份。
[0019]本文公开的实例解决了次回路反馈的地址故障和/或引入的严重偏差。在一些实 例中，如果来自GMR的信号基本上和/或严重在工作范围之外，则前向路径增益可以自动被 降低(例如除以3且下限为2)，并且可以数字实现方式实现的dp/dt可以用作备份次回路 反馈。此外或者可替换的，如果压强传感器故障，次回路反馈增益可以被设置为0，并且前向 路径增益可以自动被降低，例如在有固定上限和/或固定下限的情况下除3。在一些实例 中，将上限固定保证较大的前向路径增益被显著降低，从而保证稳定的响应。
[0020]此外和/或可替换的，在一些实例中，速度反馈可以被提高以提供对伺服控制器 的额外的抑制。在一些这种实例中，前向路径增益降低3被且最小值为2.8。例如，在正常 操作期间，前向路径增益(K)可以等于12，由中继器位置(Kmlfb)实现的次回路反馈可以等 于35，速度反馈增益(Kvel)可以等于4。在一些实例中，在次回路反馈传感器故障的故障 情况期间，K可以降低到4，Kmlfb可以设置为0，Kvel可以提高到15。在一些实例中，在压 强传感器故障的故障情况期间，K可以等于4，Kmlfb可以等于0，Kvel可以等于15。然而， 如果dp/dt用于次回路反馈，则系统的剩余部分不必解谐。此外，本文公开的实例可以包括 附加功能，如故障警告、自动或手工恢复、速度反馈增益调整和/或压强回退增益调整和/ 或伺服机制。
[0021]图1示出了数字定位器的伺服控制器100。伺服控制器100是具有两个抑制元件 的高增益比例控制器。在该实例中，抑制元件包括速度反馈102和次回路反馈104。在一些 实例中，对伺服控制器100进行调谐包括调整前向增益路径106、速度反馈102和次回路反 馈 104。
[0022]在伺服控制器100中，次回路反馈104是主要的抑制抑制元件，它可以基于中继 108的位置而被预测。速度反馈102也可以抑制控制器100的响应，但是它并不如次回路反 馈104在抑制伺服控制器100中那么地有效。
[0023]图2示出了一个示例的调节图200。当调节例如伺服控制器100等伺服时，一个前 向增益路径可以被增加，以具有尽可能高的增益而不会使得该系统不稳定。在一些示例中， 随着前向路径增益被增加，通过增加次回路反馈增益，抑制也被增力口。如果没有次回路反馈 增益和/或增加该次回路反馈增益，该系统可能变得不稳定。
[0024]图3示出了调节阀的示例过程300的图。在该过程300中，令次回路反馈是活动 且具备功能性的。如果该次回路反馈失效(例如传感器失效)，那么该阀将变得不稳定并且 开始振荡。
[0025]图4示出了一个示例的伺服控制器400，它包括第一次回路反馈控制路径401和第 二次回路反馈控制路径403，该第一路径与示例的压强回退(fallback)传感器和/或压强 传感器402相关联，该第二路径与次回路反馈传感器404相关联。在一些例子中，压强回退传感器402通过对中继406下游和过程控制设备407 (见409)上游的所获压强取导数，而 决定次回路反馈增益值和/或次回路反馈值。在一些例子中，次回路反馈传感器404基于 中继406的位置而决定次回路反馈增益值和/或次回路反馈值。如上所讨论地，次回路反 馈增益值可以用来抑制该伺服控制器400。
[0026]在操作中，如果该次回路反馈传感器404故障和/或不稳定，那么该伺服控制器 400自动地通过开关408从该次回路反馈传感器404切换至该压强回退传感器402 (即从第 一次回路反馈控制模式切换至第二次回路反馈控制模式)。因此，即使该第一次回路反馈控 制模式故障，该伺服控制器400仍够继续工作。在一些例子中，被用在第二次回路反馈控制 模式中的导数的估计dp/dt能够被写作(p[k])-p[k-l])/dt。在一些例子中，dt是一个固 定的采样率，该dt可以被包括在一个增益因子中，且一个差值等式p [k] -p [k-1]可以用来 决定次回路反馈增益值和/或次回路反馈值，其中，P是致动器的压强，k是序号，k-1是前 一个序号。
[0027]图5示出了一个过程和/或操作的截屏500，该过程或操作可以被用来实现这里所 公开的示例。行程502可以与受迫行程控制相关联，TVL/PRESS手动恢复504可以与在行 程传感器故障时的压强回退相关联。在一些例子中，如果发生了行程传感器故障的警报，为 了切换回行程控制(例如行程502)，该行程传感器故障的警报被清除且该系统的电源被循 环。压强506与受迫压强控制相关联，TVL/PRESS自动恢复508与行程传感器故障时的压 强回退相关联。在一些例子中，如果发生了行程传感器故障的警报并且之后它被清除，该系 统自动地过渡回行程控制(例如行程502)。虽然图5被示为在行程传感器故障情况下的压 强回退，类似的用户接口可以被用于配置次回路反馈回退。
[0028]图6示出了过程和/或操作的示例性屏幕截屏600，该过程和/或操作可以用于实 施在此所述的例子，并且具体地，用于控制压强调节。在一些例子中，压强调节集字面C-M 用于匹配调节集字母行程H和压强H。在一些例子中，调节集B用于风箱(bellows)或具 有定位器的限制性附件下游的配置，诸如针阀(例如，艾默生过程管理的类型111的针阀) 和/或它们的等同物。在一些例子中，压强控制需要积分控制。然而，在另一些例子中，压 强控制不需要积分控制。在一些例子中，Kdp/dt被包括为调节参数。在一些例子中，当存 在定位器的附件下游时，使用专家模式，因为，系统的响应被调节至附件管道的容量的附近 而不是致动器的容量。
[0029]图7是可以用于和/或编程用于实现在此所述的示例的示例性处理器平台PlOO 的示图。例如，处理器平台Pioo能够由一个或多个通用处理器、处理器核心、微处理器等实 现。
[0030]图7的示例的处理器平台PlOO包括至少一个通用可编程处理器P105。处理器 P105执行处理器P105的主存储器(RAM Pl 15和/或ROM P120)中的编码指令PllO和/或 P112。处理器P105可以是任何类型的处理单元，诸如处理器核心、处理器和/或微控制器。 除此之外，处理器P105可以执行在此所述的方法和装置。
[0031]处理器P105与主存储器(包括ROM P120和/或RAM P115)经由总线P125与 主存储器通信。RAM P115可以由动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器 (SDRAM)、和/或任何其他类型的RAM设备实现，而ROM可以由闪存和/或任何其他类型的存 储器设备实现。可以存储器控制器(未示出)控制至存储器P115和存储器P120的接入。[0032]处理器平台PlOO还包括接口电路P130。接口电路P130可以由任何类型的接口标 准实现，诸如外部存储器接口、串行端口、通用输入/输出等。一个或多个输入设备P135和 一个或多个输出设备P140连接至接口电路P130。
[0033]如在此所述，示例性方法包括使用第一控制模式来确定第一次回路反馈值，并且 至少部分基于第一次回路反馈值来控制过程控制设备。在一些例子中，方法包括识别位于 预定范围外的第一次回路反馈值或第一控制模式的故障，使用第二控制模式来确定第二次 回路反馈值，并且至少部分基于第二次回路反馈值来控制过程控制设备。
[0034]在一些实施例中，第一控制模式包括确定在过程控制设备上游的中继器的位置。 在一些实施例中，第二控制模式包括确定在过程控制设备上游的中继器的输出压强。在一 些实施例中，第二控制模式也包括确定输出压强的导数，以便确定第二次回路反馈值。在一 些实施例中，该方法还包括识别第二控制模式的故障并且至少部分地基于第三次回路反馈 值和降低的正向路径值来控制过程控制设备。第三次回路反馈值近似于零。
[0035]在一些实施例中，该降低的正向路径值包括固定的上限或者固定的下限。在一些 实施例中，该降低的正向路径值近似于正常操作路径值的三分之一。在一些实施例中，该方 法包括在第一次回路反馈值被识别为在预定的范围之外或者识别出第一控制模式的故障 时提供警报。在一些实施例中，该方法还包括在第一次回路反馈值被识别为在预定的范围 之外或者识别出第一控制模式的故障时降低正向路径值。
[0036]示例性的装置包括用于识别用于确定第一次回路反馈值的第一值的第一传感器。 该第一值基于在过程控制设备的上游的中继器位置。该装置包括用于识别用于确定第二次 回路反馈值的第二值的第二传感器。该第二值基于该中继器的输出压力。该装置包括控制 器，以便使用第二次回路反馈值来基于第一次回路反馈值在预定的范围之外来至少部分地 控制过程控制设备。在一些实施例中，第二传感器包括压力传感器。在一些实施例中，第二 传感器包括后备控制传感器。在一些实施例中，第一传感器包括次回路反馈传感器。在一 些实施例中，控制器用于在第一次回路反馈值被识别为在预定的范围之外时降低正向路径 值。
[0037]另一示例性的装置包括具有第一模式和第二模式的次回路反馈。第一模式用于输 出用于在正常操作中控制过程控制设备的第一值。第二模式用于输出用于在故障条件期间 控制过程控制设备的第二值。该装置包括用于基于故障条件的识别在第一模式和第二模式 之间切换的控制器。
[0038]在一些实施例中，第一模式用于基于在过程控制设备上游的中继器的位置确定第 一次回路反馈值。在一些实施例中，第二模式用于基于在过程控制设备上游的中继器的输 出压力来确定第二次回路反馈值。在一些实施例中，控制器用于在识别出故障条件时提供 警报。在一些实施例中，控制器用于在识别出故障条件时降低正向路径增益值。在一些实 施例中，所降低的正向增益路径值具有固定的上限或固定的下限。
[0039]尽管在此描述了一些示例性的方法、装置和制品，但是本专利的覆盖范围并不限 于此。相反地，本专利覆盖完全落入本专利的权利要求的范围的所有方法、装置和制品。
【权利要求】
1.一种方法，包括:使用第一控制模式，确定第一次回路反馈值；至少部分地基于所述第一次回路反馈值，控制过程控制设备；识别所述第一次回路反馈值在预定范围之外或者所述第一控制模式的故障；使用第二控制模式，确定第二次回路反馈值；以及至少部分地基于所述第二次回路反馈值，控制所述过程控制设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一控制模式包括确定所述过程控制设备的中继器上游的位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二控制模式包括确定所述过程控制设备的中继器上游的输出压强。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二控制模式还包括确定所述输出压强的导数以确定所述第二次回路反馈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括识别所述第二控制模式的故障以及至少部分地基于第三次回路反馈值和降低的正向路径值控制所述过程控制设备，所述第三次回路反馈值近似为O。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述降低的正向路径值包括固定的上限或者固定的下限。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述降低的正向路径值近似为正常运行路径值的三分之一。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述第一次回路反馈值被识别为在所述预定范围之外或者所述第一控制模式的所述故障被识别时，提供警报。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述第一次回路反馈值被识别为在所述预定范围之外或者所述第一控制模式的所述故障被识别时，降低正向路径值。
10.一种装置，包括:第一传感器，用于识别用于确定第一次回路反馈值的第一值，所述第一值基于过程控制设备的中继器上游的中继器位置；第二传感器，用于识别用于确定第二次回路反馈值的第二值，所述第二值基于所述中继器的输出压强；控制器，用于使用所述第二次回路反馈值以基于所述在预定范围之外的第一次回路反馈值至少部分地控制所述过程控制设备。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二传感器包括压强传感器。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二传感器包括回退控制传感器。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一传感器包括次回路反馈传感器。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制器用于当所述第一次回路反馈值被识别为在预定范围之外时，降低正向路径值。
15.一种装置,包括:次回路反馈，其具有第一模式和第二模式，所述第一模式用于输出用于在正常运行中控制过程控制设备的第一值，所述第二模式用于输出用于在故障状况期间控制过程控制设备的第二值；以及控制器，用于基于所述故障状况的识别，在所述第一模式和所述第二模式之间转换。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第一模式用于基于所述过程控制设备的中继器上游的位置，确定第一次回路反馈值。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第二模式用于基于所述过程控制设备的中继器上游的输出压强，确定第二次回路反馈值。
18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述控制器用于当所述故障状况被识别时，提供警报。
19.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述控制器用于当所述故障状况被识别时，降低正向路径增益值。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述降低的正向增益路径值包括固定的上限或者固定的下限。
【文档编号】G05B6/00GK103605282SQ201310269915
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】K·琼克 申请人:费希尔控制国际公司