用于对传统控制阀执行诊断的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般地涉及对加工厂中的传统控制阀执行诊断，特别是涉及确定阀迟滞。
【背景技术】
[0002] 加工厂中的传统控制阀不具有允许用户辨别这种阀正在执行的效果如何的智能 定位器或其他自备反馈机构。然而，这也意味着与智能阀相比，传统控制阀的成本低。因此， 可预期的是，传统阀的使用占加工厂中所使用的阀的大多数。
[0003] 已知的是，可以使用如图1所示的单回路（自动模式）控制系统或如图2所示的 多回路（级联模式）控制系统来控制传统控制阀。如图1所示，自动模式控制系统1000通 常包括仅一个控制回路1001，其控制对到多个过程80、90的流体流进行调节的传统控制阀 20。阀20由将控制器输出（OPa)发送到阀20的控制器30来控制。在全部过程80、90之 后，使用设置在控制环路1001中的测量传感器/发射器40获得可测量过程输出（通常称 为过程变量（PVa))。期望的过程输出（通常称为设定值变量（Sva)，常量）被馈送到设置 在控制回路1001中的求和节点（summingjunction) 50。PVa也被馈送到求和节点50以将 SVa-PVa的差从求和节点50输入到控制器30。因此，输入到阀20的控制器输出OPa是SVa 和PVa两者的函数。最终，控制回路1001的目的在于使PVa达到尽可能接近SVa的稳定状 态。
[0004] 如图2所示，级联模式控制系统2000通常包括多个控制回路2001、2002,它们一起 控制类似地对到加工厂2中的多个过程80、90的流体流进行调节的传统控制阀20。通常使 用主控制器31以及副控制器32来控制该阀20。在使用更多控制回路的情况下，控制器的 数量相应地增加。
[0005] 在第一控制回路2001中，在全部过程80、90之后，使用设置在第一控制回路2001 中的第一测量传感器/发射器41来获得第一可测量过程输出或过程变量（PV1)。PV1被馈 送到求和节点51。最终期望的过程输出或设定值变量（SV1，常量）也被馈送到第一求和节 点51，以将SV1-PV1的差从第一求和节点51输入到主控制器31。因此，主控制器31的输 出（0P1)受SV1和PV1两者影响。
[0006] 在第二控制回路2002中，在仅一个过程80之后使用设置在第二控制回路2002中 的第二测量传感器/发射器42来获得第二可测量过程输出或过程变量（PV2)。PV2被馈送 到第二求和节点52。来自主控制器31的0P1也被馈送到第二求和节点52,以将0P1-PV2 的差从第二求和节点52输入到副控制器32。将控制器输出（0P2)从副控制器32直接发送 到阀20。因此，0P1用作针对副控制器32的设定值变量（SV2)，使得副控制器32的0P2受 0P1和PV2两者的影响。因此，级联模式控制系统2000中的第二回路2002用来对阀20接 收到的控制器输入0P2进行微调。最终，级联控制系统2000的目的在于使PV1达到尽可能 接近SV1的稳定状态。
[0007] 可理解的是，传统控制阀中的未检查和未检测到的劣化会对过程控制具有显著影 响，在极端的情况下，会导致计划外的工厂停工。由于传统控制阀在世界范围的加工厂中的 使用将持续为高，因此在能够实现阀相关问题的早期检测而同时作为无需工厂停工的非侵 入式方法的方面，针对这种传统控制阀的使用实时/存储数据的可靠的在线/离线诊断工 具将是有价值的。
[0008] 现在，当前可利用的阀诊断系统仅适用于自动模式控制系统，因为它们依赖于这 样的假设：经求和节点输入到控制器的设定值变量是常量。因此，必须将级联模式控制回路 人为地设定为自动模式控制回路，以便使用当前可利用的阀诊断系统。然而，这导致针对级 联模式控制系统的诊断结果的精确性存在问题，因为级联模式控制系统的副控制器不是接 收恒定的设定值变量，而是从主控制器31接收变量输入0P1。
[0009] 具体地，迟滞是这样的问题：由于副控制器接收到的可变的输入设定值变量，当前 可利用的阀诊断系统已不能针对在级联模式控制系统中受控的传统控制阀进行充分确定。 迟滞是尽管向阀增大控制器输出0P以增大阀的流速但是阀却并没有增大其流速的阀问 题。迟滞导致在向阀增大控制器输出0P的时段上可测量过程变量PV保持相对不变，该时段 通常被称为如图3所示的迟滞带301。在这种状况下，控制器继续增大其输出0P以尝试提 高未改变的PV。在阀迟滞时，存在另一问题：阀回跳，S卩，当控制器输出0P达到一定值时，阀 终于做出响应，导致可测量过程变量PV中远远超过根据输入0P值而正常期望的过程变量 PV的突然回跳302。该回跳通常超过该过程的期望设定值变量SV。当回跳发生时，控制器 以其输出0P的急剧下降来做出响应，导致PV相应地下降。为了避免PV下降到期望SV以 下太多，控制器再次增大其0P，但阀的迟滞再次导致阀没有相应地增大流速，直到当0P达 到阀最终以超过期望SV的PV中的另一回跳进行响应的一定值时发生阀回跳为止。因此， 阀迟滞导致在期望SV附近的PV中的突然回跳或尖峰之间的时段内PV保持不变，而不是将 稳态PV保持在或接近于期望SV。
【发明内容】
[0010] 根据第一方面，提供了一种对加工厂中的传统控制阀执行诊断的方法，该阀与加 工厂中的过程相关联并且该阀由控制器控制，所述方法包括步骤：处理器从存储在加工厂 的服务器上的数据库获得数据样本，每个数据样本包括过程变量值和控制器输出值，所述 过程变量值是从过程获得的过程变量的检测值，而所述控制器输出值是从控制器发送到阀 的用于将过程变量调整为达到设定值变量的值，所述设定值变量是所述过程变量的期望 值；以及处理器通过根据数据样本分别计算回跳指数和迟滞带指数中的至少一个来确定是 否存在阀回跳和阀迟滞中的至少一个；其中，计算回跳指数包括计算第一组角度的均值，第 一组角度中的每个角度是根据如下比值来计算的：即峰值过程变量值与其在前过程变量值 之间的差和与峰值过程变量值相对应的控制器输出值与其在前控制器输出值之间的差的 比值，从而使得大于或等于预定回跳指数值的回跳指数指示阀回跳；以及其中，计算迟滞带 指数包括计算第二组角度的均值，第二组角度中的每个角度是根据与平坦过程变量值相对 应的控制器输出值与其在前控制器输出值之差来计算的，使得大于或等于预定迟滞带指数 值的迟滞带指数指示阀迟滞。
[0011] 所述方法可进一步包括：在计算回跳指数之前找出峰值过程变量值，峰值过程变 量值是从过程获得的过程变量值中的针对每次突然上升找出的每个过程变量值，其中找出 每个峰值过程变量值包括步骤：根据从数据库获得的数据样本来计算连续的过程变量值之 间的过程变量差；根据过程变量差计算过程变量角度；以及找出每个峰值数据样本，其中， 过程变量角度大于阈值，并且其中，过程变量差与最大过程变量值的比值大于预设的比值， 每个峰值数据样本包括峰值过程变量值及其对应的控制器输出值。
[0012] 找出每个峰值数据样本可进一步包括按采样间隔选择峰值数据样本。
[0013] 所述方法可进一步包括在计算迟滞带指数之前找出平坦过程变量值，所述平坦过 程变量值是被发现不随时间显著变化的每个过程变量值，其中，找出每个平坦过程变量值 包括：根据从数据库获得的数据样本来计算连续的过程变量值之间的过程变量差；以及找 出每个这样的平坦数据样本，其中，过程变量差与最大过程变量值的比值小于预定比值，每 个平坦数据样本包括平坦过程变量值及其对应的控制器输出值。
[0014] 找出每个平坦数据样本可进一步包括按采样间隔选择平坦数据样本。
[0015] 所述方法可进一步包括：处理器确定阀的控制处于哪种控制模式，所述控制模式 是自动控制模式和级联控制模式之一。
[0016] 所述方法可进一步包括：在确定是否存在阀回跳和阀迟滞中的至少一个之前，处 理器确定是否存在阀堵塞、阀饱和以及阀摆动（hunting)中的至少一个。
[0017] 当阀的控制处于自动控制模式时，设定值变量可为常量，或者当阀的控制处于级 联控制模式时，设定值变量可为从另一控制器发送的可变控制器输出。
[0018] 根据第二方面，提供了一种用于对加工厂中的传统控制阀执行诊断的设备，该设 备包括：与阀相关联的过程；控制器，其被配置为控制阀；数据库，其存储在服务器上；以及 处理器，该处理器具有被配置为从数据库获得数据样本的数据预处理模块，每个数据样本 包括过程变量值和控制器输出值，所述过程变量值是从过程获得的检测值而所述控制器输 出值是从控制器发送到阀的用于将过程变量调整为达到设定值变量的值，该设定值变量是 过程变量的期望值；所述处理器还具有诊断模块，该诊断模块被配置为根据数据样本计算 回跳指数和迟