智能致動(dòng)器以及用于監(jiān)視致動(dòng)器健康性和完整性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種智能致動(dòng)器以及用于監(jiān)視致動(dòng)器健康性和完整性的方法。一種用于控制閥的智能致動(dòng)器包括致動(dòng)器主體、致動(dòng)器桿、偏置設(shè)備、控制器以及至少一個(gè)傳感器。該致動(dòng)器主體包括用于限定腔體的致動(dòng)器殼體。該致動(dòng)器桿被適配為耦接到控制閥的控制元件。該偏置設(shè)備設(shè)置在該致動(dòng)器殼體的該腔體中并且可操作地耦接到該致動(dòng)器桿用于將該致動(dòng)器桿偏置到預(yù)先確定的位置。該控制器由該致動(dòng)器主體承載并且可以包括存儲(chǔ)器、處理器和存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器上的邏輯。該至少一個(gè)傳感器可操作地耦接到該控制器以用于測(cè)量該致動(dòng)器的各種參數(shù)并且將那些參數(shù)發(fā)送到該控制器。該至少一個(gè)傳感器可以包括一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)傳感器、一個(gè)或多個(gè)聲音傳感器、一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器等等。
【專利說(shuō)明】智能致動(dòng)器以及用于監(jiān)視致動(dòng)器健康性和完整性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)涉及過(guò)程控制系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于過(guò)程控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備， 如控制閥致動(dòng)器。

【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)程控制系統(tǒng)，如與化工、石油或其他過(guò)程中使用的那些過(guò)程控制系統(tǒng)類似的分 布式或可擴(kuò)展過(guò)程控制系統(tǒng)，一般包括經(jīng)由模擬、數(shù)字或組合的模擬/數(shù)字總線可通信地 耦接到至少一個(gè)主機(jī)或用戶工作站并且耦接到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控 制器?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以包括例如控制閥、閥定位器、開(kāi)關(guān)和發(fā)射器（例如溫度、壓強(qiáng)和流速傳 感器），其執(zhí)行過(guò)程中的功能，如打開(kāi)或關(guān)閉閥以及測(cè)量過(guò)程參數(shù)。過(guò)程控制器接收用于指 示由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做出的過(guò)程測(cè)量的信號(hào)和/或關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其他信息，并且使用該信息來(lái) 實(shí)現(xiàn)控制例程以生成控制信號(hào)，該控制信號(hào)通過(guò)總線發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以控制過(guò)程的操作。 一般使來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器中的每一個(gè)的信息對(duì)于由用戶工作站執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)應(yīng) 用可用，以使得操作員能夠執(zhí)行關(guān)于過(guò)程的任意希望的功能，如查看過(guò)程的當(dāng)前狀態(tài)、修改 過(guò)程的操作等等。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障的情況下，整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的操作狀態(tài)可能受損害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本公開(kāi)的一個(gè)方面包括一種用于控制閥的致動(dòng)器。該致動(dòng)器可以包括致動(dòng)器主 體、致動(dòng)器桿、偏置設(shè)備、控制器以及至少一個(gè)傳感器。該致動(dòng)器主體包括用于限定腔體的 致動(dòng)器殼體。該致動(dòng)器桿被適配為耦接到控制閥的控制元件。該偏置設(shè)備設(shè)置在該致動(dòng)器 殼體的該腔體中并且可操作地耦接到該致動(dòng)器桿以用于將該致動(dòng)器桿偏置到預(yù)定的位置。 該控制器由該致動(dòng)器主體承載并且可以包括存儲(chǔ)器、處理器和存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器上的邏輯。 該至少一個(gè)傳感器能夠可操作地耦接到該控制器以用于測(cè)量該致動(dòng)器的參數(shù)并且將所測(cè) 量的參數(shù)發(fā)送到該控制器。該至少一個(gè)傳感器可以包括（a)由該致動(dòng)器桿承載的、用于檢 測(cè)該致動(dòng)器桿中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器和/或（b)由該致動(dòng)器主體承載的、用于感測(cè)該致動(dòng) 器主體中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器。
[0004] 本發(fā)明的另一個(gè)方面可以包括一種具有一個(gè)或多個(gè)用戶工作站、過(guò)程控制器、多 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過(guò)程控制系統(tǒng)。該過(guò)程控制器可通信地耦接到該一個(gè)或多個(gè)用戶工作站，并 且該多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可通信地耦接到該過(guò)程控制器。該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以 包括控制閥和致動(dòng)器，其中，該致動(dòng)器包括致動(dòng)器主體、致動(dòng)器桿、偏置設(shè)備、控制器以及至 少一個(gè)傳感器。該致動(dòng)器主體包括用于限定腔體的致動(dòng)器殼體。該致動(dòng)器桿可操作地耦接 到控制閥的控制元件。該偏置設(shè)備設(shè)置在該致動(dòng)器殼體的該腔體中并且可操作地耦接到該 致動(dòng)器桿以用于將該致動(dòng)器桿偏置到預(yù)先確定的位置。該控制器由該致動(dòng)器主體承載并且 可以包括存儲(chǔ)器、處理器和存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器上的邏輯。該至少一個(gè)傳感器可操作地耦接到 該控制器以用于測(cè)量該致動(dòng)器的參數(shù)并且將測(cè)量參數(shù)發(fā)送到該控制器。該至少一個(gè)傳感器 可以包括（a)由該致動(dòng)器承載的、用于檢測(cè)該致動(dòng)器桿中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器，和/或（b) 由該致動(dòng)器主體承載的、用于感測(cè)該致動(dòng)器主體中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)方面包括一種用于監(jiān)視控制閥致動(dòng)器的操作健康性和完整性的 方法。該方法可以包括測(cè)量該致動(dòng)器的操作環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，其中，該一個(gè)或多個(gè)參 數(shù)包括：(a)該致動(dòng)器的致動(dòng)器殼體的腔體中的溫度、（b)由該致動(dòng)器的致動(dòng)器桿承載的振 動(dòng)、（c)由該致動(dòng)器的致動(dòng)器主體承載的振動(dòng)和/或（d)致動(dòng)器組件的聲音發(fā)射參數(shù)。該方 法還可以包括在安裝在該致動(dòng)器上的控制器處接收該一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，并且利用該控制器 處理該一個(gè)或多個(gè)參數(shù)以確定該一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是否指示預(yù)先確定的條件的出現(xiàn)。另外， 該方法可以包括當(dāng)該控制器確定所檢測(cè)的參數(shù)指示預(yù)先確定的條件的出現(xiàn)時(shí)，利用該控制 器發(fā)送消息到用戶工作站，該消息指示該預(yù)先確定的條件的出現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1是具有根據(jù)本文公開(kāi)的原理來(lái)構(gòu)造的一個(gè)或多個(gè)智能致動(dòng)器的過(guò)程控制系 統(tǒng)的示意性表示。
[0007] 圖2是耦接到控制閥的根據(jù)本文公開(kāi)的原理來(lái)構(gòu)造的智能致動(dòng)器的一個(gè)版本的 橫截面?zhèn)纫晥D。
[0008] 圖3是圖2的智能致動(dòng)器的控制器的一個(gè)版本的示意性方框圖。
[0009] 圖4是根據(jù)本文公開(kāi)的原理的用于監(jiān)視控制閥致動(dòng)器的操作健康性和完整性的 方法的一個(gè)版本的流程圖。
[0010] 圖5是根據(jù)本文公開(kāi)的原理的用于監(jiān)視控制閥致動(dòng)器的操作健康性和完整性的 方法的另一個(gè)版本的流程圖。
[0011] 圖6是根據(jù)本文公開(kāi)的原理來(lái)構(gòu)造的智能致動(dòng)器的另一個(gè)版本的橫截面?zhèn)纫晥D。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 本文的公開(kāi)涉及用于過(guò)程控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如控制閥組件）的智能致動(dòng)器， 其例如結(jié)合一個(gè)或多個(gè)傳感器以感測(cè)關(guān)于致動(dòng)器的健康性和完整性的預(yù)測(cè)和/或診斷信 息。在一些版本中，除了至少一個(gè)傳感器之外，該致動(dòng)器還可以裝配有機(jī)載控制器以用于處 理從傳感器獲得的數(shù)據(jù)。通過(guò)如此配置，當(dāng)控制器確定感測(cè)到的數(shù)據(jù)指示可能危及致動(dòng)器 的健康性和/或完整性的條件時(shí)，控制器可以發(fā)送消息給例如維護(hù)員工或其他系統(tǒng)人員可 訪問(wèn)的用戶工作站。該消息可以包括各種信息，包括例如致動(dòng)器的標(biāo)識(shí)及其位置、用于表示 從傳感器獲得的數(shù)據(jù)的信息、關(guān)于致動(dòng)器的特定組件的健康性和/或完整性的信息、組件 或作為整體的致動(dòng)器的估計(jì)剩余使用壽命的預(yù)測(cè)、用于指示維護(hù)人員在致動(dòng)器上執(zhí)行特定 維護(hù)任務(wù)的信息和/或可以通過(guò)從傳感器獲得的數(shù)據(jù)得到的任意其他希望的信息。因此， 本文公開(kāi)的致動(dòng)器和相關(guān)系統(tǒng)可以有利地提供與致動(dòng)器的健康性和完整性相關(guān)的實(shí)時(shí)信 息，并且助于剩余使用壽命的預(yù)測(cè)以及在故障發(fā)生很久之前規(guī)劃維護(hù)事件。該預(yù)測(cè)能力可 以助于防止與意外事件相關(guān)聯(lián)的計(jì)劃外停工，其可能是高成本的并且對(duì)整個(gè)過(guò)程控制環(huán)境 是破壞性的。
[0013] 現(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)本文公開(kāi)的一個(gè)版本構(gòu)造的過(guò)程控制系統(tǒng)10,其包括 與過(guò)程控制器11通信的一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16、17、18、19、20、21、22和71，過(guò)程控制 器11又與數(shù)據(jù)歷史記錄12以及一個(gè)或多個(gè)用戶工作站13通信，每個(gè)用戶工作站13具有 顯示屏14。通過(guò)如此配置，控制器11向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16、17、18、19、20、21、22和71和工作 站13傳遞信號(hào)并且從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16、17、18、19、20、21、22和71和工作站13接收信號(hào)以 控制過(guò)程控制系統(tǒng)。
[0014] 更具體而言，圖1所述的版本的過(guò)程控制系統(tǒng)10的過(guò)程控制器11經(jīng)由硬線通信 連接并且經(jīng)由輸入/輸出（I/O)卡26和28連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16、17、18、19、20、21和22。 數(shù)據(jù)歷史記錄12可以是任意希望類型的數(shù)據(jù)采集單元，其具有任意希望類型的存儲(chǔ)器和 任意希望或已知的用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的軟件、硬件或固件。此外，雖然在圖1中數(shù)據(jù)歷史記錄12 被示出為獨(dú)立的設(shè)備，但是其可以改為或另外是一個(gè)工作站13或另一個(gè)計(jì)算設(shè)備（如服務(wù) 器）的一部分?？刂破?1可以例如是由Emerson Process Management銷售的DeltaV?控 制器，其經(jīng)由可以例如是以太網(wǎng)連接的通信網(wǎng)絡(luò)29可通信地連接到工作站13和數(shù)據(jù)歷史 記錄12。
[0015] 如上所述，控制器11被示出為使用硬線通信方案可通信地連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、 16、17、18、19、20、21和22,其中，該硬線通信方案可以包括使用用于實(shí)現(xiàn)硬線通信（包括例 如標(biāo)準(zhǔn)4-20mA通信和/或使用任意智能通信協(xié)議如FOUNDATION?現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié) 議、HART?:通信協(xié)議等等的任意通信）的任意希望的硬件、軟件和/或固件?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 15、16、17、18、19、20、21和22可以是任意類型的設(shè)備，如傳感器、控制閥組件、發(fā)射器、定位 器等等，而I/O卡26和28可以是符合任意希望的通信或控制器協(xié)議的任意類型的I/O設(shè) 備。在圖1所示的實(shí)施方式中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16、17、18是通過(guò)到I/O卡26的模擬線路進(jìn)行 通信的標(biāo)準(zhǔn)4-20mA設(shè)備，而數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備19、20、21和22可以是智能設(shè)備，如HART?通 信設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其使用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議通信通過(guò)到I/O卡28的數(shù)字總線進(jìn)行通 信。當(dāng)然，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16、17、18、19、20、21和22可以符合任意其他希望的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，包 括在未來(lái)開(kāi)發(fā)的任意標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議。
[0016] 另外，圖1中描述的過(guò)程控制系統(tǒng)10包括設(shè)置在將要控制的工廠中的大量無(wú)線現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備60、61、62、63、64和71?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備60、61、62、63、64被描述為發(fā)射器（例如過(guò)程變 量傳感器），而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備71被描述為控制閥組件，其包括例如控制閥和致動(dòng)器?？梢允褂?任意希望的無(wú)線通信設(shè)備（包括硬件、軟件、固件或現(xiàn)在已知的或以后開(kāi)發(fā)的硬件、軟件、 固件的任意組合）在控制器11與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備60、61、62、63、64和71之間建立無(wú)線通信。在 圖1所示的版本中，天線65耦接到發(fā)射器60并且專用于執(zhí)行發(fā)射器60的無(wú)線通信，而具 有天線67的無(wú)線路由器或其他模塊66被耦接為集中地處理發(fā)射器61、62、63和64的無(wú)線 通信。類似地，天線72耦接到控制閥組件71以執(zhí)行控制閥組件71的無(wú)線通信?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 或相關(guān)硬件60、61、62、63、64、66和71可以實(shí)現(xiàn)由合適的無(wú)線通信協(xié)議使用的協(xié)議棧操作 以經(jīng)由天線65、67和72接收、解碼、路由、編碼以及發(fā)送無(wú)線信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制器11與 發(fā)射器60、61、62、63、64與控制閥組件71之間的無(wú)線通信。
[0017] 如果需要的話，則發(fā)射器60、61、62、63、64可以構(gòu)成各種過(guò)程傳感器（發(fā)射器）與 過(guò)程控制器11之間的專門(mén)鏈路，并且這樣的話，依賴于發(fā)射器60、61、62、63、64發(fā)送準(zhǔn)確的 信號(hào)到控制器11，以確保不危及過(guò)程性能。通常被稱為過(guò)程變量發(fā)射器（PVT)的發(fā)射器60、 61、62、63、64因此可以在總體控制過(guò)程的控制中扮演重要的角色。另外，作為控制閥組件 71的控制操作的一部分，控制閥組件71可以提供由控制閥組件71內(nèi)部的傳感器完成的測(cè) 量值或者可以提供由控制閥組件71生成或計(jì)算的其他數(shù)據(jù)給控制器11。當(dāng)然，如已知的， 控制閥組件71還可以接收來(lái)自控制器11的控制信號(hào)，以影響總體過(guò)程中的物理參數(shù)，例如 流量。
[0018] 過(guò)程控制器11耦接到一個(gè)或多個(gè)I/O設(shè)備73和74, I/O設(shè)備73和74中的每一 個(gè)連接到相應(yīng)的天線75和76,并且這些I/O設(shè)備和天線73、74、75、76作為發(fā)射器/接收器 來(lái)操作以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行與無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備61、62、63、64和71的無(wú)線通 信?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)已知無(wú)線通信協(xié)議，例如無(wú)線HART?協(xié)議、Ember協(xié)議、WiFi協(xié) 議、IEEE無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)等等執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（例如發(fā)射器60、61、62、63、64和控制閥組件71)之間 的無(wú)線通信。此外，I/O設(shè)備73和74可以實(shí)施由這些通信協(xié)議使用的協(xié)議棧操作以經(jīng)由 天線75和77接收、解碼、路由、編碼以及發(fā)送無(wú)線信號(hào)，以實(shí)施控制器11與發(fā)射器60、61、 62、63、64與控制閥組件71之間的無(wú)線通信。
[0019] 如圖1中所示的，控制器11通常包括處理器77，其實(shí)施或監(jiān)管存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器78中 的一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制例程（或它的任意模塊、塊或字例程）。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器78中的過(guò)程 控制例程可以包括或者與在過(guò)程工廠中實(shí)現(xiàn)的控制環(huán)路相關(guān)。整體而言并且通常已知，過(guò) 程控制器11執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)控制例程并且與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16、17、18、19、20、21、22、60、61、 62、63、64和71、用戶工作站13以及數(shù)據(jù)歷史記錄12通信，以用任意希望的方式控制過(guò)程。 另外，圖1中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備18、22和71中的每一個(gè)被描述為控制閥組件，其可以包括根據(jù)本 文公開(kāi)的原理構(gòu)造的智能控制閥致動(dòng)器，以用于與過(guò)程控制器11進(jìn)行通信，以助于監(jiān)視致 動(dòng)器的健康性和完整性。
[0020] 現(xiàn)在參考圖2,為了便于描述，圖1中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備71被顯示為控制閥組件100,其 包括根據(jù)本文的公開(kāi)構(gòu)造的控制閥102和智能致動(dòng)器104。控制閥102可以包括滑動(dòng)閥桿 型控制閥，其包括球形閥體106和控制元件108,控制元件108被設(shè)置為在閥體106中位移 以控制經(jīng)過(guò)那里的流體的流動(dòng)。閥體106可以限定入口 110、出口 112和在入口 110和出 口 112之間延伸的流體流動(dòng)路徑114?？刂圃?08可以包括連接到閥桿118的閥塞116。 閥桿118經(jīng)過(guò)閥帽120延伸到閥體106外部以便耦接到致動(dòng)器104,使得致動(dòng)器104可以調(diào) 整控制元件108的位置，更具體而言調(diào)整閥塞116相對(duì)于流動(dòng)路徑114的位置，以調(diào)整經(jīng)過(guò) 控制閥102的流體的流量。
[0021] 在圖2中，致動(dòng)器104包括致動(dòng)器主體122、致動(dòng)器殼體124和定位組件126。致 動(dòng)器主體122通常是中空結(jié)構(gòu)，其如圖所示提供對(duì)定位組件126的至少一部分的導(dǎo)向、支撐 和保護(hù)。致動(dòng)器殼體124包括利用多個(gè)固定件134固定在一起以限定內(nèi)部致動(dòng)器腔體132 的上膜片殼體組件128和下膜片殼體組件130。定位組件126包括膜片組件136、致動(dòng)器桿 138和偏置設(shè)備140。膜片組件136設(shè)置在致動(dòng)器腔體132中并且包括膜片142和膜片板 144。膜片板144通常是剛性盤(pán)形組件并且膜片142包括常規(guī)薄膜型膜片，其中央部分與膜 片板144接合。膜片142還包括縛在上膜片殼體組件128和下膜片殼體組件130之間的 外圍部分，使得膜片142將致動(dòng)器腔體132分割成上密封腔體部分146和下密封腔體部分 148。致動(dòng)器桿138包括固定到膜片板144的第一端部138a和經(jīng)由耦接軛或一些其他合適 的關(guān)節(jié)可操作地耦接到控制閥102的閥桿118的第二端部138b。最后，圖2中所示的致動(dòng) 器104的偏置設(shè)備140包括設(shè)置在膜片組件136和在低于膜片組件136的位置處由致動(dòng)器 主體122承載的彈簧座150之間的壓縮圈狀彈簧。通過(guò)如此配置，偏置設(shè)備140在相對(duì)于 圖2中的致動(dòng)器104向上的方向中并且遠(yuǎn)離彈簧座150自然地偏置膜片組件136。在另一 個(gè)配置中，當(dāng)偏置設(shè)備傾向于保持閥閉合時(shí)，類似的致動(dòng)器可以使該運(yùn)動(dòng)顛倒，并且氣動(dòng)信 號(hào)使得膜片組件朝向打開(kāi)閥芯而移動(dòng)。
[0022] 通過(guò)如上所述那樣配置圖2的控制閥組件100,基于膜片的致動(dòng)器104用于相對(duì)于 流動(dòng)路徑114定位控制閥102的閥塞116,以滿足希望的過(guò)程控制參數(shù)。例如，如上所述，致 動(dòng)器104的偏置設(shè)備140相對(duì)于圖2的方向向上自然地偏置膜片組件136,該動(dòng)作轉(zhuǎn)換成控 制閥102的控制元件108朝向打開(kāi)位置的向上移動(dòng)。為了朝向關(guān)閉位置向下移動(dòng)控制元件 108,可以將氣動(dòng)信號(hào)提供給致動(dòng)器腔體132的上腔體部分146,以增加上腔體部分146中 的壓強(qiáng)。該壓強(qiáng)增加被膜片142感測(cè)到并且最終克服由偏置設(shè)備140施加的力，從而沿向 下方向移動(dòng)膜片組件136、致動(dòng)器桿138和控制元件108。當(dāng)提供給上腔體部分146的氣動(dòng) 信號(hào)降低和/或消除時(shí)，偏置設(shè)備140可能相對(duì)于圖2的方向向上擴(kuò)張并且推動(dòng)膜片組件 136、致動(dòng)器桿138和控制元件108。
[0023] 對(duì)于致動(dòng)器104的每個(gè)循環(huán)，如上所述，膜片142在不同的壓強(qiáng)之下擴(kuò)張、收縮和 變形，并且動(dòng)態(tài)力出現(xiàn)在致動(dòng)器104中。另外，取決于致動(dòng)器104進(jìn)行操作的環(huán)境，致動(dòng)器 腔體132中的溫度增加、降低和/或改變能夠不利地影響膜片142的完整性。此外，控制閥 102的控制元件108還暴露于流經(jīng)流動(dòng)路徑114的流體中存在的不同的動(dòng)態(tài)力。這些力傳 輸?shù)街聞?dòng)器桿138,因而導(dǎo)致直接在致動(dòng)器桿138上以及在包括膜片板144的膜片組件136 上的不同的振動(dòng)應(yīng)力。這些振動(dòng)可以指示在閥體內(nèi)部的閥芯組件的磨損或損壞。此外，在 控制閥組件100的整個(gè)操作壽命期間，流經(jīng)控制閥102的各種流體壓強(qiáng)造成直接在控制閥 體106上的振動(dòng)和應(yīng)力，該振動(dòng)和應(yīng)力又被傳輸?shù)介y帽120、致動(dòng)器主體122和致動(dòng)器殼體 124。在致動(dòng)器104的不同的組件上的這些不同的振動(dòng)和應(yīng)力可能最終導(dǎo)致組件故障，例如 膜片142的分裂、破裂和層離，膜片板144的折斷或破裂，致動(dòng)器桿138的折斷或破裂，致動(dòng) 器主體122的折斷或破裂和/或致動(dòng)器殼體124的折斷或破裂。這些故障中的任意一個(gè) 可能要求整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)停工以便執(zhí)行關(guān)于損壞的設(shè)備的維護(hù)，這是高成本并且耗時(shí)間 的。
[0024] 為了監(jiān)視這些潛在的故障，圖2的控制閥組件100的智能致動(dòng)器104包括智能監(jiān) 視系統(tǒng)200。智能監(jiān)視系統(tǒng)200包括可以設(shè)置在致動(dòng)器104上機(jī)載的或者致動(dòng)器104的遠(yuǎn) 程的控制器202以及以下傳感器中的一個(gè)或多個(gè)：（a)安裝在致動(dòng)器桿138上的第一振動(dòng) 傳感器204、（b)安裝在致動(dòng)器主體122上優(yōu)選地靠近致動(dòng)器重心（CG)的第二振動(dòng)傳感器 206、（c)安裝在致動(dòng)器殼體124上用于檢測(cè)致動(dòng)器腔體132中的溫度的溫度傳感器208、 (d)安裝在膜片板144上的第一聲音發(fā)射傳感器210和/或（e)安裝在致動(dòng)器殼體124上 與膜片142相鄰或在膜片自身中一體的第二聲音發(fā)射傳感器212。在一些版本中，一個(gè)或多 個(gè)傳感器204、206、208、210、212可以經(jīng)由無(wú)線通信協(xié)議或經(jīng)由有線通信線路與控制器202 通信。在一些版本中，振動(dòng)傳感器204、206中的每一個(gè)可以包括加速計(jì)，如PCB模型353815 型加速計(jì)，其可從PCB Piezotronics公司購(gòu)買。在一些版本中，溫度傳感器208可以包括 由Fluke公司制造的RTD或K型熱電偶。在一些版本中，聲音發(fā)射傳感器210、212可以包 括由Vallen Systeme GmbH制造的VS150-RIC型傳感器。在一些版本中，其他傳感器也可用 于前述任意一個(gè)。
[0025] 如上所述，圖2中的致動(dòng)器104的所述版本包括前述傳感器204、206、208、210、212 中的每一個(gè)，但是這僅僅是舉例而言。根據(jù)本文公開(kāi)的原理構(gòu)造的智能致動(dòng)器104可以以 不同的組合包括傳感器204、206、208、210、212中的任意一個(gè)或多個(gè)。此外，根據(jù)本文公開(kāi) 的原理構(gòu)造的智能致動(dòng)器104的其他版本還可以包括除了這里具體提及的那些傳感器之 外的傳感器。例如，在另一個(gè)版本中，致動(dòng)器104的智能監(jiān)視系統(tǒng)200可以包括用于監(jiān)視致 動(dòng)器殼體124中的液體壓強(qiáng)的一個(gè)或多個(gè)壓強(qiáng)傳感器，安裝在致動(dòng)器桿138、偏置設(shè)備140、 膜片142、膜片板144和致動(dòng)器主體中的任意一個(gè)或多個(gè)上的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變計(jì)，或者在本 文公開(kāi)的范圍和目標(biāo)中能夠獲得關(guān)于致動(dòng)器104的任意一個(gè)或多個(gè)組件的健康性和/或完 整性的有意義的信息的任意其他類型的傳感器。
[0026] 參考圖3,本文公開(kāi)的智能致動(dòng)器104的控制器202被示意性地顯示為方框圖。控 制器202可以包括處理器214、存儲(chǔ)器216、電源218和通信接口 220。處理器214可以包括 常規(guī)的中央處理器（CPU)，其包括能夠執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序和相關(guān)邏輯的電子電路。存儲(chǔ)器216 可以包括常規(guī)的電子存儲(chǔ)設(shè)備，其包括用于結(jié)合處理器214來(lái)操作以實(shí)現(xiàn)希望的智能致動(dòng) 器104的機(jī)載處理的RAM和/或ROM。在一個(gè)版本中，電源218可以例如包括電池，使得控 制器202和整個(gè)智能監(jiān)視系統(tǒng)200是獨(dú)立供電的。在其他版本中，在可獲得的情況下，電源 218可以例如不包括電池電源而是改為可以包括硬線電線。在其他版本中，電源218可以包 括燃料電池、太陽(yáng)能板、風(fēng)力渦輪或能夠生成并且/或者供應(yīng)電能給控制器202和智能監(jiān)視 系統(tǒng)200的其他組件的任意其他設(shè)備。通信接口 220可以包括無(wú)線接口如無(wú)線天線、有線 接口如網(wǎng)絡(luò)端口、或能夠與智能致動(dòng)器104的一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、210、212并 且與上文關(guān)于圖1所討論的總體過(guò)程控制系統(tǒng)10的過(guò)程控制器11通信的任意其他類型的 接口。
[0027] 通過(guò)如上所述地配置控制器202,通信接口 220可以直接從一個(gè)或多個(gè)傳感器 204、206、208、210、212獲得關(guān)于致動(dòng)器104的各種環(huán)境條件的信息。處理器214可以在智 能致動(dòng)器104上直接機(jī)載地處理該信息，以確定致動(dòng)器104的健康性和完整性的當(dāng)前狀態(tài)。 并且，基于該處理的結(jié)果，控制器202可以取決于具體的應(yīng)用，以合適的方式與過(guò)程控制器 11通信。
[0028] 例如，現(xiàn)在參考圖4,將描述根據(jù)本文公開(kāi)的原理構(gòu)造的處理方法的一個(gè)實(shí)例。圖 4中的方框300表不啟動(dòng)，在啟動(dòng)之后，本文公開(kāi)的智能致動(dòng)器104在被安裝到過(guò)程控制系 統(tǒng)環(huán)境中的現(xiàn)場(chǎng)中之后開(kāi)始被供電。在通電之后，在方框302處校準(zhǔn)智能致動(dòng)器104。在 校準(zhǔn)期間，允許智能致動(dòng)器104在過(guò)程控制系統(tǒng)的正常操作條件之下操作預(yù)先確定的時(shí)間 段，例如1小時(shí)、12小時(shí)、48小時(shí)等等。在該時(shí)間中，假設(shè)過(guò)程控制環(huán)境操作在穩(wěn)定的條件 之下并且致動(dòng)器104的各個(gè)組件是完全健康的，因而致動(dòng)器104在無(wú)任何故障擔(dān)憂的情況 下操作。隨著致動(dòng)器104操作，控制器202監(jiān)視致動(dòng)器104上的一個(gè)或多個(gè)傳感器204、 206、208、210、212,以建立系統(tǒng)正常的"操作參數(shù)或正常范圍"的集合，即用于所包括的傳感 器204、206、208、210、212中的每一個(gè)的一個(gè)操作參數(shù)或范圍。這些操作參數(shù)表示在特定過(guò) 程控制系統(tǒng)環(huán)境中在致動(dòng)器104的正常健康操作期間由一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、 210、212測(cè)量的值。該操作參數(shù)然后被存儲(chǔ)在控制器202的存儲(chǔ)器216中。可以用任意多 種方式得到操作參數(shù)。在一個(gè)版本中，可以例如通過(guò)對(duì)由每個(gè)傳感器204、206、208、210、212 獲得的測(cè)量值在校準(zhǔn)周期的時(shí)長(zhǎng)上求平均來(lái)獲得操作參數(shù)。在另一個(gè)版本中，可以通過(guò)對(duì) 由每個(gè)傳感器204、206、208、210、212獲得的測(cè)量值在校準(zhǔn)周期的時(shí)長(zhǎng)上取中值或者通過(guò) 任意其他數(shù)學(xué)或其他方法來(lái)獲得操作參數(shù)。
[0029] 在完成校準(zhǔn)周期之后，智能致動(dòng)器104轉(zhuǎn)變到正常操作模式。即，如圖4中的方框 304和306所示，一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、210、212開(kāi)始根據(jù)預(yù)先建立的正常操作例 程取得測(cè)量參數(shù)（方框304)，并且將那些測(cè)量參數(shù)發(fā)送（方框306)到控制器202以用于 處理。正常操作例程可以包括該一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、210、212通常連續(xù)地或間 歇性地（例如每5分鐘、每1小時(shí)等等）取得并且發(fā)射測(cè)量參數(shù)。在致動(dòng)器104依賴于電 池作為電源208的版本中，可能希望為了節(jié)約電池壽命起見(jiàn)間歇性地取得并且發(fā)射測(cè)量參 數(shù)，但是這當(dāng)然不是必須的。
[0030] 在測(cè)量參數(shù)發(fā)送到控制器202之后，控制器202可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，如方 框308所指示的。這個(gè)步驟可以包括取決于該過(guò)程的屬性將測(cè)量參數(shù)存儲(chǔ)在RAM和/或 ROM 中。
[0031] 接下來(lái)，如方框310所指示的，控制器204的處理器214將測(cè)量參數(shù)與以前在方框 302處的校準(zhǔn)期間采集并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器216中的操作參數(shù)進(jìn)行比較。在方框310處，對(duì)于 包括在智能致動(dòng)器104中的傳感器204、206、208、210、212中的每一個(gè)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立 的比較。例如，對(duì)于振動(dòng)傳感器204、206,處理器214可以比較振動(dòng)加速度、方向、頻率、時(shí) 長(zhǎng)、大小等等。對(duì)于溫度傳感器208,處理器214可以比較溫度大小、持續(xù)時(shí)間、波動(dòng)等等。 對(duì)于聲音發(fā)射傳感器210、212,處理器214可以比較聲音頻率、幅度、時(shí)長(zhǎng)、能量等等。基于 這些比較，處理器214確定每個(gè)測(cè)量參數(shù)是否相對(duì)于在校準(zhǔn)期間采集的對(duì)應(yīng)的操作參數(shù)處 于可接受的偏差標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。
[0032] 如果確定所有測(cè)量參數(shù)均處于對(duì)應(yīng)的可接受的偏差標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，則過(guò)程返回到方框 304,如圖4中所指示的。但是如果一個(gè)或多個(gè)測(cè)量參數(shù)落在對(duì)應(yīng)的可接受偏差標(biāo)準(zhǔn)之外， 則過(guò)程前進(jìn)到圖4中的方框312和314。
[0033] 在方框312處，處理器214基于在方框310處執(zhí)行的處理，構(gòu)造將要被發(fā)送到過(guò)程 控制系統(tǒng)10的過(guò)程控制器11的消息。例如基于所執(zhí)行的比較，處理器214可以標(biāo)識(shí)已獲 得了在可接受偏差標(biāo)準(zhǔn)之外的測(cè)量參數(shù)的具體傳感器204、206、208、210、212。處理器214 可以將這一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、210、212標(biāo)識(shí)為指示出現(xiàn)預(yù)定的條件，這可以被 稱為例如"警報(bào)條件"。因此，在一些版本中，處理器214可以在方框312處構(gòu)成這樣一種消 息，其中，該消息包括報(bào)告了出現(xiàn)"警報(bào)條件"的一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、210、212 的列表。在生成該消息之后，處理器214在方框314處經(jīng)由通信接口 220將該消息發(fā)送到 過(guò)程控制器11，并且還可以基于該警報(bào)提供推薦動(dòng)作。過(guò)程控制器11然后可以將該消息發(fā) 送到一個(gè)或多個(gè)用戶工作站13,在用戶工作站13處該消息可以出現(xiàn)在顯示器設(shè)備14上，以 供合適的操作人員考慮。操作人員然后可以響應(yīng)于接收的消息，確定要采取的最好的一串 動(dòng)作。在一些版本中，方框304處的消息發(fā)送不中斷圖4的方法，因此過(guò)程返回到方框304 以便進(jìn)一步操作。在其他版本中，在方框314處的消息發(fā)送可以作為停止或修改進(jìn)一步的 操作的觸發(fā)事件。
[0034] 如上所述的，在方框312處生成的消息可能是相對(duì)簡(jiǎn)單的，即報(bào)告了出現(xiàn)"警報(bào)條 件"的一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、210、212的簡(jiǎn)單標(biāo)識(shí)。在其他版本中，該消息可以包 括附加的信息，例如致動(dòng)器名稱、型號(hào)和/或其他標(biāo)識(shí)信息、基于GPS信息或一些其他地理 空間坐標(biāo)系統(tǒng)的致動(dòng)器位置，或者通常與致動(dòng)器相關(guān)的其他信息。此外，在一些版本中，基 于測(cè)量參數(shù)的具體值，處理器214還可以將預(yù)測(cè)的健康性信息包括在該消息中。即，處理器 214可以基于測(cè)量參數(shù)在可接受偏差標(biāo)準(zhǔn)之外的程度，向包括在該消息中的每個(gè)傳感器指 定級(jí)別符號(hào)。例如，對(duì)于報(bào)告了測(cè)量參數(shù)僅僅稍微在對(duì)應(yīng)的偏差標(biāo)準(zhǔn)之外的傳感器，該消息 可以在傳感器的標(biāo)識(shí)附近包括黃色三角形。并且對(duì)于報(bào)告了測(cè)量參數(shù)顯著在偏差標(biāo)準(zhǔn)之外 的傳感器，該消息可以在傳感器的標(biāo)識(shí)附近包括紅色八角形。如上所述，其他級(jí)別符號(hào)（包 括級(jí)別術(shù)語(yǔ)）也包括在本文公開(kāi)的范圍中，并且彩色幾何形狀的使用僅僅是一個(gè)可能的實(shí) 例。不管其是如何給出的，該附加信息可以助于操作人員評(píng)估所檢測(cè)的"警報(bào)條件"的嚴(yán)重 性和/或緊急性。
[0035] 到此為止，圖4的方法被描述為基于與在致動(dòng)器104在現(xiàn)場(chǎng)中的正常操作期間 (即在方框302處的校準(zhǔn)期間）采集的操作參數(shù)的比較來(lái)評(píng)估智能致動(dòng)器104的健康性和 完整性。該方法的其他版本還可以包括與其他信息的比較。
[0036] 例如，圖5提供了基于在現(xiàn)場(chǎng)安裝之前存儲(chǔ)在控制器202的存儲(chǔ)器216中并且用 于指示"警報(bào)條件"的出現(xiàn)的預(yù)先確定的"事件參數(shù)"的可替換的處理方法的流程圖。該事 件參數(shù)可以例如包括通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試或歷史數(shù)據(jù)分析得出的參數(shù)，并且可以完全取決于致 動(dòng)器104將使用的具體現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。例如，一個(gè)事件參數(shù)可以是已知當(dāng)膜片142經(jīng)歷撕裂時(shí) 與致動(dòng)器104的膜片142所發(fā)出的聲音特別相關(guān)的特定聲音頻率。另一個(gè)事件參數(shù)可以是 致動(dòng)器腔體132中的特定溫度，其中，已知在該溫度處或該溫度之上膜片142將經(jīng)歷嚴(yán)重的 結(jié)構(gòu)惡化。另一個(gè)事件參數(shù)可以是在致動(dòng)器桿138或致動(dòng)器主體122上感測(cè)的振動(dòng)的特定 大小、方向、時(shí)長(zhǎng)或頻率，已知在這些參數(shù)處或之上致動(dòng)器桿138或致動(dòng)器主體122具有結(jié) 構(gòu)異常，例如破裂或折斷。
[0037] 因此，參考圖5,在致動(dòng)器104安裝到過(guò)程控制系統(tǒng)10中之后，在方框400處致動(dòng) 器104被加電以便啟動(dòng)。在方框402和404處，一個(gè)或多個(gè)傳感器204、206、208、210、212 開(kāi)始采集測(cè)量參數(shù)并發(fā)射這些測(cè)量參數(shù)到控制器202。在方框406處，控制器在存儲(chǔ)器216 中存儲(chǔ)測(cè)量參數(shù)。與上文關(guān)于圖4的方法所描述的類似，圖5的方法的一個(gè)或多個(gè)傳感器 204、206、208、210、212可以根據(jù)任意給定的過(guò)程和系統(tǒng)要求按照希望連續(xù)地或間歇性地采 集測(cè)量參數(shù)。在測(cè)量參數(shù)發(fā)送到控制器202之后，在方框408處處理器214將測(cè)量參數(shù)與 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器216中的對(duì)應(yīng)的事件參數(shù)進(jìn)行比較。如果處理器214確定所有測(cè)量參數(shù)都 沒(méi)有匹配事件參數(shù)，即它們相對(duì)于該事件參數(shù)在預(yù)定的偏差標(biāo)準(zhǔn)之外，則該方法回到方框 402。然而，如果處理器214確定一個(gè)或多個(gè)測(cè)量參數(shù)確實(shí)匹配一個(gè)或多個(gè)事件參數(shù)，即一 個(gè)或多個(gè)測(cè)量參數(shù)相對(duì)于對(duì)應(yīng)的事件參數(shù)在預(yù)先確定的偏差標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，則該方法回到方框 410 和 412。
[0038] 在方框410處，處理器214構(gòu)造將要在方框412處被發(fā)送到過(guò)程控制器11的消 息。與上文關(guān)于圖4所討論的類似，在方框410處構(gòu)造的消息可以包括各種信息，包括致動(dòng) 器104的名稱、型號(hào)、位置等等。此外，該消息可以包括用于標(biāo)識(shí)已報(bào)告了與事件參數(shù)匹配 的測(cè)量參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)傳感器的信息。此外，該消息可以包括與特別匹配的事件參數(shù)相 關(guān)聯(lián)的信息并且提供推薦動(dòng)作。例如，如果處理器214確定聲音發(fā)射傳感器210、212中的 一個(gè)聲音發(fā)射傳感器已經(jīng)報(bào)告了與和膜片撕裂或?qū)与x相關(guān)聯(lián)的頻率和幅度相匹配的頻率 和幅度，則該消息可以包括該膜片可能需要修復(fù)或替換的指示。此外，基于匹配的一個(gè)或多 個(gè)特定事件參數(shù)，可以由處理器214基于歷史數(shù)據(jù)分析來(lái)構(gòu)造該消息以指示膜片142或其 他致動(dòng)器組件的剩余使用壽命的估計(jì)時(shí)長(zhǎng)。例如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)試，趨勢(shì)數(shù)據(jù)可以被采 集并且存儲(chǔ)在控制器202的存儲(chǔ)器216上，其中，該趨勢(shì)數(shù)據(jù)可以指示膜片142例如隨著時(shí) 間的聲音發(fā)射，因?yàn)槟て?42最初通過(guò)災(zāi)難性的故障例示了撕裂或?qū)与x的跡象。該趨勢(shì)數(shù) 據(jù)可以包括例如由膜片142發(fā)射的聲音測(cè)量的穩(wěn)定的增加或減小的范圍。因此，通過(guò)監(jiān)視 來(lái)自一個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射傳感器210、212的多個(gè)順序的讀數(shù)，處理器214可以確定膜片142 當(dāng)前位于趨勢(shì)數(shù)據(jù)范圍中的哪里?；谠撟x數(shù)前進(jìn)經(jīng)過(guò)趨勢(shì)讀數(shù)范圍的速度，處理器214 可以估計(jì)膜片142在經(jīng)歷災(zāi)難性的故障之前還能操作多久。
[0039] 雖然前文的討論關(guān)注于基于由一個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射傳感器210、212取得的測(cè)量 來(lái)在方框410處定制關(guān)于膜片142的健康性和完整性的消息，但是這僅僅是一個(gè)實(shí)例。也 就是說(shuō)，可以基于任意傳感器測(cè)量值對(duì)于任意致動(dòng)器組件構(gòu)造包括類似的信息的類似的消 息。即，可以基于來(lái)自溫度傳感器208和/或振動(dòng)傳感器204、206的測(cè)量值，對(duì)于膜片142、 致動(dòng)器桿138、致動(dòng)器主體122或任意其他組件的健康性和完整性，類似地構(gòu)造關(guān)于剩余使 用壽命和/或特定維護(hù)操作的自定義消息。
[0040] 并且，雖然圖4和圖5的比較方法被描述為是獨(dú)立地執(zhí)行的，但是在另一個(gè)版本 中，這兩個(gè)方法可以組合。即，本文公開(kāi)的智能致動(dòng)器104的處理器214可以包括如關(guān)于圖 4所描述的、基于與現(xiàn)場(chǎng)中采集的正常操作參數(shù)的比較以及如關(guān)于圖5所述的、基于與從實(shí) 驗(yàn)室測(cè)試和/或歷史數(shù)據(jù)采集的預(yù)先確定的、預(yù)先定義的事件參數(shù)的比較來(lái)評(píng)估健康性和 完整性的能力。
[0041] 如上文關(guān)于圖2所述的，本文公開(kāi)的智能致動(dòng)器104的一個(gè)版本包括用于影響致 動(dòng)器桿138和任意耦接的控制閥桿118的移動(dòng)的彈簧和膜片致動(dòng)器組件136。但是，本文 公開(kāi)不限于基于膜片的致動(dòng)器。例如圖6描述了本文公開(kāi)的智能致動(dòng)器104的另一個(gè)版 本，其包括基于氣動(dòng)活塞的致動(dòng)器。即，致動(dòng)器104包括致動(dòng)器主體122、致動(dòng)器殼體124、 活塞組件126、致動(dòng)器桿138,并且可以包括或不包括偏置設(shè)備140如圈狀彈簧。致動(dòng)器殼 體124限定致動(dòng)器腔體132,其中，活塞組件126設(shè)置在致動(dòng)器腔體132中以用于影響致動(dòng) 器桿138的移動(dòng)。雖然在圖6中未顯示，但是致動(dòng)器桿138被適配為可操作地耦接到控制 閥（如圖2中所述的控制閥）的閥桿?；钊M件126包括連接到致動(dòng)器桿138的活塞125。 活塞125包括設(shè)置在其周邊邊緣附近并且與致動(dòng)器腔體132密封接合的密封件127,如圖 所示。這樣，活塞125將致動(dòng)器腔體132分割成彼此密封的上腔體部分146和下腔體部分 148。圖6的致動(dòng)器104版本的偏置設(shè)備140可以包括一對(duì)圈狀彈簧151、153,其關(guān)于致動(dòng) 器桿138設(shè)置在致動(dòng)器腔體132的上腔體部分146中并且與活塞125的頂面接合。
[0042] 通過(guò)如此配置，偏置設(shè)備140相對(duì)于圖6的方向向下偏置活塞125。同樣如本文 所述的，致動(dòng)器殼體124包括通過(guò)致動(dòng)器腔體132的上腔體部分146的第一流體端口 149， 并且，雖然未顯示，但是致動(dòng)器殼體124可以包括位于致動(dòng)器腔體132的下腔體部分148中 的第二流體端口。通過(guò)如此配置，在操作期間，流體可以通過(guò)第二流體端口引入并且進(jìn)入致 動(dòng)器腔體132的下腔體部分148以增加活塞125下面的流體壓強(qiáng)，并且迫使活塞125對(duì)抗 偏置設(shè)備140的推動(dòng)而移動(dòng)。在該情況中，第一流體端口 149可以作為被動(dòng)排放端口，因而 致動(dòng)器腔體132的上腔體部分146中的流體壓強(qiáng)對(duì)于致動(dòng)器的操作具有最小的影響。在雙 作用（無(wú)彈簧）活塞型致動(dòng)器的情況中，控制活塞兩端的差分壓強(qiáng)，以根據(jù)命令信號(hào)移動(dòng)閥 桿。
[0043] 仍參考圖6,致動(dòng)器104還包括與圖2的致動(dòng)器104的智能監(jiān)視系統(tǒng)200類似的 智能監(jiān)視系統(tǒng)200。具體而言，圖6的致動(dòng)器104的智能監(jiān)視系統(tǒng)200包括控制器202以 及以下傳感器中的一個(gè)或多個(gè)：（a)由致動(dòng)器桿138承載的振動(dòng)傳感器204、（b)致動(dòng)器主 體122上承載的振動(dòng)傳感器206和/或（c)由致動(dòng)器殼體124承載的用于測(cè)量致動(dòng)器腔體 132中的溫度的溫度傳感器208。圖6的致動(dòng)器104被描述為不包括一個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射 傳感器。然而，這僅僅是個(gè)實(shí)例，在另一個(gè)版本中，圖6中的致動(dòng)器104的版本可以包括一 個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射傳感器或用于測(cè)量活塞組件126和/或其他組件的不同特征的其他類型 的傳感器。通過(guò)如本文所述地配置圖6的致動(dòng)器，應(yīng)該理解，控制器202可以執(zhí)行上文關(guān)于 圖4和圖5所述的方法和過(guò)程中的任意一個(gè)，以便監(jiān)視、評(píng)估和報(bào)告總體致動(dòng)器104的健康 性和完整性。因此，這些方法不需要重復(fù)。
[0044] 基于前文，應(yīng)該明白，本文的公開(kāi)提供了用于監(jiān)視包括與本文公開(kāi)的致動(dòng)器104 的不同版本類似的具體控制閥致動(dòng)器的過(guò)程控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的健康性和完整性的獨(dú)特 的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。通過(guò)如此配置，控制系統(tǒng)操作人員可以接收關(guān)于致動(dòng)器的健康性和完 整性的實(shí)時(shí)信息，該信息然后可以用于以策略的方式計(jì)劃并且執(zhí)行維護(hù)操作和相關(guān)任務(wù)， 以降低致命的組件故障出現(xiàn)的時(shí)間、成本和次數(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于控制閥的致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括： 致動(dòng)器主體，其包括用于限定腔體的致動(dòng)器殼體； 被適配為耦接到控制閥的控制元件的致動(dòng)器桿； 設(shè)置在所述致動(dòng)器殼體的腔體中并且可操作地耦接到所述致動(dòng)器桿以用于將所述致 動(dòng)器桿偏置到預(yù)定的位置的偏置設(shè)備； 由所述致動(dòng)器主體承載并且包括存儲(chǔ)器、處理器和存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上的邏輯的控制 器； 可操作地耦接到所述控制器以用于測(cè)量所述致動(dòng)器的參數(shù)并且將測(cè)量參數(shù)發(fā)送到所 述控制器的至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器包括（a)由所述致動(dòng)器桿承載的、用于 檢測(cè)所述致動(dòng)器桿中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器，和/或（b)由所述致動(dòng)器主體承載的、用于感測(cè) 所述致動(dòng)器主體中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器。
2. 如權(quán)利要求1所述的致動(dòng)器，其中，所述至少一個(gè)傳感器進(jìn)一步包括：由所述致動(dòng)器 殼體承載的、用于檢測(cè)所述致動(dòng)器腔體中的溫度的溫度傳感器。
3. 如權(quán)利要求1到2中的任意一項(xiàng)所述的致動(dòng)器，進(jìn)一步包括：設(shè)置在所述致動(dòng)器腔 體中并且可操作地耦接在所述致動(dòng)器桿與所述偏置設(shè)備之間、用于響應(yīng)于所述致動(dòng)器腔體 中的壓強(qiáng)改變來(lái)移動(dòng)所述致動(dòng)器桿的膜片組件。
4. 如權(quán)利要求3所述的致動(dòng)器，其中，所述至少一個(gè)傳感器進(jìn)一步包括：在所述膜片組 件上安裝或者在所述膜片組件附近安裝的一個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射傳感器。
5. 如權(quán)利要求4所述的致動(dòng)器，其中，所述膜片組件包括膜片和膜片板，并且其中，所 述一個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射傳感器包括附接到所述膜片或者與所述膜片一體的第一聲音發(fā)射 傳感器和/或附接到所述膜片板的第二聲音發(fā)射傳感器。
6. 如權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的致動(dòng)器，其中，由所述處理器執(zhí)行存儲(chǔ)在所述 控制器的所述存儲(chǔ)器中的所述邏輯，以： 接收來(lái)自所述至少一個(gè)傳感器的測(cè)量參數(shù)； 處理所述測(cè)量參數(shù)以確定所述測(cè)量參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)是否指示預(yù)定的條件；并且 當(dāng)所述測(cè)量參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)指示預(yù)定的條件時(shí)，發(fā)送消息到工作站，所述消息指 示所述預(yù)定的條件的出現(xiàn)。
7. 如權(quán)利要求6所述的致動(dòng)器，其中，發(fā)送消息到工作站的步驟包括：發(fā)送用于標(biāo)識(shí)將 在所述致動(dòng)器上執(zhí)行的具體維護(hù)操作的消息。
8. 如權(quán)利要求7到8中的任意一項(xiàng)所述的致動(dòng)器，其中，發(fā)送消息到工作站的步驟包 括：發(fā)送用于標(biāo)識(shí)所述致動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)具體組件的剩余使用壽命的估計(jì)時(shí)長(zhǎng)的消息。
9. 一種過(guò)程控制系統(tǒng)，包括： 一個(gè)或多個(gè)用戶工作站； 過(guò)程控制器，其可通信地耦接到所述一個(gè)或多個(gè)用戶工作站；以及 多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其可通信地耦接到所述過(guò)程控制器，所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備包括控制閥和致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括： 致動(dòng)器主體，其包括用于限定腔體的致動(dòng)器殼體， 可操作地耦接到控制閥的控制元件的致動(dòng)器桿， 設(shè)置在所述致動(dòng)器殼體的所述腔體中并且可操作地耦接到所述致動(dòng)器桿以用于將所 述致動(dòng)器桿偏置到預(yù)先確定的位置的偏置設(shè)備，由所述致動(dòng)器主體承載并且包括存儲(chǔ)器、 處理器和存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上的邏輯的控制器，以及 可操作地耦接到所述控制器以用于測(cè)量所述致動(dòng)器的參數(shù)并且將測(cè)量參數(shù)發(fā)送到所 述控制器的至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器包括（a)由所述致動(dòng)器承載的、用于檢 測(cè)所述致動(dòng)器桿中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器，和/或（b)由所述致動(dòng)器主體承載的、用于感測(cè)所 述致動(dòng)器主體中的振動(dòng)的振動(dòng)傳感器。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)傳感器進(jìn)一步包括：由所述致動(dòng)器 殼體承載的、用于檢測(cè)所述致動(dòng)器腔體中的溫度的溫度傳感器。
11. 如權(quán)利要求9到10中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：設(shè)置在所述致動(dòng)器腔 體中并且可操作地耦接在所述致動(dòng)器桿與所述偏置設(shè)備之間、用于響應(yīng)于所述致動(dòng)器腔體 中的壓強(qiáng)改變來(lái)移動(dòng)所述致動(dòng)器桿的膜片組件。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)傳感器進(jìn)一步包括在所述膜片組 件上安裝或者在所述膜片組件附近安裝的一個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射傳感器。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述膜片組件包括膜片和膜片板，并且其中，所 述一個(gè)或多個(gè)聲音發(fā)射傳感器包括附接到所述膜片或者與所述膜片一體的第一聲音發(fā)射 傳感器和/或附接到所述膜片板的第二聲音發(fā)射傳感器。
14. 如權(quán)利要求9到13中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，由所述處理器執(zhí)行存儲(chǔ)在所述 控制器的所述存儲(chǔ)器中的所述邏輯，以： 接收來(lái)自所述至少一個(gè)傳感器的測(cè)量參數(shù)； 處理所述測(cè)量參數(shù)以確定所述測(cè)量參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)是否指示預(yù)定的條件；并且 當(dāng)所述測(cè)量參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)指示預(yù)定的條件時(shí)，發(fā)送消息到所述一個(gè)或多個(gè)工作 站，所述消息指示所述預(yù)定的條件的出現(xiàn)。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，發(fā)送消息到所述一個(gè)或多個(gè)工作站的步驟包括： 發(fā)送用于標(biāo)識(shí)將在所述致動(dòng)器上執(zhí)行的具體維護(hù)操作的消息。
16. 如權(quán)利要求14到15中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，發(fā)送消息到所述一個(gè)或多個(gè) 工作站的步驟包括：發(fā)送用于標(biāo)識(shí)所述致動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)具體組件的剩余使用壽命的估 計(jì)時(shí)長(zhǎng)的消息。
17. 如權(quán)利要求9到16中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)工作站包括以 下設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)：個(gè)人計(jì)算機(jī)、膝上計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、智能電話或?qū)ず魴C(jī)。
18. -種用于監(jiān)視控制閥致動(dòng)器的操作健康性和完整性的方法，所述方法包括： 測(cè)量所述致動(dòng)器的操作環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包括：(a) 所述致動(dòng)器的致動(dòng)器殼體的腔體中的溫度、（b)由所述致動(dòng)器的致動(dòng)器桿承載的振動(dòng)、（c) 由所述致動(dòng)器的致動(dòng)器主體承載的振動(dòng)和/或（d)所述致動(dòng)器的聲音發(fā)射參數(shù)； 在安裝在所述致動(dòng)器上的控制器處接收所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)； 利用所述控制器處理所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)以確定所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是否指示預(yù)定 的條件的出現(xiàn)；并且 當(dāng)所述控制器確定所檢測(cè)的參數(shù)指示預(yù)定的條件的出現(xiàn)時(shí)，利用所述控制器發(fā)送消息 到用戶工作站，所述消息指示所述預(yù)先確定的條件的出現(xiàn)。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，處理所述測(cè)量參數(shù)的步驟包括：將所述參數(shù)與在 所述控制器的存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)的一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)的操作參數(shù)進(jìn)行比較。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，當(dāng)所述參數(shù)位于與所述操作參數(shù)的可接受偏離 標(biāo)準(zhǔn)之外時(shí)，所述控制器發(fā)送所述消息到所述用戶工作站。
21. 如權(quán)利要求19到20中的任意一項(xiàng)所述的方法，還包括：在所述致動(dòng)器的啟動(dòng)之 后，通過(guò)采集并且存儲(chǔ)所述一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)來(lái)校準(zhǔn)所述控制器。
22. 如權(quán)利要求18到21中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，處理所述測(cè)量參數(shù)包括將所 述測(cè)量參數(shù)與在所述控制器的存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)的一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)的事件參數(shù)進(jìn)行比較。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，當(dāng)所述測(cè)量參數(shù)匹配所述一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)的事 件參數(shù)時(shí)，所述控制器發(fā)送所述消息到所述用戶工作站。
24. 如權(quán)利要求18到23中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，發(fā)送消息到用戶工作站包括 發(fā)送用于標(biāo)識(shí)要對(duì)所述致動(dòng)器執(zhí)行的具體維護(hù)操作的消息。
25. 如權(quán)利要求18到24中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，發(fā)送消息到工作站包括發(fā)送 用于標(biāo)識(shí)所述致動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)具體組件的剩余使用壽命的估計(jì)時(shí)長(zhǎng)的消息。
【文檔編號(hào)】F16K31/66GK104100754SQ201410136323
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月9日
【發(fā)明者】S·W·安德森 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制國(guó)際公司