用于獲取數據的方法和設備的制作方法

專利名稱：用于獲取數據的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及從控制材料過程(process)的裝置中獲得數據，尤其涉及在這些裝置控制這些過程時的正常操作期間從這些裝置中獲得數據。
背景技術：
許多工業上的過程涉及在各種管道中傳送材料，在這些管道中使用各種控制裝置來控制此材料的通過。一般，在這些控制裝置中有控制元件，它們可以是閥塞、擋板(damper)或某些其他的開口可變的裝置。這些裝置位于管道中，以通過它們控制材料的通過，它們具有可由附加的致動器和定位器來改變的控制元件。對控制元件的調節用于調節諸如液體材料流等某些過程條件，以保持選中的流速、壓力、液面、溫度等。由適當種類的定位器來操作典型的致動器，以控制加到該致動器的能量，從而致動器能對致動器輸出機構進行選擇性地定位，例如這些輸出機構可以是a)閥桿，它能線性地平移連接到閥門元件，一般可通過i)改變與之相連的隔板和彈簧上的液壓，或通過ii)改變與之相連的活塞兩側的液壓來驅動該閥桿，或者也可以是b)轉子軸，它能旋轉性地平移連接到閥門元件，一般可通過i)只同與之相連的旋轉運動轉換器同時開始的任一個驅動元件，或者可通過ii)與之相連的可旋轉葉片兩側上的液壓來驅動該轉子軸，或者還可以是c)電致動布局。
控制元件、致動器和定位器的組合形成了控制閥門，在此情況下控制元件是一閥門元件，且通常由氣動液壓的穩壓源對該控制閥門的操作供電。在定位器或儀器的控制下，把此液壓引入被隔板局部包圍的壓力室，該定位器或儀器響應于通過附加到其上的一對導體而提供給它的控制信號來設定任意時刻壓力室中的液壓量繼而隔板的撓度。這兩個導體上來自遠程控制源的信息一般以此形式給儀器或定位器提供信息，即通過改變在一電流回路中形成并通過這兩個導體所提供的直流的幅值(其幅值在4到20ma的范圍內變化)的形式，此控制電流也可帶有眾所周知方式的數字信號。此外，在許多情況下，定位器或儀器可使用這些信號把信息傳遞到遠程源。當然，可提供這些控制和信息信號，而不是以全數字信號的形式。
壓力室中液壓的幅值確定了隔板的撓度，從而控制耦合到該隔板和閥門元件以及進一步耦合到偏置彈簧的致動器閥桿的位置。隔板必須頂靠在此彈簧上進行工作，以設定控制閥門入口和出口之間的閥門元件開口，在該處控制閥門耦合到在把控制閥門連接到加工裝置內中所使用的入口和出口管道。可如此設計致動器，從而壓力室中液壓的增加可增大或減小閥門元件開口的程度，以下將假設前一種情況。此外，一般，對定位器或儀器擬定一反饋信號，該信號基于a)閥門元件的位置以及用于材料流動的閥門開口的程度等，通常通過致動器桿位置或閥桿位置來測量此位置，或是基于b)以使隔板撓曲的致動器壓力室中所產生的壓力為基礎的信號。
控制閥門眾所周知的方面在于，其中的閥門元件經受摩擦，即在閥門能從最后沿襲的行進方向開始改變其行進方向(從把其開口增大到某種程度，然后關閉到某種程度，或相反)前必須把一微分力加到閥門元件上。此特性一般對閥門元件的某些部分及其外殼與致動器(它們將相對移動)之間的某種摩擦情況有貢獻。如果繪制取作輸出變量的閥門元件位置(確定其所控制的閥門元件開口的程度)對諸如形成閥門定位器的輸入信號命令的設定點信號等某些輸入變量或諸如閥門定位器輸出信號或作用于隔板的壓力室壓力等其他輸入的圖表，則可從所發現的特性曲線來揭示出這個方面。閥門與閥門致動器以及定位器、閥門和閥門致動器的組合導致了因摩擦效應、遲滯現象、死區(dead band)等而引起的特性曲線。可繪制碰到的許多變量相互之間的圖表而形成諸如輸入命令信號對各種定位器內部信號或引入致動器壓力室的壓力等特性曲線。
通常由制造商通過測試來建立特定控制閥門輸入-輸出特性中特性曲線的性質。例如，在4,976,144號美國專利中揭示了一種診斷地測試和確定氣動閥的操作情況的設備和方法。其中診斷控制器連到閥門致動器組件，從而可讀出膜的壓強和閥門插頭的移動，同時通過測試操作循環來推動閥門致動器組件。然后，在選中的圖表中使用傳感器輸出信號來提供指示閥門情況的信息，諸如彈簧調節、行程時間、閥門移動等。然而，一旦用戶在加工裝置中安裝了控制閥門，則獲得此控制閥門的完整特性曲線通常需要至少關閉控制閥門所在的那部分加工裝置，或使用其他合適的閥門給此控制閥門提供一支路，以能夠進行這些測試。只關閉一部分加工裝置的結果通常是這樣的，獲取的控制閥門的特性曲線數據是預先規定的。
這是不幸的，因為就控制閥門條件的性質而言，有時也就待控制的過程條件而言，控制閥門(以及表現出此特性曲線的其他其他控制裝置)的特性曲線的性質一般非常有用。即，從此控制閥門的輸入-輸出特性曲線(它表示該閥門所表現出的摩擦力、偏置彈簧中的彈性比率、閥門的位置、致動器的性能等)可獲得信息。此外，如果規則地測量控制閥門的特性曲線，則也可獲得這些參數中某些參數對時間的趨勢，這些參數在諸如通過記錄在時間上閥門所表現出的摩擦力對閥門的位置、閥門表現出的摩擦力對測得的過程控制變量以及類似操作來分析過程在時間上的性能中非常有用，它們在預測控制閥本身的未來性能方面也非常有用。于是，想要獲得與控制閥或其他控制裝置(表現出在用于控制使用該裝置的材料過程期間的特性曲線)的輸入和輸出參數之間關系的運行中的信息。

發明內容
本發明提供了在控制期間獲得表示控制材料過程中所使用的控制裝置的特性的數據，這是通過獲得與裝置和過程有關的各種輸入和輸出信號的樣本來進行的。存儲這些數據樣本中選中的樣本，它們表示控制裝置在其控制操作期間其特性曲線的各個部分上的操作經歷，把表示此特性曲線各個部分的這些數據樣本選擇性地組合起來，以提供完整的裝置特性曲線指示。此外，這些選中的數據樣本用于提供與根據裝置特性曲線選中的控制裝置參數有關的信息。
依據本發明的一個方面，提供了一種獲取數據的方法，所述數據代表從一過程控制裝置獲得的多個選中信號中選中的一對信號之間的關系的閉合回路上的相對的點對，所述過程控制裝置控制過程的至少一部分，在此控制期間獲取該數據，所述方法包括在所述控制期間獲得基本上同時收集的所述選中信號的一系列幅值集合，每個所述選中信號的值形成每個所述集合中的一個成員；存儲所述一系列集合中選中的集合；以及在所述一系列集合中選擇第一被存儲集合，所述第一被存儲集合具有相應于所述選中的一對信號的一對成員，在所述一對成員中包括幅值基本上等于一選中基準值的第一成員，以及選擇第二被存儲集合，所述第二被存儲集合具有相應于所述選中的一對信號的一對成員，在所述第二被存儲集合的所述一對成員中包括與所述第一被存儲集合的所述第一成員相對應的第一成員，第二被存儲集合是所述一系列集合中接在所述第一被存儲集合后的下一被存儲集合，所述第一被存儲集合的最后具有幅值基本上等于所述選中基準值的相應的所述第一成員，每個所述第一和第二被存儲集合中相應的所述一對成員限定所述點對。
附圖概述

圖1以方框圖的形式示出實施本發明的控制系統；圖2示出圖1的系統中所使用的控制裝置的代表性特性曲線；圖3示出圖1的系統中所使用的控制裝置其他代表性特性曲線；圖4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G和4H示出表示圖1的系統中所使用的控制裝置的特性曲線；圖5A和5B示出結合圖1的系統所使用的流程圖；以及圖6A和6B示出結合圖1的系統所使用的進一步的流程圖。
本發明的較佳實施方式轉到圖1的方框圖，在閥門10中有可移動元件(這里的閥門元件10)，它位于其所控制的程度可變的流量開口附近，由閥門致動器11對可移動元件進行選擇性定位，通過位置探測器12提供閥門元件所實現的位置指示。閥門元件10用于控制任意性質的材料過程13中材料的通過。在過程變量傳送器14中探測表示此過程的某個變量，把其值傳輸回指揮加工裝置操作的過程控制器15，以控制過程。
把位置探測器12的輸出提供給閥門定位器，該定位器是由設在其中的微型計算機的指揮下進行操作的閥門位置控制器16以及接收來自控制器16的輸出信號作為其輸入的致動器控制信號發生器17來形成。致動器控制信號發生器17把來自閥門位置控制器16的輸出信號轉換成將在閥門致動器11的壓力室中建立的相應壓力值作為對該致動器的輸入，由用于操作閥門致動器11的致動器閥桿的隔板來部分地形成此壓力室。注意位置探測器12具有來自閥門致動器11的圖1所示的實線輸入，它表示從閥門致動器桿的位置取得的位置輸入信息。此外，還以局部虛線和局部實線示出來自閥門10的對位置探測器12的輸入，它表示從閥桿位置(它也可用作測得的輸出變量)檢測到的閥門元件10的位置。
在操作中，用戶在其所使用的用戶過程控制接口18處與控制閥門和過程13交互動作，以給負責控制整個過程13的過程控制器15提供命令，以支持該過程控制器15與過程13的裝置(但在圖1中未示出)中所使用的其他控制裝置進行通信。過程控制器15轉換用戶在接口18處所提供的輸入命令并把它們作為“設定點”信號命令傳送到(一般通過一4到20ma的電流回路)閥門位置控制器16。在閥門位置控制器16中有上述已編程的微型計算機，它通過適當地產生提供給致動器控制信號傳送器17的信號而遵照用于響應于設定點信號命令控制閥門致動器11的算法，以在致動器壓力室中產生用于使閥桿定位的相應氣壓。
在圖1的系統中，把設定點命令的幅值的增加(隨著假定把過程控制器15與閥門位置控制器16相連的4到20ma電流回路中電流幅值的增加)取作引起致動器壓力室中致動器控制信號發生器17所提供的氣壓的相應增加，從而引起閥門元件10所控制的開口的相應增加。閥門元件10的最終定位對過程13的作用是，影響被過程變量傳送器14所傳送的選中變量，以在過程控制器15的控制下，提供傳輸回給過程控制器15的攜帶測得的該過程變量狀態的信息的電信號繼而作為過程13狀態的指示。
如上所述，圖1系統的控制閥(包括閥門元件10)在相應幅值范圍內表現出涉及其整個幅值范圍內輸出變量(閥門位置)與過程控制器15提供給閥門位置控制器16的其相應幅值范圍上(諸如設定點命令信號等)任一個輸入變量之間特性曲線的關系。此關系的一個例子如圖2所示，其中可看到設定點命令信號幅值對閥門位置的全幅值范圍輸入-輸出特性曲線在閥門位置的末端處飽和并在其他位置和命令信號幅值處遵循一閉合特性曲線回路。此外，如圖3中的另一個例子所示，可繪制在相應的幅值范圍上作為輸入變量的致動器控制信號發生器17的輸出即致動器壓力室(其中有操作閥桿的隔板)中的液壓對在其整個范圍上作為輸出變量的閥門元件10的位置的曲線。(在圖3中，沿與圖2中繪制閥門位置的軸相反的軸來繪制閥門位置)還可看到，此全幅值范圍輸入-輸出特性曲線表現出特性曲線回路的關系。
所示輸出變量(閥門位置)與任一輸入變量之間關系的圖1控制閥的這些輸入-輸出特性回路曲線，即如圖2所繪制的設定點命令信號或在圖3中所繪制的最大值控制信號發生器輸出(壓力)在閥門位置的位置幅值范圍以及任一輸入變量的相應整個范圍上示出這些控制閥門輸入和示出變量之間所涉及的關系。然而，實際上，來自指揮閥門元件10定位的過程控制器15的命令一般不規則或非周期性地迫使閥門元件通過圖2和3特性曲線上示出的每個位置，它們甚至在結合至少一部分過程13的控制在控制閥的正常聯機操作期間不會沿著整個特性曲線強制形成完整的一整個循環。在許多過程中，控制閥輸入-輸出特性曲線上經過此全幅值范圍的穿越(traversal)行為只象是在使用指定測試命令的控制閥的特定測試期間測試的，從而導致閥門元件10的這種行為，這通常與過程13的連續操作不兼容。
由于通過來自用戶過程控制接口18和來自過程變量傳送器14的輸入以及其中擬定的控制算法來指定過程控制器15在聯機操作中所提供的命令，關于由輸入和輸出變量實際所遵循的輸入-輸出特性曲線的路徑趨向于穿越與圖2和3所示全范圍關系特性曲線回路有部分重疊的一系列特性曲線的次回路。即，在許多情況下，在全范圍輸入一輸出特性曲線(該片段不一定表示時間上的連續移動)一側的某個部分上，在控制閥的此聯機操作路徑中將有單調的片段，然后該路徑通過垂直于全范圍特性曲線回路兩側之間的閥門位置軸的死區，在該處，由于顛倒閥門元件行進方向的命令而無閥門元件的移動，然后開始沿相反方向單調移動(該移動也可以是在時間上不連續的)。
這個情況在圖4部分4A到4H中示出，其中對閥門元件10位置的相應的一系列設定點信號命令所作出的一系列閥門元件行進的響應示于與圖2中全幅值范圍輸入-輸出特性曲線回路重迭的虛線表示部分。省略了圖4中的軸標記，但這些軸標記與圖2中對相應軸所示的軸標記相同。此外，在圖4的每部分中列出的時間值表示，在該時間處，響應于相應的設定點信號命令，在該部分中所示的閥門元件10所作的位置響應已完成。此外，給相應于施加下一個設定點命令前閥門元件10位置的起點和終點以及在元件完成其響應于該設定點命令時所到達的位置提供了使用圖4各部分中大寫字母的字母指示。此外，已在閥門元件從特性曲線的死區行進到有效移動部分中所經過的轉換點位置處加上這些字母。
在圖4A中，過程控制器15已指揮閥門元件10從輸入-輸出特性曲線上標有A的點開始進一步增大其控制的開口，控制器增加了設定點命令信號幅值，以使閥門元件10在增大的開口中單調移動，直到該圖中時間t1處的點B。來自過程控制器15的進一步增大開口的命令已導致圖4B中閥門元件10的進一步響應，以從該圖中重現的點B處開始增大開口，并在增加開口時繼續單調向上行進到特性曲線上時間t2處的點C。
在圖4C中，過程控制器15已命令閥門元件10現在從圖4B中點C處的位置開始稍稍關閉其所控制的開口，即在實現最大可能開口所需的極短行進點處終止它沿增大其開口的方向移動，而是開始沿相反方向移動。然而，由于摩擦，設定點命令信號幅值必須從圖4B中點C處(在圖4C中再次示出該點)所具有的值開始明顯地減小，于是通過閥門元件不行進的死區并在閥門元件10開始沿相反方向移動前達到點D處所示的值，從而開始關閉其所控制的開口。接著，設定點命令信號幅值的進一步減小使閥門元件10沿此相反方向單調移動，以把此開口減小到時間t3處的點E。其后，過程控制器15已通過在閥門元件10從點E向下單調經過t4處所到達的點F時減小其設定點命令幅值(如圖4D所示)，來命令進一步關閉閥門元件10。
在圖4D中點F(該點在圖4E中重現)所表示的閥門元件10的位置處，過程控制器15已再次命令閥門元件10顛倒其行進方向，以使它增大其開口，即在完全關閉其開口所需的極短行進點處終止它沿減小其控制的開口的方向單調移動，而是開始沿相反方向移動。然而，再者，由于摩擦，需要使設定點命令信號的幅值實質性地增加而通過沒有閥門元件移動的死區，以使閥門元件10移動，必須在閥門元件10開始增大其控制的開口前到達點G處示出的值的幅值。設定點命令信號幅值的進一步增加已導致閥門元件10單調移動，從而到達時間t5處點H示出的值。結果，圖4A到4E中的閥門元件10已基本上穿越圖2的輸入-輸出特性中完整特性曲線回路內部并與其部分重疊的特性曲線次回路。當然，在操作中通常將不會產生完整的特性曲線次回路，這是因為閥門元件行進命令使該元件在完全穿越次回路曲線前改變其行進方向。
在點H(它也在圖4F中示出)，過程控制器15再次指揮閥門元件10顛倒其行進方向。再者，由于摩擦，需要使設定點命令信號的幅值實質性地增加到點I，以使閥門元件10沿相反方向移動。很明顯，與圖4A、4B、4C、4D和4E中所穿越的特性曲線相比，閥門元件10正在穿越圖4E和4F所示穿越路徑中小得多的次回路曲線。一旦設定點命令信號已下降到圖4F中點I處所示的值，則該信號的進一步減小使得閥門元件10把它所控制的開口單調減小而到達時間t6處的點J。
圖4G和4H示出，過程控制器15命令再顛倒兩次閥門行進方向，從而使閥門元件10穿越或局部穿越大得多的特性曲線次回路。從點J穿過死區增加到點K的設定點命令信號的幅值開始使閥門元件10移動，以增大受控開口，從而由于開口的進一步增大，使閥門元件10單調移動而到達時間t7處的點L。基本上在圖4H中完成穿越此較大的次回路曲線，且設定點命令信號的幅值從點L穿過死區減小到點M，然后其幅值進一步減小以強制閥門元件10單調移動而減小它所控制的開口并到達時間t8處的點N。
可以看出，在穿越或局部穿越圖4A到4E中首先所述的次回路曲線中碰到的該特性回路部分上，在穿越或局部穿越此最后一個次回路曲線上碰到圖2中輸入-輸出特性中全范圍特性曲線回路的更多部分。在過程13的控制期間，圖1系統中控制閥的輸入-輸出特性曲線回路上的操作路徑繼續以此方式按時間進展，它可能具有根據所使用的過程和控制算法的性質而定的較大或較小的單調路徑片段，它們是也會影響此閥門元件路徑顛倒的時間頻率的因素。
即，按照用戶通過用戶過程控制接口18的指令以及由傳送器14發現的過程變量條件的指令的指向，過程控制器15將繼續發出命令以進一步打開和關閉閥門元件10。在某些過程中，無論在進行大的閥門位置變化或小的位置變化時，改變位置的這些命令都將來得相對頻繁。在其他過程中，無論是大的閥門位置變化或小的位置變化，改變是不頻繁的。某些過程將導致閥門位置在時間上有相對小的偏移，而在其他過程中，偏移將變大。然而，在大多數過程中，在相對短的時間內，整個輸入-輸出特性曲線回路上操作路徑的偏移將相對較少。此外，如上所述，用戶目前合理地認識控制過程13的裝置(這里，是圖1中的控制閥)的輸入-輸出特性曲線回路有實際價值。
在聯機控制操作期間可在所允許的操作控制聯機的同時獲得此認識，這是通過在過程控制器15在時間上的命令下，累積閥門元件10在它隨時間所穿越的一系列次回路曲線各部分上沿行其操作路徑時的經歷而進行的。然后，從足夠覆蓋全范圍主曲線回路的次曲線回路片段的穿越中，把在不同時間產生的穿越這一系列次曲線回路時在不同點處采集到的數據組合起來，從而可對控制閥提供輸入-輸出特性曲線回路的表示，但它具有在相對于其他部分不同的收集處測得的不同部分。
足夠長的時間內，用戶可按時間帶對各種測量數據分組，以給用戶提供一系列時間累積的輸入-輸出特性曲線表示，從而用戶可看出該輸入-輸出特性對時間的進展趨勢。同樣，用戶可只在某幅值范圍內的輸入和輸出變量中選擇數據，從而可研究全范圍輸入-輸出特性曲線的特定部分，即可有效地“移”向感興趣的那部分特性，還可示出該部分在時間上的進展。于是，尤其是，如果由過程變量傳送器14給用戶提供對測得過程變量而獲得的同期數據，則用戶將能對過程13(具有用于控制該過程的裝置的輸入-輸出特性中的事件和趨勢，)中的事件和趨勢進行時間相關。此外，當然，可根據這些數據來明顯監測與全范圍輸入-輸出特性曲線有關的控制裝置的參數，以確定該裝置的參數值及其行為。此外，可以諸如以閥門元件10位置的函數對控制閥門所確定的摩擦力等某些其他裝置參數使裝置參數值或行為的變化相關。
利用數據獲取系統19來給圖1所示的系統提供這些能力，該數據獲取系統19在微型計算機的控制下進行操作，它耦合到圖1系統中的各種信號以及由用于探測圖1系統中物理變量的探測器所提供的信號(除非為了這些識別目的，否則不會測量這些信號)。于是，數據獲取系統19接收來自測量控制器15的設定點命令信號，該信號也被提供給閥門位置控制器16。數據獲取系統19也獲得提供給致動器控制信號發生器17的閥門位置控制器16的輸出信號，即由致動器控制信號發生器17產生的用于操作閥門致動器11的壓力。于是，圖1所示的數據獲取裝置19獲取圖中所示用于控制閥門控制系統的三個輸入變量，但它也可從圖1的系統或控制另一種過程控制裝置的系統中的更多或更少信號或參數中采集數據。數據獲取系統19也采集輸出變量數據，在圖1中示出，這些數據是位置探測器12提供給閥門位置控制器16的閥門位置信號以及表示由過程器變量傳送器14提供給過程控制器15的過程變量的信號。這里，數據獲取系統19也能從更多或更少的輸出變量中采集數據，它也可結合用于另一種過程控制裝置的控制系統來進行此采集。
數據獲取系統19包括轉換物理變量所需的那些探測器，這些變量諸如由發生器17以電信號的形式產生的操作閥門致動器11的壓力。此外，數據獲取裝置19包括所需的模擬-數字轉換器，以通過在足以用足夠的準確率表示采集到的模擬信號的速率對這些信號進行周期性地采樣，從而把這些信號轉換成相等的數字信號表示，以提供用戶可使用的數據。
然后，使數據獲取系統19所獲取的數據成為診斷(diagnostic)監測器20(一般是一計算機)可采用的數據。用戶可使用診斷監測器20來操縱由數據獲取系統19所獲取的數據或可能以數據或幅值所分割的數據部分。診斷監測器20可使用該數據，通過利用圖表、列表或類似方式，根據該數據來顯示控制系統變量之間關系的指示，并顯示用戶感興趣的有關信號和參數值、趨勢、相互關系等。診斷監測器20也可在此顯示前對此數據進行諸如統計過程、濾波等初步過程。
圖5的部分5A和5B示出一流程圖，表示在控制閥和系統控制過程13的相應部分期間，數據獲取系統19在獲得來自圖1所示控制狀態中的控制閥以及來自該系統的選中數據時所實行的主要步驟。通過使用模擬-數字轉換器，重復地獲取向系統19提供的模擬信號幅值的樣本來操作處于數字系統中的數據獲取系統19，于是獲得一系列在時間上同期獲取的數據點組，一個數據點對應于提供給該系統的每個模擬信號。響應于這些模擬信號中每個信號的這些組中值的序列提供了這些信號對時間的數字表示，把它們用作與該系統中的這些信號相結合而進行的操作的基礎。
圖5的流程圖開始由系統19對這一系列的樣本數據點組進行主要操作，以從控制閥和控制系統中獲得此選中的數據。由系統19來進行這些操作，以確定從設定點命令信號和表示閥門元件10位置(它們來自于其一系列同期數據點組)中同期獲得的幅值是否是適用于表示圖2所示用于圖1系統(將只從表示摩擦效應所支配的穩定運動的數據來構成其特性)中控制閥的當前輸入-輸出特性曲線上的點的數據點。從圖5A中的“START”圓圈開始，系統19首先對系統參數和結合圖5的操作(如方框30所示)所使用的操作變量設置其中所使用的初始值。其后，系統19在判斷菱形框31中確定是否已完成從通過給它的模擬信號中取出當前數據樣本組，當此采樣還未完成時，系統將等待著，直到如返回此判斷菱形框起始處的反饋曲線示出已進行此采樣。在相關信號的當前采樣結束后，如進一步的方框32所示，系統19從用于設定點命令信號幅值和表示閥門元件10位置的信號幅值的與當前模擬信號幅值樣本值有關的當前數據組中獲得當前值。
在另一個判斷菱形框33中，系統19首先測試當前閥門位置信號幅值的值是否表示閥門元件10已如此行進，從而使其所控制的開口增大到超出前一個采樣中所發現的開口的程度。如果是這樣，檢測到閥門元件10沿增大其所控制的開口的方向移動。在已檢測到閥門元件10沿增大其所控制的開口的方向移動的情況下，在另一個判斷菱形框34中測試當前設定點命令信號幅值的值，以確定該值是否表示幅值(大于最后一個采樣中所發現的設定點命令信號幅值的值)的增加比一個設定點變化極限因子還要多，該因子具有用戶可選擇的值。
進行該測試，以從用于確定控制閥當前輸入-輸出特性曲線的數據中除去那些同期取得的設定點命令信號和閥門位置數據點，其中設定點命令增量非常大，從而引起操作隔板而移動閥門元件10的致動器壓力室中相對大的壓力增加。在這些情況下，除了在閥門元件10上不存在沖力時在閥門元件10的正常移動中所產生的穩定運動摩擦力以外，在閥門元件10上還存在相對強的慣性力，但只設法在圖2的輸入-輸出特性曲線中表示摩擦力。于是，如果在這些情況下使用當前獲得的用于設定點命令信號和閥門位置的數據，則將使用表示條件的數據，而不是識別在這種特性曲線中表示出來的數據，因而丟棄而不使用這種數據。在判斷菱形框34中，通過把來自它的操作指向下面的方框35以及判斷菱形框34的右側(其中的結果是把數據質量標志設定為等于“BAD”)來表示此判斷。
另一方面，如果當前設定點命令信號幅值的增加不太大，則在另一個判斷菱形框36中進一步測試當前設定點命令信號幅值的值，以查看該幅值是否小于所存儲的先前采樣中所發現的設定點命令信號幅值的幅值。設定點命令信號幅值的值出現這樣的情況表示已給出為即將顛倒閥門元件10的行進方向作準備的命令，從而指示當前獲得的數據代表或可能不代表該閥門元件的穩定單調運動行進。如果發現這樣的情況，則如判斷菱形框36所示再次不使用該數據，而把操作指向下面的方框35以及菱形框36的右側，其結果是把數據質量標志設定為“BAD”。
如果設定點命令信號幅值不表示即將顛倒閥門元件10行進的方向，則在進一步的判斷菱形框37中檢查所存儲的在最后一個采樣中發現的閥門元件10的行進方向，以確定閥門元件10是否沿與當前采樣中所發現的相同方向(增大閥門開口)行進或停止。如果不是這樣，則當前數據樣本不表示閥門元件10一個單調行進事件中的一部分，因而如判斷菱形框37所示不保存這些數據樣本，而是把操作指向下面的方框35以及菱形框37的右側，其結果是把數據質量標志設定為“BAD”。
如果當前數據是閥門元件10的一個單調行進事件的一部分，則在作為布局一部分的進一步的判斷菱形框38中檢查數據質量標志，以判斷是否在獲得足夠數目的令人滿意的數據組后獲得當前數據。如果數據質量標志等于“GOOD”，則如方框39所示，接受當前數據組并把當前設定點命令信號幅值和閥門元件位置信號幅值存入存儲在系統19中的診斷監測器中，以及在進一步的方框40中給診斷監測器20指示存在適當的數據。由此通知，診斷監測器20可以有機會在其方便時檢索與圖1系統的控制閥有關的數據。
如上所述，通過在方框35中設定數據質量標志等于“BAD”來記錄獲得不可接受數據的發生。這繼而導致進一步的方框41所示的，以計數值“N”來設定數據質量計數器。此計數值確定了令人滿意的數據組的數目，一旦已發現無適合的數據組，必須在把當前數據組存儲為診斷監測器20可檢索的可接受數據前預先獲得這些數據組。于是在判斷菱形框38中，如果數據質量標志不等于“GOOD”，當發現當前數據組是令人滿意的，則在另一個方框42中把數據質量計數器的計數減一，其后在判斷菱形框43中檢查數據質量計數器中獲得的計數，以確定該計數是否已達到零。如果已達到零，則在另一個方框44中把數據質量標志設定為等于“GOOD”，接受當前數據組，并且如方框39所示存儲當前設定點命令信號幅值和閥門元件位置信號幅值。
然而，如果數據質量計數器中的計數還未達到零，則不保存當前數據組，但把表示閥門元件10正沿增大其開口的方向移動的當前數據組信息存入系統19的方向存儲器，這是通過進一步方框45所示把其內容設定為等于“INCREASE”來進行的。從方框40出來到方框45時通知診斷監測器20此數據有用后，以及從方框35出來到方框41然后到方框45時丟棄不可接受的丟棄數據組后，當發現當前數據組可接受時也進行設定檢測到的方向“INCREASE”。
一旦在方框45中把方向存儲器設定為等于“INCREASE”，則如另一個方框46所示把來自當前數據組的當前設定點信號命令幅值的值存入系統19的設定點存儲器。其后，如下一個方框47所示把當前數據組中的當前閥門位置信號幅值的值存入系統19的位置存儲器。一旦結束當前檢測到的閥門運動方向和當前獲得的的設定點命令信號以及閥門位置信號幅值的值的存儲，則如方框47的輸出所示，系統19返回等待提供給它的模擬信號下一次采樣的結束，從而把操作指向返回判斷菱形框31以上的點。
然而，如果在判斷菱形框33中沒有發現閥門元件10的位置比前一個采樣中的位置更大，則判斷菱形框33把操作指向圖5B中的下一個判斷菱形框48，在其中由系統19來檢查當前數據組，以確定閥門元件10是否已行進到把其所控制的開口減小到前一個采樣中所發現的開口的程度。如果是這樣，即已檢測到閥門元件10沿關閉其所控制的開口的方向行進，則在檢測到閥門位置沿增大其所控制的開口的方向行進的情況下，對此當前數據組進行上述對當前數據組所進行的相同一系列測試。
于是，在判斷菱形框49中，系統19確定設定點命令信號的幅值是否已從最后一個采樣的幅值降低了比可由用戶預先選擇的設定點變化限制更大的量。如果不是這樣，則在另一個判斷菱形框50中，系統19確定是否因當前的設定點命令信號幅值大于最后一個采樣中所發現的幅值而即將顛倒閥門元件10的行進方向，如果不是這樣，則在另一個判斷菱形框51中，系統19確定閥門元件10所顯示的運動是否是單調行進事件的一部分。在當前數據組不能再次傳送這最后三個判斷菱形框(把操作指向以下的方框52以及在其中把數據質量標志設定為等于“BAD”的每個菱形框右側)中的這些測試結果后，如進一步的方框53所示，把數據質量計數器的計數設定為可由用戶再次選擇的值“N”。
然而，如果當前數據組滿足判斷菱形框49、50、51的測試，則在判斷菱形框54中檢查數據質量標志。如方框55所示，把與設定為等于“GOOD”的數據質量標志相結合的可接受數據導向被接受的當前數據組，并把當前設定點命令信號幅值和閥門元件位置信號幅值存入診斷監測器，接著如進一步的方框56所示通知診斷監測器20該數據有用。在方框57中，與等于“BAD”的數據質量標志相結合的可接受當前數據組導致數據質量計數器減小一，然后在判斷菱形框58中確定數據質量計數器的的計數是否已達到零。如果該計數器已達到零的計數值，則在方框59中把數據質量標志再次設定為等于“GOOD”，這導致在方框55中，再次把當前設定點命令信號幅值和閥門元件位置信號幅值存入診斷監測器的存儲器中。如果數據質量計數器未達到零的計數值，則不對診斷監測器20保存當前數據組，但如方框60所示，把判斷菱形框48中所發現的檢測到的閥門元件10的行進方向作為“DECREASE”存入方向存儲器。
再者，在發現可接受的數據并把它存入診斷監測器的存儲器后，在方框56中把有用的好數據通知診斷監測器20后，在方框60中把檢測到的方向作為“DECREASE”存入方向存儲器中。再者，如果出現不可接受的數據，也同樣導致在方框53中已把數據質量計數器的計數設定為等于“N”后，如方框60所示，把檢測到的方向“DECREASE”存入方向存儲器。如上所述，一旦在方框60中把檢測到的方向“DECREASE”存入方向存儲器，則在方框46中把當前設定點命令信號幅值存入設定點存儲器，在方框47中把當前閥門元件10的位置信號幅值存入位置存儲器，然后系統19返回，以等待以上判斷菱形框31下一個采樣的結束。
最后，如果當前數據組不表示閥門元件10正在向判斷菱形框33中增大其開口的方向移動或向判斷菱形框48中減小該開口的方向移動，則閥門元件10一定不在移動。于是，判斷菱形框48把操作指向以下進一步和最后的方框61及該菱形框的右側，在該右側通過在其中所存儲的方向設定為等于“STOPPED”來把與閥門元件10不移動有關的信息存入方向存儲器。一旦在方框61中把閥門元件10不在移動的信息存入方向存儲器，則在系統19返回而等待以上判斷菱形框31的點處下一個采樣的結束前，在方框46中把當前設定點命令信號幅值存入設定點存儲器，在方框47中把當前閥門位置信號幅值存入位置存儲器。
系統19也對后續的數據組進行進一步的操作，以確定在有用圖1系統中控制閥的圖3的當前輸入-輸出特性曲線中死區的端點之間表現出摩擦力時，系統19中的設定點命令信號(表示致動器控制信號發生器17所提高的壓力)以及表示閥門元件10位置的信號的幅值的值是否適用于表示作用于閥門元件10上的摩擦力。由圖3所示特性曲線兩側上垂直相對的兩點所表示的壓力差(其中，由虛線示出一示例的死區，在該死區例子的兩個端點處也示出標為“a”和“b”的這兩個點)與閥門致動器11中隔板的有效面積相乘表示克服控制閥的摩擦而使閥門元件10能改變其行進方向所需的力的差。圖6的部分6A和6B示出系統19在閥門元件10的各個位置處尋找此摩擦力值時所沿用的主要步驟。
再者，在圖6A的“START”圓圈后，系統19如方框70所示對用于圖6操作的系統參數和操作變量設定其中所使用的初始值。如上所述，然后系統19在判斷菱形框71中確定是否已位置從提供給它的模擬信號中取出當前樣本，在此采樣未結束時，系統等待著，直到返回此判斷菱形框輸入的反饋回路指示已完成該采樣。再者，在完成采樣時，如進一步的方框72所示，系統19獲得用于設定點命令信號幅值、表示閥門致動器11的壓力室中壓力的壓力信號幅值以及表示閥門元件10的位置的位置信號幅值的當前值。
然后，如進一步判斷菱形框73所示，系統19測試當前數據組以確定其中的當前設定點命令信號幅值的值是否表示幅值(大于最后一個采樣中所發現的設定點命令信號幅的值)的增加比一個設定點變化極限因子(具有用戶可選擇的值)還要多，然后在進一步的判斷菱形框74中，確定此當前設定點命令信號幅值是否表示幅值(小于最后一個采樣中所發現的設定點命令信號幅值的值)的減少比一個設定點變化極限因子(具有用戶可選擇的值)還要多。在任一種情況下，如果當前設定點命令信號幅值的變化已超出相應的設定點變化極限，則在方框75中把設定點變化極限標志設定為等于“EXCEEDED”。接著，在下一個方框76中，把閥門靜止確認計數器的結束設定為等于用戶可選擇的“N”，其后，系統19標志操作指向剛好超越判斷菱形框73和74中所實行的設定點變化極限測試的點，如果在任一種情況下，當前設定點命令信號幅值的變化已超出相應的設定點變化極限，則到達相同的點。
在該點，系統19在進一步的判斷菱形框77中查看是否把設定點變化極限標志設定為等于“EXCEEDED”。如果已如此設定設定點變化極限標志，則系統19在進一步的判斷菱形框78中查看當前數據組中的閥門位置信號幅值數據點是否等于最后一個采樣中所發現的閥門位置信號幅值數據點，以確定閥門元件10是否處于移動狀態。如果閥門元件10已移動，則系統19在方框70中再次把閥門靜止確認計數器的計數設定為等于“N”，然后如從方框79返回到判斷菱形框71以上點的箭頭所示，系統19等待從下一個采樣獲得的新的數據組。在設定點命令信號幅值變化超出設定點變化極限后，如果閥門元件10不處于靜止，則系統19本身進行有效地復位，以等待新的數據組。
然而，如果系統19在判斷菱形框78中發現閥門元件10處于靜止，則系統在另一個方框80中把閥門靜止確認計數器減一，然后在進一步的判斷菱形框81中查看此計數器是否已達到零的計數值。如果此計數器的計數值未達到零，則系統如從判斷菱形框81返回判斷菱形框71以上點的箭頭所示等待從下一個采樣中獲得的新的數據組。在沒有足夠長的閥門靜止時間時，在設定點命令信號幅值變化超出設定點變化極限后，系統19本身再次進行有效地復位，以等待新的數據組。另一方面，如果閥門靜止確認計數器具有等于零的計數，則系統19在方框82中把設定點變化極限標志設定為等于“NOT EXCEEDED”，系統在發現閥門元件10在靜止了足夠長的時間時開始如圖6B所示的以下測試，以確定閥門元件10是否已開始移動或保持停止。如果在判斷菱形框77中所進行的設定點變化標志極限是否等于“EXCEEDED”的原始檢查示出，此標志不具有該值，則系統19直接進到圖6B中的測試，即關于閥門元件10是否已開始移動或保持停止。
在圖6B中，在判斷菱形框83中，系統19首先通過把當前數據組中的閥門位置信號幅值數據點與先前采樣中獲得的的數據組中閥門位置信號幅值數據點相比較，以查看閥門元件10是否已行進到受控開口的增大超過所發現的在先前采樣中所實現的開口的程度的位置。如果是這樣，則系統19在進一步的判斷菱形框84中檢查方向存儲器，以查看其中所存儲的與最后一個采樣相結合的方向是否等于“STOPPED”。如果是這樣，則在系統19剛確認閥門元件10已在一個采樣周期前停止而現在開始移動(這表明此壓力數據點的確是在死區的一個端點處取得的)開始，系統如方框85所示，把來自當前數據組的壓力信號幅值數據點存入其中的高壓存儲器。
然而，不能夠計算摩擦力，除非知道死區另一側上的低壓值，該值應在進入閥門元件10的目前位置處的死區前獲得。于是，系統19在進一步的判斷菱形框86中確定其中低壓存儲器的內容是否等于零。如果低壓存儲器的內容等于零，則確定沒有摩擦力，在方框87中把高壓存儲器的內容也設定為零，以保證不存儲不使用的數據，從而避免將來的不慎使用。其后，系統19在進一步的方框88中指令把其中方向存儲器設定為等于判斷菱形框83中所檢測到的”INCREASE“。同樣，如果系統19在判斷菱形框84中發現在其中的方向存儲器中所存儲的與最后一個采樣相結合的方向存儲器不等于“STOPPED”，從而的確數據組不是在死區端點處獲得的，其后，系統19在方框88中指令把其中的方向存儲器設定為等于“INCREASE”。
另一方面，如果低壓存儲器包含在判斷菱形框86中所確定的壓力值，則如下一個方框89所示計算摩擦力。如下一個數據方框90所示，把此計算結果和的確數據組中的閥門位置信號幅值數據點存入系統19中的診斷監測器數據存儲器，然后在下一個方框91通知診斷監測器20該數據有用，其后在另一個方框92中把系統19中的高和低壓存儲器都設定為等于零。這導向方框88，以把系統19中的方向存儲器設定為等于判斷菱形框83中原始檢測到的“INCREASE”。
在圖6A中，一旦方向存儲器被設定為等于“INCREASE”，則在方框93中，把系統19中的設定點存儲器設定為等于當前數據組中的設定點命令信號幅值數據點。接著，在另一個方框94中，把系統19中的位置存儲器設定為等于當前數據組中的閥門位置信號幅值數據點，然后，如從方框94引導到判斷菱形框71以上的點的箭頭所示，系統19返回以等待下一個樣本。
如果系統19在判斷菱形框83中發現閥門元件10自從先前的采樣開始還未行進到增大其所控制的開口可的位置，則系統在進一步的判斷菱形框95中查看閥門元件10是否沿相反方向行進到把其所控制的開口關閉到某一程度的位置。通過把當前數據組中的閥門位置信號幅值數據點與從先前采樣中獲得的的數據組中存儲在系統19中的閥門位置信號幅值數據點相比較來進行該檢查。如果在判斷菱形框95中檢測到閥門元件10已移動到減小其開口，則系統在進一步的判斷菱形框96中再次檢查其中的方向存儲器所存儲的與最后一個采樣相結合的方向是否等于“STOPPED”。如果在系統19在判斷菱形框95中檢測到閥門元件10移動到關閉其所控制的開口前閥門元件10剛好停止，則系統19已檢測到在死區端點處獲得當前數據組，并在另一個方框97中把其中的低壓存儲器設定為等于當前數據組中的壓力信號幅值數據點。
以下，在判斷菱形框98中，還查看系統19中的高壓存儲器的內容，以查看其中的值是否等于零。如果該存儲器中的內容等于零，則在下一個方框99中把系統19中的低壓存儲器也設定為零，在進一步的方框100中把系統19中的方向存儲器設定為等于判斷菱形框95中原始檢測到的“DECREASE”。同樣，如果系統19在判斷菱形框96中發現其中的方向存儲器中所存儲的與最后一個采樣相結合的方向不等于“STOPPED”，從而當前數據組不是在死區端點處獲得的，則其后，系統19在方框100中指令把其中的方向存儲器設定為等于“DECREASE”。
如果系統19在判斷菱形框98中發現高壓存儲器的內容不等于零，從而表明在其中存儲有高壓值，則系統19如方框101所示計算摩擦力，并如下一個方框102所示，把摩擦力和來自當前數據組的當前閥門位置信號幅值數據點存入其中的診斷監測器數據存儲器。然后，系統19如進一步的方框103所示通知診斷監測器20此數據有用，并進到下一個方框104，以把其中高和低壓存儲器的內容設定為等于零。其后，系統19把其中方向存儲器設定為等于在判斷菱形框95中原始檢測到的“DECREASE”，并進到方框93和94，以把來自當前數據組的設定點命令信號幅值數據點和閥門位置信號幅值數據點存入設定點和位置存儲器中。然后，系統19的操作指向判斷菱形框71以上的點，以等待在下一個采樣中獲得的數據組。在方框91和103中告訴監測器20數據時，如果在相應的一個方框89和101中發現的摩擦力超過用戶所選擇的閾值，則系統19可發出用戶報警，或者可在超過該閾值時，由從中獲得數據的監測器20來確定用戶報警。
如果系統19在判斷菱形框83中發現閥門元件10還未移動到增大其所控制的開口后在判斷菱形框95中發現閥門元件10還未移動到關閉該開口，則系統斷定閥門元件10一定處于不移動狀態。一旦作此確定，則系統19的操作從判斷菱形框95指向接著的判斷菱形框105，在其中系統檢查其方向存儲器以確定其中所存儲的與先前采樣相結合的方向是否等于“INCREASE”。如果是這樣，則從系統在看到閥門元件剛從移動到增大其所控制的開口變到停止該運動時檢測到在死區的端點處獲得當前數據組開始，系統19在方框106把其中的高壓存儲器設定為等于數據點的當前數據組中的壓力信號幅值數據點。
如果系統19中的方向數據存儲器中不存有方向“INCREASE”，則系統19進到進一步的判斷菱形框107，以查看該存儲器中是否存有方向“DECREASE”。如果是這樣，則系統19(已發現閥門元件10現在被停止，但正沿等于先前采樣周期中的“DECREASE”的方向移動)斷定當前數據組是在死區的端點處獲得的，因此在進一步的方框108中把其中的低壓存儲器設定為等于當前數據組中的當前壓力信號幅值數據點。
另一方面，如果在方向存儲器中既不存有INCREASE，也沒有DECREASE(它們與最后一個采樣相結合)，則系統19斷定閥門元件10在前一個采樣周期中停止，因此不處于死區端點。由于系統19在判斷菱形框95中檢測到閥門元件10已停止，與在方向存儲器中沒有“DECREASE”的判斷菱形框107相同，無論先前方向等于“INCREASE”或“DECREASE”或都不是，即都引向方框109的方框106和108，系統19在進一步的方框109中把其中的方向存儲器設定為等于“STOPPED”。
一旦系統19在方框109中已把其中的方向存儲器設定為等于“STOPPED”，則該系統在方框93和94把來自當前數據組的設定點命令信號幅值數據點和閥門位置信號幅值數據點存入其中的設定點和位置存儲器。其后，系統19的操作指向判斷菱形框71以上的點，以等待通過下一個采樣所提供的數據組。
雖然已參照較佳實施例描述了本發明，本領域內的熟練技術人員應知道可在形式和細節上進行改變，而不背離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種獲取數據的方法，所述數據代表從一過程控制裝置獲得的多個選中信號中選中的一對信號之間的關系的閉合回路上的相對的點對，所述過程控制裝置控制過程的至少一部分，在此控制期間獲取該數據，所述方法包括在所述控制期間獲得基本上同時收集的所述選中信號的一系列幅值集合，每個所述選中信號的值形成每個所述集合中的一個成員；存儲所述一系列集合中選中的集合；以及在所述一系列集合中選擇第一被存儲集合，所述第一被存儲集合具有相應于所述選中的一對信號的一對成員，在所述一對成員中包括幅值基本上等于一選中基準值的第一成員，以及選擇第二被存儲集合，所述第二被存儲集合具有相應于所述選中的一對信號的一對成員，在所述第二被存儲集合的所述一對成員中包括與所述第一被存儲集合的所述第一成員相對應的第一成員，第二被存儲集合是所述一系列集合中接在所述第一被存儲集合后的下一被存儲集合，所述第一被存儲集合的最后具有幅值基本上等于所述選中基準值的相應的所述第一成員，每個所述第一和第二被存儲集合中相應的所述一對成員限定所述點對。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述第一和第二被存儲集合中的每個所述成員對具有第二成員，所述方法還包括確定在所述第二成員之間產生的幅值差。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于在所述幅值差超出一選中閾值時提供一報警信號。
全文摘要
揭示了一種用于在一過程中從有關控制裝置的各種輸入和輸出信號中獲得數據樣本的設備和方法。存儲這些數據樣本中被選中的那些數據樣本，并用它們來確定控制裝置在控制裝置操作各階段的操作性能。從控制裝置(10，11，12，16，17)在控制材料過程(13)時從控制裝置中獲得數據樣本(A－L)。存儲這些樣本中選中的樣本，它們代表在該裝置的部分特性曲線上操作裝置的結果，把選中的樣本選擇性地組合起來，以提供完整的裝置特性曲線的指示。選中的數據樣本用于提供與根據裝置的特性曲線選中的控制裝置參數有關的信息。
文檔編號G05B23/02GK1523463SQ20041000164
公開日2004年8月25日 申請日期1996年10月24日 優先權日1995年10月30日
發明者B·F·格拉姆斯特拉普, B·A·約翰遜, J·L··斯諾巴杰, 斯諾巴杰, B F 格拉姆斯特拉普, 約翰遜 申請人:費希爾控制產品國際有限公司