[实用新型]用于阀的数字定位器和阀控制器

说明书

本实用新型涉及用于阀的数字定位器和阀控制器。用于阀的数字定位器包括阀控制器，其被配置为获取针对阀的阀行程的设定点值，并基于设定点值生成脉宽调制的电流信号。该数字定位器还包括电流‑压力转换器，其被配置为从阀控制器接收脉宽调制的电流信号，将脉宽调制的电流信号转换为脉宽调制的压力信号，并将脉宽调制的压力信号提供给阀中的气动致动器，以调节阀的位置。

技术领域

本公开内容涉及过程控制系统，更具体地，涉及用于控制过程控制系统中的阀的数字定位器。

背景技术

工业处理工厂在各种应用中使用控制阀，从控制炼油厂中的过程流到维持罐区中的液位。通常是自动化的控制阀用于通过像可变孔口或通道一样起作用来管理这种流体流动。通过控制内部阀部件(例如阀塞)，可以精确地调节通过阀体的产品量。该控制阀通常使用压力操作的致动器来自动化，该致动器由远程操作的现场仪表控制，例如具有阀控制器的定位器。阀控制器与过程控制计算机进行通信，以命令阀内的流体流量发生变化，从而通过压力的操作致动器实现工厂操作员所期望的控制策略。电-气动转换器，例如电流-压力(I/P)换能器(在本文中也称为“电流-压力转换器”)，通常用于定位器中，以将来自阀控制器的电信号转换为体积流量或压力输出，从而控制致动器，并因此控制控制阀。

阀控制器可以包括压力传感器、以模拟方式操作的两级气动放大器系统、以及集成在气动继电器级中以提供阻尼电路的行程传感器。阀控制器通常以连续电流信号的形式向电动气动传感器提供模拟输出，该电动气动传感器将连续电流信号转换为体积流量或压力输出。当前的电-气动转换器通常提供连续的、成比例的电流-压力转换。现有的连续转换电-气动转换器在操作期间不断消耗或排出空气。在某些应用中，例如当向现场仪表和电-气动转换器供应的流体是类似天然气的过程介质时，不希望有高的空气消耗。例如，与在流体供应系统中提供额外容量相关联的成本可能是巨大的。另外，这种过程介质的不断排出既昂贵又对环境浪费。连续的压力信号使致动器节流，导致阀不必要和浪费的移动。

实用新型内容

为了减少空气消耗以及财务和环境成本，数字定位器包括阀控制器，该阀控制器以脉冲或脉宽调制(PWM)的电流信号的形式生成离散输出。更具体地，阀控制器可以生成具有特定时段(例如，0.070秒)的矩形脉冲波，其中该矩形脉冲波包括特定时段内在一个或多个时间间隔处高于阈值最大电流水平(例如，18mA)的电流值和/或特定时段内在一个或多个其它时间间隔处低于阈值最小电流水平(例如，4mA)的电流值。电流值高于阈值最大电流水平的时段的比例可以称为特定时段的占空比。0％的占空比可以指示在整个时段内电流值低于阈值最小电流水平。100％的占空比可以指示在整个时段内电流值高于阈值最大电流水平。50％的占空比可以指示在半个时段内电流值高于阈值最大电流水平。为了控制阀的位置，阀控制器可以生成具有特定占空比的离散输出，其中占空比与提供给阀致动器的压力成比例。例如，当占空比为0％时，电-气动转换器可以不向致动器提供任何压力。当占空比为100％时，电-气动转换器可以向致动器提供最大压力量，以及当占空比为50％时，电-气动转换器可以向致动器提供最大压力量的一半。

电-气动转换器可以将离散的PWM电流信号转换为离散的PWM压力输出。在一些实现方式中，电-气动转换器产生气动压力脉冲，并且根据PWM 电流信号，在特定时段内在一个或多个时间间隔处提供零压力(或低于阈值最小压力水平的压力)和/或在特定时段内在一个或多个其它时间间隔处提供最大压力(或高于阈值最大压力水平的压力)。提供给致动器的平均压力输出可以对应于PWM压力输出的占空比和最大压力的组合。例如，如果最大压力为20psig并且PWM压力输出的占空比为50％，则平均压力输出可以是10psig。

在一些实现方式中，阀控制器可以将两个PWM电流信号提供给两个电-气动转换器。第一电-气转换器可以将第一PWM压力输出提供给供应继电器，该供应继电器将第一压力输出提供给致动器的供应端口。第二电-气动转换器可以将第二PWM压力输出提供给排放继电器，该排放继电器从致动器排放第二压力输出。