專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制設(shè)備的塞和座定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及用來(lái)將閥移動(dòng)到所要位置的定位裝置，更具體地說(shuō)，是涉及用于這樣的定位裝置的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在流體通過(guò)管道系統(tǒng)、處理設(shè)備以及類(lèi)似裝置的傳輸中，必需精確和快速地控制系統(tǒng)中的閥。例如，在的石油加工廠或化學(xué)制造設(shè)備中，集成控制方案在整個(gè)系統(tǒng)中通常需要根據(jù)所給的一套操作參數(shù)依次打開(kāi)和關(guān)閉各種閥以及打開(kāi)和關(guān)閉到各種程度。那些操作參數(shù)可以包括所要的流速、定時(shí)的流體排放、所要加工的特定流體等等。
因?yàn)檫@樣的控制系統(tǒng)變得越來(lái)越自動(dòng)化，所以就要求精確和響應(yīng)靈敏地定位控制閥。在接收到位置命令信號(hào)和實(shí)際將閥定位到所要位置之間的任何滯后時(shí)間會(huì)在產(chǎn)量和效益方面對(duì)生產(chǎn)造成不利的影響。
結(jié)果，人們就已研制出用來(lái)響應(yīng)靈敏地定位控制閥的系統(tǒng)。例如，在我以前的一個(gè)發(fā)明，公開(kāi)于轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,509,403中，提供了一種定位裝置系統(tǒng)，它采用單個(gè)的反饋循環(huán)來(lái)動(dòng)態(tài)地控制閥的位置。此外，在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,884,894中公開(kāi)了一個(gè)采用第一和第二控制循環(huán)來(lái)控制滑閥位置的定位系統(tǒng)。但是滑閥一般存在較嚴(yán)重的滲漏，并且如果設(shè)計(jì)成減少滲漏，就會(huì)導(dǎo)致在閥操作范圍內(nèi)的相對(duì)較大的“死區(qū)域”。這會(huì)不利地影響到閥的靈敏度。不僅如此，這樣的滑閥還需要按照高精度公差來(lái)制造，就增加了閥的成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種控制閥組件，它包括一個(gè)控制閥、一個(gè)塞座閥、一個(gè)第一位置傳感器、一個(gè)第二位置傳感器以及一個(gè)比較器。塞座閥與控制閥操作地相連。第一位置傳感器適于監(jiān)測(cè)控制閥的位置并產(chǎn)生一個(gè)第一位置信號(hào)。第二位置傳感器適于監(jiān)測(cè)塞座閥的位置并產(chǎn)生一個(gè)第二位置信號(hào)。比較器適于將第一位置信號(hào)與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較并產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)，并且它還適于將第二位置信號(hào)與第二設(shè)定點(diǎn)相比較并產(chǎn)生一個(gè)修正信號(hào)。修正信號(hào)被傳送到塞座閥以定位控制閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種閥控制系統(tǒng)，它包括一個(gè)控制閥、一個(gè)控制閥致動(dòng)器、一個(gè)第一位置傳感器、一個(gè)塞座閥、一個(gè)第一比較器、一個(gè)第二位置傳感器、一個(gè)第二比較器以及一個(gè)變換器?？刂崎y致動(dòng)器與控制閥可操作地相連，并且適于改變控制閥的位置。第一位置傳感器靠近控制閥，并適于檢測(cè)控制閥的位置。第一位置傳感器產(chǎn)生一個(gè)表示控制閥位置的信號(hào)。塞座閥與控制閥致動(dòng)器流體連通，并適于產(chǎn)生一個(gè)供控制閥致動(dòng)器使用的壓力信號(hào)。第一比較器適于將控制閥位置與一個(gè)控制閥設(shè)定點(diǎn)相比較，并產(chǎn)生一個(gè)塞座閥位置設(shè)定點(diǎn)。第二位置傳感器靠近塞座閥，并適于檢測(cè)塞座閥的位置，且產(chǎn)生一個(gè)表示塞座閥位置的信號(hào)。第二比較器適于將塞座閥位置與塞座閥位置設(shè)定點(diǎn)相比較，并產(chǎn)生一個(gè)塞座閥修正信號(hào)。變換器適于接受塞座閥修正信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)傳送到塞座閥的相應(yīng)壓力信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用來(lái)定位由控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的控制閥的系統(tǒng)包括一個(gè)第一控制循環(huán)和第二控制循環(huán)，且該系統(tǒng)中控制閥致動(dòng)器與一塞座閥連通。第一控制循環(huán)將一個(gè)表示控制閥位置的信號(hào)與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)。第二控制循環(huán)將一個(gè)表示塞座閥位置的信號(hào)與第二設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳送到控制閥致動(dòng)器以定位控制閥。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用來(lái)定位由控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的控制閥的系統(tǒng)，其中控制閥致動(dòng)器與一控制閥致動(dòng)器閥連通。該系統(tǒng)包括一個(gè)第一控制循環(huán)、一個(gè)第二控制循環(huán)以及一個(gè)可調(diào)的增益調(diào)整電路。在第一控制循環(huán)中，將一個(gè)表示控制閥位置的信號(hào)與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)。在第二控制循環(huán)中，將一個(gè)表示控制閥致動(dòng)器閥位置的信號(hào)與第二設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳送到控制閥致動(dòng)器以定位控制閥。可調(diào)的增益調(diào)整電路設(shè)在第二控制循環(huán)中，并且適于改變表示控制閥致動(dòng)器閥位置的信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用來(lái)定位控制閥的方法，它包括以下的步驟監(jiān)測(cè)控制閥的位置、將控制閥的位置與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較、基于比較步驟產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)、監(jiān)測(cè)一個(gè)塞座閥的位置、將塞座閥的位置與第二設(shè)定點(diǎn)相比較、基于塞座閥位置與第二設(shè)定點(diǎn)的比較產(chǎn)生一個(gè)修正信號(hào)以及基于修正信號(hào)定位控制閥。
本發(fā)明的這些和其它的方面以及特征會(huì)從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中變得更為清晰。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)定位系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)塞座閥的較佳實(shí)施例的剖面圖，圖示為關(guān)閉位置；圖3是與圖2相似的塞座閥的剖面圖，但所示為塞座閥處于第一打開(kāi)位置時(shí)的情況；圖4是與圖2相似的塞座閥的剖面圖，但所示為塞座閥處于第二打開(kāi)位置是的情況；圖5是根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)塞座閥的第二實(shí)施例的剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)控制閥定位系統(tǒng)的實(shí)施例的方框圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)控制閥定位系統(tǒng)的第三實(shí)施例的方框圖。
盡管本發(fā)明易于進(jìn)行種種修改并有種種可替代的結(jié)構(gòu)，但在附圖中示出其某些示例性實(shí)施例，并在下文對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)予以理解的是，這決非要將本發(fā)明局限于所公布的特殊形式，而是相反地，本發(fā)明涵蓋了所有落入所附權(quán)利要求書(shū)所定義的本發(fā)明原理和保護(hù)范圍之內(nèi)的修改變型、可替代構(gòu)造及等效物。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在請(qǐng)參見(jiàn)附圖，并特別地參見(jiàn)圖1，一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)控制閥定位系統(tǒng)總的由參考標(biāo)號(hào)20標(biāo)識(shí)。如圖中所示，定位系統(tǒng)20用來(lái)基于從過(guò)程控制裝置26接收來(lái)的一控制閥移動(dòng)設(shè)定點(diǎn)24來(lái)控制一個(gè)控制閥22的定位。過(guò)程控制裝置26可以設(shè)置為在各種環(huán)境(如石油加工廠、化工廠、天然氣管道系統(tǒng)或者類(lèi)似的環(huán)境)中用來(lái)控制如壓力、流量、儲(chǔ)罐液位、溫度以及諸如此類(lèi)的變量的綜合系統(tǒng)的一部分。
請(qǐng)?jiān)賲⒁?jiàn)圖1，所示的定位系統(tǒng)20包括一個(gè)第一控制循環(huán)28和一個(gè)第二控制循環(huán)30，它們提供了增大的阻力并一起使控制閥22的實(shí)際位置與控制閥移動(dòng)設(shè)定點(diǎn)24的匹配更為準(zhǔn)確和靈敏。第一控制循環(huán)28較佳的是采用一個(gè)控制閥處理器32、一個(gè)塞和座定位系統(tǒng)34、一個(gè)控制閥致動(dòng)器36以及一個(gè)控制閥移動(dòng)傳感器38?？刂崎y致動(dòng)器36較佳地是這樣一種類(lèi)型，它接收一氣動(dòng)或其它壓力信號(hào)40，并且將信號(hào)40轉(zhuǎn)換成一個(gè)相應(yīng)的機(jī)械移動(dòng)42，以向設(shè)定點(diǎn)24標(biāo)識(shí)的所想要的位置驅(qū)動(dòng)控制閥22。人們可以購(gòu)得任何數(shù)量的這樣的致動(dòng)器，如在轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4,509,403所公布的，該專(zhuān)利所公開(kāi)的內(nèi)容已結(jié)合入本文，以供參考。第一控制循環(huán)28可以通過(guò)數(shù)字電路系統(tǒng)、模擬電路系統(tǒng)或者數(shù)字電路系統(tǒng)和模擬電路系統(tǒng)兩者的混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
控制閥移動(dòng)傳感器38設(shè)在靠近控制閥致動(dòng)器36和控制閥22的位置處，以對(duì)其位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在較佳的實(shí)施例中，是對(duì)控制閥致動(dòng)器36的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但應(yīng)予以理解的是，在可替代的實(shí)施例中，可以改為使用控制閥移動(dòng)傳感器38去監(jiān)測(cè)控制閥22的位置。控制閥移動(dòng)傳感器3 8較佳的是一個(gè)電位計(jì)的形式?？商娲?，控制閥移動(dòng)傳感器38可以是霍爾效應(yīng)傳感器的形式，在這樣的傳感器中，緊挨控制閥致動(dòng)器36放置一個(gè)磁體，并且控制閥致動(dòng)器36的任何移動(dòng)都會(huì)使該磁體的磁場(chǎng)發(fā)生變化；或者控制閥移動(dòng)傳感器38也可以是多個(gè)其它位置傳感器的形式，這些傳感器包括大磁阻裝置(GMRs)或其它電子傳感器。
控制閥移動(dòng)傳感器38產(chǎn)生一個(gè)指示控制閥致動(dòng)器36位置的控制閥移動(dòng)信號(hào)44，且信號(hào)44被送入控制閥處理器32。在控制閥處理器32處，將控制閥移動(dòng)信號(hào)44與控制閥移動(dòng)設(shè)定點(diǎn)24相比較以產(chǎn)生一個(gè)位置命令設(shè)定點(diǎn)46。對(duì)控制閥移動(dòng)信號(hào)44和控制閥移動(dòng)設(shè)定點(diǎn)24進(jìn)行比較的電子電路可使用帶有一微處理器的模擬電子電路系統(tǒng)、數(shù)字電子電路系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者也可以是模擬和數(shù)字結(jié)構(gòu)方式兩者的結(jié)合?？梢赃B續(xù)不斷地向控制閥處理器32供給控制閥移動(dòng)信號(hào)44，也可以基于輪班循環(huán)地運(yùn)轉(zhuǎn)以在順序的間隔進(jìn)行讀取，從而有益地減少電力的消耗?？刂崎y處理器32可以包括一個(gè)偏差放大器或一個(gè)比較儀，或者可以具有增益、偏壓及過(guò)濾能力以改善定位性能。
位置命令設(shè)定點(diǎn)46供給形成塞和座定位系統(tǒng)34的第二控制循環(huán)30。更具體地說(shuō)，塞和座定位系統(tǒng)34包括一個(gè)定位處理器或電子比較電路48、電動(dòng)氣動(dòng)繼電致動(dòng)器50、一個(gè)較佳的是一塞座閥組件52形式的控制閥致動(dòng)器閥以及一個(gè)塞座閥位置傳感器54。控制閥致動(dòng)器閥可以為包括滑閥之類(lèi)的其它類(lèi)型閥的形式，但不局限于滑閥。
塞座閥組件52是用來(lái)產(chǎn)生傳送到一控制閥致動(dòng)器36的氣動(dòng)或壓力的致動(dòng)信號(hào)40。如上所述，控制閥致動(dòng)器36使用壓力信號(hào)40來(lái)產(chǎn)生機(jī)械移動(dòng)42，以向一個(gè)所想要的位置驅(qū)動(dòng)控制閥22。這里將對(duì)塞座閥組件52的機(jī)構(gòu)和功能作進(jìn)一步的描述。
在靠近塞座閥組件52的位置上設(shè)有一個(gè)塞座閥位置傳感器54，以對(duì)塞座閥組件52的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并產(chǎn)生一個(gè)表示塞座閥組件52位置的信號(hào)60。塞座閥位置傳感器54可以是前述的電位計(jì)、霍爾效應(yīng)傳感器、大磁阻裝置(GMRs)或者其它的電子檢測(cè)裝置。
塞座閥位置信號(hào)60供給到定位處理器48，該定位處理器48接著將塞座閥位置傳感器信號(hào)60與從控制閥處理器32接收來(lái)的位置命令設(shè)定點(diǎn)46比較。應(yīng)予以理解的是，盡管所述的為兩個(gè)處理器32、48，但是可以設(shè)置能完成這兩個(gè)任務(wù)的單個(gè)處理器。
定位處理器48基于塞座閥位置信號(hào)60與位置命令設(shè)定點(diǎn)46的比較結(jié)果，產(chǎn)生一個(gè)塞座閥驅(qū)動(dòng)或修正信號(hào)62。驅(qū)動(dòng)或糾正信號(hào)62連到電磁繼電致動(dòng)器50，繼電致動(dòng)器50將電信號(hào)62轉(zhuǎn)換成一個(gè)氣動(dòng)或壓力信號(hào)64，接著這個(gè)信號(hào)64被塞座閥組件52使用以產(chǎn)生致動(dòng)器壓力信號(hào)40。電動(dòng)氣動(dòng)繼電致動(dòng)器50可從任何眾多的商業(yè)上可購(gòu)得的電流—壓力(I到P)轉(zhuǎn)換器或變換器中得到提供，這些轉(zhuǎn)換器和變換器如在我以前的專(zhuān)利中的一個(gè)，已轉(zhuǎn)讓給本受讓人且其公布的內(nèi)容已結(jié)合入本文以供參考的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5,532,925中所公布的。
現(xiàn)在請(qǐng)參見(jiàn)圖2至4，所示為根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)塞座閥組件52的第一較佳實(shí)施例。如上所示，塞座閥組件52接受一個(gè)氣動(dòng)致動(dòng)信號(hào)64并產(chǎn)生一個(gè)傳達(dá)到控制閥致動(dòng)器36的氣動(dòng)致動(dòng)信號(hào)40。在較佳的實(shí)施例中，產(chǎn)生了兩個(gè)氣動(dòng)輸出以例如操作一個(gè)活塞致動(dòng)器(未圖示)的上和下壓力腔。如圖中所示，塞座閥組件52包括第一和第二塞座閥66、68。第一和第二塞座閥66、68結(jié)構(gòu)相同。因此，為了方便閱讀和理解，僅在圖中全面地標(biāo)識(shí)了第一塞座閥組件66。但應(yīng)予以理解的是，所述的相同部件處參考標(biāo)號(hào)也是相同的。
第一和第二塞座閥66、68由一根致動(dòng)梁70連結(jié)在一起以同步但反向地移動(dòng)。致動(dòng)梁70繞一中心樞軸72轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙y66、68之中的一個(gè)打開(kāi)，第一和第二塞座閥66、68之間的另一個(gè)就關(guān)閉，或至少關(guān)閉到與另一個(gè)的打開(kāi)程度相同的程度。通過(guò)這樣做，從第一和第二塞座閥66、68來(lái)的輸出信號(hào)都可以利用在例如對(duì)綜合控制方案的前述活塞致動(dòng)器或各種參數(shù)的控制中。
第一和第二塞座閥66、68中的每一個(gè)安裝在一個(gè)主殼體73內(nèi)，并包括一個(gè)固定的殼體件74，且一筒夾75連在該固定殼體件74上。各個(gè)固定殼體件74中放置了一個(gè)可動(dòng)殼體件76。一個(gè)可動(dòng)閥塞78置于各筒夾75的中心孔79內(nèi)，如下文會(huì)進(jìn)一步詳細(xì)描述的。根據(jù)諸可動(dòng)殼體件76和諸閥塞78相對(duì)諸固定殼體件74的位置，可以向控制閥致動(dòng)器36供給力變化的氣動(dòng)壓力以控制其相應(yīng)的位置。
各固定殼體件74包括一個(gè)供壓入口80和一個(gè)徑向延伸的出口82。供壓入口80與一個(gè)供壓源(未圖示)流體相通以用來(lái)操作閥66、68。諸中心孔79中的一個(gè)將入口80連到出口82的一個(gè)。在各筒夾75中的入口80和其中心孔79之間設(shè)有一個(gè)固定閥座86。
可動(dòng)殼體件76包括一個(gè)上環(huán)88和一個(gè)下環(huán)90。上環(huán)88包括一個(gè)形成可動(dòng)閥座93的環(huán)形肩狀部分92，并且上環(huán)88置于固定殼體件74的一凹進(jìn)部分94內(nèi)。一條連通道96將上環(huán)88與下環(huán)90流體相通地連接起來(lái)。下環(huán)90包括一個(gè)環(huán)形肩狀部分100和一個(gè)排出口102，將在下文對(duì)它們作更為詳細(xì)的描述。排出口102引向一個(gè)排出腔104。排出腔104通常地是由一第二彈性體隔膜106與凹進(jìn)部分94隔開(kāi)。固定殼體件74和可動(dòng)殼體件76包括多個(gè)圓周凹槽110，彈性體密封圈112就置于其中以將塞座閥組件52密封在主殼體73內(nèi)。
各可動(dòng)閥塞78可滑動(dòng)地設(shè)置在一個(gè)固定殼體件74內(nèi)和一個(gè)可動(dòng)殼體件76內(nèi)。更具體地說(shuō)，各閥塞78包括一個(gè)大致呈圓柱形的中心軸114，該中心軸114帶有相對(duì)的第一和第二頭部116、118。第一頭部116的尺寸構(gòu)造成與固定閥座86密封地接合，第二頭部118的尺寸構(gòu)造成與可動(dòng)殼體件76的可動(dòng)閥座93密封地接合。各個(gè)閥塞78還包括一個(gè)與一彈簧122相連的末端固定件120，彈簧122把閥塞78偏壓至圖2所示的關(guān)閉的位置上。
致動(dòng)梁70包括從中心樞軸伸出的第一和第二杠桿臂124、126。在第一杠桿臂124的一端128設(shè)有一個(gè)第一附加件127，在第二杠桿臂126的一端132設(shè)有一個(gè)第二附加件130。各個(gè)附加件127、130置于兩下環(huán)90中的一個(gè)內(nèi)。在致動(dòng)梁70上與各個(gè)第一和第二附加件127、130相對(duì)地設(shè)有一個(gè)致動(dòng)墊137。
在圖3所示的位置中，可注意到，左可動(dòng)殼體件76已相對(duì)與其相關(guān)聯(lián)的閥塞78向下移動(dòng)，這又會(huì)使閥塞78的第二頭部118移動(dòng)，不再與可動(dòng)閥座93接合。第一頭部116在彈簧122的作用下，保持與固定閥座的接合。通過(guò)這樣做，就產(chǎn)生出一條由箭頭α標(biāo)識(shí)出來(lái)的通路，這條通路使凹進(jìn)部分94與排出口102和排出腔104流體連通。
對(duì)于右可動(dòng)殼體件76，它在圖3中已向上移動(dòng)，如由致動(dòng)梁70的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)所致使的那樣。通過(guò)這樣做，可動(dòng)閥座93保持與第二頭部118的接合，但是第一頭部116已移動(dòng)，不再與固定閥座86接合。彈簧112發(fā)生變形以允許該移動(dòng)。結(jié)果就產(chǎn)生出一條通路β，以允許入口80和出口82之間的流體流動(dòng)。
因此，在所述的位置，左側(cè)的凹進(jìn)部分94中的壓力就向致動(dòng)器36提供一個(gè)相對(duì)較低的輸出壓力，而在右側(cè)的凹進(jìn)部分94中的壓力則向致動(dòng)器36提供一個(gè)相對(duì)較高的輸出壓力。在活塞致動(dòng)器的情況下，這樣的信號(hào)將會(huì)進(jìn)給入上和下壓力腔以使活塞上移或下移。在其它的應(yīng)用中，無(wú)需同時(shí)使用兩個(gè)信號(hào)。
致使閥塞78向上移動(dòng)所需要的力由電動(dòng)氣動(dòng)繼電致動(dòng)器50向其施加。電動(dòng)氣動(dòng)繼電致動(dòng)器50產(chǎn)生一個(gè)增加在致動(dòng)梁70的致動(dòng)墊137和塞座閥組件52的一基底142之間的致動(dòng)腔138內(nèi)壓力的信號(hào)64。一個(gè)彈性體隔膜144隔離了致動(dòng)腔138。
偏壓的腔體145在致動(dòng)梁70上施加了一個(gè)與致動(dòng)腔138所施加的力反向作用的力。這樣，當(dāng)致動(dòng)腔138內(nèi)的壓力減少時(shí)，偏壓腔145就使致動(dòng)梁70向一個(gè)相反的方向移動(dòng)。偏壓腔145可以包括一個(gè)彈簧或者一個(gè)獨(dú)立的壓力進(jìn)給裝置以產(chǎn)生這樣的偏壓，但較佳地是與供壓壓力流體相通地來(lái)產(chǎn)生偏壓。
從而，本技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)中等水平的人會(huì)理解，根據(jù)由電動(dòng)氣動(dòng)繼電致動(dòng)器50給予致動(dòng)腔138的信號(hào)，閥塞78可以移動(dòng)到沿著圖2至4定義的移動(dòng)范圍的任何位置上。如果在致動(dòng)腔138中的壓力增大至大于在偏壓腔145中的壓力，那么靠近致動(dòng)腔138的閥塞78就向上移動(dòng)，并且另一個(gè)閥塞78就向下移動(dòng)。反過(guò)來(lái)，如果在致動(dòng)腔138中的壓力減少到低于偏壓腔145中的壓力，那么靠近偏壓腔145的閥塞78就向上移動(dòng)，并且靠近致動(dòng)腔138的閥塞78向下移動(dòng)。根據(jù)閥塞78的位置，對(duì)產(chǎn)生到致動(dòng)器36的輸出信號(hào)進(jìn)行了調(diào)整，該信號(hào)又接著對(duì)控制閥22的位置進(jìn)行調(diào)整。
通過(guò)使用如上所述的第二控制循環(huán)30來(lái)監(jiān)控閥塞78的位置，就可以精確地控制閥塞78的位置，這又接著提高了可對(duì)控制閥22的位置進(jìn)行控制的精確性和靈敏度。
現(xiàn)在請(qǐng)參見(jiàn)圖5，所示為塞座閥組件52的第二個(gè)實(shí)施例。盡管只使用了單個(gè)的塞座閥52，但它的機(jī)構(gòu)與第一較佳實(shí)施例所述的相同。這樣，在采用了相同的部件之處使用了相同的參考標(biāo)號(hào)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6，根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)建的一個(gè)定位系統(tǒng)的第二可替代實(shí)施例總的標(biāo)記為參考標(biāo)號(hào)200。系統(tǒng)200大致與第一較佳實(shí)施例相同，并且因此，在采用了相同的部件之處使用了相同的參考標(biāo)號(hào)。但圖6可替代實(shí)施例的一個(gè)不同之處是使用了一個(gè)可調(diào)的增益調(diào)整電路202。可調(diào)的增益調(diào)整電路202向使用者提供了一個(gè)調(diào)整回饋給定位處理器48的位置信號(hào)58的跨度的裝置。這就產(chǎn)生了一種調(diào)節(jié)定位系統(tǒng)200響應(yīng)的方法。例如，可調(diào)增益調(diào)整電路202可以由包括一個(gè)將定位處理器48的信號(hào)放大一個(gè)常數(shù)倍的比例循環(huán)。本技術(shù)領(lǐng)域中的一位中等水平的人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，除了比例循環(huán)，還可以使用一個(gè)積分循環(huán)以提供一個(gè)PI控制，以及可以使用一個(gè)微分循環(huán)以提供一個(gè)PID控制系統(tǒng)?？烧{(diào)增益調(diào)整電路202的使用無(wú)需局限于采用塞座閥的系統(tǒng)中，而是可以用于采用包括滑閥在內(nèi)的任何類(lèi)型閥的系統(tǒng)中。
現(xiàn)在請(qǐng)參見(jiàn)圖7，根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的一個(gè)定位系統(tǒng)的第三較佳實(shí)施例總的標(biāo)識(shí)為參考標(biāo)號(hào)300。如圖中所示，第一控制循環(huán)28無(wú)需對(duì)控制閥22的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將所得的信號(hào)與一控制信號(hào)設(shè)定點(diǎn)24比較，而是可以使用本發(fā)明所述的內(nèi)容來(lái)提供一個(gè)也監(jiān)控其它諸變量的控制循環(huán)302。在所述的實(shí)施例中，其它的變量可以是一個(gè)專(zhuān)門(mén)與所控制的過(guò)程304相關(guān)的變量。例如，在一化學(xué)處理設(shè)備中，可以利用各種儲(chǔ)罐并且可需要對(duì)一儲(chǔ)罐中的液位進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控。在這樣的例子中，過(guò)程可變信號(hào)306可以代表在一儲(chǔ)罐內(nèi)的剩余體積量。這個(gè)體積量可由一個(gè)適合的體積傳感器308來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且傳感器308產(chǎn)生一個(gè)表示該體積的信號(hào)310，并將該信號(hào)310傳輸?shù)揭粋€(gè)過(guò)程控制器312。然后，過(guò)程控制器312可接著將測(cè)得的過(guò)程信號(hào)310與一個(gè)由一個(gè)更高級(jí)別的處理器(未圖示)所提供的過(guò)程設(shè)定點(diǎn)314進(jìn)行比較。系統(tǒng)300的其余部分是相同，它們也使用一個(gè)塞座閥組件52和一個(gè)內(nèi)循環(huán)控制來(lái)將一個(gè)壓力信號(hào)送向一控制閥致動(dòng)器。
從前面的描述可見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)構(gòu)造的系統(tǒng)提供了所控制的參數(shù)的更強(qiáng)的阻力、更好的精確性和靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種控制閥組件，它包括一個(gè)控制閥；一個(gè)與控制閥操作地相連的塞座閥；一個(gè)適于監(jiān)測(cè)控制閥的位置并產(chǎn)生一個(gè)第一位置信號(hào)的第一位置傳感器；一個(gè)適于監(jiān)測(cè)塞座閥組件的位置并產(chǎn)生一個(gè)第二位置信號(hào)的第二位置傳感器；以及一個(gè)比較器，它適于將第一位置信號(hào)與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較并產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)，并且它還適于將第二位置信號(hào)與第二設(shè)定點(diǎn)相比較并產(chǎn)生一個(gè)修正信號(hào)，修正信號(hào)被傳送到塞座閥組件以定位控制閥。
2.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于塞座閥組件包括一個(gè)固定閥座、一個(gè)可動(dòng)閥座以及一個(gè)帶有可分別置于固定和可動(dòng)閥座中的第一和第二頭部的閥塞。
3.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于至少第一和第二位置傳感器中的一個(gè)是一個(gè)電位計(jì)。
4.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于至少第一和第二位置傳感器中的一個(gè)是一個(gè)大磁阻裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于至少第一和第二傳感器中的一個(gè)是一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于它還包括一個(gè)適于改變第二位置信號(hào)的可調(diào)增益調(diào)整電路。
7.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于它還包括比例、積分或微分控制電路。
8.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于它還包括一個(gè)控制閥致動(dòng)器，且控制閥致動(dòng)器適于接受從塞座閥組件來(lái)的壓力信號(hào)并產(chǎn)生機(jī)械移動(dòng)以驅(qū)動(dòng)控制閥到一個(gè)所要求的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的控制閥組件，其特征在于它還包括一個(gè)變換器，且變換器適于接受從比較器來(lái)的電修正信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)傳送到塞座閥組件的壓力信號(hào)。
10.如權(quán)利要求1所述的控制閥組件，其特征在于塞座閥包括由一公共的致動(dòng)梁連結(jié)在一起的第一和第二塞座閥組件，第一和第二塞座閥組件中的一個(gè)在一個(gè)第一方向上的移動(dòng)使第一和第二塞座閥組件中的另一個(gè)在一個(gè)相反的、第二方向上移動(dòng)。
11.如權(quán)利要求10所述的控制閥組件，其特征在于塞座閥組件的可動(dòng)閥座由裝配在致動(dòng)梁上的一個(gè)環(huán)形部分形成。
12.一種閥控制系統(tǒng)，它包括一個(gè)控制閥；一個(gè)與控制閥可操作地相連并適于改變控制閥位置的控制閥致動(dòng)器；一個(gè)第一位置傳感器，它靠近控制閥，適于檢測(cè)控制閥位置并產(chǎn)生一個(gè)表示控制閥位置的信號(hào)；一個(gè)與控制閥致動(dòng)器流體連通的塞座閥，它適于產(chǎn)生一個(gè)供控制閥致動(dòng)器使用的壓力信號(hào)；一個(gè)第一比較器，它適于將控制閥位置與一個(gè)控制閥設(shè)定點(diǎn)相比較，并產(chǎn)生一個(gè)塞座閥位置設(shè)定點(diǎn)；一個(gè)第二位置傳感器，它靠近塞座閥，適于檢測(cè)塞座閥的位置并產(chǎn)生一個(gè)表示塞座閥位置的信號(hào)；一個(gè)第二比較器，它適于將塞座閥位置與塞座閥位置設(shè)定點(diǎn)相比較并產(chǎn)生一個(gè)塞座閥修正信號(hào)；以及一個(gè)變換器，它適于接受塞座閥修正信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)傳送到塞座閥的相應(yīng)壓力信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的閥控制系統(tǒng)，其特征在于塞座閥包括至少一個(gè)塞座閥組件。
14.如權(quán)利要求12所述的閥控制系統(tǒng)，其特征在于至少一個(gè)位置傳感器是一個(gè)電位計(jì)。
15.如權(quán)利要求12所述的閥控制系統(tǒng)，其特征在于諸位置傳感器是霍爾效應(yīng)傳感器。
16.如權(quán)利要求12所述的閥控制系統(tǒng)，其特征在于它還包括一個(gè)適于改變表示塞座閥位置的信號(hào)的可調(diào)增益調(diào)整電路。
17.如權(quán)利要求12所述的閥控制系統(tǒng)，其特征在于塞座閥還包括由一致動(dòng)梁連結(jié)在一起的第一和第二塞座閥組件。
18.如權(quán)利要求17所述的閥控制系統(tǒng)，其特征在于塞座閥組件包括一個(gè)固定閥座、一個(gè)可動(dòng)閥座以及一個(gè)帶有可分別置于固定和可動(dòng)閥座中的第一和第二頭部的閥塞。
19.如權(quán)利要求18所述的閥控制系統(tǒng)，其特征在于塞座閥組件的可動(dòng)閥座由裝配在致動(dòng)梁上的一個(gè)環(huán)形部分形成。
20.一種用來(lái)定位由控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的控制閥的系統(tǒng)，且其中控制閥致動(dòng)器與一塞座閥連通，所述系統(tǒng)包括一個(gè)第一控制循環(huán)，在其中將一個(gè)表示控制閥位置的信號(hào)與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)；和一個(gè)第二控制循環(huán)，在其中將一個(gè)表示塞座閥位置的信號(hào)與第二設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳送到控制閥致動(dòng)器以定位控制閥。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于第一設(shè)定點(diǎn)由控制閥用于其中的生產(chǎn)流水線的一個(gè)控制器提供。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于第一控制循環(huán)將過(guò)程的一個(gè)檢測(cè)的變量與第一設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生第二設(shè)定點(diǎn)。
23.一種用來(lái)定位由控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的控制閥的系統(tǒng)，且其中控制閥致動(dòng)器與一控制閥致動(dòng)器閥連通，所述系統(tǒng)包括一個(gè)第一控制循環(huán)，在其中將一個(gè)表示控制閥位置的信號(hào)與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)；一個(gè)第二控制循環(huán)，在其中將一個(gè)表示控制閥致動(dòng)器閥位置的信號(hào)與第二設(shè)定點(diǎn)相比較以產(chǎn)生一個(gè)控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制閥致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)被傳送到控制閥致動(dòng)器以定位控制閥；以及一個(gè)設(shè)在第二控制循環(huán)中的可調(diào)的增益調(diào)整電路，可調(diào)的增益調(diào)整電路適于改變表示控制閥致動(dòng)器閥位置的信號(hào)。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于控制閥致動(dòng)器閥是一個(gè)塞座閥。
25.一種用來(lái)定位控制閥的方法，它包括以下的步驟監(jiān)測(cè)控制閥的位置；將控制閥的位置與一個(gè)第一設(shè)定點(diǎn)相比較；基于比較步驟產(chǎn)生一個(gè)第二設(shè)定點(diǎn)；監(jiān)測(cè)一個(gè)塞座閥的位置；將塞座閥的位置與第二設(shè)定點(diǎn)相比較；基于塞座閥位置與第二設(shè)定點(diǎn)的比較產(chǎn)生一個(gè)修正信號(hào)；以及基于修正信號(hào)定位控制閥。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于監(jiān)測(cè)步驟使用霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)完成。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于定位步驟使用一電流-壓力變換器和一個(gè)控制閥致動(dòng)器來(lái)完成。
全文摘要
公開(kāi)了一種用來(lái)定位控制閥的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用了第一和第二控制循環(huán)以及一個(gè)塞座閥組件。第一控制循環(huán)監(jiān)控的被控制閥或者裝置的位置或變量，并且將其與一個(gè)提供的設(shè)定點(diǎn)相比較，以產(chǎn)生一個(gè)塞座閥的設(shè)定點(diǎn)。第二控制循環(huán)將測(cè)得的塞座閥位置與第二設(shè)定點(diǎn)相比較，以產(chǎn)生一個(gè)修正信號(hào)來(lái)精確定位塞座閥。通過(guò)采用第一和第二控制循環(huán)，提高了控制閥定位的精確性和靈敏度。
文檔編號(hào)G05D3/12GK1436325SQ01810936
公開(kāi)日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月9日
發(fā)明者G·W·加斯曼 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國(guó)際公司