KR102876830B1

KR102876830B1 - 밸브 액추에이터 제어 시스템, 밸브 액추에이터 및 밸브 액추에이터 제어방법

Info

Publication number: KR102876830B1
Application number: KR1020200038876A
Authority: KR
Inventors: 마크 디. 올란더; 다니엘 이. 칼슨; 미카엘 아담 루모어
Original assignee: 플로우서브 피티이. 엘티디.
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2025-10-27
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: EP3726112C0; CN111828658A; CN111828658B; EP3726112A1; US11693436B2; EP4571161A3; EP4571161A2; US20200333809A1; CA3077129A1; KR20200123379A; KR20250159114A; CN120907004A; EP3726112B1; US20210011502A1; CA3077129C; US10976757B2

Abstract

밸브 시스템 및 관련 방법은 밸브 시스템에서의 한 위치로 밸브 요소가 이동하는 동안 밸브 시스템의 적어도 하나의 특성을 모니터링하고, 밸브 시스템의 모니터링된 적어도 하나의 특성에 기초하여 위치의 드리프트를 결정하도록 구성된 밸브 액추에이터와 밸브 시스템을 포함한다.

Description

밸브 액추에이터 제어 시스템, 밸브 액추에이터 및 밸브 액추에이터 제어방법{CONTROL SYSTEMS FOR VALVE ACTUATORS, VALVE ACTUATORS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS}

본 발명은 밸브 액추에이터에 관한 것으로서, 특히 밸브 액추에이터 제어 시스템, 밸브 액추에이터 및 밸브 액추에이터 제어 방법에 관한 제어 시스템에 관한 것이다.

밸브는 액체 및 가스 모두를 위한 장치를 포함한다. 밸브 액추에이터는 밸브를 조작하기 위해 사용되고, 다양한 모양, 크기, 형태로 제작되면서 다양한 용도를 갖는다. 밸브 액추에이터는 수동으로 구동될 수 있고, 전기적으로 구동될 수도 있으며, 샤프트가 직접 또는 간접적으로 연결되는 유체 작동 피스톤 또는 다른 유압시스템의 유압에 의해 작동될 수도 있다. 예를 들면, 밸브 액추에이터는 수동으로 구동되거나 샤프트가 직접 또는 간접적으로 연결되는 유체 작동 피스톤의 유압에 의해 작동될 수 있으며, 전기 모터 또는 전기 유압 또는 전기 유체 방법에 의해 구동될 수 있다. 종래의 밸브 액추에이터는 상대적으로 낮은 토크로 비교적 높은 속도로 회전될 수 있는 전기 구동 입력 샤프트를 포함한다. 이러한 입력 샤프트는 웜 기어 또는 헬리컬 스크류 스레드(helical screw thread)와 같은 감속기어와 너트를 통해 상대적으로 높은 토크로 출력 샤프트를 저속 회전시킬 수 있다.

액추에이터는 종종 주어진 밸브를 완전히 안착시키는데 필요한 것보다 더 많은 토크를 제공할 수 있도록 크기가 정해지곤 한다. 밸브 액추에이터의 출력축 또는 구동 슬리브에 의해 발생되는 토크를 결정하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 밸브가 완전히 닫히는 위치나 완전히 안착된 위치에 접근할 때 밸브를 작동시키기 위하여 필요한 토크는 상당히 높을 수 있다.

일반적으로 액추에이터는 주어진 어플리케이션의 다양한 작동모드에 적합한 방식으로 부하에 적용될 수 있는 토크량을 제어하거나 제한하는 것이 필요하다. 토크 한계치가 초과되면, 그때 토크 센서는 모터의 작동을 해제하거나 중지할 수 있고, 그렇지 않으면 액추에이터의 작동을 중지할 수 있다. 토크 한계치는 시동시에 사용자에 의해 고정될 수 있고, 사용자에 의해 물리적으로 변경될 때까지 고정된 상태가 유지될 수 있다. 이러한 상황에서, 밸브 액추에이터는 밸브의 움직임을 완료하지 않고 작동을 중단할 수 있으며, 이는 밸브가 완전히 안착되거나 폐쇄된 위치에 있지 않을 수 있다.

토크 한계치를 설정하는 것에 더하여, 액추에이터는 밸브 요소를 밸브의 선택된 완전 안착 또는 폐쇄 위치로 이동시키도록 구성될 수 있다(예를 들어, 초기에 구성될 수 있다).

그러나, 밸브의 완전 안착 또는 폐쇄 위치는 안착면 및/또는 밸브 상의 재료 축적, 안착면 및/또는 밸브 상의 마모 또는 그 조합들과 같은 밸브 어셈블리의 작동 조건에 있어서의 변화로 인해 시간이 흐르면서 달라질 수 있다.

밸브의 완전 안착 또는 폐쇄 위치의 드리프트(drift)는 밸브가 완전 안착 또는 폐쇄 위치에 정확히 위치되도록 액추에이터의 능력에 영향을 미친다.

등록특허: 10-1624367 (출원번호: 10-2010-7026903, 발명의 명칭: 압축기 밸브들을 왕복 운동하기 위한 전기기계 액추에이터의 위치를 제어하기 위한 방법)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 밸브의 적어도 일부를 통한 흐름을 제어하기 위하여 밸브 내의 밸브 요소의 위치를 제어하는 밸브 액추에이터와 이 밸브 액추에이터를 제어하는 밸브 액추에이터 제어 시스템, 밸브 액추에이터 및 밸브 액추에이터 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

일부 실시예에서, 본 발명은 적어도 밸브의 적어도 일부를 통한 흐름을 제어하기 위한 밸브 내의 밸브 요소의 위치를 제어하기 위한 밸브 액추에이터를 포함하는 밸브 시스템과 밸브 액추에이터를 제어하기 위한 제어시스템을 포함한다.

제어 시스템은 다음과 같이 구성될 수 있다:

밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 가능하게 하기 위하여 밸브 요소를 밸브의 방해받지 않는 제1위치로 이동하도록 밸브 액추에이터를 지시하고; 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 감소시키거나 증가시키기 위하여 밸브 요소를 밸브의 제2위치로 이동하도록 밸브 액추에이터를 지시하고; 밸브 요소가 제2위치까지 이동하는 동안 밸브 시스템의 적어도 하나의 특성을 모니터링하고; 모니터링된 밸브 시스템의 적어도 하나의 특성에 기초하여 제2위치의 드리프트(drift)를 결정한다.

추가 실시 예에서, 본 발명은 밸브의 적어도 일부를 통한 흐름을 제어하기 위하여 밸브 내 밸브 요소의 위치를 제어하기 위한 밸브 액추에이터를 포함하는 밸브 시스템과 밸브 액추에이터를 제어하기 위한 제어 시스템을 포함한다.

제어 시스템은 다음과 같이 구성될 수 있다:

밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 감소시키거나 증가시키기 위해 밸브 요소를 밸브의 초기 위치에서 목표 위치로 이동하도록 밸브 액추에이터를 지시하고; 밸브 요소가 목표 위치로 이동하는 동안 밸브 시스템의 적어도 하나의 특성을 모니터링하고; 밸브 시스템의 모니터링 된 적어도 하나의 특성에 기초하여 목표 위치의 장소를 검출한다.

제어 시스템은 또한 다음 중 적어도 하나를 갖도록 구성될 수 있다: 밸브 요소를 목표 위치에서 밸브 시스템의 시트(seat)와 접촉되도록 움직인 다음 밸브 액추에이터에서 선택된 토크값이 도달할 때까지 밸브 요소를 시트(seat) 안쪽으로 강제하고; 또는 밸브 요소가 목표 위치로 이동할 때마다 밸브 시스템의 모니터링된 적어도 하나의 특성에 기초하여 목표 위치의 장소를 능동적으로 조정하면서 개방 위치의 장소를 실질적으로 유지한다. 제어 시스템은 선택된 위치에서 상기 제2위치로 상기 밸브 요소가 이동할 때 상기 밸브 요소의 속도를 감소시키고, 결정된 상기 제2위치의 상기 드리프트에 기초하여 상기 밸브 요소의 속도 감소를 위하여 상기 선택된 위치를 업데이트하도록 추가로 구성될 수 있다.

추가 실시 예들에서, 본 발명은 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법을 포함한다.

상기 방법은 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 실질적으로 억제하기 위하여 밸브 액추에이터를 갖는 밸브 요소를 폐쇄 위치로 이동시키는 단계; 밸브 요소를 폐쇄 위치로 이동시키는 동안 밸브 시스템의 적어도 하나의 특성을 모니터링하는 단계; 밸브 시스템의 모니터링된 적어도 하나의 특성에 기초하여 폐쇄 위치의 드리프트(drift)를 결정하는 단계: 및 다음 중 적어도 하나: 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 가능하게 하기 위해 밸브의 하드 스톱(hard stop)이 없는 개방 위치를 향해 밸브 액추에이터를 갖는 밸브 요소를 이동시키는 단계; 폐쇄 위치에서 밸브 시스템의 시트(seat)와 접촉되도록 밸브 요소를 움직인 다음 밸브 액추에이터에서 선택된 토크값에 도달할 때까지 밸브 요소를 시트 안쪽으로 강제하는 단계; 또는 밸브 요소가 폐쇄 위치로 움직일 때마다 모니터링 된 밸브 시스템의 적어도 하나의 특성에 기초하여 폐쇄 위치의 장소를 능동적으로 조정하면서 개방 위치의 장소를 실질적으로 유지하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 특징, 장점 및 다양한 측면은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 고려하여 통상의 기술자들에게 명백할 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 밸브 액추에이터 제어 시스템, 밸브 액추에이터 및 밸브 액추에이터 제어방법은 밸브 내의 밸브 요소의 위치를 제어함으로써 시간이 흐르더라도 밸브의 완전 안착 또는 폐쇄 위치 등이 달라지는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서는 본 발명으로 간주되는 특별히 지적하고 명백하게 주장하는 청구항들로 결론을 낼 수 있지만, 이 공개 내용의 장점은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 공개에 대한 다음의 설명으로부터 더 쉽게 확인될 수 있다.
FIG. 1은 전기 구동 밸브 액추에이터의 절개된 모습이다.
FIG. 2는 공압 구동 밸브 액추에이터의 단면이다.
FIG. 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 동작시키는 방법을 설명한 차트이다.
FIG. 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브의 이동 프로파일(profiles of movemet)을 나타내는 예시 그래프이다.
FIG. 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 동작시키는 방법을 나타내는 또 다른 차트이다.

여기에서 사용되는 바와 같이, 주어진 파라미터 수단과 관련하여 "실질적으로" 또는 "약"이라는 용어는 숙련된 기술자가 주어진 파라미터, 특성 또는 조건이 허용 가능한 제조 허용 범위 내에서와 같이 작은 정도의 변화를 충족한다는 것을 이해하는 정도를 의미하고 이 정도까지를 포함한다. 예를 들어, 실질적으로 충족되는 파라미터는 최소 90% 충족, 최소 95% 충족, 최소 99% 충족 또는 심지어 100% 충족될 수 있다.

[도 1]은 전기 구동 밸브 액추에이터(100)를 나타낸다. [도 1]은 전기 구동 밸브 액추에이터의 한 버전만을 설명하는 것이며, 어떤 전기 구동 또는 다른 밸브 액추에이터(예를 들어, 공압 액추에이터, 유압 액추에이터 등)에 대한 본 발명의 적용 가능성을 제한하기 위한 것이 아니다. 밸브 액추에이터(100)는 웜 샤프트(103)에 결합된 전기 모터(104)를 포함한다. 핸드휠(101)은 핸드휠 어댑터(111)에 연결된다. 핸드휠 어댑터(111)는 구동 슬리브(102)에 연결된다. 구동 슬리브(102)는 밸브 스템 너트에 연결된다(표시되지 않음). 웜 기어(110)는 웜 샤프트(103)와 짝을 이룬다. 웜 기어(110)는 밸브 스템 너트에 결합되어 밸브의 밸브 스템을 구동할 수 있다. [도 1]에서 밸브 액추에이터(100)는 밸브에 부착된 것으로 도시되지 않았다. 전기 모터(104) 또는 핸드휠(101)의 작동은 밸브 스템을 올리거나 낮춘다. 밸브 스템은 핸드휠(101)의 중심을 통해 상하로 이동할 수 있다. 밸브 스템은 또한 밸브를 개폐할 수 있거나 밸브 요소를 개방 또는 폐쇄 위치로 직접 회전시킬 수 있는 밸브에서 너트를 회전 및 작동시킬 수 있다(예: 버터플라이(butterfly), 베인(vane) 또는 볼 밸브와 같이).

밸브 액추에이터(100)에는 밸브 작동에 사용되는 드라이브 트레인, 하드웨어, 장치, 전자 장치 및 / 또는 소프트웨어가 포함될 수 있다. 밸브 액추에이터(100)는 예를 들어 리니어(linear), 쿼터턴 로터리(quarter-turn rotary), 멀티턴 로터리(multi-turn rotary), 볼(ball), 플러그(plug), 게이트(gate), 버터플라이(butterfly) 및 다이어프램 밸브(diaphragm valves)를 포함하는 모든 타입의 밸브에 대해 설계될 수 있다. 밸브 액추에이터(100)의 구성요소들은 어떤 방식으로든 배열될 수 있다. 주지하다시피 핸드휠(101)은 밸브 액추에이터(100)의 측면을 향할 수 있다.

드라이브 트레인(drive train)은 원동기, 수동 작동 메커니즘, 분리 또는 격리 메커니즘(disengagement or isolation mechanisms), 제동 메커니즘(braking mechanisms), 속도 조절 메커니즘(speed modulation mechanisms) 및 밸브에 부착하기 위한 메커니즘을 포함한다. 드라이브 트레인은 또한 위의 요소 중 어느 하나를 제외하거나 추가 요소들을 포함할 수 있다. 오직 설명을 위한 목적으로, [도 1]은 전기 모터(104)를 원동기로 하고 핸드휠(101)을 수동 작동 메커니즘으로 하는 것을 보여준다. 종종, 전기 모터(104) 또는 핸드휠(101)의 작동이 다른 것의 작동을 유발하지 않도록 클러치 메커니즘이 포함된다. 예로써, 레버(105) 및 디클러치 메커니즘(declutch mechanism,113)은 분리 또는 격리 메커니즘으로서 제공될 수 있다. 수많은 클러치와 결합 메커니즘(disengagement mechanisms)이 잘 알려져 있다. 디클러치 메커니즘(113)은 밸브 액추에이터(100)의 드라이브 트레인의 임의의 부분을 결합 또는 분리하도록 설계될 수 있다.

[도 1]에서 로킹 및 제동 메커니즘은 웜 샤프트(103) 및 웜 기어(110)에 포함된다. 웜 기어(110)와 웜 샤프트(103) 대신에 또는 이에 더하여, 다른 기어 타입 또는 기어가 밸브 액추에이터(100)에 사용되지 않을 수 있다. 밸브 액추에이터의 기어 타입은 종종 전기 모터(104)와 밸브 스템 너트 사이의 속도 감소량에 기초하여 선택된다. 이어서, 밸브 액추에이터의 드라이브 트레인의 기어를 언급할 때, 웜 기어 및 웜 샤프트의 예가 주로 사용된다. 그러나, 그 논의는 어떠한 기어에도 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 밸브 액추에이터에 기어가 없으면, 적용 가능한 원동기의 출력 메커니즘도 충분할 수 있다.

[도 1]의 예에서, 주지하다시피, 밸브에 부착하기 위한 메커니즘은 밸브 스템 너트 및 관련된 지지 구조일 수 있다. 그러나, 알려진 부착 메커니즘은 어떠한 것이라도 모두 활용될 수 있다. 여기서 사용되는 "밸브"라는 용어는 액체, 가스 및/또는 고체의 흐름을 적어도 부분적으로 제어하는 장치, 어셈블리 또는 시스템의 정의를 포함하여 해당 기술분야에서 사용되는 용어의 가장 일반적인 용도를 포함한다. 전기 모터(104)는 밸브 액추에이터를 작동시킬 수 있는 전기 구동 원동기일 수 있다.

밸브 액추에이터(100)는 작동할 때 전기 모터(104)의 전원이 차단 될 때까지 정격 설계 속도 (예를 들어, 밸브 액추에이터의 최고 속도일 수 있음) 또는 그 근처에서 밸브를 이동시킬 수 있다. 밸브를 폐쇄 위치로 이동시킬 때, 밸브 액추에이터(100)는 밸브가 폐쇄 위치(예를 들어, 시트 위치)에 도달할 때까지 정격 속도로 이동한다. 이로 인하여 밸브 액추에이터(100)에 의해 발생된 출력 토크가 증가한다. 토크 레벨이 미리 결정된 트립 레벨에 도달하면, 전기 모터(104)는 전원이 차단될 수 있다. 밸브를 폐쇄하는 이러한 토크 시팅(seating) 방법은 프로세스 흐름을 종료시키는 폐쇄 위치에서 밸브를 고정시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 시스템의 다른 요소들은 밸브가 폐쇄 위치에 도달하는 시기를 결정하기 위하여 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(예를 들어, 아래에서 논의된 제어 시스템(106))은 밸브 요소의 위치, 밸브의 축의 위치, 밸브 액추에이터의 하나 이상의 특성(예를 들어, 전력 소비, 모터에 공급되는 전류 레벨, 모터의 위치, 모터의 열 출력 등), 밸브의 하나 이상의 특성(예를 들어, 밸브 내 또는 밸브를 통한 흐름 또는 압력의 특성) 또는 그 조합을 을 모니터링 할 수 있다.

[도 1]은 또한 밸브 액추에이터(100)를 위한 모범적인 제어 시스템(106)을 보여준다. 예를 들어, 제어 시스템 (106)은 전기 모터 (104)를 제어하기 위한 제어 모듈(108)을 포함할 수 있고, 인터페이스(예를 들어, 제어 패널(107))로부터 입력을 수신하고 인디케이터(112)에 출력을 전송하기 위한 전자 장치(115)를 묘사한다. 이 특별한 예에서, 인디케이터(112)는 액정표시장치(LCD)로 설명된다. 하나 또는 그 이상의 인디케이터(112)가 존재할 수 있다. 인디케이터의 몇 가지 비제한적인 예로는 발광 다이오드 조명(LED)과 디스플레이, 필라멘트 조명, 다이얼 등을 포함한다.

제어 시스템(106)은 또한 밸브의 일부분의 위치를 결정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함 할 수 있다 (밸브 요소는 폐쇄 위치에서의 흐름에 물리적 장벽을 제공하고 개방 위치에서의 흐름을 가능하게 한다). 예를 들어, 제어 시스템(106)은 [도 1]에서 다륜 절대 인코더(multi-wheel absolute encoder)로 묘사되는 인코더(109)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 인코더(109)는 예를 들어, 단일 휠 절대 인코더(single wheel absolute encoder), 증분 인코더(incremental encoder) 등과 같은 다른 타입의 인코더를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자기 센서, 유도 센서, 용량성 센서(capacitive sensor) 등과 같은 다른 타입의 위치 센서가 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 패널(107)은 제어 시스템(106)의 일부일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 패널(107)은 제어 시스템(106)과 분리되어 원격으로 통신할 수 있다 (예를 들어, 제어 시스템(106)은 밸브 액추에이터(100)로부터 떨어져서 위치된다). 임의의 경우, 제어 시스템(106) 및/또는 제어 패널(107)은 밸브 액추에이터 및/또는 밸브 조립체 또는 시스템의 다른 부분을 작동시킬 수 있는 사용자 명령 및/또는 자동화된 명령(예를 들어, 실행된 코드화된 명령의 형태)을 제공할 수 있다.

본 발명은 특정 밸브 액추에이터에 한정되지 않으며 임의의 밸브 액추에이터에 적용될 수 있다. [도 2]는 밸브 액추에이터(140)로 알려진 공압 구동 밸브 액추에이터를 도시한다. 밸브 액추에이터(140)가 밸브(136)와 결합되고, 액추에이터 스템(122)은 밸브요소(132)(예를 들러, 샤프트(131) 및 플러그(130))와 결합된다. 위에서 언급한 바와 같이, [도 1]과 [도 2]를 참조하면, 밸브 액추에이터(100,140)의 제어 시스템(106)은 예를 들어, 밸브 요소(132)(예를 들어 플러그(130) 및/또는 그 부속 샤프트(131))의 하나 이상의 위치와 같은 밸브(136)의 위치를 모니터링 할 수 있는 위치 감지 기능을 포함할 수 있다.

액추에이터 스템(122)의 이동은 밸브(136)의 작동을 지배하는 플러그(130)와 샤프트(131)의 대응하는 이동을 초래한다. 밸브(136)는 액추에이터에 의해 작동 가능한 글로브(globe), 게이트, 볼, 버터플라이, 플러그, 다이어프램 또는 어떤 다른 타입의 밸브일 수 있다. 대표적인 글로브 밸브를 위한 액추에이터 스템(122), 샤프트(131) 및 플러그(130)가 도시되어 있다. 그러나, 존재하는 밸브의 타입에 따라 어느 구성 요소도 수정될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한 "드라이브 트레인"이라는 문구가 사용될 때, 이 문구는 액추에이터 스템(122)과 같은 밸브 액추에이터(140)의 구동 구성 요소를 포함한다.

[도 1]을 참조하면 상기와 같이 밸브 액추에이터(140)는 또한 제어 시스템(106)과 유사한 제어 시스템을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법, 장치, 도구 및 시스템의 실시예는 밸브 액추에이터를 작동시키고 그러한 작동을 모니터링하고 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 밸브 액추에이터의 하나 이상의 동작을 주기적으로 변경하기 위하여 밸브 시스템의 하나 이상의 파라미터 또는 특성을 모니터링하면서 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 동작시키는데 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 예를 들어, 내부 제어 시스템 또는 외부(예를 들어, 원격) 제어 시스템과 같은 밸브 액추에이터에 대한 제어 시스템을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 전기 밸브 작동에 관련된 것일 수 있는데, 전기 밸브 작동은 원하는 프로세스 흐름을 얻기 위하여 밸브 위치를 변경(예를 들어, 전동모터로)하는 것을 포함한다. 위에서 언급한 바와 같이, 다른 타입의 밸브 작동이 실현될 수 있다.

제어 시스템은 밸브 액추에이터가 이동 한계 내에서 폐쇄 및/또는 안착 위치로부터 중간 이동 위치까지 밸브를 개방하도록 지시하여 프로세스 흐름을 시작할 수 있다. 반대로, 밸브 액추에이터는 프로세스 흐름을 종료하는 폐쇄 또는 안착 위치로 밸브를 이동시킬 수 있다. 또한, 밸브는 하나의 중간 이동 위치에서 필요에 따라 프로세스 흐름을 증가시키거나 감소시키는 다른 중간 이동 위치로 이동될 수 있다.

폐쇄 또는 안착이 진행되는 동안, 밸브가 밸브 몸체(예를 들어, 안착면)와 접촉하기 시작하면, 밸브의 추가 이동에 대한 저항은 유체 흐름과 같은 밸브의 다른 조건으로부터 및/또는 하드 스톱으로 인해 제한될 수 있다. 이로 인해 밸브 액추에이터에서 밸브를 닫는 데 필요한 토크가 급격히 상승할 수 있다. 예를 들어, 이러한 토크 기울기는 너무 가파르기(예: 밀리초 이상) 때문에 액추에이터에 의해 밸브에 가해지는 최종 토크가 액추에이터의 토크 트립 레벨을 초과할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 액추에이터는 토크 레벨(예를 들어, 작동을 중지하기)을 제한할 만큼 충분히 빠르게 반응할 수 없을 수 있으며, 이는 유지 사이클을 구동하고/또는 밸브 서비스 수명을 감소시키는 가속된 밸브 마모를 초래할 수 있다.

또한, 프로세스 역학에 따라, 이러한 토크 안착 방법은 밸브를 통한 프로세스 흐름의 급속한 감소를 생성할 수 있으며, 이는 유동 프로세스 루프의 다른 프로세스 제어 요소를 교란시킬 수 있는 프로세스 제어 과도(process control transients)를 생성할 수 있다. 더 나아가서, 토크 기울기가 충분히 심하다면 밸브와 관련 배관의 고장이 발생할 수 있다.

[도 3]은 밸브 액추에이터(예를 들어, 밸브 액추에이터(100))의 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(106))을 작동시키는 방법을 보여주는 차트이다. [도 3]에서 보여지는 것처럼, 동작시, 제어 시스템은 밸브 액추에이터가 개방 위치(예를 들어, 완전 개방 위치, 부분 개방 위치)로부터 폐쇄 위치를 향해 밸브를 이동하도록 지시한다.

일부 실시예에서, 개방 위치는 방해받지 않을 수 있다. 예를 들어, 개방 위치는 특정 개방 위치를 지나는 밸브 요소의 추가 이동을 금지하는 하드 스톱(hard stop) 또는 백 스톱(back stop)이 부족할 수 있다. 즉, 제어 시스템은 밸브 요소가 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 밸브 요소를 이동시킬 수 있고, 여기서 밸브 요소가 폐쇄 위치로부터 멀어지는 방향으로 개방 위치를 지나서 이동할 수 있다. 밸브 요소가 회전하는 경우, 밸브 요소가 폐쇄 위치로부터 한 방향으로 (예를 들어, 하나의 아치형 경로를 따라) 멀어 질 때, 밸브 요소는 다른 방향으로 (예를 들어, 다른 아치형 경로를 따라) 폐쇄 위치에 상대적으로 더 가깝게 이동할 수 있음에 유의해야 한다.

일부 실시예에서, 폐쇄 또는 안착 위치는 밸브의 가동 밸브 요소에 대해 실질적으로 움직일 수 없는 하드 시트에 밸브 요소를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다 (예를 들어, 초기에 시트에 접촉한 후 밸브 요소를 액추에이터와 함께 시트 내로 강제함으로써). 예를 들어, 밸브는 하드 스톱과 접촉한 다음 시트(예를 들어, 금속 또는 폴리머 씰)가 밸브를 통한 유체 흐름에 실질적인 장벽을 정의하는 폐쇄 위치에서 하드 스톱으로 강제되는 버터플라이 밸브를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 폐쇄 또는 안착 위치는 밸브 요소의 추가 이동이 실질적으로 제한되지 않는 위치 또는 시트 내에 밸브 요소를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 밸브는 시트(예를 들어, 금속 또는 폴리머 밀봉)가 밸브를 통한 유체 흐름에 실질적인 장벽을 정의하는 폐쇄 위치에서 선택 방향에 위치되는 볼 밸브를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 실시예에서, 밸브 요소는 폐쇄 또는 안착 위치 이상으로 이동될 수 있다.

[도 4]는 초기 위치(예를 들어 개방 위치, 폐쇄 위치, 그들 사이의 변화)와 밸브 액추에이터가 밸브 요소를 이동시키도록 명령된 또는 목표 위치(예를 들어, 개방 위치, 폐쇄 위치, 그들 사이의 변화) 사이에서 밸브의 이동 프로파일을 나타내는 예시 그래프를 보여준다. 예를 들어, 밸브 요소를 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동시키는 것이 아래에서 논의된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 밸브 요소는 폐쇄 위치에서 개방 위치 등으로 두 개의 개방 위치 사이에서 이동할 수 있다. 아래에서 더 논의된 바와 같이, 명령된 위치는 밸브의 특성과 관련될 수 있다. 예를 들어, 유량, 압력 및/또는 압력차와 같은 유체 흐름의 특성이 규정될 수 있고, 제어 시스템은 그러한 조건이 실질적으로 해당 위치에서 달성될 때까지 밸브 요소를 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브의 공지된 파라미터를 사용하여, 제어 시스템은 그러한 특성이 달성될 수 있는 대략적인 위치를 예측하기 위해 초기 계산을 할 수 있다.

[도 3]과 [도 4]를 참조하여, 제어 시스템은 밸브 액추에이터에 밸브(예를 들어, 밸브 요소)가 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동되도록 지시한다. 밸브 액추에이터는 밸브 요소를 작동 속도(예를 들어, 액추에이터의 모터의 부분, 전체 또는 최대 속도일 수 있다)로 가속시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템은 밸브 요소가 작동 속도까지 상승될 때(예를 들어, 정지 위치로부터 작동 속도에 도달하는 데 걸리는 시간을 모니터링 함으로써) 밸브 요소의 가속도를 계산 및/또는 모니터링 할 수 있다.

일정 시간 동안 작동 속도를 유지한 후(예를 들어, 각 위치(angular position)와 같은 위치가 제어 시스템에 의하여 모니터링 될 수 있는 경우) 제어 시스템은 밸브 요소를 감속시키기 시작할 수 있다. 묘사된 바와 같이, 그러한 행위는 정해진 감속 위치에서 시작될 수 있다. 일부 실시예에서, 결정된 감속 위치는 (예를 들어, 속도에 기초하여) 직접 감지(예를 들어, 인코더 또는 다른 위치 센서에 의해 밸브 요소의 위치를 감지함으로써), 이들의 조합 등을 계산할 수 있다.

감속 위치에 도달하면 밸브 요소의 속도는 밸브 시트 접근 속도(예를 들어, 밸브 요소의 소프트 클로즈(soft close)를 수행하는 것)로 감소될 수 있다. 위에서 논의된 것처럼, 폐쇄 또는 안착 위치는 밸브의 가동 밸브 요소에 대해 실질적으로 이동할 수 없는 하드 시트(hard seat)에 밸브 요소를 위치시키거나 밸브 요소의 추가 이동이 실질적으로 제한되지 않는 위치 또는 시트로 밸브 요소를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.

액추에이터는 밸브가 실질적으로 폐쇄될 때까지(예를 들어, 완전히 닫혔다) 이 접근 속도를 유지할 수 있다. 위에서 논의된 것처럼, 폐쇄 밸브는 밸브 요소 위치(예를 들어, 출력축 인코더에 의해 측정됨으로써)에 의해, 액추에이터에 의해 측정된 시트 토크에 의해, 밸브의 하나 이상의 특성의 모니터링에 의해(예를 들어, 모터에 공급되는 전류, 밸브를 통한 흐름 또는 압력), 또는 그 조합에 의해 결정될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 시스템은 밸브 요소가 폐쇄 위치(예를 들어, 밸브 요소가 작동 속도로 이동하는 경로를 따라 및/또는 접근 속도로 경로의 일부를 따라)를 향해 경로를 따라 이동할 때 밸브의 제1특성(예를 들어, 밸브 요소의 위치, 밸브 또는 액추에이터의 축 위치)을 모니터링 할 수 있다. 경로를 따른 위치에서, 제어 시스템은 밸브 요소가 경로를 따라(예를 들어, 밸브 요소가 접근 속도로 이동하는 경로를 따라) 폐쇄 위치에 접근하고 도달할 때 밸브의 다른 특성 (예를 들어, 밸브 액추에이터의 하나 이상의 토크 또는 전류)을 모니터링 하도록 전환 될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 시스템은 작동 속도로부터 접근 속도로 감소할 때 밸브 요소의 감속을 계산 및/또는 모니터링 할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 작동 속도(예를 들어, 감속 위치로부터 접근 위치로 이동하는 데 걸리는 시간)로부터 접근 속도에 도달하는 데 걸리는 시간을 모니터링 할 수 있다.

시간이 지남에 따라, 밸브 폐쇄 위치는 액추에이터로 초기 또는 이전에 구성된 폐쇄 위치로부터 드리프트(drift)될 수 있다(예를 들어, 사용자의 직접 입력을 통해, 폐쇄 위치 등을 감지함으로써). 일부 실시예에서, 이러한 드리프트는 밸브의 하나 이상의 구성요소(예를 들어, 밸브 요소, 안착면 등에 의해 경험된 마모)의 마모를 통해 및/또는 밸브의 하나 이상의 구성요소에 대한 재료 축적을 통해 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 마모가 시간이 지남에 따라 축적됨에 따라, 실제 폐쇄 위치는 액추에이터 이동 거리를 폐쇄 위치로 연장하는 개방 위치로부터 더 멀어질 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 프로세스 흐름의 침전물, 프로세스와의 밸브 재료 상호작용의 산화제로서 재료가 밸브 위에 축적될 수 있다. 이 및 다른 실시예들에서, 밸브 폐쇄 위치는 밸브 이동을 감소시키는 개방 위치에 더 가까울 수 있다.

드리프트의 방향 및/또는 크기에 관계없이, 제어 시스템은 초기 밸브 폐쇄 위치로부터의 편차를 모니터링 할 수 있으며, 이는 원래 구성된 작동 조건으로부터의 변화를 나타낼 수 있다. 이러한 편차는 간격을 두고 또는 밸브 요소가 닫힌 위치로 이동될 때마다 계산될 수 있다. 제어 시스템은 폐쇄 위치에서 밸브 요소의 새로운 또는 이탈된 위치를 감지하고(예를 들어, 위치 센서를 통해) 새로운 위치를 기록할 수 있다. 드리프트 또는 편차는 초기 위치와 신규 또는 현재 폐쇄 위치를 비교(예를 들어, 차이를 계산)함으로써 계산될 수 있다.

[도 4]에서 묘사한 것처럼, 일단 새로운 폐쇄 위치가 결정되면, 제어 시스템은 밸브를 폐쇄하고 일부 실시예에서 밸브를 개방하는데 이용되는 프로파일을 조정할 수 있다. 예를 들어, [도 4]에서 묘사한 것처럼, 베이스라인 프로파일(예를 들어, 편차 대역의 중심선)은 그래프의 왼쪽(예를 들어, 밸브 시트가 개방 위치로 상대적으로 더 가깝게 드리프트 했을 때) 또는 오른쪽(예를 들어, 밸브 시트가 개방 위치로부터 상대적으로 더 멀리 드리프트 했을 때)으로 변경될 수 있다.

다른 예에 의해, 적응 제어 알고리즘을 통해, 제어 시스템은 밸브 요소의 새로 감지된 안착 또는 폐쇄 위치(예를 들어, 폐쇄 또는 안착 위치의 측정된 편차/드리프트)를 이용하여 감속 위치 및 접근 속도 위치 중 하나 이상을 동적으로 조정(예를 들어, 제어 시스템의 베이스라인 파라미터에 기초하여 재계산한다)할 수 있다.

[도 4]에서 묘사한 바와 같이, 제어 시스템은 안착 또는 폐쇄 위치의 드리프트를 동적으로 업데이트할 수 있지만, 제어 시스템은 개방 위치를 실질적으로 유지(예를 들어, 완전히 유지)할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 미리 결정된 개방 위치의 장소(location)를 실질적으로 유지하면서 개방 위치와 폐쇄 위치 사이의 거리를 동적으로 변경할 수 있다.

다른 실시예에서, 제어 시스템은 폐쇄 위치의 변화에 대해 개방 위치를 변경할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 시스템은 제어 시스템에 의해 모니터링된 하나 이상의 값에 기초하여 개방 위치의 장소를 동적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 밸브를 통한 유체 흐름의 특성(예를 들어, 유동 압력, 유동 속도, 유동 레짐(flow regime), 예를 들어 층류, 난류 또는 그 사이의 변화) 중 하나 이상을 변경할 수 있다. 이러한 감지된 또는 모니터링된 값에 응답하여, 제어 시스템은 수용가능한 값(예를 들어, 제어 시스템에 저장된 설정 범위의 값)이 획득될 때까지 개방 위치를 능동적으로 조정할 수 있다.

일부 실시예에서, 드리프트가 특정 설정 점(예를 들어, 미리 결정된 편차 대역)을 초과함에 따라, 선택적으로 드리프트가 발생하는 방향의 표시와 함께 드리프트의 유지 및 동작을 알리기 위해 메시지 및/또는 경보가 생성될 수 있다. 그러한 경보 메시지는 또한 그러한 편차의 가능한 원인과 제안된 행동을 포함할 수 있다.

이러한 적응 속도 위치 프로파일 제어 알고리즘의 사용은 시팅 이벤트(seating event)에서 위에서 언급한 많은 문제를 완화하는 역할을 할 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브 안착 접근 속도 특성을 변경하는 것은 위치들 사이에서 밸브를 이동시키는데 있어서 적어도 일부 원치 않는 특성들을 감소/제거하는 하나의 방법이다(예를 들어, 위에서 설명한 바와 같이). 예를 들어, 밸브 안착 전에 밸브 폐쇄 속도를 감소시키는 것은 시팅 이벤트(seating event)를 제어하는 능력을 크게 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 덜 공격적인 토크 기울기, 감소된 피크 토크 오버슈트(peak torqueovershoot), 감소된 밸브 마모 및 프로세스 흐름 중단의 감소를 초래할 수 있다.

일부 실시예에서, 폐쇄 루프 가변 속도 및 폐쇄 루프 토크 제어(예컨대, 모터에 대한 전력 또는 전류의 제어)를 갖는 모터 제어 기술의 이러한 적용은 제어 시스템이 폐쇄 및 개방 위치와 같은 밸브의 다양한 위치를 동적으로 모니터링하고 업데이트할 수 있게 하는 적응 제어와 함께 밸브의 소프트 시팅(soft seating)을 구현할 수 있다. 일부 실시예에서, 밸브 액추에이터를 위한 제어 시스템은 예를 들어, 직류(DC) 모터 드라이브 또는 전계 지향 제어(field oriented control)를 갖는 교류(AC) 가변 주파수 드라이브와 같은 모터 제어 기술을 구현할 수 있다. 제어 시스템은 액추에이터 출력축 위치(예를 들어, 인코더 또는 다른 위치 센서)를 모니터링하기 위한 하나 이상의 센서와, 예를 들어, 출력축 토크(예를 들어, 모터 전류 또는 토크-포스 감지 장치를 통한), 전력 소비 및/또는 모터의 작동 온도와 같은 액추에이터의 구성 요소에 관련된 출력 및/또는 입력을 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 더 포함할 수 있다. 밸브의 위치가 시트 위치(seat position)에 접근함에 따라 시트 속도에 대한 접근의 감소를 명령하는 알고리즘을 구현하면 시트 위치로의 보다 더 부드러운 제어된 전이(transition)를 생성할 수 있다. 일단 안착 위치(seated position)에 있으면, 알고리즘은 폐쇄 루프 속도 위치 모드에서 폐쇄 루프 토크 제어 모드로 전환하여 액추에이터 토크 출력을 원하는 최종 토크 레벨로 증가시킨다. 그런 다음 모터는 전원 공급이 차단되고 밸브가 폐쇄 위치에 안전하게 안착된다.

일부 실시예에서, 제어 시스템을 통한 토크 모니터링은 밸브가 마모 또는 고착되었는지를 나타낼 수 있다. 또한, 토크 측정에서의 추세 패턴은 예측 유지를 가능하게 할 수 있다.

위에서 논의한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 제어 시스템은 밸브 요소의 이동(예를 들어, 회전 운동)에 물리적인 하드 스톱이 전혀 없는 하나 이상의 위치 사이에서 밸브 요소를 이동시키는 [도 3][도 4]에 표시된 것과 같은 다소 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 이러한 구성은 또한 상기와 같은 이동 종료시에 견고한 위치(hard-seated position) 및 관련 토크 상승(associated torque ramp-up) 및 토크 트립 아웃(torque trip-out)이 부족하다. 이러한 밸브 구성(예를 들어, 조절 제어 밸브(modulating control valve))은 상이한 작동 범위를 정의하는 개방 및 차단 또는 폐쇄 위치 사이에서 흐름이 차단, 완전 개방 및/또는 스로틀링 될 수 있는 물리적 위치 및 기하학적 구조를 가질 수 있다.

조절 제어 밸브의 경우, 그러한 밸브는 프로세스 흐름 또는 압력을 정확하게 조정하는 데 사용될 수 있다. 유체 흐름은 유량 센서에 의해 직접 측정되거나 밸브를 가로 지르는 차압을 측정하여 측정할 수 있다.

[도 5]는 예를 들어 위치가 방해되지 않는 경우(예를 들어, 하드 스톱이 없는 경우) 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법을 보여주는 차트이다. 위에서 언급한 바와 같이, 이러한 위치는 밸브 요소의 다수의 개방 위치와 하드 스톱이 없는 폐쇄 또는 시트 위치의 조합을 포함할 수 있다.

[도 4]와 [도 5]를 참조하면, 관련 하드 스톱이 없는 명령 또는 목표 위치로 밸브를 이동시킬 때, 액추에이터는 밸브가 명령 위치에 도달할 때까지 정격 속도로 이동하며, 여기서 모터는 전원이 차단되고 동작이 정지된다. 그러나, 액추에이터는 반대 방향으로의 움직임의 형태로 보정을 트리거하는 명령된 위치를 오버샷(overshot) 했을 가능성이 있다. 이 보정은 일반적으로 비교적 작은 움직임이기 때문에 모터에 전원이 공급되는 기간도 작으며, 아마도 빠른 펄스일 수도 있다. 액추에이터가 다시 오버슈트(overshoot)를 하여 원래 방향으로 수정을 시작할 가능성이 더 높다. 이러한 헌팅(hunting)/오실레이션(oscillation)은 명령된 위치와 실제 위치 사이의 오류가 제어 루프의 데드밴드 파라미터(예를 들어, 더 이상의 조치가 필요하지 않을 정도로 위치 오류가 작은 범위)에 포함될 때까지 계속될 것이다. 데드밴드 파라미터(deadband parameter)가 올바르게 설정되지 않으면(또는 다른 이득 파라미터(another gain parameter), 오실레이션은 무한정 지속되어 액추에이터 수명이 감소시키고 플로우 루프에서 프로세스 장애를 발생시킬 수 있다. 일부 예에서, 액추에이터는 공정이 일시적으로 능동적으로 제어되지 않는 곳에서 냉각시키기 위하여 일정시간동안 액추에이터를 과열(예를 들어, 열 트립)하여 액추에이터를 비활성화시킬 수 있다.

밸브가 명령된 위치, 유량 및/또는 원하는 압력에 접근함에 따라 접근 속도의 감소를 조절하기 위해 위에서 논의된 폐쇄루프 프로세스 알고리즘을 구현하는 것은 이동에서 정지로 부드럽게 제어된 전이를 생성 할 수 있다. 원하는 프로세스 파라미터에 대한 오버슈트와 헌팅/오실레이션은 더 빠른 프로세스 시동, 액추에이터와 밸브의 마모 감소, 더 향상된 프로세스 안정성을 위하여 감소되거나 제거될 것이다.

[도 4][도 5]를 참조하면, 드리프트는 이러한 에러가 설정 프로세스 변수(예를 들어, 위치, 흐름 및/또는 압력)와 상기 프로세스 변수에 대한 프로세스 설정 점 사이의 차이의 함수인 프로세스 에러로 특징지어질 수 있다. 이 동작 프로파일의 특성은 연산자에 의해 파라미터화되거나, 자동 튜닝 알고리즘의 구현으로 동적으로 계산(예: 학습)될 수 있다. 후자는 작동 범위를 통해 최적화된 성능을 보장하는 밸브의 작동 및/또는 특성을 제어하기 위한 동적 업데이트를 제공한다. 동적 업데이트는 또한 환경 조건, 유동 재료 및/또는 장비 마모를 변경하기 위해 조정될 수 있으며, 이 모든 것이 액추에이터 작동과 프로세스 안정성에 영향을 줄 수 있다.

밸브 액추에이터 성능은 원하는 프로세스 특성을 확립하기 위하여 하나 이상의 초기 밸브 위치를 이용하여 벤치마킹될 수 있다. 시간이 지남에 따라, 밸브의 마모/빌드업(buildup)로 인해 이들 하나 이상의 위치가 변경될 수 있으며, 제어 시스템은 이러한 위치를 업데이트하여 실질적으로 동일한 프로세스 특성을 생성할 수 있다. 하나 이상의 위치가 벤치마크된 위치(들)로부터 드리프트됨에 따라, 드리프트가 연산자 정의된 편차 대역(deviation band)을 초과하면 알람이 발생될 수 있다. 이러한 경보는 운영자 및 유지 보수 자원에게 침식하는 시스템 상태와 잠재적인 시스템 고장을 나타낼 수 있는 변경 시스템 성능을 알려줄 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 시스템은 기준 시나리오에 비해 밸브의 하나 이상의 특성(예를 들어, 토크 프로파일)을 모니터링할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 밸브 액추에이터는 토크 제한 장치를 장착할 수 있다. 이 장치는 액추에이터에 의해 생성된 토크가 제한 기술로 설정된 토크를 초과하는 경우 모터의 전원이 차단될 수 있다. 동적 직접 토크 측정 기술로 토크 제한 기술을 대체하거나 보충하면 액추에이터가 밸브 이동 전반에 걸쳐 발생하는 토크를 모니터링할 수 있다. 토크 프로파일이 벤치마킹 될 수 있고 후속 밸브 이동의 토크 프로파일이 모니터링되고 토크 프로파일 베이스 라인과 비교 될 수 있다.

액추에이터와 밸브 마모 및/또는 환경 및/또는 작동 조건이 변화함에 따라, 실제 측정된 토크 프로파일과 벤치마킹된 토크 프로파일 간의 편차가 증가할 것이다. 이러한 편차가 편차 한계를 초과하기 시작하면, 시스템의 상태가 악화될 수 있음을 나타내는 시스템의 작동 역학 변화에 대해 운영자 및 유지 보수 자원에게 경고하는 조치(예 : 하나 이상의 경보)가 생성 될 수 있다. 일부 실시예에서, 진화하는 토크 프로파일의 분석은 편차의 근본 원인으로서 조사하기 위하여 시스템 내의 문제 영역을 제안하는데 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 시스템은 밸브 시스템 내의 하나 이상의 열 값(thermal values)을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터가 밸브를 이동할 때 시스템의 원동기는 작동 중에 열 에너지를 생성하는 액추에이터의 전기 모터이다. 열 상승률은 부분적으로 (1) 단위 시간당 이동 횟수, (2) 모터 상의 부하(예를 들어, 명령 속도로 밸브를 이동시키는 데 필요한 토크), (3) 주변 온도, 및 (4) 전기 모터의 구성, 열 등급 및 방열 설계 중 하나 이상에 의해 결정될 수 있다.

예를 들어, 매우 따뜻한 환경에서 최대 속도로 높은 부하로 모터를 여러 번 작동하면 높은 열 상승(예를 들어, 온도 상승)이 초래된다. 이러한 시나리오는 액추에이터의 구성 요소가 설계 사양에서 작동 온도 등급을 가지므로 액추에이터가 밸브를 이동시키는 데 얼마나 이용될 수 있는지를 제한할 수 있다. 이러한 열 등급을 초과하여 장비를 구동하면 이 장비가 심각하게 악화되거나 더 나빠져 고장이 날 수 있다. 일반적으로, 액추에이터가 정격 모터 작동 온도를 초과하면, 액추에이터는 온도가 작동 범위로 돌아갈 때까지 열을 방출하기 위하여 정지한다.

일부 실시예에서, 액추에이터 설치는 미션 크리티컬 애플리케이션(mission critical applications)을 포함할 수 있기 때문에, 냉각을 위해 액추에이터를 정지시키는 것은 허용되지 않을 수 있다.

일부 실시예에서, 제어 시스템은 모터 온도가 상승하는 현재 온도 및/또는 속도를 모니터링 할 수 있다. 제어 시스템은 실제 모터 온도 및/또는 변화율에 기초하여, 실제 모터 온도가 온도 사양을 초과할 때를 예측할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 적응 제어 알고리즘은 모터의 속도를 늦출 수 있으며, 이에 의해 열 속도를 감소시키고 액추에이터가 사양 동작 내에서 계속 작동할 수 있도록 한다. 이 조치로 실제 모터 온도가 결국 사양을 초과하는 것을 완전히 방지하지는 못할 수 있지만, 이러한 모터의 스로틀링(throttling)은 액추에이터의 작동 창을 확장시킬 것이다.

열 상승률이 감소함에 따라, 모터 온도가 다시 상승하기 시작하거나 전체 작동 능력이 회복 될 때까지 스로틀링이 감소 될 수 있다.

첨부 도면에 특정 실시예가 기술되고 도시되었지만 그러한 실시예는 단지 예시적이고 공개의 범위를 제한하지 않으며, 본 발명은 묘사된 실시예들에서 다양한 다른 추가와 수정 및 삭제가 통상의 기술자에게 있어 명백하기 때문에 기술되고 도시된 특정 구조와 배치에 한정되지 않는다. 따라서, 공개의 범위는 다음의 청구항의 문자적 언어 및 법적 동등성에 의해서만 제한된다.

100: 밸브 액추에이터 101: 핸드휠
102: 구동 슬리브 103: 웜 샤프트
104: 전기 모터 105: 레버
106: 제어 시스템 107: 제어 패널
108: 제어 모듈 109: 인코더
110: 웜 기어 111: 핸드휠 어댑터
112: 인디케이터 132: 밸브 요소
136: 밸브 140: 밸브 액추에이터

Claims

밸브 시스템으로서,
밸브의 적어도 일부를 통한 흐름을 제어하기 위해 밸브 내의 밸브 요소의 위치를 제어하는 밸브 액추에이터와;
상기 밸브 액추에이터를 제어하기 위한 제어 시스템;을 포함하되, 상기 제어 시스템은,
상기 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 가능하게 하기 위하여 상기 밸브 요소가 상기 밸브의 방해받지 않는 제1위치로 이동하도록 상기 밸브 액추에이터를 지시하고;
상기 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 감소시키거나 증가시키기 위하여 상기 밸브 요소가 상기 밸브의 제2위치로 이동하도록 상기 밸브 액추에이터를 지시하고;
상기 밸브 요소가 이동하는 동안과 상기 밸브 요소가 상기 제2위치를 향한 경로를 따라 이동할 때에 상기 밸브 시스템의 제1특성을 모니터링하고;
상기 경로를 따른 미리 결정된 위치에서, 상기 밸브 요소가 상기 경로를 따라 상기 제2위치에 접근하고 도달할 때 상기 제1특성과 구별되는 상기 밸브 시스템의 제2특성을 모니터링하도록 전환하고; 그리고
모니터링된 상기 밸브 시스템의 상기 제1특성 또는 상기 제2특성 중 적어도 하나에 기초하여 상기 제2위치의 드리프트(drift)를 결정하도록 구성된, 밸브 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 시스템은 선택된 위치에서 상기 제2위치로 상기 밸브 요소가 이동할 때 상기 밸브 요소의 속도를 감소시키고;
결정된 상기 제2위치의 상기 드리프트에 기초하여 상기 밸브 요소의 속도 감소를 위하여 상기 선택된 위치를 업데이트하도록 추가로 구성된, 밸브 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 밸브 요소의 상기 제2위치가 상기 제1위치에 상대적으로 더 가까운 위치로 드리프트하도록 결정하는 것; 또는
상기 밸브 요소의 상기 제2위치가 상기 제1위치로부터 상대적으로 더 멀리 떨어진 위치로 드리프트하도록 결정하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 추가로 구성된, 밸브 시스템.
청구항 1에 있어서,
결정된 상기 드리프트는 폐쇄된 제2위치와 이전에 상기 밸브 액추에이터에 설정된 이전의 또는 초기의 폐쇄 위치 간의 편차를 포함하는, 밸브 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브 시스템의 상기 제1특성은 상기 밸브 요소의 위치를 포함하고, 상기 밸브 시스템의 상기 제2특성은 상기 밸브 액추에이터의 토크를 포함하는, 밸브 시스템.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 특성은 상기 밸브 액추에이터의 토크, 상기 밸브 액추에이터의 전류, 상기 밸브를 통한 유량, 상기 밸브를 통한 흐름 타입, 상기 밸브 요소의 위치 또는 상기 밸브 내의 압력 중 적어도 하나를 포함하는, 밸브 시스템.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 밸브 요소를 상기 제1위치로 다시 이동시키는 동안 상기 밸브 시스템의 적어도 하나의 다른 특성을 모니터링하도록 추가로 구성된, 밸브 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 적어도 하나의 다른 특성은 상기 밸브를 통한 흐름, 상기 밸브를 통한 흐름 타입, 상기 밸브 요소의 위치, 또는 상기 밸브 내의 압력 중 적어도 하나를 포함하는, 밸브 시스템.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 방해받지 않은 제1위치는 하드 스톱이 없는 상기 밸브 요소의 위치를 포함하고, 상기 제2위치는 하드 스톱을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 시스템.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 검출된 상기 드리프트에 기초하여 상기 제2위치의 장소를 업데이트하고;
검출된 상기 드리프트에 기초하여 상기 밸브 요소의 속도 변화의 위치를 업데이트하도록 추가로 구성된, 밸브 시스템.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 제2위치에서의 상기 드리프트가 검출될 때마다 상기 제2위치의 장소(location)를 능동적으로 조정하면서 상기 제1위치의 장소를 실질적으로 유지하도록 추가로 구성된, 밸브 시스템.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 드리프트가 드리프트 값의 선택된 범위를 벗어난 경우 경보 또는 경고를 생성하도록 추가로 구성된, 밸브 시스템.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제2위치는 폐쇄된 안착 위치를 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 밸브 요소를 상기 밸브 시스템의 시트와 접촉하도록 이동시킨 다음, 상기 밸브 액추에이터에서의 선택된 토크 값에 도달할 때까지 상기 밸브 요소를 상기 시트로 강제하는 것을 특징으로 하는 밸브 시스템.
밸브 시스템으로서,
밸브 요소를 갖는 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 제어하기 위한 밸브 액추에이터와;
상기 밸브 액추에이터를 제어하기 위한 제어 시스템;을 포함하되, 상기 제어 시스템은,
상기 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 감소시키거나 증가시키기 위해 상기 밸브의 초기로부터 상기 밸브 요소를 목표 위치로 이동시키도록 상기 밸브 액추에이터를 지시하고;
상기 밸브 요소가 상기 목표 위치로 이동하는 동안 상기 밸브 시스템의 적어도 하나의 제1특성을 모니터링하고;
상기 밸브 시스템의 모니터링된 상기 적어도 하나의 제1특성에 기초하여 상기 목표 위치의 장소를 검출하고;
상기 밸브 요소가 상기 목표 위치에 도달하는 때에 상기 밸브 액추에이터의 적어도 하나의 제2특성을 모니터링하도록 구성되며,
상기 제어 시스템은, 상기 밸브 요소를 상기 목표 위치에서 상기 밸브 시스템의 시트와 접촉하도록 이동시킨 다음, 상기 밸브 액추에이터에서의 선택된 토크 값에 도달할 때까지 상기 밸브 요소를 상기 시트로 강제하는 것; 또는
상기 밸브 요소가 상기 목표 위치로 이동할 때마다 상기 밸브 시스템의 모니터링된 상기 적어도 하나의 제1특성에 기초하여 상기 목표 위치의 장소를 능동적으로 조정하면서 초기 위치의 장소를 실질적으로 유지하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 추가로 구성되는, 밸브 시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 밸브 요소가 상기 목표 위치에 위치할 때 상기 밸브 액추에이터의 토크를 모니터링하도록 구성되는, 밸브 시스템.
밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법으로서,
밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 실질적으로 억제하기 위해 밸브 시스템의 밸브 액추에이터를 갖는 밸브 요소를 폐쇄 위치로 이동시키는 단계;
상기 밸브 요소가 상기 폐쇄 위치로 이동하는 동안 상기 밸브 시스템의 적어도 하나의 특성을 모니터링하는 단계;
상기 밸브 요소가 개방 위치로 이동하는 동안 상기 밸브 시스템의 적어도 하나의 다른 특성을 모니터링하는 단계;
상기 밸브 시스템의 모니터링된 상기 적어도 하나의 특성에 기초하여 상기 폐쇄 위치의 드리프트를 결정하는 단계; 및
상기 밸브의 적어도 일부를 통한 유체 흐름을 가능하도록 하기 위해 상기 밸브의 하드 스톱(hard stop)이 없는 개방 위치를 향하여 상기 밸브 액추에이터로 상기 밸브 요소를 이동시키는 것,
상기 폐쇄 위치에서 상기 밸브 시스템의 시트와 접촉하도록 상기 밸브 요소를 이동시킨 다음, 상기 밸브 액추에이터에서의 선택된 토크 값에 도달할 때까지 상기 밸브 요소를 상기 시트로 강제하는 것, 또는
상기 밸브 요소가 상기 폐쇄 위치로 이동할 때마다 상기 밸브 시스템의 모니터링된 상기 적어도 하나의 특성에 기초하여 상기 폐쇄 위치의 장소를 능동적으로 조정하면서 상기 개방 위치의 장소를 실질적으로 유지하는 것 중 적어도 하나를 행하는 단계를 포함하는, 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법.
청구항 16에 있어서,
결정된 상기 드리프트는 폐쇄된 제2위치와 이전에 상기 밸브 액추에이터에 설정된 이전의 또는 초기의 위치 간의 편차를 포함하는, 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 밸브 요소가 상기 폐쇄 위치를 향한 경로를 따라 이동할 때 상기 밸브 요소의 위치를 모니터링하는 단계; 및
상기 경로를 따르는 장소에서, 상기 밸브 요소가 접근하고 상기 경로를 따라 상기 폐쇄 위치에 도달할 때 상기 밸브 액추에이터의 토크 또는 전류 중 적어도 하나를 모니터링하도록 전환하는 단계;를 더 포함하는, 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법.
청구항 16 내지 18 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 밸브 요소가 선택된 위치에서 상기 폐쇄 위치로 이동할 때 상기 밸브 요소의 속도를 감소시키는 단계; 및
상기 폐쇄 위치의 결정된 상기 드리프트에 기초하여 상기 밸브 요소의 속도 감소를 위해 상기 선택된 위치를 업데이트하는 단계;를 더 포함하는, 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법.
청구항 16 내지 18 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 밸브로부터 떨어진 위치에 상기 제어 시스템을 위치시키는 단계;를 더 포함하는, 밸브 액추에이터의 제어 시스템을 작동시키는 방법.