在控制阀的控制回路内 进行诊断的方法和装置 【技术领域】
本发明通常涉及控制阀，尤其是涉及在用于控制阀的控制回路部件中计算流体流动特性和执行诊断的方法和装置。
背景技术
控制阀用于调节通过管子或管路的工艺用流体的流动。这种阀通常包括设置在工艺流体流路内的节流部件(throttling element)，该部件与致动器(actuator)相连。各种致动器已为人所熟知，多种控制阀可利用气动致动器，该致动器使用空气、天然气或者其它可在加压下调节致动器的位置的流体。举例来说，在弹簧和薄膜致动器中，弹簧向致动器的一侧施加一个力，同时控制流体压力在致动器的相反侧受到控制，从而调节上述节流部件地位置。可替换的，还可使用活塞致动器，活塞将致动器壳体分为上下两室，控制这两个室的流体压力，可驱动上述致动器到达要求的位置。在任何类型的气动致动器中，可具有向周围环境的控制流体标称泄出量。
定位器(或伺服控制器)控制作用在气动致动器的一个或两个室上的流体压力。该定位器通常包括处理器，电流压力转换器(I/P)，二级气动装置(即滑阀(spool valve)或者气动继电器)，和阀行程反馈传感器。该I/P转换器与供压源相连，向滑阀附近的柔性薄膜输送要求的控制用流体的压力。上述薄膜控制滑阀的位置，以将控制用流体导向致动器的腔室。致动器的运动导致上述节流部件的相应运动，从而控制工艺用流体的流动。上述定位器进一步从处理控制器接收参考信号，通常为命令信号形式，将该参考信号和阀行程反馈相比较，驱动上述I/P转换器(和二级气动装置)，从而将阀朝向参考信号移动。
随着使用以处理器为基础的控制的需求增长，使用在定位器内的滑阀已经着重地被仪表化。举例来说，在利用活塞致动器时，上述滑阀包括接收供给压力的入口端，与致动器第一室流体连通的第一出口端，和致动器第二室流体连通的第二出口端。已知的滑阀在上述入口端、第一出口端和第二出口端处都设置有压力传感器，为处理器提供反馈。另外，传统滑阀还包括用于检测滑阀位置的位移传感器，并向处理器提供反馈信号。
传统定位器具有的一些部件易受各种控制用流体泄漏或者阻塞的影响，从而导致控制阀的功能下降或者无法操作。例如，上述I/P转换器包括与供给压力密封连接的入口。该I/P转换器包括一节流器，限定初级节流孔和喷嘴，来导引控制用流体朝向节气门。该I/P转换器进一步包括将控制用流体导向滑阀的密封出口。上述I/P转换器经常设置在工矿设施上，这些地方的环境空气已被油、溶解矿物质、沙砾等污染。因此，当这种空气用作为控制用流体时，上述污染物就可能部分或者全部堵塞上述节流孔或者喷嘴。另外，上述I/P转换器出入口之间设置的密封也会失效。因而这种堵塞或泄漏会缓慢降低控制阀的性能，导致效率低下，或者致使整个控制阀完全失效。在两种情况下，很难决定是由于定位器导致故障的发生，更不用说确定定位器内故障的确切位置。
类似的，在致动器壳体内可能产生的泄漏或者在滑阀和致动器之间的连接中可能形成的堵塞都会降低控制阀性能或者导致失效。举例来说，上下致动器室和大气之间可能形成泄漏，或一个活塞环可能失效导致从一个室到另一个室之间的泄漏。在这些环境下，处理器就必须调节其用于节流部件给定位置的控制信号。在控制用介质为天然气时，泄漏检测尤为重要。在嘈杂车间环境下，随着时间的流逝这种泄漏可能发生并且直到阀停止工作之前仍不为人们所发视。
【附图说明】
图1为安装到控制阀的致动器上的定位器的简要框图；
图2为图1中所示定位器的放大视图；
图3A和3B分别表示出弹簧和薄膜致动器分别经历泄漏和堵塞时，控制用流体的质量流分布的曲线图；
图4A、4B和4C分别表示出活塞致动器在第一室、第二室和活塞环内的控制用流体的质量流分布的曲线图；
图5是简要示出用于表征和定位部件故障的逻辑子程序的决策树；
图6是用于二级气动装置的定位器的另一替换实施例的示意图，该定位器具有气动继电器。
【具体实施方式】
图1中简要示出的定位器14和致动器12相连。该致动器12和阀体10机械相连，阀体10控制通过管路例如管道(未示出)的工艺用流体的流动。定位器14包括具有存储器20的处理器18、I/P转换器24、二级气动装置(例如滑阀26)，控制用流体的阀装置位移传感器84和阀行程传感器68，这些部件在此集成作为控制回路。参考信号，例如从处理控制器来的命令信号被供到定位器14，表示要求的致动器位置。该定位器14比较上述参考信号和行程传感器68所提供的实际致动器位置，将误差信号发送至处理器18。随后该处理器基于位移传感器84的误差信号和反馈信号，产生电I/P驱动信号。
如图2所详示，致动器12包括活塞60，该活塞将致动器壳体62分为上室和下室56、58。上室56包括将力施加给活塞的弹簧64。活塞杆66从活塞62延伸到阀体10上。行程传感器68用于检测活塞杆66的位置且向处理器18提供反馈。
根据所示实施例，上述I/P转换器24提供一个信号放大级，滑阀26提供一个气动放大级。上述I/P转换器24包括与加压的控制用流体的供给源30流体连通的入口28。入口28和控制用流体源30之间的连接由O形圈32所密封。在I/P转换器24内设置有节流器34，从而限定出初级节流孔36。在该初级节流孔36的下游设置有喷嘴38，用于引导控制用流体流向柔性节气门40。在所示实施例中，螺线管线圈42用于将节气门40相对喷嘴38定位。可替换的，可去掉螺线管线圈42，并且节气门40可由压电材料形成，或者利用其它已知的节气门构造。出口44和薄膜45流体连通。出口44和薄膜45之间的连接可由O形圈46所密封。传感器85可被设置用于检测进入上述I/P转换器24的控制用流体的供给压力。
滑阀26包括从控制用流体供给源30接受控制用流体的入口端50。第一和第二出口端52、54可设置成与致动器12的上和下室56、58流体连通。阀件70设置在滑阀壳体内，用于控制入口端50和第一、第二出口端52、54之间的流体连通。在所示实施例中，阀件70包括承载第一和第二阀盘74、76的阀杆72。在滑阀壳体内形成有环形阀室77，尺寸设置得能够紧密装配上述第一和第二阀盘74、76。从I/P转换器24接收压力信号的薄膜45和阀件70的第一端相配合。弹簧82和阀件70的另一端相配合，从而向阀件70提供偏压负载。
在操作中，I/P转换器24所调节的控制用流体压力输出到薄膜45上，该薄膜在相反于弹簧82偏压负载的方向上将负载施加在阀件70上。第一和第二阀盘74、76的运动，可部分或者全部地阻止流体从入口端50到第一和第二出口端52、54中任意一个的流动。因此，阀件70的位置就确定了控制用流体流过每一出口端52、54的节流区域。设置位移传感器84用于检测阀件70的位置，并向处理器18提供反馈。另外，设置第一和第二出口压力传感器86、88用于分别检测在第一和第二出口端52、54处的控制用流体压力水平。
尽管图2示出具有失效关闭(fail-closed)弹簧动作的双作用活塞致动器，但是可以理解，也可以利用其它类型的气动致动器。这些替换的致动器实施例可包括具有失效开放(fail-open)弹簧动作的双作用活塞致动器，无弹簧的双作用活塞致动器，具有失效开放或者失效关闭弹簧动作的单作用弹簧薄膜致动器，或者任何已知的替代致动器。如果该致动器为单作用的方式，则滑阀26包括与相反于弹簧的致动器的室流体连通的单出口端。
另外，定位器14可使用用于第二级气动的替换装置。为了替代滑阀26，该定位器可包括气动继电器。图6中所示双作用气动继电器200和I/P转换器24、阀体12、加压的流体源30相连。该继电器200包括供压室(supply pressureplenum)202a、202b。供压室202a包括和致动器下室58流体连通的第一出口端204，而供压室202b具有和致动器上室56流体连通的第二出口端206。第一提升阀208的一端210可移动地和第一孔204相配合，而第二提升阀212的一端214可移动地和第二孔206相配合。梁216被支承以绕支点218转动，并包括与第一提升阀208的第二端222相配合的第一节流孔220以及与第二提升阀212的第二端226相配合的第二节流孔224。I/P转换器24的输出被提供到室228，以在第一方向(例如图6中顺时针)旋转上述梁216，而此时给参考室230提供参考压力来平衡上述室228的力。第一提升阀208控制上述控制用流体向致动器下室58的流动，而第二提升阀212控制向致动器上室56的流动。
在操作中，当I/P喷嘴压力增加时，上述梁216顺时针旋转，迫使第一提升阀208向右运动。第一提升阀208的第二端222关闭第一节流孔220，以防止流向大气，而第一提升阀208的第一端210打开第一出口端204，以使控制用流体以供给压力流向下室58。同时，第二提升阀212打开第二节流孔224，并关闭第二出口端206，以使得控制用流体从上室56内排放到大气中。当I/P喷嘴压力降低时，情况相反。可以理解，当第一和第二提升阀208、212移动进入和离开上述第一和第二出口端204、206时，出口端204、206的节流面积就会改变。因此，上述梁216的位置就可用于推断提升阀208、212的位置，以及通过第一和第二出口端204、206的节流面积。
设有气动继电器200的定位器包括和上述相同的传感器。因此，第一和第二出口压力传感器86、88靠近第一和第二出口端52、54设置，从而分别检测到上下致动器室56、58的控制用流体的压力。入口压力传感器85设置在入口端50处，用于检测控制用流体的供给压力，而致动器行程传感器68被设置用于检测活塞杆66的位置。另外，设置位移传感器84用于检测梁216的位置。
上述定位器通常已为人所熟知。但是迄今为止，都是严格使用位移传感器来提供反馈。根据本发明的教导，位移传感器还可用于诊断目的。另外，各种传感器可用于识别定位器内各种可能的故障之间的条件。这些传感器还可用于计算控制用流体的质量流，有助于识别故障的根本原因。这种诊断计算和分析可由与定位器14一起设置的诊断单元来执行，例如由所述处理器18和存储器20作为诊断单元的功能，或者与定位器14通信地连通的远程主机19来完成。
相对于致动器12，上述诊断单元可由诊断程序所编程，该诊断程序利用传感器的反馈估算流向致动器室的控制用流体的质量流。该诊断程序可进一步利用上述计算的质量流、有或没有附加反馈参数，来识别致动器内的泄漏或者其它故障。更特别的是，通过上述第一和第二出口端的控制用流体的质量流可利用下列公式近似得出：
dm/dt＝KYAgc(2ρ(p1-p2))
其中：
dm/dt＝质量流率(lbm/s)；
K＝排放系数；
Y＝膨胀因子；
A＝节流面积(ft2)；
gc＝换算常量(lbm/slug)；
P1＝上游压力(lbf/ft2，abs.)；
P2＝下游压力(lbf/ft2，abs.)；以及
ρ＝上游流体密度(slug/ft3)。
举例来说，为了计算通过第一出口端52的质量流，将适当的系数和变量插入上述公式。上游压力p1是由压力传感器85检测的入口压力，p2是由传感器86在第一出口端52检测的压力。上述公式可用于估算供给质量流和排放质量流。例如，当滑阀正向位移时(即在图2中向右)，端口54向下致动室供给控制用流体，而端口52从上致动室排出控制用流体。对于端口54，滑阀位移用于计算露出的端口面积，传感器85、88可提供上游压力和下游压力。对于端口52，滑阀位移用于计算露出的端口面积，传感器85提供上游压力。由于上述滑阀以已知压力向大气排放，所以并不需要在排放端口上设置传感器。另外，供到控制阀的供给压力也经常被调节，从而就可以省略供给压力传感器85，并将接近上述供给压力的固定值替换到上述气体质量流公式中。
当控制用流体为空气时，上述公式可以减少成：
dm/dt＝0.048KYA(p1(p1-p2))1/2
上述质量流公式也可以近似推导其它流体，例如天然气。除了上述用于估算经过节流孔的质量流的公式，还可以使用标准流量公式，例如可以使用在ISA-575.01-1985中提到的：调节控制阀的流量公式。结果发现，由上述公式获得的质量流估算值非常接近外界空气流量传感器所得到的测量结果，尤其是在利用低通数字滤波器降噪之后。因此，上述诊断单元18可编程地接受压力传感器85、86、88和位移传感器84的反馈，并利用上述公式计算通过第一和第二出口端52、54的质量流。可修改校正上述公式，用于计算经过阀盘的泄漏流动，也可用于计算通过另一个二级气动装置，例如图6中的气动继电器200的质量流。
上述诊断程序可利用上述质量流计算来识别滑阀和致动器12之间的泄漏或者堵塞。例如，在弹簧薄膜致动器中，控制用流体被供到相对于弹簧的单致动器室。在正常操作过程中，处理器18控制滑阀26的控制用流体的输出，从而驱动致动器12及被连接的节流部件到达要求的设定点。在稳定状态操作过程中，少量流体会排放到大气中，从而少量控制用流体会通过上述滑阀出口端流动。如果在致动器壳体内或者滑阀出口端和致动器之间的连接部内产生泄漏，致动器室内的压力就会降低，弹簧将使致动器从其所需位置移开。关于工艺用流体压力和/或致动器行程的反馈被供向处理器18，该处理器18会改变上述输入I/P转换器24的驱动信号，以增加流向致动器的控制用流体流动。因此，流向致动器的质量流就会如图3A的曲线图所示增大。通过估算整个时间内的控制用流体的质量流，上述诊断单元可编程地检测流向致动器的控制用流体流量的增量。该诊断单元可进一步利用最大控制用流体流率进行编程，超过该最大流率，诊断单元就会产生故障信号。还可利用低通滤波器来减小产生错误信号的正常瞬变的机会。
相反，当滑阀位移增加而控制用流体流动恒定时，就可以识别在滑阀和致动器12之间空气回路内的堵塞。图3B示出堵塞情况，其中实线表示质量流，点划线表示滑阀位移。类似的，如果滑阀位移很大，但是质量流却相对较小，也可以识别部分堵塞。
活塞致动器内的泄漏检测稍微有些复杂。这种泄漏可能发生在具有弹簧的致动器室内，没有弹簧的致动器室内，或者致动器室之间，例如在活塞环上发生泄漏或者在致动器上的旁通阀打开时。但是对于弹簧薄膜致动器，可利用空气流量的偏差来对泄漏或者堵塞进行定位和定量。
为了有助于识别故障，可以识别正常操作参数的偏差。一个这样的参数就是致动器室内的压力，通常保持为供给压力的大致60-80％。平均或者“交叉(crossover)”压力可通过对致动器室内压力进行平均来确定。
如果相反于弹簧的室内产生向大气的泄漏，上述处理器18将移动滑阀26，从而向该室提供补充空气。这也会使具有该弹簧的室减压，以使上述活塞致动器能够像弹簧薄膜致动器那样地有效动作。图4A中示出了通过第一和第二出口52、54泄漏的质量流分布。开始时，存在由系统内正常的泄漏而产生的通过两个出口52、54的标称质量流。如图4A中的实线所示，当在点A处产生泄漏时，随着泄漏流向该室的质量流将增大到等于排出到大气中的空气量。对于设有弹簧的室，如图4A中点划线所示，当致动器移动到新位置时，质量流会暂时离开该室，但是由于该室减压，最终还会返回接近于零点。而且，在致动器内交叉压力大致为相反于弹簧的室内压力的一半。
如果致动器的弹簧侧室内产生泄漏，定位器14不会补充空气，这是因为需要该定位器从相反于弹簧的室内排出空气(并减小力)。因此，上述处理器18可使具有该弹簧的室减压，并会通过调节相反的室内的压力来控制上述阀。在稳定状态，该弹簧侧室流入的空气流量会接近于零，相反于弹簧的室流出的空气流量也会接近于零。交叉压力为没有弹簧的室内压力的一半。所以，通过检测交叉压力在通过每一端口的质量流分布中的降低，就可以确定泄漏是否存在及其位置。
诊断单元可进一步使用上述质量流计算，从而检测从一个致动器室流到另一室过程中控制用流体产生的泄漏，例如在活塞环内的泄漏。由于每一室均处于加压状态，这种泄漏利用传统的测量技术很难被检测出来。例如，如果这种泄漏导致控制用流体从下室58流到上室56，定位器14会移动滑阀，向下室58提供补充控制用流体。但是同时，控制用流体会从下室58流到上室56内并且返回滑阀26。
图4C的曲线图示出了活塞环通过每一出口端52、54泄漏的流体流动分布，其中通过第一出口端52的流体流量由点划线所示，通过第二出口端54的流体流量由实线所示。开始时，每一端口以标称的流率排放到大气中。当活塞环内产生泄漏时，通过第二出口端54的质量流增大，而通过第一出口端52的质量流却成比例减小。不同于传统质量流传感器不能指示流体流动的方向那样，上述质量流近似公式表明了流动方向，其中正数表示流体流到致动器中，而负数表示流体流出致动器。因此，通过监视流过第一和第二出口端52、54的控制用流体的流动，处理器18可检测一个持续的情况，其中流体流动通过一个端口为正，而通过另一端口的流动为负，并且产生了故障信号。
除了检测致动器中控制用流体的泄漏和堵塞以外，还可以利用滑阀的压力和位移传感器来检测在滑阀26上游的I/P转换器24内的故障。I/P转换器24内的各种故障会影响或者中断控制用流体流向滑阀26，从而使控制阀的操作变差或者无效。由于I/P转换器的特定部件，例如节气门40，并不直接应用于伺服控制，所以这些部件通常不是仪器化的。但已经发现，可利用和滑阀26一起设置的传感器来推导I/P转换器部件的内部状态。
在寻址可能发生于I/P转换器24中的特定故障之前，应该注意的是，向I/P转换器供以加压流体的控制用流体源30有可能发生故障，从而上述故障应该在考虑I/P转换器24自身的其它故障之前进行寻定，因此，可利用入口压力传感器85的信号来检测控制用流体源30是否有压力损失。
I/P转换器24内可能产生的一个故障是初级节流孔36完全堵塞。当该初级节流孔36被堵塞时，薄膜45上的压力就会降低，从而弹簧82将滑阀70移动到零压(或者负压)状态，使得致动器相应移动。处理器18将向螺线管线圈42增大驱动信号，以尝试关闭或者盖住喷嘴38，这通常将增加从出口44排出的控制用流体压力。相反，堵塞的初级节流孔36将阻碍任何控制用流体的流通。
在上述节气门40上堆积有矿物质或者其它污染物时也会产生故障，从而使喷嘴38被完全堵塞。在这种情况下，流出出口44的控制用流体的压力增加从而供给压力，并导致上述滑阀从零位置移动到正向位置，从而移动致动器。作为响应，处理器18将减小I/P转换器24的驱动信号，以尝试开启或打开喷嘴38。
可替换的，上述初级节流孔可部分地被堵塞。与初级节流孔完全被堵塞的情况一样，部分堵塞将使驱动信号更高，如同处理器18试图向喷嘴38补充减少的空气一样。部分堵塞的节流孔将延缓滑阀响应于I/P信号变化的运动。但是由于周围环境温度较低，而使薄膜硬度增加，从而增加了时间常量。而且当I/P驱动信号较高而其它状态都操作正常时，可以推断该节流孔为部分被堵塞。
类似的，喷嘴38可能部分被堵塞。喷嘴38的部分堵塞还可以影响上述I/P转换器的时间常量，如上所述，该时间常量还可由薄膜上周围温度的变化所影响。因此，所有其它状态都正常而I/P驱动信号较低则表示喷嘴部分被堵塞。
由于出口的O形圈46的故障还会引起进一步的错误。为了补偿通过出口O形圈46的泄漏，处理器18会增大驱动信号，但是I/P转换器的时间常量却不会显著改变。因此，出口的O形圈46的故障将以类似于初级节流孔36堵塞的方式，影响控制回路的操作。
除了这些上述特定的故障，I/P转换器中还会产生其它故障。举例来说，螺线管线圈42失效或者节气门40断裂。尽管不可能辨别特定的故障，但是可以通过监视I/P转换器驱动信号的显著偏差来检测每一故障。可设定线性或非线性数字滤波器来处理上述驱动信号，去掉其中高频分量，找出和正常操作条件的偏差，来实现上述检测。
为了有助于识别并表征I/P转换器24内的各种故障，诊断单元，例如定位器14的处理器18和存储器20或者具有处理器和存储器的远程主机19，可根据定位器14的各种传感器所测得的参数进行编程，来执行诊断程序。该诊断程序包括一个或多个逻辑子程序，其中测量的参数被表征从而产生故障模板，其可被用于识别一个或多个故障的根本原因。
故障首先必须在其被特性化之前被检测出。该诊断程序可编程检测出I/P驱动信号内的持续偏差。该I/P驱动信号设定为大约70％，将滑阀对中在其零位置。驱动信号的正常操作范围为60-80％。因此，在该I/P驱动信号移出正常操作范围之外(即小于60％，或者大于80％)时，诊断程序就会产生一个故障信号。可利用顺序统计滤波器去除正常的瞬变，从而使故障信号仅仅在I/P驱动信号移出正常范围持续一段时间后才产生。可替换的，该诊断单元可编程监视滑阀正常位置内的较大改变，或者监视误差信号(即阀件从参考位置的行程偏差)，从而启动故障分析。而且如果检测出有故障，首先应检查压力源30处的控制用流体压力，使其被排除作为故障的原因之外。
一旦检测出有故障，就可以利用特性化来确定其在控制回路内的通常位置或者特定位置。在检测出I/P驱动信号内的偏差后，可通过跟踪经控制回路返回的偏差而确定上述故障的位置。例如，对于堵塞的初级节流孔36，控制回路受到下列影响：通过初级节流孔36的流动将被阻止，导致滑阀移动到其零压(负压)位置，从而依次降低致动器室内的压力，致使节流部件移动，产生误差信号反馈回处理器。该处理器将增大I/P驱动信号，以对故障进行补偿。
为了识别故障的特定位置，就必须通过该事件链反向地进行处理。对于完全堵塞的节流孔实例来说，所述分析由检测I/P驱动信号在正常操作范围(即正I/P驱动信号偏差)的上限之上开始进行。随后，节流部件运动产生的误差信号基本上被特性化为正，这就意味着实际的致动器行程要小于要求的行程。出口端压力间的压差，即第二出口端54处的压力减去第一入口端52处的压力，随后被特性化为负。接着，位移传感器84提供相关于滑阀位置的反馈，由于控制用流体压力因堵塞而减小，所以该反馈相对其零位置被特性化为基本为负。以这种方式对这些测量参数进行特性化，某些故障的根本原因可以被省略。一些根本原因可具有前面所述的特征，堵塞的节流孔就是其中之一。
如图5所述，以类似的方式使用决策树，可以绘制出所有的故障。在图5中，测量的变量由圆圈指定，这些参数的特性化的值在从上述圆圈所发散的线上标出，部件故障由方块指定。三角指定为无效区域，例如较大驱动信号和大的负误差信号相结合，这是不可能的。图5中所述的诊断程序是基于通常和定位器一起设置的已有传感器，因而某些不能辨别的部件故障就由图5所分组。还可利用其它的传感器来进一步区分这些分组的部件故障。部件故障沿着决策树层叠向下直到I/P驱动信号产生偏差处。随后可沿该决策树反推来识别出该偏差的根本原因。
尤其是，诊断程序可在测量处100检测偏出正常操作范围的I/P驱动信号。如果在该范围之上，该驱动信号特性化为高，如果在该范围之下，则特性化为低。如果I/P驱动信号为高，存储的诊断程序将沿决策树向上继续进行，从而特性化一个用在控制回路中的参考信号。该参考信号可以是从处理控制器发送给定位器的命令信号。该I/P驱动信号为就是作为该参考信号和行程反馈之间的差值的函数。
I/P驱动信号在其正常工作点之上或者之下有三种情况，其中两种并不是由设备故障所引起。其中第一种情况是在控制器处于“截止”时产生。当上述参考信号超过用户限定临界值就会产生这种截止。当处于高截止状态，上述伺服控制器完全旁通，100％的驱动信号被发送给I/P转换器。当处于低截止状态，该伺服控制器旁通，且0％的驱动信号被发送给I/P转换器。高截止状态和低截止状态都是无效操作区域，都不会表示设备故障。图5中在方框103、131分别示出了高截止和低截止状态。
第二种情况是在阀体遇到行程止挡部时产生。当阀体碰到止挡部，行程反馈就不再被激活，处理控制器就基本上开环操作。而且，这是正常控制阀的动作，并不指示设备故障。图5中在方框104、132处分别示出了高、低行程止挡部。
第三种情况就是在设备故障引发较大误差信号时产生。为了补偿较大误差信号，上述I/P驱动信号可作相应调节。一旦截止和行程止挡部均已被排除，则可继续沿着图5所示的决策树进行分析。对于较高I/P驱动信号来说，沿着决策树向上分析，对于较低I/P驱动信号来说，是沿着决策树向下分析。
在105处通过特性化误差信号首先来分析较高I/P驱动信号。该误差信号可分类为主要为正、零或者主要为负。当该I/P驱动信号为高，不可能具有主要为负的误差信号，所以图5右上分支示出的所有结果都是无效的。因此，来自于特性化误差信号105的唯一可能结果就是主要为正(即参考信号大于上述实际行程反馈信号)或者零。在该两种情况下，如在106、107处所示，随后诊断程序将第一和第二出口端52、54之间的压差，即从第二出口端54处的压力减去第一出口端52的压力进行特性化。该压差可被特性化为接近供给压力的负值，标称值或者接近供给压力的正值。负压差表示第一出口端52处的压力大于第二出口端54处的压力。而对于正压差恰好相反。标称压差表示致动器室基本上是平衡的。对于每一压差的特性化，诊断程序将进行处理，以特性化滑阀的位置，如108-113所示。上述滑阀位置可被特性化成主要为正、零或者主要为负值。主要为正值表示薄膜45推压滑阀过远，而主要为负值恰好相反。当滑阀处于正常操作范围之内时，滑阀在零位置上。
一旦滑阀位置得以特性化，可为I/P驱动信号偏差确定一或多个潜在的根本原因。例如，如果上述滑阀在114处拥堵，出口O形圈46在115处失效，薄膜45在116处产生故障，或者初级节流孔36在117处完全堵塞，诊断程序将上述故障特性化为I/P驱动信号的主要为负的滑阀位置，负压差和主要为正的误差信号。如果上述故障被特性化为I/P驱动信号的主要为正的滑阀位置，标称压差和主要为正的误差信号，则根本原因可能是外部泄漏118，滑阀磨损119，或者低供给压力120。对于高I/P驱动信号的具有主要为负的滑阀位置、标称压差和主要为正的误差信号的失效来说，根本原因可能是低供给压力121。
对于高I/P驱动信号，如果误差信号主要为正，压差为正，滑阀位置主要为正，则根本原因可能是阀体卡在低的位置122，滑阀和致动器之间空气回路堵塞123或者主动互锁124。
如果故障被特性化为高I/P驱动信号的主要为正的滑阀位置，额定压差和零误差信号，则根本原因可能是外部泄漏125。如果对于高I/P驱动信号，滑阀位置被特性化为零、压差为额定，误差信号为零，则故障的根本原因可能是初级节流孔36部分被堵塞126，I/P转换器和衔铁内存有沙砾127，或者I/P转换器校正转换128。
再来看图5中的下半部分，上述诊断程序可对低I/P驱动信号推导类似的过程。在取消低截止131和低行程止挡部132后，在133处进行上述分析，特性化上述误差信号。误差信号特性化类似于上述105处的特性化，其中误差信号可能主要为负、零或者主要为正。不可能既具有低I/P驱动信号又具有主要为正的误差信号，因此图5左下方所示的结果均是无效的。在该误差信号特性化之后，该诊断程序将在134和135处特性化上述压差。最后，诊断程序在136-141处特性化上述滑阀的位置。
和高驱动信号一样，可识别一或多个可能的根本原因，来分析低驱动信号偏差。如果上述误差信号主要为负，压差为正，滑阀位置主要为正，上述故障的根本原因可能是喷嘴38被堵塞142，I/P转换器节气门或者衔铁受挤压143，I/P转换器被锁144，或者滑阀堵塞145。如果误差信号主要为负，压差为负，滑阀位置为负，上述故障的根本原因可能是阀体卡在较高的位置146或者空气回路堵塞147。最后，如果误差信号为零，压差为标称，滑阀位置为零，上述故障的根本原因可能是I/P转换器校正转换148，或者喷嘴38部分被堵149。
根据严格和提供预测的诊断，上述诊断程序可进一步将部件故障进行分类。某些根本原因，例如初级节流孔36或喷嘴38的完全堵塞，会以不能被处理器18改正的方式偏置滑阀26。这些起因可特性化为“红灯”诊断并要适当地进行报告。其它根本原因可能由I/P驱动信号偏差所导致，但是所有其它反馈回路中的变量都操作正常。举例来说，初级节流孔36部分被堵塞，为补偿喷嘴流动损失，I/P驱动信号必须更费力地被驱动。但是误差信号，致动器压力，和滑阀位置都将操作正常。通过将I/P驱动信号偏差和反馈回路中其它变量进行比较，我们可以在变为灾难性故障之前，识别这些功能下降并将其标出。这些起因可被归类为“黄灯”诊断。
尽管上述诊断单元利用软件优选地执行处理和诊断功能，其还可以利用硬件、固件等，利用任一种形式的处理器，例如ASIC等。无论如何，对存储在存储器中且由处理器执行的程序的再引用包括硬件和固件装置以及软件装置。举例来说，这里所示的部分可由例如特定的集成电路(ASIC)或者其它要求的硬线装置的标准多功能CPU或者特定设计的硬件或固件所完成并且这些部分仍为一种在处理器中所执行的程序。当在软件中执行时，该软件程序可存储在任一计算机可读存储器中，例如磁盘，激光盘，光盘，或者其它存储媒介中，或者存储在计算机或处理器的RAM或ROM中，或者任一数据库中。同样的，通过已知或要求的传送方式，例如计算机可读盘，或其它便携式计算机存储机构，或者通过电话线、因特网等通信手段(通过便携式存储媒介提供这种软件，这些方法被认为是相同的或者可以互换的)，这种软件还可被发送给使用者或者处理工厂。
上述给定的详细叙述仅仅是为了易于理解，由此并不应该理解为是必要的限定，所以进行修改对于本领域技术人员来说也是显而易见的。