CN109390999A - 充电控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明在1个电源系统连接有多个电动执行器的情况下将电源系统所需的电流容量和各电动执行器的总计充电时间最佳化。本发明的电动执行器(100)在停电时通过蓄电部中积蓄的电能来强制性地驱动马达而使阀门进行复位动作直至规定的开度位置。电动执行器(100)在从主机装置(103)接收到充电开始指令时开始蓄电部的充电。主机装置(103)根据预先规定的充电的优先级对电动执行器(100)进行分组，按照优先级从高到低的顺序针对每一组对电动执行器(100)发送充电开始指令。

Description

充电控制系统
技术领域
本发明涉及一种在停电时通过蓄电部中积蓄的电能来强制性地驱动马达而使阀门进行复位动作直至规定的开度位置为止的电动执行器，尤其涉及一种控制多个电动执行器的蓄电部的充电的充电控制系统。
背景技术
目前，有利用弹簧以在停电时使阀门强制性地朝全闭方向动作的弹簧复位型执行器。弹簧复位型执行器具有以下等问题：(I)除了驱动阀门的负荷扭矩以外，还需要卷紧弹簧用的扭矩，从而需要产生较大扭矩的马达，导致耗电增大；(II)停电时的目标位置只有全闭位置，无法设定为全开或任意位置；(III)需要用于控制停电时的动作的离合器、制动器等机构。
作为能够解决这些问题的方法，提出有在停电时通过电气双层电容器等蓄电部中积蓄的电能来强制性地驱动马达而使阀门进行复位动作直至规定的开度位置为止的电动执行器(参考专利文献1)。
根据这种电动执行器，无须再利用马达的转动力来卷紧弹簧。然而，在像图24所示那样1个电源系统301连接有多个电动执行器300-1～300-N的情况下，若为了缩短充电时间而在电源接通时同时对各电动执行器300-1～300-N的蓄电部进行充电，则会像图25所示那样在各电动执行器300-1～300-N中流通相对较大的充电电流，从而存在配电盘302需要较大电流容量的断路器这一问题。
此外，若在电源接通后依序对各电动执行器300-1～300-N的蓄电部进行充电，则充电时间相对较长，因此存在如图26所明确那样的如下问题：在完成对所有电动执行器300-1～300-N的蓄电部的充电之前需要较长的充电时间。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利第5793400号说明书
发明内容
【发明要解决的问题】
本发明是为了解决上述问题而成，其目的在于，在1个电源系统连接有多个电动执行器的情况下将电源系统所需的电流容量和各电动执行器的总计充电时间最佳化。
【解决问题的技术手段】
本发明的充电控制系统的特征在于，具备：多个电动执行器，它们与同一电源系统连接在一起；以及主机装置，其控制所述多个电动执行器的充电，各电动执行器具备：开度控制部，其构成为在从所述电源系统得到电源供给的通电时根据开度目标值来控制阀门的开度；蓄电部，其构成为积蓄电能；充电部，其构成为在所述通电时对所述蓄电部进行充电；复位控制部，其构成为在所述电源被切断的停电时使用所述蓄电部中积蓄的能量使所述阀门动作到期望的开度位置为止；以及充电控制部，其构成为在从所述主机装置接收到充电开始指令时开始所述充电部对所述蓄电部的充电，所述主机装置具备：分类部，其构成为根据预先规定的充电的优先级对所述多个电动执行器进行分组；以及充电开始指令发送部，其构成为按照所述优先级从高到低的顺序针对每一组对所述电动执行器发送所述充电开始指令。
此外，本发明的充电控制系统的1构成例的特征在于，所述主机装置的充电开始指令发送部在从发送所述充电开始指令的时间点起经过了规定的充电时间时对下一优先级的组的电动执行器发送所述充电开始指令。
此外，本发明的充电控制系统的1构成例的特征在于，各电动执行器分别还具备充电完成响应发送部，所述充电完成响应发送部构成为在所述蓄电部的充电完成时对所述主机装置发送充电完成响应，所述主机装置还具备充电完成响应接收部，所述充电完成响应接收部构成为接收来自所述电动执行器的充电完成响应，所述主机装置的充电开始指令发送部在已从所述充电开始指令的发送目标的所有电动执行器接收到所述充电完成响应时，对下一优先级的组的电动执行器发送所述充电开始指令。
此外，本发明的充电控制系统的1构成例的特征在于，所述分类部以如下方式对所述多个电动执行器进行分组：从所述电源系统流至充电中的电动执行器的总计电流为容许的最大电流容量值以下，而且所述优先级越高的电动执行器越先充电。
此外，本发明的充电控制系统的1构成例中的特征在于，所述分类部以如下方式对所述多个电动执行器进行分组：所述多个电动执行器的充电所需的总计时间为容许的最大充电时间以下，而且所述优先级越高的电动执行器越先充电。
此外，本发明的充电控制系统的特征在于，具备：多个电动执行器，它们与同一电源系统连接在一起；以及主机装置，其控制所述多个电动执行器的充电，各电动执行器具备：开度控制部，其构成为在从所述电源系统得到电源供给的通电时根据开度目标值来控制阀门的开度；蓄电部，其构成为积蓄电能；充电部，其构成为在所述通电时对所述蓄电部进行充电；复位控制部，其构成为在所述电源被切断的停电时使用所述蓄电部中积蓄的能量使所述阀门动作到期望的开度位置为止；充电控制部，其构成为在从所述主机装置接收到充电开始指令时开始所述充电部对所述蓄电部的充电；以及充电完成响应发送部，其构成为在所述蓄电部的充电完成时对所述主机装置发送充电完成响应，所述主机装置具备：充电台数算出部，其根据容许的最大电流容量值或者容许的最大充电时间来算出同时进行充电的所述电动执行器的最大数；以及充电开始指令发送部，其构成为从预先规定的充电的优先级最高一方起依序对所述最大数的所述电动执行器发送所述充电开始指令；在接收到所述充电完成响应时，所述充电开始指令发送部从充电尚未完成的所述电动执行器当中所述优先级较高一方起依序对与所述充电完成响应的发送源的电动执行器相同数量的电动执行器发送所述充电开始指令。
此外，本发明的充电控制系统的1构成例的特征在于，所述充电台数算出部以从所述电源系统流至充电中的电动执行器的总计电流在所述最大电流容量值以下的方式算出所述最大数。
此外，本发明的充电控制系统的1构成例的特征在于，所述充电台数算出部以所述多个电动执行器的充电所需的总计时间在所述最大充电时间以下的方式算出所述最大数。
【发明的效果】
根据本发明，主机装置对与同一电源系统连接在一起的多个电动执行器进行分类并针对每一组发送充电开始指令，从而使针对每一组执行电动执行器的蓄电部的充电，因此能将电源系统及配电盘所需的电流容量和各电动执行器的总计充电时间最佳化。此外，在本发明中，通过进行与各电动执行器的充电的优先级相应的分组，能够按照优先级的顺序对电动执行器的蓄电部进行充电。
此外，在本发明中，电动执行器自身会判断蓄电部的充电是否已完成，在判断充电已完成的时间点对主机装置发送充电完成响应。主机装置在已从充电开始指令的发送目标的所有电动执行器接收到充电完成响应的时间点对下一组电动执行器发送充电开始指令。由此，在本发明中，能够缩短各电动执行器的总计充电时间。
此外，在本发明中，一边以同时进行充电的电动执行器的台数始终在最大数以下的方式进行管理，一边对各电动执行器分别发送充电开始指令，因此能将电源系统及配电盘所需的电流容量和各电动执行器的总计充电时间最佳化。此外，在本实施例中，是根据各电动执行器的充电的优先级来发送充电开始指令，因此能够按照优先级的顺序对电动执行器的蓄电部进行充电。此外，主机装置在从充电开始指令的发送目标的电动执行器接收到充电完成响应的时间点对各电动执行器发送充电开始指令，因此能够进一步缩短充电时间。
附图说明
图1为表示本发明的第1实施例的充电控制系统的构成的框图。
图2为表示本发明的第1实施例的电动执行器的构成的框图。
图3为表示本发明的第1实施例的电动执行器的控制部的构成的框图。
图4为表示本发明的第1实施例的主机装置的构成的框图。
图5为说明本发明的第1实施例的主机装置的动作的流程图。
图6为说明本发明的第1实施例的电动执行器的电源接通时的动作的流程图。
图7为说明本发明的第1实施例的多个电动执行器与1个电源系统连接在一起的情况下电源系统中充电电流流通的情形的图。
图8为说明恒流充电方法的图。
图9为说明利用了RC串联电路的充电方法的图。
图10为说明针对每一组进行电动执行器的蓄电部的充电时的最大充电时间的图。
图11为说明本发明的第1实施例的控制部的容量运算部的动作的流程图。
图12为说明本发明的第1实施例的电动执行器的正常时的动作的流程图。
图13为说明本发明的第1实施例的电动执行器的停电时的动作的流程图。
图14为表示本发明的第2实施例的电动执行器的构成的框图。
图15为表示本发明的第3实施例的充电控制系统的构成的框图。
图16为表示本发明的第3实施例的电动执行器的构成的框图。
图17为表示本发明的第3实施例的电动执行器的控制部的构成的框图。
图18为表示本发明的第3实施例的主机装置的构成的框图。
图19为说明本发明的第3实施例的主机装置的动作的流程图。
图20为说明本发明的第3实施例的电动执行器的动作的流程图。
图21为表示本发明的第4实施例的充电控制系统的构成的框图。
图22为表示本发明的第4实施例的主机装置的构成的框图。
图23为说明本发明的第4实施例的主机装置的动作的流程图。
图24为表示1个电源系统连接有多个电动执行器的系统的构成的图。
图25为说明同时对多个电动执行器的蓄电部进行充电的情况下电源系统中充电电流同时流通的情形的图。
图26为说明依序对多个电动执行器的蓄电部进行充电的情况下电源系统中充电电流依序流通的情形的图。
具体实施方式
[第1实施例]
下面，参考附图，对本发明的实施例进行说明。图1为表示本发明的第1实施例的充电控制系统的构成的框图。充电控制系统由与1个电源系统101连接在一起的多个电动执行器100和控制这些电动执行器100的充电的主机装置103构成。
图2为表示电动执行器100的构成的框图。电动执行器100安装在球阀、蝶阀等阀门200上，作为电动调节阀而一体化。此外，电动执行器100与未图示的控制器之间进行信息的授受。
电动执行器100具备：主电源部1，其利用从外部电源(图1的配电盘102)供给的电源电压来生成主电源电压；蓄电部2，其由积蓄电能的电气双层电容器构成；充电部3，其在从外部得到电源供给的通电时对蓄电部2进行充电；升压部4，其对蓄电部2的电压进行升压；停电检测部5，其检测来自外部的电源的切断；主电源切换部6，其选择并输出来自主电源部1的主电源电压和来自升压部4的升压电源电压中的哪一方；开度目标处理部7，其对来自控制器的开度目标信号进行处理而对控制部8输出开度目标值；控制部8，其控制整个电动执行器；控制电源部9，其生成控制系统电源电压；马达10，其根据驱动电压进行动作；马达驱动部11，其根据来自控制部8的控制信号对马达10输出驱动电压；减速器12，其使马达10的输出减速而操作阀门200；位置传感器13，其测定阀门200的开度；以及通信部14，其用于与主机装置103进行通信。马达10、马达驱动部11及减速器12构成了驱动部15。
图3为表示控制部8的构成的框图。控制部8由充电控制部80、开度控制部81、升压控制部82、复位控制部83、存储部84、容量运算部85、充电能量运算部86及所需能量运算部87构成，所述充电控制部80在从主机装置103接收到充电开始指令时开始充电部3对蓄电部2的充电，所述开度控制部81在从外部得到电源供给的通电时根据开度目标值来控制阀门200的开度，所述升压控制部82在停电时对升压部4输出升压允许信号，所述复位控制部83在停电时使用蓄电部2中积蓄的能量使阀门200动作到所期望的开度位置为止，所述存储部84用于存储信息，所述容量运算部85运算蓄电部2的容量，所述充电能量运算部86运算蓄电部2中积蓄的能量的值，所述所需能量运算部87在电源接通时运算使阀门200从开度目标值所表示的位置动作到所期望的开度位置为止所需的能量的值。
图4为表示主机装置103的构成的框图。主机装置103由分类部1030、充电开始指令发送部1031、存储部1032及设定部1033构成，所述分类部1030根据预先规定的充电的优先级对多个电动执行器100进行分组，所述充电开始指令发送部1031按照优先级从高到低的顺序针对每一组对电动执行器100发送充电开始指令，所述存储部1032用于存储信息，所述设定部1033用于设定信息。
下面，对本实施例的充电控制系统的动作进行说明。图5为说明主机装置103的动作的流程图，图6为说明电源接通时的电动执行器100的动作的流程图。
当电源接通时，主机装置103进行从存储部1032读出后文叙述的动作用的程序、而且读出动作所需的参数的初始设定处理(图5步骤S100)。
作为预先设定在存储部1032中的参数，有成为对象的多个电动执行器100(与同一电源系统101连接在一起的多个电动执行器100)的识别信息、电源系统101所容许的最大电流容量值LMI、电流值CI、容许的电源系统最大充电时间LMCT、表示电动执行器100的蓄电部2的充电所需的标准时间的标准充电时间CT(通常为蓄电部2的充电所需的最长时间)、登记有识别信息的各电动执行器100的充电的优先级信息等。优先级例如根据设置有电动执行器100的设施侧的要求来决定。这些参数可以使用设定部1033来加以设定。
另一方面，当从外部电源(图1的配电盘102)供给电源电压时，电动执行器100的主电源部1根据该电源电压来生成规定的主电源电压。再者，从外部电源供给的电源电压可为交流也可为直流。在从外部电源供给的电源电压为交流的情况下，在主电源部1的内部进行整流、平滑，进而降压而生成期望的主电源电压即可。由于从主电源部1供给有主电源电压，因此电动执行器100的停电检测部5不输出停电检测信号。由于没有来自停电检测部5的停电检测信号的输入，因此电动执行器100的主电源切换部6选择并输出来自主电源部1的主电源电压。由此，主电源电压经由主电源切换部6而供给至控制电源部9和马达驱动部11。电动执行器100的控制电源部9根据主电源电压来生成规定的控制系统电源电压。从控制电源部9供给控制系统电源电压，由此电动执行器100的控制部8启动。
控制部8进行从存储部84读出后文叙述的动作用的程序的初始设定处理(图6步骤S200)。继而，控制部8等待来自主机装置103的充电开始指令(图6步骤S201)。
在本实施例中，在像图1所示那样1个电源系统101连接有多个电动执行器100的情况下，为了将电流容量和充电时间最佳化，将各电动执行器100分类为多个组，针对每一组进行电动执行器100的蓄电部2的充电。例如在图7的例子中，展示了对台数N的电动执行器100-1～100-N进行分类，并按每一组#1、#2、···、#n进行充电的例子。
在进行存储部1032中登记有识别信息的多个电动执行器100的分组时，主机装置103的分类部1030算出1个组中包含的电动执行器100的最大数GCN(图5步骤S101)。在重视电源系统101的电流容量值的情况下，分类部1030根据电源系统101的容许的最大电流容量值LMI(A)和对电动执行器100的蓄电部2进行充电时从电源系统101流至电动执行器100的电流的值CI(A)、像下式那样计算1个组中包含的电动执行器100的最大数GCN。
GCN＝LMI/CI···(1)
再者，准确而言，舍去式(1)的计算结果的小数点以后而得的整数值为所求的最大数GCN。此处，电动执行器100的充电部3对蓄电部2的充电方法有恒流充电方法、利用由充电部3的电阻和蓄电部2的电气双层电容器构成的RC串联电路对蓄电部2进行充电的方法(充电电流和时间一起变化的方法)。
在恒流充电方法的情况下，如图8的(A)所示，固定的电流CI从电源系统101流至属于同一组的GCN个电动执行器100-GC1～100-GCN中的各方，因此，总计流通LMI的电流(图8的(B))。换句话说，以从电源系统101流至GCN个电动执行器100-GC1～100-GCN的总计电流在LMI以下的方式决定GCN即可。
在利用了RC串联电路的充电方法的情况下，如图9的(A)所示，最大值为CI的电流流至属于同一组的GCN个电动执行器100-GC1～100-GCN中的各方。因而，以从电源系统101流至GCN个电动执行器100-GC1～100-GCN的总计电流的最大值在LMI以下的方式决定GCN即可。
另一方面，在重视电源系统最大充电时间LMCT的情况下，分类部1030根据容许的电源系统最大充电时间LMCT和标准充电时间CT、像下式那样算出1个组中包含的电动执行器100的最大数GCN(步骤S101)。
GCN＝LMCT/CT···(2)
即，以存储部1032中登记有识别信息的多个电动执行器100的蓄电部2的充电所需的总计时间在LMCT以下的方式决定最大数GCN即可。再者，与式(1)的情况一样，舍去式(2)的计算结果的小数点以后而得的整数值为所求的最大数GCN。
分类部1030通过式(1)或式(2)中的任一方来算出最大数GCN。使用式(1)、式(2)中的哪一方的指示信息被预先设定在存储部1032中。
然后，分类部1030根据存储部1032中登记有识别信息的电动执行器100的台数N和通过式(1)或式(2)算出的GCN、像下式那样算出组数GN(图5步骤S102)。
GN＝N/GCN···(3)
再者，准确而言，将式(3)的计算结果的小数点以后进位而得的整数值为所求的组数GN。在使用式(1)算出了最大数GCN的情况下，台数N的电动执行器100的蓄电部2的充电所需的电源系统最大充电时间LMCT如下式。
LMCT＝GN×CT···(4)
式(4)展示了像图10所示那样针对每一组#1～#GN进行电动执行器100的蓄电部2的充电时的总计充电时间为LMCT这一情况。
另一方面，在使用式(2)算出了最大数GCN的情况下，电源系统101的最大电流容量值LMI(A)如下式。
LMI＝GCN×CI···(5)
最后，分类部1030将存储部1032中登记有识别信息的电动执行器100分类为多个组(图5步骤S103)。
在使用式(1)算出了最大数GCN的情况下，分类部1030以如下方式将存储部1032中登记有识别信息的各电动执行器100分类为组#1～#GN中的某一方：从电源系统101流至充电中的电动执行器100的总计电流为容许的最大电流容量值LMI以下(1个组中包含的电动执行器100的台数为通过式(1)计算出的GCN以下)，而且优先级越高的电动执行器100越先充电。
此外，在使用式(2)算出了最大数GCN的情况下，分类部1030以如下方式将存储部1032中登记有识别信息的各电动执行器100分类为组#1～#GN中的某一方：各电动执行器100的充电所需的总计时间为容许的电源系统最大充电时间LMCT以下(1个组中包含的电动执行器100的台数为通过式(2)计算出的GCN以下)，而且优先级越高的电动执行器100越先充电。
在分类部1030的分类结束后，主机装置103的充电开始指令发送部1031对属于充电顺序最早(优先级最高)的组#1的电动执行器100发送充电开始指令(图5步骤S104)，并等待直至经过标准充电时间CT为止(图5步骤S105)。
当电动执行器100的充电控制部80经由通信部14接收到来自主机装置103的充电开始指令时(图6步骤S201中为是)，对充电部3输出充电允许信号(图6步骤S202)。根据该充电允许信号的输出，充电部3以来自主电源部1的主电源电压为输入对蓄电部2输出充电电流，从而开始蓄电部2的充电。此外，当控制部8启动时，控制部8的开度控制部81从开度目标处理部7获取阀门200的开度目标值θref(°)。开度目标处理部7从主电源部1接受主电源电压的供给而进行动作，从未图示的控制器接收开度目标信号，将该开度目标信号所表示的开度目标值θref(°)输出至控制部8。
接着，控制部8的容量运算部85运算蓄电部2的容量(图6步骤S203)。在本实施例中，是使用电气双层电容器作为蓄电部2，因此蓄电部2的容量值为电气双层电容器的静电电容值CC(F)。使用图11对容量运算部85的动作进行说明。
首先，容量运算部85测定从充电开始起经过时间T1(s)后的蓄电部2的蓄电电压(电气双层电容器的端子间电压)CV1(V)(图11步骤S300)。然后，容量运算部85测定从充电开始起经过时间T2(s)后的蓄电部2的蓄电电压CV2(V)(图11步骤S301)。当然，T2＞T1。
继而，容量运算部85根据测定出的蓄电电压CV1、CV2(V)来运算蓄电部2的容量值(电气双层电容器的静电电容值)CC(F)。此处，在充电部3对蓄电部2的充电方法为恒流充电方法的情况下(图11步骤S302中为是)，容量运算部85通过下式(6)来运算容量值CC(F)(图11步骤S303)。
【数式1】
在利用恒流I对蓄电部2进行充电的方法(恒流充电方法)的情况下(步骤S302中为是)，容量运算部85通过式(6)来运算容量值CC(F)(图11步骤S303)。此外，在利用由充电部3的电阻和蓄电部2的电气双层电容器构成的RC串联电路对蓄电部2进行充电的方法(充电电流和时间一起变化的方法)的情况下(步骤S302中为NO)，容量运算部85通过下式(7)来运算容量值CC(F)(图11步骤S304)。
【数式2】
在式(7)中，R(Ω)为充电部3的电阻的电阻值，E为充电部3施加至RC串联电路的充电电源电压值。式(7)的f(CC)在0＜CC＜CCmax中必然有解，因此，通过借助二分法、牛顿法等数值分析来求解，能够运算容量值CC(F)(CCmax(F)为初始静电电容范围的最大值)。以上，容量运算部85的处理结束。
接着，控制部8的充电能量运算部86运算蓄电部2中积蓄的能量CP(J)。具体而言，充电能量运算部86测定蓄电部2的蓄电电压CV(V)(图6步骤S204)。继而，充电能量运算部86根据由容量运算部85运算出的蓄电部2的容量值CC(F)和测定出的蓄电电压CV(V)，通过式(8)来运算能量CP(J)(图6步骤S205)。
【数式3】
控制部8的所需能量运算部87通过式(9)来运算使阀门200从当前的开度目标位置起进行复位动作直至期望的开度位置(本实施例中为全闭位置)为止所需的能量、即开度目标充电能量CPref(J)(图6步骤S206)。
【数式4】
在式(9)中，MT(N.m)为阀门200的已知的阀轴的负荷扭矩值，N(rpm)为由减速器12加以驱动的阀门200的阀轴的已知的转速，CTP(W)为控制部8所消耗的已知的电力值(在停电时进行动作的复位控制部83和升压控制部82的耗电值)，θopen(°)为阀门200的全开开度值，Topen(s)为阀门200从全闭位置到达至全开位置为止所需的已知的时间即全开动作时间值，ηmc(％)为减速器12的已知的机械效率，ηmt(％)为马达10的已知的效率，ηps(％)为升压部4的已知的效率。扭矩MT(N.m)、转速N(rpm)、全开动作时间Topen(s)、减速器12的机械效率ηmc(％)以及马达10的效率ηmt(％)表现出驱动部15的性能。
在CP＜CPref、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)尚未达到开度目标充电能量CPref(J)的情况下(图6步骤S207中为NO)，控制部8的充电控制部80判断为阀门200的复位动作所需的充电不充分，从而继续输出充电允许信号，从而继续进行充电部3对蓄电部2的充电(图6步骤S208)。
如此，反复执行步骤S204～S208的处理直至蓄电部2中积蓄的能量CP(J)达到开度目标充电能量CPref(J)。
当CP≥CPref、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)变为开度目标充电能量CPref(J)以上时(步骤S207中为是)，控制部8的开度控制部84对开度目标值θref与由位置传感器13测定出的阀门200的开度的实测值(实际开度)进行比较，对马达驱动部11输出马达控制信号以使开度目标值θref与实际开度一致。马达驱动部11根据马达控制信号对马达10输出驱动电压。由此，马达10被驱动，该马达10的驱动力经由减速器12而传递至阀门200的阀轴，操作轴接于该阀轴上的阀芯，由此调整阀门200的开度。如此，阀门200的开度变为θref(°)(图6步骤S209)。位置传感器13经由减速器12而检测阀门200的阀轴的位移量，并将阀门开度的实测值(实际开度)发送至控制部8。
接着，在CP＜CPhigh、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)尚未达到规定的充电能量上限值CPhigh(J)的情况下(图6步骤S210中为NO)，控制部8的充电控制部80返回至步骤S204。
如此，反复执行步骤S204～S210的处理直至蓄电部2中积蓄的能量CP(J)达到充电能量上限值CPhigh(J)为止。
充电能量上限值CPhigh(J)是对使阀门200从全开位置起进行复位动作直至期望的开度位置(本实施例中为全闭位置)为止所需的能量即全开复位充电电力加上蓄电部2的自放电的能量而得的值。在实用上，设定为全开复位充电电力增加几十％而得的值即可。
当CP≥CPhigh、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)变为充电能量上限值CPhigh(J)以上时(步骤S210中为是)，充电控制部80停止充电允许信号的输出，从而停止充电部3对蓄电部2的充电(图6步骤S211)。
以上，电源接通时的控制部8的动作结束，之后转移至正常动作。
图12为说明正常时的电动执行器100的动作的流程图。阀门200的开度变为θref(°)的处理(图12步骤S400)与步骤S209中说明过的一致。再者，当然，控制器会视需要酌情变更开度目标值θref(°)。
接着，控制部8的充电能量运算部86测定蓄电部2的蓄电电压CV(V)(图12步骤S401)。继而，充电能量运算部86根据步骤S203中由容量运算部85运算出的蓄电部2的容量值CC(F)和步骤S401中测定出的蓄电电压CV(V)，通过式(8)来运算蓄电部2中积蓄的能量CP(J)(图12步骤S402)。
在CP≤CPlow、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)为规定的充电能量下限值CPlow(J)以下的情况下(图12步骤S403中为是)，控制部8的充电控制部80对充电部3输出充电允许信号，开始充电部3对蓄电部2的充电(图12步骤S404)。
如此，反复执行步骤S400～S404的处理直至蓄电部2中积蓄的能量CP(J)超过充电能量下限值CPlow(J)为止。
充电能量下限值CPlow(J)是使阀门200从全开位置起进行复位动作直至期望的开度位置(本实施例中为全闭位置)为止所需的能量即全开复位充电电力。
当CP＞CPlow、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)超过充电能量下限值CPlow(J)时(步骤S403中为NO)，充电控制部80判定能量CP(J)是否为规定的充电能量上限值CPhigh(J)以上(图12步骤S405)。
在CP＜CPhigh、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)尚未达到充电能量上限值CPhigh(J)的情况下(步骤S405中为NO)，充电控制部80继续输出充电允许信号而继续充电部3对蓄电部2的充电(图12步骤S406)。
如此，反复执行步骤S400～S406的处理直至蓄电部2中积蓄的能量CP(J)达到充电能量上限值CPhigh(J)为止。
当CP≥CPhigh、也就是蓄电部2中积蓄的能量CP(J)变为充电能量上限值CPhigh(J)以上时(步骤S405中为是)，充电控制部80停止充电允许信号的输出而停止充电部3对蓄电部2的充电(图12步骤S407)，并返回至步骤S400。持续以上的图12的处理直至电源被切断为止。
另一方面，主机装置103的充电开始指令发送部1031判定从发送充电开始指令的时间点起是否经过了标准充电时间CT(图5步骤S105)。
此处，由于尚未完成充电顺序为第2的组#2的充电(图5步骤S106中为NO)，因此充电开始指令发送部1031选择下一组#2作为充电开始指令的发送目标(图5步骤S107)，并返回至步骤S104，对属于充电顺序在第2的组#2的电动执行器100发送充电开始指令。
如此，反复执行步骤S104～S107的处理直至对所有组#1～#GN完成电动执行器100的蓄电部2的充电，对各组#1～#GN依序发送充电开始指令。在已对所有组#1～#GN完成充电的时间点，主机装置103结束处理。
接着，参考图13对停电时的电动执行器100的动作进行说明。当因某种原因而导致从外部电源(图1的配电盘102)对主电源部1的电源电压供给停止时(图13步骤S500中为是)，主电源部1无法再生成主电源电压，因此停电检测部5输出停电检测信号(图13步骤S501)。
当从停电检测部5收到停电检测信号时，控制部8的升压控制部82立即对升压部4输出升压允许信号(图13步骤S502)。
根据该升压允许信号的输出，升压部4将蓄电部2的蓄电电压(电气双层电容器的端子间电压)升压至与主电源电压同等的值(图13步骤S503)。
当从停电检测部5输出停电检测信号时，主电源切换部6选择并输出来自升压部4的升压电源电压(图13步骤S504)。由此，升压电源电压经由主电源切换部6而供给至控制电源部9和马达驱动部11。控制电源部9对升压电源电压进行降压而生成规定的控制系统电源电压。
接着，控制部8的复位控制部83对马达驱动部11输出马达控制信号，以使期望的开度位置(本实施例中为全闭位置)与由位置传感器13测定出的阀门200的实际开度一致。马达驱动部11根据马达控制信号对马达10输出驱动电压。由此，马达10被驱动，阀门200的开度得到调整。如此，能使阀门200进行复位动作直至期望的开度位置(图13步骤S505)。
如上所述，在本实施例中，主机装置103对与1个电源系统101连接在一起的多个电动执行器100进行分类，针对每一组发送充电开始指令，从而针对每一组执行电动执行器100的蓄电部2的充电，因此能将电源系统101及配电盘102所需的电流容量和各电动执行器100的总计充电时间最佳化。此外，在本实施例中，通过进行与各电动执行器100的充电的优先级相应的分组，能够按照优先级的顺序对电动执行器100的蓄电部2进行充电。
此外，本实施例与弹簧复位型执行器相比，有如下优点：(I)无需卷紧弹簧用的扭矩；(II)可以将停电时的阀门的目标位置设定为全闭、全开或任意位置；(III)无需用于控制停电时的动作的离合器、制动器等机构。
根据本实施例，能够抑制电源系统101及配电盘102的电流容量，因此可以将弹簧复位型执行器替换为具有各种优点的本实施例的电动执行器，并且，通过削减运用时的耗电以及复位时的控制所需的机构等，能对环境负荷的降低做出贡献。进而，可以将本实施例扩大运用到采用弹簧复位型执行器的一般工业设备。
[第2实施例]
接着，对本发明的第2实施例进行说明。本实施例是对不同于第1实施例的电动执行器的构成进行说明。在本实施例中，充电控制系统整体的构成也与第1实施例相同。图14为表示本实施例的电动执行器100a的构成的框图，对与图1相同的构成标注有同一符号。
电动执行器100a具备主电源部1a、蓄电部2、充电部3a、升压部4、停电检测部5a、主电源切换部6、开度目标处理部7、控制部8、控制电源部9、马达10、马达驱动部11、减速器12、位置传感器13、通信部14、对从外部电源(图1的配电盘102)供给的电源电压进行整流的整流部16以及将整流部16整流后的直流电压平滑化的平滑部17。
第1实施例是与从外部电源供给的电源电压为例如AC85V～AC264V这样的高电压的情况相对应的例子。相对于此，本实施例是与从外部电源供给的电源电压为例如AC24V这样的低电压相对应的例子。
整流部16对来自外部电源的交流电源电压进行整流。平滑部17将经整流部16整流后的脉动电流的直流电压平滑化。
本实施例的主电源部1a与第1实施例的主电源部1一样生成主电源电压，但不同点在于是以从平滑部17输出的直流电源电压作为输入。
充电部3a与第1实施例的充电部3一样根据来自控制部8的充电允许信号进行蓄电部2的充电，但不同点在于是以从平滑部17输出的直流电源电压作为输入。
停电检测部5a与第1实施例的停电检测部5一样检测电源的切断，但不同点在于是以从平滑部17输出的直流电源电压作为输入。
其他构成与第1实施例中说明过的一致。
如此，在连接至低电压的外部电源的电动执行器中，也能获得与第1实施例同样的效果。在上述例子中，在从外部电源供给的电源电压为交流的情况下进行了说明，但从外部电源供给的电源电压当然也可为直流。
[第3实施例]
接着，对本发明的第3实施例进行说明。图15为表示本发明的第3实施例的充电控制系统的构成的框图。本实施例的充电控制系统由与1个电源系统101连接在一起的多个电动执行器100b和控制这些电动执行器100b的充电的主机装置103b构成。
图16为表示本实施例的电动执行器100b的构成的框图，对与图2相同的构成标注同一符号。电动执行器100b具备主电源部1、蓄电部2、充电部3、升压部4、停电检测部5、主电源切换部6、开度目标处理部7、控制部8b、控制电源部9、马达10、马达驱动部11、减速器12、位置传感器13及通信部14。
图17为表示本实施例的电动执行器100b的控制部8b的构成的框图，对与图3相同的构成标注同一符号。控制部8b由充电控制部80b、开度控制部81、升压控制部82、复位控制部83、存储部84、容量运算部85、充电能量运算部86、所需能量运算部87以及在蓄电部2的充电完成时对主机装置103b发送充电完成响应的充电完成响应发送部88构成。
图18为表示本实施例的主机装置103b的构成的框图，对与图4相同的构成标注同一符号。主机装置103b由分类部1030、充电开始指令发送部1031b、存储部1032、设定部1033及充电完成响应接收部1034构成，所述充电开始指令发送部1031b在已从充电开始指令的发送目标的所有电动执行器100b接收到充电完成响应时对下一优先级的组的电动执行器100b发送充电开始指令，所述充电完成响应接收部1034接收来自电动执行器100b的充电完成响应。
下面，对本实施例的充电控制系统的动作进行说明。图19为说明主机装置103b的动作的流程图，图20为说明电动执行器100b的动作的流程图。
图19的步骤S600～S603的主机装置103b的动作与图5的步骤S100～S103中说明过的动作相同，因此省略说明。
在分类部1030的分类结束后，主机装置103b的充电开始指令发送部1031b对属于充电顺序最早(优先级最高)的组#1的电动执行器100b发送充电开始指令(图19步骤S604)，进行等待直至从属于该组#1的所有电动执行器100b接收到充电完成响应为止(图19步骤S605)。
图20的步骤S700～S711的电动执行器100b的动作与图6的步骤S200～S211中说明过的动作相同，因此省略说明。
当充电允许信号的输出停止、蓄电部2的充电完成时，控制部8b的充电完成响应发送部88对充电开始指令的发送源即主机装置103b发送充电完成响应(图20步骤S712)。
电动执行器100b的正常时及停电时的动作与图12、图13中说明过的动作相同，因此省略说明。
如上述中所说明，主机装置103b的充电开始指令发送部1031b在充电开始指令的发送后待机直至从该充电开始指令的发送目标的所有电动执行器100b接收到充电完成响应为止(步骤S605)。
当主机装置103b的充电完成响应接收部1034从充电开始指令的发送目标的所有电动执行器100b接收到充电完成响应时(步骤S605中为是)，充电开始指令发送部1031b针对所有组#1～#GN判定是否已完成电动执行器100b的蓄电部2的充电(图19步骤S606)。
此处，由于尚未完成充电顺序为第2的组#2的充电，因此充电开始指令发送部1031b选择下一组#2作为充电开始指令的发送目标(图19步骤S607)并返回至步骤S604，对属于充电顺序为第2的组#2的电动执行器100b发送充电开始指令。
如此，反复执行步骤S604～S607的处理，对各组#1～#GN依序发送充电开始指令，直至针对所有组#1～#GN完成电动执行器100b的蓄电部2的充电。在已针对所有组#1～#GN完成充电的时间点，主机装置103b结束处理。
如上所述，在本实施例中，与第1、第2实施例一样，主机装置103b将与1个电源系统101连接在一起的多个电动执行器100b分类，针对每一组发送充电开始指令。在第1、第2实施例中，在从发送充电开始指令时起经过了标准充电时间CT的时间点对下一组电动执行器发送充电开始指令。为了具有余裕，将标准充电时间CT设定得稍长。然而，构成蓄电部2的电气双层电容器在经年变化下容量会降低，因此存在实际充电时间逐渐缩短的倾向。
因此，在本实施例中，电动执行器100b自身判断蓄电部2的充电是否已完成，在判断充电已完成的时间点对主机装置103b发送充电完成响应。主机装置103b在已从充电开始指令的发送目标的所有电动执行器100b接收到充电完成响应的时间点对下一组电动执行器发送充电开始指令。如此，在本实施例中，主机装置103b不会进行固定时间的待机，由此，与第1实施例相比，能够缩短各电动执行器100b的总计充电时间。
[第4实施例]
接着，对本发明的第4实施例进行说明。图21为表示本发明的第4实施例的充电控制系统的构成的框图。本实施例的充电控制系统由多个电动执行器100b和控制这些电动执行器100b的充电的主机装置103c构成。电动执行器100b的构成与第3实施例中所说明的一致。
图22为表示本实施例的主机装置103c的构成的框图，对与图4、图18相同的构成标注同一符号。主机装置103c由充电开始指令发送部1031c、存储部1032、设定部1033、充电完成响应接收部1034以及充电台数算出部1035构成，该充电台数算出部1035根据容许的最大电流容量值或者容许的最大充电时间来算出同时进行充电的电动执行器100b的最大数。
下面，对本实施例的充电控制系统的动作进行说明。图23为说明主机装置103c的动作的流程图。
图23的步骤S800的主机装置103c的动作与图5的步骤S100中说明过的动作相同，因此省略说明。
接着，主机装置103c的充电台数算出部1035算出同时进行充电的电动执行器100b的最大数SN(图23步骤S801)。该最大数SN可以通过与第1～第3实施例的最大数GCN相同的方法求出，可以将通过式(1)或式(2)中的任一方获得的GCN作为最大数SN。
在算出最大数SN后，主机装置103c的充电开始指令发送部1031c按照充电顺序从早到晚(优先级从高到低)的顺序对台数SN的电动执行器100b发送充电开始指令(图23步骤S802)，进行等待直至从发送了充电开始指令的电动执行器100b接收到充电完成响应(图23步骤S803)。
电动执行器100b的动作与第3实施例中说明过的一致。当主机装置103c的充电完成响应接收部1034从充电开始指令的发送目标的电动执行器100b中的至少1个接收到充电完成响应时(步骤S803中为是)，主机装置103c的充电开始指令发送部1031c判定是否已完成所有电动执行器100b的蓄电部2的充电(图23步骤S804)。
在存在蓄电部2的充电尚未完成(尚未发送充电开始指令)的电动执行器100b的情况下，充电开始指令发送部1031c以充电的台数始终为台数SN的方式对充电顺序最早(优先级最高)的电动执行器100b发送充电开始指令(图23步骤S805)，并等待直至从充电的电动执行器100b接收到充电完成响应(步骤S803)。
如此，反复执行步骤S803～S805的处理直至完成所有电动执行器100b的蓄电部2的充电，在已针对所有电动执行器100b完成充电的时间点，主机装置103c结束处理。
如上所述，在本实施例中，在以同时进行充电的电动执行器100b的台数始终在最大数SN以下的方式进行管理的情况下对各电动执行器100b分别发送充电开始指令，因此能将电源系统101及配电盘102所需的电流容量和各电动执行器100b的总计充电时间最佳化。此外，在本实施例中，根据各电动执行器100b的充电的优先级来发送充电开始指令，因此能够按照优先级的顺序对电动执行器100b的蓄电部2进行充电。
此外，在本实施例中，在从至少1个电动执行器100b接收到充电完成响应的时间点对下一电动执行器100b发送充电开始指令，因此，相较于第3实施例而言，能够进一步缩短各电动执行器100b的总计充电时间。
再者，在第3、第4实施例中，使用的是以第1实施例为准的构成作为电动执行器100b的构成，但也可使用于第2实施例为准的构成。在该情况下，使用控制部8b代替图14的控制部8即可。
在第1～第4实施例中，是在各电动执行器100、100a、100b中在控制部8、8b中设置容量运算部85和充电能量运算部86，在判断蓄电部2中积蓄的能量CP(J)已变为充电能量上限值CPhigh(J)以上的时间点充电控制部80停止充电，但也可在从充电开始起已经过标准充电时间CT的时间点停止充电，并不限于第1～第4实施例。
此外，在第1～第4实施例中，使用的是电气双层电容器作为蓄电部2中的蓄电元件，但并不限于此，只要是例如锂离子电容器等能够蓄电的元件，都能加以运用。
此外，在第1～第4实施例中，作为充电部3对蓄电部2的充电方法，对恒流充电方法和利用了RC串联电路的充电方法进行了说明，但只要是能够算出CI和CT的方法，则也可为这以外的充电方法。
此外，在第1～第4实施例中，是在开度目标处理部7中处理开度目标值，但也可在通信部14中处理从主机装置103、103b、103c发送的开度目标指令而获得开度目标值。
第1～第4实施例的主机装置103、103b、103c和控制部8、8b中的各方可以通过具备CPU(Central Processing Unit)、存储装置以及与外部的接口的电脑和控制这些硬件资源的程序来实现。各装置的CPU按照存储装置中存储的程序来执行第1～第4实施例中说明过的处理。
【工业上的可利用性】
本发明可以运用于对电动执行器的蓄电部进行充电的技术。
符号说明
1、1a 主电源部
2 蓄电部
3、3a 充电部
4 升压部
5、5a 停电检测部
6 主电源切换部
7 开度目标处理部
8、8b 控制部
9 控制电源部
10 马达
11 马达驱动部
12 减速器
13 位置传感器
14 通信部
15 驱动部
16 整流部
17 平滑部
80、80b 充电控制部
81 开度控制部
82 升压控制部
83 复位控制部
84 存储部
85 容量运算部
86 充电能量运算部
87 所需能量运算部
88 充电完成响应发送部
100、100a、100b 电动执行器
200 阀门
101 电源系统
102 配电盘
103、103b、103c 主机装置
1030 分类部
1031、1031b、1031c 充电开始指令发送部
1032 存储部
1033 设定部
1034 充电完成响应接收部
1035 充电台数算出部。

Claims (8)

1.一种充电控制系统，其特征在于，具备：
多个电动执行器，它们与同一电源系统连接在一起；以及
主机装置，其控制所述多个电动执行器的充电，
各电动执行器具备：
开度控制部，其构成为在从所述电源系统得到电源供给的通电时根据开度目标值来控制阀门的开度；
蓄电部，其构成为积蓄电能；
充电部，其构成为在所述通电时对所述蓄电部进行充电；
复位控制部，其构成为在所述电源被切断的停电时使用所述蓄电部中积蓄的能量使所述阀门动作到期望的开度位置为止；以及
充电控制部，其构成为在从所述主机装置接收到充电开始指令时开始所述充电部对所述蓄电部的充电，
所述主机装置具备：
分类部，其构成为根据预先规定的充电的优先级对所述多个电动执行器进行分组；以及
充电开始指令发送部，其构成为按照所述优先级从高到低的顺序针对每一组对所述电动执行器发送所述充电开始指令。
2.根据权利要求1所述的充电控制系统，其特征在于，
所述主机装置的充电开始指令发送部在从发送所述充电开始指令的时间点起经过了规定的充电时间时对下一优先级的组的电动执行器发送所述充电开始指令。
3.根据权利要求1所述的充电控制系统，其特征在于，
各电动执行器分别还具备充电完成响应发送部，所述充电完成响应发送部构成为在所述蓄电部的充电完成时对所述主机装置发送充电完成响应，
所述主机装置还具备充电完成响应接收部，所述充电完成响应接收部构成为接收来自所述电动执行器的充电完成响应，
所述主机装置的充电开始指令发送部在已从所述充电开始指令的发送目标的所有电动执行器接收到所述充电完成响应时对下一优先级的组的电动执行器发送所述充电开始指令。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的充电控制系统，其特征在于，
所述分类部以如下方式对所述多个电动执行器进行分组：从所述电源系统流至充电中的电动执行器的总计电流为容许的最大电流容量值以下，而且所述优先级越高的电动执行器越先充电。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的充电控制系统，其特征在于，
所述分类部以如下方式对所述多个电动执行器进行分组：所述多个电动执行器的充电所需的总计时间为容许的最大充电时间以下，而且所述优先级越高的电动执行器越先充电。
6.一种充电控制系统，其特征在于，具备：
多个电动执行器，它们与同一电源系统连接在一起；以及
主机装置，其控制所述多个电动执行器的充电，
各电动执行器具备：
开度控制部，其构成为在从所述电源系统得到电源供给的通电时根据开度目标值来控制阀门的开度；
蓄电部，其构成为积蓄电能；
充电部，其构成为在所述通电时对所述蓄电部进行充电；
复位控制部，其构成为在所述电源被切断的停电时使用所述蓄电部中积蓄的能量使所述阀门动作到期望的开度位置为止；
充电控制部，其构成为在从所述主机装置接收到充电开始指令时开始所述充电部对所述蓄电部的充电；以及
充电完成响应发送部，其构成为在所述蓄电部的充电完成时对所述主机装置发送充电完成响应，
所述主机装置具备：
充电台数算出部，其根据容许的最大电流容量值或者容许的最大充电时间来算出同时进行充电的所述电动执行器的最大数；以及
充电开始指令发送部，其构成为从预先规定的充电的优先级最高一方起依序对所述最大数的所述电动执行器发送所述充电开始指令，
在接收到所述充电完成响应时，所述充电开始指令发送部从充电尚未完成的所述电动执行器当中所述优先级较高一方起、依序对与所述充电完成响应的发送源的电动执行器相同数量的电动执行器发送所述充电开始指令。
7.根据权利要求6所述的充电控制系统，其特征在于，
所述充电台数算出部以从所述电源系统流至充电中的电动执行器的总计电流在所述最大电流容量值以下的方式算出所述最大数。
8.根据权利要求6所述的充电控制系统，其特征在于，
所述充电台数算出部以所述多个电动执行器的充电所需的总计时间在所述最大充电时间以下的方式算出所述最大数。
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