JP2004062537A - 電動弁の遠隔診断システム - Google Patents
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Abstract
【課題】作業員がデータを現場を巡回して採取することを要しないで診断が可能であり、かつ診断の精度を向上させる。
【解決手段】複数の電動弁２，３，４の駆動部にトルクセンサを設け、それぞれのトルクセンサから出力される検知信号をデジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータを付加して、各電動弁の識別子とともに、通信手段により、ホスト演算処理装置８に送信し、このホスト演算処理装置８において、各電動弁２，３，４毎に、前記送信されたトルクに関する信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後のトルクに関する値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行うようにした遠隔診断システムとする。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の電動弁２，３，４の駆動部にトルクセンサを設け、それぞれのトルクセンサから出力される検知信号をデジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータを付加して、各電動弁の識別子とともに、通信手段により、ホスト演算処理装置８に送信し、このホスト演算処理装置８において、各電動弁２，３，４毎に、前記送信されたトルクに関する信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後のトルクに関する値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行うようにした遠隔診断システムとする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動弁の遠隔診断システムに関し、特に原子力発電所における電動弁の遠隔診断に好適なシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、作業員が電動弁の運転時期に合わせてデータ採取装置を持って電動弁設置場所に出向き、電動弁に内蔵または仮設したセンサからデータを採取し、異常の診断を行う装置は種々実用化されている。しかし、原子力発電所には多くの電動弁が設置されており、また設置場所も広範囲に亙っているため、これらの電動弁の診断業務においては作業員が現場を巡回するための移動に非常に多くの労力を費やしている。また、作業員が巡回時のデータしか得られず、電動弁の作動回数に対してデータを採取できる機会が少なかった。そのため診断の精度が低いという問題があった。
【０００３】
また、電動弁作動時に常にデータを採取することのできる方法としては、複数の電動弁に必要に応じて駆動電源を供給するために所定の場所に集中させたモータコントロールセンタにおいて、動力線及び制御線の電流と電圧を測定し、モータの消費電力をもとに電動弁の診断を行う装置が開発されているが、この方法では駆動部のトルクを測定しないため、原理的にモータへの電圧及び電流の供給が停止した後の機械的な慣性力の大きさや、モータ停止後及びモータ起動前に電動駆動部が保持していたトルクが流体遮断に充分なものであるか否かを判定することができない。また、電力を駆動部出力トルクに換算する際に必要となる変換係数は実際には時々刻々と変化していて、これを正確に知ることはできないため精度が低いという問題も有している。更に特に低負荷領域において感度が低いため、微小な変化を検出することができず、伝達系の摩耗量や不完全な取り付けといった微小な負荷の変化となって現れる事象を検知できないという欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、作業員が、診断に必要なデータを現場を巡回して採取することを要しないで診断が可能であるとともに、診断の精度を向上させることができる遠隔診断システムを提供することを目的とする。
さらに、過去から現在に至るデータの情報に基づいて、傾向管理を行うことにより異常兆候の把握と異常個所の特定を行い、部品交換の時期やメンテナンス時期の決定を行う作業を、熟練を要することなく行い得る遠隔診断システムの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１） 複数の電動弁の駆動部にトルクセンサを設け、それぞれのトルクセンサから出力される検知信号をデジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータを付加して、各電動弁の識別子とともに、通信手段により、ホスト演算処理装置に送信し、このホスト演算処理装置において、各電動弁毎に、前記送信されたトルクに関する信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後のトルクに関する値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行うようにしたことを特徴とする電動弁の遠隔診断システムとする。
【０００６】
（２） 上記（１）項において、前記トルクセンサから出力される検知信号が、シートトルク、ランニングトルク、設定トルク、保持トルク、引き抜きトルク、ステムナット面圧開放トルクのいずれかのトルクに関する検知信号であるものとする。
【０００７】
（３） 上記（１）項または（２）項において、前記外的要因のデータを、電動弁が対象とする流体の圧力、温度および駆動部内潤滑油温度のデータとしたものとする。
【０００８】
（４） 上記（１）項〜（３）項のいずれかにおいて、外的要因による影響の補正を、下記の式に基づいて行い、得られた値を、補正後のトルクに関する値とする。補正後のトルクに関する値＝補正前のトルクに関する値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
【０００９】
（５） 上記（１）項〜（４）項のいずれかにおいて、前記所定の評価基準として、前記補正後のトルクに関する値が、それぞれのトルクについて、予め定めた上限値または下限値を超えた場合に異常であると判断するものとする。
【００１０】
（６） 上記（１）項〜（５）項のいずれかにおいて、前記ホスト演算処理装置による診断処理の諸データの記憶部を設け、ホスト演算処理装置において過去から現在に至る複数の前記諸データの情報に基づいて状態変化の傾向を求め、診断結果の値が予め定めた許容される上限値または下限値を超えると予測される時期を算出して部品交換時期を予測するものとする。
【００１１】
（７） 上記（１）項〜（６）項のいずれかにおいて、前記トルクセンサに加えて、電動弁を駆動するモータの電流センサを設け、この電流センサから出力される検出信号を処理して、電動弁の診断処理を行う。
【００１２】
（８） 上記（７）項において、トルクセンサから求められるトルクに対する、電流センサから求められる電流の比が、予め定めた基準値を超えた場合にモータ異常と判断するようにする。
【００１３】
（９） 上記（１）項〜（８）項のいずれかにおいて、前記トルクセンサに加えて、電動弁の振動センサを設け、この振動センサから出力される検知信号を処理して、電動弁の診断処理を行う。
【００１４】
（１０） 上記（９）項において、前記振動センサから出力される検知信号の中から電動弁の全閉及び全開付近を除いた中間開度の部分を抜き出して、これにフーリエ変換を施すことにより、これに含まれる周波数成分とその大きさを抽出して記録し以前は生じていなかった周波数成分が検出された場合、電動弁に異常が発生したと判断するようにする。
【００１５】
（１１） 上記（１）項〜（１０）項のいずれかにおいて、ホスト演算処理装置によって診断された結果を、電動弁が設置されている現場に送信して表示するようにしたものとする。
【００１６】
（１２） 上記（１）項〜（１０）項のいずれかにおいて、センサから出力された検知信号や外的要因による影響を排除するための補正用データを送信するための現場ユニットに対して、定期または不定期に、ホスト演算処理装置から応答を求めるライフチェックを行うようにしたものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、複数の電動弁の駆動部にトルクを検出するトルクセンサを設け、それぞれのトルクセンサから出力される検知信号をデジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータを付加して、各電動弁の識別子とともに、通信手段により、ホスト演算処理装置に送信し、このホスト演算処理装置において、各電動弁毎に、前記送信されたトルクに関する信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後のトルクに関する値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行うようにしたことを特徴とする電動弁の遠隔診断システムである。
電動弁の診断のための検知信号として、従来、電動弁の駆動源であるモータの電流と電圧を検出し、これより消費電力を算出して診断が行われている。
【００１８】
しかし、前記したように、この方法では、モータへの電圧及び電流の供給が停止した後の機械的な慣性力の大きさや、モータ停止後及びモータ起動前に電動駆動部が保持していたトルクが流体遮断に充分なものであるか否かを判定することができない。また、電力を駆動部出力トルクに換算する際に必要となる変換係数は実際には時々刻々と変化していて、これを正確に知ることはできないため精度が低いという問題がある。
そのため、本発明の遠隔診断システムにおいては、電動弁の駆動部にトルクを検出するトルクセンサを設け、このトルクセンサから出力される検知信号を診断の基礎情報とする。
【００１９】
またトルクセンサ以外に、必要に応じて適宜、電動弁を駆動するモータの電流を検出する電流センサや電動弁の振動を検出する振動センサを設け、これらセンサから出力される電流や振動を前記トルクとともに、電動弁の診断の基礎情報として用いることもできる。
【００２０】
図１は、本発明の遠隔診断システム（１）の概念図である。
複数の電動弁（２）（３）（４）にそれぞれ設けられたトルクセンサ、電流センサ、振動センサから出力される検知信号をディジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータ（５）（６）（７）を付加して、各電動弁の識別子とともに、無線通信手段により、ホスト演算処理装置（８）に送信する。
【００２１】
ホスト演算処理装置（８）においては、各電動弁毎に、前記送信された信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後の値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行う。
【００２２】
本発明において、トルクセンサから出力される検知信号には、各種のトルクについての検知信号がある。
【００２３】
電動弁の診断に重要なトルクとしては、シートトルク、ランニングトルク、設定トルク、保持トルク、引き抜きトルク、ステムナット面圧開放トルクが挙げられる。
【００２４】
これらトルクについて簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、シートトルクは、駆動装置トルクスイッチにより閉弁位置または開弁位置が決定される電動弁において電動弁を閉止または開放する際に駆動装置が発する最大トルクであり、ランニングトルクは、電動弁が閉または開動作しているときに発生するトルクのうち電動弁が中間位置でかつトルクの挙動が安定している部分のトルクであり、設定トルクは駆動装置トルクスイッチにより電動弁を駆動しているモータの電流が遮断されたときに駆動装置が発しているトルクであり、保持トルクは駆動装置トルクスイッチにより電動弁を駆動しているモータの電流が遮断されモータが完全に停止した後に駆動装置が保持しているトルクであり、引き抜きトルクは電動弁を開放する際に弁体が弁箱から引き抜かれる時に駆動装置が発するトルクであり、ステムナット面圧開放トルクは、電動弁を閉止または開放する際のハンマーブロー時に駆動装置が発するトルクである。
【００２５】
電動弁の動作状態は主に電動駆動部のトルクと電流信号を判定の基礎情報として用いることにより容易に知ることができる。すなわち、採取データを演算処理装置によって、電動弁の作動特性と比較することによって容易に把握することができる。つまり、電動弁の作動が正常な場合のトルクのデータは、電動弁の操作力データと同期して変動するため次にように作動状態が推測でき、診断の手法となりうる。
【００２６】
（１） 全閉から全開への作動時の記録（仕切弁トルクシート時）
一般に、次のような過程をたどる。すなわち、起動前（閉側に保持トルクが働いている）→電動機始動（閉方向トルク緩和）→ハンマーブロー→ドライブスリーブ以降の伝達系のガタ吸収（トルクほぼゼロ）→弁棒と弁体間のガタ吸収（トルクやや増加）→弁体引き抜き（トルク一時的に増大）→弁中間作動（トルクは減少しほぼ安定）→弁全開によりトルク停止（トルク増大）の過程をたどる。
この場合、起動前流体を遮断するために必要な適正な保持トルクを維持していれば健全である。モータ電流の通電時間が変化していなければ開閉時間は正常である。またハンマーブロー後ガタを吸収し終わるまでの時間が増大していなければ伝達系に摩耗や緩みは生じていない。弁体を引き抜く際の最大トルクが変化していなければ弁体の摺動面に面荒れ等の異常は生じていない。弁中間作動中のトルク（ランニングトルク）が健全時に対して増大または減少していなければ摺動部分に異常はない。更にモータへの電力が遮断された時のトルク（設定トルク）及び停止後のトルク（保持トルク）が健全時に対して増大または減少していなければトルクスイッチ及び伝達系に異常はない。
【００２７】
（２） 全開から全閉への作動時の記録（仕切弁トルクシート時）
一般に、次のような過程をたどる。すなわち、起動前（開側に保持トルクが働いている）→電動機始動（開方向トルク緩和）→ハンマーブロー→ドライブスリーブ以降の伝達系のガタ吸収（トルクほぼゼロ）→弁中間作動（トルクはやや増大し、ほぼ安定）→弁全閉によりトルク停止（トルク増大）の過程をたどる。
この場合、起動前に適正な保持トルクを維持していれば健全である。モータ電流の通電時間が変化していなければ開閉時間は正常である。またハンマーブロー後ガタを吸収し終わるまでの時間が増大していなければ伝達系に摩耗や緩みは生じていない。弁中間作動中のトルク（ランニングトルク）が健全時に対して増大または減少していなければ摺動部分の異常はない。更にモータへの電力が遮断された時のトルク（設定トルク）及び停止後のトルク（保持トルク）が健全時に対して増大または減少していなければトルクスイッチ及び伝達系に異常はない。
【００２８】
次に、電動弁の具体的な診断手法について説明する。
表１に、代表的な診断項目と、その診断に必要な基礎情報としての検出要素を示す。
また、検出要素とトルク波形、電流波形の関係を図２および図３に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１における各診断項目の意味を簡単に説明すれば、次のとおりである。
シート力とは、電動弁が流体抵抗に打ち勝ち閉弁位置を維持するために必要とする力または電動弁を全開した時にグランドパッキンからの流体漏洩を防ぐためにバックシートで開弁位置を維持するために必要とする力であり、保持トルクおよび起動前トルクを管理することでシート力の増加または低下による異常を検知でき、摺動抗力とは、弁棒が移動する際に弁棒とグランドパッキンとの間に発生する摩擦抵抗であり、ランニングトルクを管理することでグランドパッキン締め付け力の増加または低下による異常を検知でき、トルクスイッチの調整不良・故障とは、駆動装置トルクスイッチにより電動弁を駆動しているモータの電流が遮断された時に駆動装置が発しているトルクの変化として表れ、設定トルクを管理することで異常が検知でき、引き抜きトルクとは、弁箱から弁体を引き抜く際に一時的に必要とする大きな力のことであり、引き抜きトルクを管理することで異常が検知でき、実負荷における駆動部のトルク余裕度とは、配管内に流体が流れ、電動弁の上流側と下流側で差圧が発生する状態で電動弁を閉止させることにより実運用上の必要トルクを検知し設計上の必要トルクと実運用上の必要トルクを比較することで実運用における余裕度を知ることであり、伝達系の異常とは、駆動装置内部の歯車機構の異常のことであり、周期的なランニングトルクの変化を周波数解析することでどの部位の歯車が異常かを検知することができ、弁固着現象とは、弁体が閉止位置から開方向に作動できないことであり、保持トルクおよび電動弁を駆動しているモータの電流継続時間を管理することで異常を検知でき、弁棒折損とは、弁棒の折損により駆動装置から発せられた力が弁体へ伝えられなくなることであり、ランニングトルクおよび電動弁を駆動しているモータの電流継続時間を管理することで異常を検知でき、開閉時間変化とは、リミットスイッチにより電動弁の閉止位置または開放位置が決定される電動弁においてリミットスイッチの動作位置がずれることであり、電動弁を駆動しているモータの電流継続時間を管理することで異常を検知でき、ステムナット摩耗量とは、ステムナットのネジ面の摩耗量のことであり、閉方向のガタの吸収時間を管理することで異常を検知でき、ロッキングナット緩み量とは、駆動装置のドライブスリーブにステムナットを固定するナットの緩み量のことであり、閉方向のガタの吸収時間を管理することで異常を検知でき、弁体吊部ガタの量とは仕切弁の弁体と弁棒のクレビスに発生するガタの量のことであり、開方向のガタの吸収時間を管理することで異常を検知でき、モータ異常とはモータのロータ、ステータ及びベアリングの異常を指し、振動信号をフーリエ変換処理し以前は無かった周波数成分を検出することと、電流信号から得た電流値に係数を乗ずることによりトルクに換算し、トルクセンサから得られたトルク値と比較することにより異常を検知できる。
【００３１】
電動弁の診断を行うには運転方向を特定する必要があるが、これは運転開始直前のトルク（運転前トルク）とランニングトルクの平均値との差をとり、次のように判断する。
起動前トルク−ランニングトルクの平均値＞０ ならば開作動。
起動前トルク−ランニングトルクの平均値＜０ ならば閉作動。
【００３２】
また、運転中は、電動弁が対象とする流体の圧力、温度および駆動部内潤滑油温度が変化するので、診断の精度を高めるためには、これらの外的要因による影響を補正する必要がある。
【００３３】
以下、表１に示した診断項目毎に、具体的な診断の手法について述べる。
（１） シート力
１）検出要素
トルク信号（保持トルク）
２）測定方法
開作動、閉作動いずれの場合も、トルク停止にてモータが停止した後、慣性等による電動弁の挙動が落ち着き、トルクが安定した後の値を測定値とする。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
上記の補正係数は、用いる電動弁と、その電動弁が対象とする流体等によって異なるため、予め実験によって定める。以下、他の診断項目における場合も同様である。なお、流体圧力、流体温度、グリス温度の３者を用いて補正することによって、初めて良好な診断結果が得られる。
４）判定
保持トルクに関する規格はないが、設定トルクがある割合で変化した場合、保持トルクもほぼ同様の割合で変化することが実験により分かっているため、次のように判定する。
▲１▼ウォームとウォームホイールが自動締まりの場合。
上限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の＋１０％を超えた場合、異常と判定する。
下限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の−１０％よりも低い場合、異常と判定する。
▲２▼ウォームとウォームホイールが非自動締まり（モータブレーキ付き）の場合。上限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の＋１０％を超えた場合、異常と判定する。
下限値：補正値が、モータブレーキ制動トルク×レシオ×効率にて算出した値よりも低い場合、異常と判定する。
【００３４】
（２） 摺動抗力
１）検出要素
トルク信号（ランニングトルク）
２）測定方法
開作動、閉作動いずれの場合も、弁中間作動状態におけるトルクの値。
通常、最大値と平均値で管理する。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
４）判定
摺動効力に関する規格はなく、使用者の設定した値を判定基準とするが、特に指定のない場合は次のようにする。
上限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の＋３０％を超えた場合は異常と判定する。
下限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の−３０％よりも低い場合は異常と判定する。
【００３５】
（３）トルクスイッチの調整不良及び故障
１）検出要素
トルク信号（設定トルク）
２）測定方法
トルクスイッチ作動時（モータ電流遮断時）のトルク値
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
４）判定
規格（ＪＥＭ１４４６）にて設計値の±１０％以内と定められている。従って、設定トルクの補正値が仕様書で規定されている値の±１０％から外れた場合は異常と判定する。
【００３６】
（４）駆動部のトルク余裕度
１）検出要素
トルク信号（設定トルク）
２）測定方法
トルクスイッチ作動時（モータ電流遮断時）のトルク値
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）×（降下時電圧／定格電圧）２
ここで、降下時の電圧とは、仕様により作動が求められている最低電圧。
ゆえに、このような条件がない電動弁の場合には降下時の電圧＝定格電圧となる。
４）判定
駆動部の設計最大トルク＞補正値であること。
尚、余裕度は次のように表示する。
余裕度＝設計最大トルク／補正値
【００３７】
（５）伝達系の異常
１）検出要素
トルク信号
２）測定方法
トルク波形の周波数解析
３）判定
伝達系の異常は採取したトルクセンサ信号のランニングトルク波形に、周期的な乱れとなって現れる。周期的な乱れがある場合にはその周波数から故障個所を特定する。
【００３８】
（６）開閉時間及び弁ストローク変化
１）検出要素
電流信号（運転時間）
２）測定方法
電流波形からモータ電流の継続時間を測定する。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
４）判定
規格（ＪＥＭ１４４６）では開閉時間に関して１５％の幅を許容しているので、補正値が基礎データ（電動弁健全時のデータ）に対して＋１０〜−５％範囲から外れていれば異常とする。
【００３９】
（７）弁固着現象
１）検出要素
トルク信号（保持トルク）及び電流信号（運転時間）
２）測定方法
▲１▼保持トルク
開作動、閉作動いずれの場合も、トルク停止にてモータが停止した後、慣性等による電動弁の挙動が落ち着き、トルクが安定した後の値。
▲２▼運転時間
モータ電流の継続時間
３）判定
電動弁が固着している場合には、モータの回転力が弁棒に伝達されると直ちに設定トルク以上のトルクが発生してトルクスイッチが作動しトルク停止する。このため運転時間が極端に短くかつトルクスイッチの作動により停止することから判断できる。
【００４０】
（８）弁棒折損
１）検出要素
トルク信号（ランニングトルク）及び電流信号（運転時間）
２）測定方法
▲１▼ランニングトルク
開作動、閉作動いずれの場合も、弁中間作動状態におけるトルクの平均値。
▲２▼運転時間
モータ電流の継続時間
３）判定
弁棒が折損している場合には、モータの回転力が伝達されると弁棒が空転してしまい、摺動抗力が低くなる。このため摺動抗力の判定で異常となる。
また、トルクシート弁の場合にはトルクスイッチが作動せず、人為的に停止させるまでモータ電流が流れ続けるため、運転時間が長くなる。
【００４１】
（９）ステムナット摩耗量及びロッキングナット緩みによるガタの量
１）検出要素
トルク信号（ガタの吸収時間）
２）測定方法
閉作動時において、ハンマーブローからランニングトルクが発生するまでの時間を計測し、これに電動弁が健全な状態にあるときに予め基礎データとして計測しておいた弁棒の移動速度を乗ずることにより、ステムナット及びロッキングナット部分に生ずるガタの量を検知できる。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）×弁棒移動速度
４）判定
ステムナットの摩耗量の許容値は、ステムナットネジ山幅の３０％以内と規定されているので、補正値がこれを超えた場合は異常とする。
また、ロッキングナットの緩みは急激に進行するのに対し、ステムナット摩耗は長い時間をかけて徐々に進行するという特徴を持っているので、両者は横軸を時間、縦軸を摩耗量として過去の測定結果を表したグラフの傾きで区別できる。また、この判別に用いる基準値は
ｄｙ／ｄｘ＞既定値 ・・・ ロッキングナット緩み
ｄｙ／ｄｘ≦既定値 ・・・ ステムナット摩耗
【００４２】
（１０）仕切弁のおける弁棒と弁体結合部分のガタの量
１）検出要素
トルク信号（ガタの吸収時間）
２）測定方法
トルク停止により全閉状態にある仕切弁を開作動させるときの、ロッキングナットの緩み、ステムナットの摩耗及び弁ヨークの伸びを吸収し終わってから弁引き抜きにいたるまでの時間を計測し、これに予め基礎データとして計測してある弁棒の移動速度を乗ずることにより弁棒と弁体の結合部分の摩耗量を検知できる。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）×弁棒移動速度
４）判定
仕切弁における弁棒と弁体の結合部分の摩耗量に関しては一般的な規定がないため、予めデータベースに入力されているメーカー既定値またはユーザ既定値と補正値の比較により異常を判定する。
【００４３】
（１１）瞬時バイパスリミットスイッチの作動位置
１）検出要素
電流信号（運転時間）及びトルク信号（保持トルク）
２）測定方法
▲１▼運転時間
モータ電流の継続時間
▲２▼保持トルク
トルク停止にてモータが停止した後、慣性等による電動弁の挙動が落ち着き、トルクが安定した後の値。
３）判定
▲１▼閉側トルクシート仕切弁の場合
全閉状態より開方向運転にて弁体引き抜き時に開側設定トルク以上の力量を必要とした場合、適正なトルクバイパスリミットスイッチ作動位置であれば確実に弁体が引き抜け、正常に作動する。
しかし、トルクバイパスリミットスイッチ作動位置が全閉側にズレを生じた状態にて開方向運転を行った場合、弁引き抜き以前に開側設定トルクに達しモータが停止してしまうので、運転時間が短くなり、トルクスイッチが作動して停止したことを示す保持トルクが発生する。
▲２▼閉側トルクシート玉形弁の場合
開方向運転にてハンマーブロー降下により開側設定トルク以上の力量を発生した場合、適正なトルクバイパスリミットスイッチ作動位置であれば正常に作動する。
しかし、トルクバイパスリミットスイッチ作動位置が全閉側にズレを生じた状態にて開方向運転を行った場合、ハンマーブロー位置で開側設定トルクの力量にて停止してしまうので、運転時間が短くなり、トルクスイッチが作動して停止したことを示す保持トルクが発生する。
【００４４】
また、トルクセンサと電流センサから得られる情報を組合せて用いる場合として、下記があげられる。
すなわち、電流センサから求めた電流値とトルクセンサから求めたトルクの比＝電流値［Ａ］／トルクセンサ信号から求めたトルク［Ｎ・ｍ］を求める。
この比が基準値を超えた場合、モータ異常と診断する。
【００４５】
モータに障害が発生し効率が低下した場合には、モータは同じ出力軸トルクを発生させるため、正常時より多くの電流を必要とするので、異常時の比を異常値として、予め異常値＝異常時の電流値／異常時のトルクセンサ信号から求めたトルクを求めておく。
【００４６】
そこで、
正常値＜判定基準値＜異常値
となるように、判定基準値を決定しておけば異常時には演算結果が基準値を上回ることになり、これによりモータ異常と判定することができる。
【００４７】
また、振動センサから得られる情報は、例えば次のように用いられる。
振動センサから出力される検知信号の中から電動弁の全閉及び全開付近を除いた中間開度の部分を抜き出して、これにフーリエ変換を施すことによりこれに含まれる周波数成分とその大きさを抽出し記録して行き、以前は生じていなかった周波数成分が検出された場合、電動弁に異常が発生したと判断する。
電動弁のモータが２極誘導モータの場合５０［ＨＺ］を超える、また４極モータの場合２５［ＨＺ］を超える周波数成分が検出された場合にはモータの異常と診断し、これ以下の周波数成分が新たに生じた場合はモータ以外の異常と診断する。
【００４８】
また、外的要因による補正の仕方として、電動弁が対象とする流体の温度や駆動部内潤滑油温度に関して、電動弁が使用開始の当初から受けた温度による熱量を積算した総受熱量を電動弁の耐用期間を短くする要因として補正の際に組み入れて計算することも推奨される。
【００４９】
また、本発明は、前記ホスト演算処理装置による診断処理の諸データの記憶部を設け、ホスト演算処理装置において過去から現在に至る複数の前記諸データの情報に基づいて状態変化の傾向を求め、診断結果の値が予め定めた許容される上限値または下限値を超えると予測される時期を算出して部品交換時期を予測するようにした遠隔診断システムも提供する。
【００５０】
すなわち、センサから検出される検知信号を外的要因による影響を排除するため補正した後の値や診断結果などの諸データを、測定日時とともに記憶部に記憶させておく。このようにして過去から現在に至るまでの、記憶された多くのデータをもとに、測定値の補正後の値と時間の関係式を求め、この関係式と、電動弁仕様から定まる許容劣化限界とから、各診断項目毎に使用限界日数を求め、保守が必要となる時期や部品交換時期を予測する。
たとえば、最近の所定月数、たとえば６ヶ月間の診断結果のデータより、電動弁の各診断項目毎に、劣化の進行度を使用時間又は使用頻度の関数として示す関係式、たとえば一次式や二次式を求め、これらの関係式により、電動弁仕様から定まる許容劣化限界に至る時期、あるいは安全度をみて、許容劣化限界のたとえば８０％の劣化に至る時期を予測し、これらの時期を各診断項目間で比較し、最も時期が早期に到来する診断項目の時期を、その電動弁や部品の保守または交換が必要となる時期と予測診断するものである。
【００５１】
なお、センサから検出される生の検知信号が不安定である場合は、適宜の処理、たとえばフィルター処理をした後の値を測定値として用いることが好ましい。
【００５２】
ホスト演算処理装置における診断結果は、無線通信などにより現場に送信し、現場において表示することにより、現場の作業員にも容易に知らせることができる。
【００５３】
また、センサから出力された検知信号や外的要因による影響を排除するための補正用データを送信するための現場ユニットが故障しているため、電動弁が作動しているにもかかわらず、長時間、現場ユニットからホスト演算処理装置にデータが送信されずに、適切な診断が行えない場合もあり得る。
【００５４】
その対策として、ホスト演算処理装置から、定期または不定期に各現場ユニットに応答を求めるライフチェックを行うことが望ましい。定期的に行う場合、ライフチェックの周期は、電動弁の作動頻度などを考慮して適宜設定すればよい。たとえば、最近の所定月数、たとえば１ヶ月間における当該電動弁の作動頻度の統計から、少なくとも複数、つまり２回以上作動していると推測されるにもかかわらず、当該電動弁の現場ユニットからホスト演算処理装置にデータが送信されない場合に、ホスト演算処理装置から、当該現場ユニットに応答を求めるライフチェックを行うようにすることが推奨される。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、次のような効果を奏する。
（１） 請求項１記載の発明によれば、作業員が診断に必要なデータを現場を巡回して採取することを要しないで電動弁の診断を行うことができるばかりでなく、電動弁の駆動部におけるトルクを診断のための基礎情報として用い、かつそれを外的要因による影響を排除するために補正して用いたことによって、診断の精度を向上させることができる。
【００５６】
（２） 請求項２記載の発明によれば、必要に応じて各種トルクを測定して診断の基礎情報とすることにより、適格な診断を行うことができる。
【００５７】
（３） 請求項３記載の発明によれば、外的要因による影響の大部分を排除することができる。
【００５８】
（４） 請求項４記載の発明によれば、大半の診断項目において、外的要因による影響を効果的に排除することができる。
【００５９】
（５） 請求項５記載の発明によれば、異常の判断を簡単かつ容易に行うことができる。
【００６０】
（６） 請求項６記載の発明によれば、部品交換時期や保守が必要となる時期を容易に予測することができ、メンテナンスプランの作成が容易になる。
【００６１】
（７） 請求項７記載の発明によれば、トルクセンサから出力される検知信号だけでは、診断が困難な診断項目の診断が可能となるばかりでなく、トルクセンサと電流センサの両者から出力される検知信号を組合せて、より精度を向上させた診断を行うことができる。
【００６２】
（８） 請求項８記載の発明によれば、電流センサから出力される検知信号を診断に効果的に用いることができる。
【００６３】
（９） 請求項９記載の発明によれば、トルクセンサから出力される検知信号だけでは、診断が困難な診断項目の診断が可能となるばかりでなく、トルクセンサと振動センサの両者から出力される検知信号を組合せて、より精度を向上させた診断を行うことができる。
【００６４】
（１０） 請求項１０記載の発明によれば、振動センサから出力される検知信号を診断に効果的に用いることができる。
【００６５】
（１１） 請求項１１記載の発明によれば、診断結果を、現場の作業員にも知らせることができるため、より適切な対応が可能となる。
【００６６】
（１２） 請求項１２記載の発明によれば、現場ユニットの故障を早期に発見することができ、診断に必要なデータの採取し損ずることを可及的に防止し、より精度を向上させた診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠隔診断システムの概念図である。
【図２】検出要素とトルク波形、電流波形の関係を示す図である。
【図３】同じく、検出要素とトルク波形、電流波形の関係を示す図である。
【符号の説明】
（１）遠隔診断システム
（２）（３）（４）電動弁
（５）（６）（７）データ
（８）ホスト演算処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動弁の遠隔診断システムに関し、特に原子力発電所における電動弁の遠隔診断に好適なシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、作業員が電動弁の運転時期に合わせてデータ採取装置を持って電動弁設置場所に出向き、電動弁に内蔵または仮設したセンサからデータを採取し、異常の診断を行う装置は種々実用化されている。しかし、原子力発電所には多くの電動弁が設置されており、また設置場所も広範囲に亙っているため、これらの電動弁の診断業務においては作業員が現場を巡回するための移動に非常に多くの労力を費やしている。また、作業員が巡回時のデータしか得られず、電動弁の作動回数に対してデータを採取できる機会が少なかった。そのため診断の精度が低いという問題があった。
【０００３】
また、電動弁作動時に常にデータを採取することのできる方法としては、複数の電動弁に必要に応じて駆動電源を供給するために所定の場所に集中させたモータコントロールセンタにおいて、動力線及び制御線の電流と電圧を測定し、モータの消費電力をもとに電動弁の診断を行う装置が開発されているが、この方法では駆動部のトルクを測定しないため、原理的にモータへの電圧及び電流の供給が停止した後の機械的な慣性力の大きさや、モータ停止後及びモータ起動前に電動駆動部が保持していたトルクが流体遮断に充分なものであるか否かを判定することができない。また、電力を駆動部出力トルクに換算する際に必要となる変換係数は実際には時々刻々と変化していて、これを正確に知ることはできないため精度が低いという問題も有している。更に特に低負荷領域において感度が低いため、微小な変化を検出することができず、伝達系の摩耗量や不完全な取り付けといった微小な負荷の変化となって現れる事象を検知できないという欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、作業員が、診断に必要なデータを現場を巡回して採取することを要しないで診断が可能であるとともに、診断の精度を向上させることができる遠隔診断システムを提供することを目的とする。
さらに、過去から現在に至るデータの情報に基づいて、傾向管理を行うことにより異常兆候の把握と異常個所の特定を行い、部品交換の時期やメンテナンス時期の決定を行う作業を、熟練を要することなく行い得る遠隔診断システムの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１） 複数の電動弁の駆動部にトルクセンサを設け、それぞれのトルクセンサから出力される検知信号をデジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータを付加して、各電動弁の識別子とともに、通信手段により、ホスト演算処理装置に送信し、このホスト演算処理装置において、各電動弁毎に、前記送信されたトルクに関する信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後のトルクに関する値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行うようにしたことを特徴とする電動弁の遠隔診断システムとする。
【０００６】
（２） 上記（１）項において、前記トルクセンサから出力される検知信号が、シートトルク、ランニングトルク、設定トルク、保持トルク、引き抜きトルク、ステムナット面圧開放トルクのいずれかのトルクに関する検知信号であるものとする。
【０００７】
（３） 上記（１）項または（２）項において、前記外的要因のデータを、電動弁が対象とする流体の圧力、温度および駆動部内潤滑油温度のデータとしたものとする。
【０００８】
（４） 上記（１）項〜（３）項のいずれかにおいて、外的要因による影響の補正を、下記の式に基づいて行い、得られた値を、補正後のトルクに関する値とする。補正後のトルクに関する値＝補正前のトルクに関する値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
【０００９】
（５） 上記（１）項〜（４）項のいずれかにおいて、前記所定の評価基準として、前記補正後のトルクに関する値が、それぞれのトルクについて、予め定めた上限値または下限値を超えた場合に異常であると判断するものとする。
【００１０】
（６） 上記（１）項〜（５）項のいずれかにおいて、前記ホスト演算処理装置による診断処理の諸データの記憶部を設け、ホスト演算処理装置において過去から現在に至る複数の前記諸データの情報に基づいて状態変化の傾向を求め、診断結果の値が予め定めた許容される上限値または下限値を超えると予測される時期を算出して部品交換時期を予測するものとする。
【００１１】
（７） 上記（１）項〜（６）項のいずれかにおいて、前記トルクセンサに加えて、電動弁を駆動するモータの電流センサを設け、この電流センサから出力される検出信号を処理して、電動弁の診断処理を行う。
【００１２】
（８） 上記（７）項において、トルクセンサから求められるトルクに対する、電流センサから求められる電流の比が、予め定めた基準値を超えた場合にモータ異常と判断するようにする。
【００１３】
（９） 上記（１）項〜（８）項のいずれかにおいて、前記トルクセンサに加えて、電動弁の振動センサを設け、この振動センサから出力される検知信号を処理して、電動弁の診断処理を行う。
【００１４】
（１０） 上記（９）項において、前記振動センサから出力される検知信号の中から電動弁の全閉及び全開付近を除いた中間開度の部分を抜き出して、これにフーリエ変換を施すことにより、これに含まれる周波数成分とその大きさを抽出して記録し以前は生じていなかった周波数成分が検出された場合、電動弁に異常が発生したと判断するようにする。
【００１５】
（１１） 上記（１）項〜（１０）項のいずれかにおいて、ホスト演算処理装置によって診断された結果を、電動弁が設置されている現場に送信して表示するようにしたものとする。
【００１６】
（１２） 上記（１）項〜（１０）項のいずれかにおいて、センサから出力された検知信号や外的要因による影響を排除するための補正用データを送信するための現場ユニットに対して、定期または不定期に、ホスト演算処理装置から応答を求めるライフチェックを行うようにしたものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、複数の電動弁の駆動部にトルクを検出するトルクセンサを設け、それぞれのトルクセンサから出力される検知信号をデジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータを付加して、各電動弁の識別子とともに、通信手段により、ホスト演算処理装置に送信し、このホスト演算処理装置において、各電動弁毎に、前記送信されたトルクに関する信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後のトルクに関する値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行うようにしたことを特徴とする電動弁の遠隔診断システムである。
電動弁の診断のための検知信号として、従来、電動弁の駆動源であるモータの電流と電圧を検出し、これより消費電力を算出して診断が行われている。
【００１８】
しかし、前記したように、この方法では、モータへの電圧及び電流の供給が停止した後の機械的な慣性力の大きさや、モータ停止後及びモータ起動前に電動駆動部が保持していたトルクが流体遮断に充分なものであるか否かを判定することができない。また、電力を駆動部出力トルクに換算する際に必要となる変換係数は実際には時々刻々と変化していて、これを正確に知ることはできないため精度が低いという問題がある。
そのため、本発明の遠隔診断システムにおいては、電動弁の駆動部にトルクを検出するトルクセンサを設け、このトルクセンサから出力される検知信号を診断の基礎情報とする。
【００１９】
またトルクセンサ以外に、必要に応じて適宜、電動弁を駆動するモータの電流を検出する電流センサや電動弁の振動を検出する振動センサを設け、これらセンサから出力される電流や振動を前記トルクとともに、電動弁の診断の基礎情報として用いることもできる。
【００２０】
図１は、本発明の遠隔診断システム（１）の概念図である。
複数の電動弁（２）（３）（４）にそれぞれ設けられたトルクセンサ、電流センサ、振動センサから出力される検知信号をディジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータ（５）（６）（７）を付加して、各電動弁の識別子とともに、無線通信手段により、ホスト演算処理装置（８）に送信する。
【００２１】
ホスト演算処理装置（８）においては、各電動弁毎に、前記送信された信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後の値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行う。
【００２２】
本発明において、トルクセンサから出力される検知信号には、各種のトルクについての検知信号がある。
【００２３】
電動弁の診断に重要なトルクとしては、シートトルク、ランニングトルク、設定トルク、保持トルク、引き抜きトルク、ステムナット面圧開放トルクが挙げられる。
【００２４】
これらトルクについて簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、シートトルクは、駆動装置トルクスイッチにより閉弁位置または開弁位置が決定される電動弁において電動弁を閉止または開放する際に駆動装置が発する最大トルクであり、ランニングトルクは、電動弁が閉または開動作しているときに発生するトルクのうち電動弁が中間位置でかつトルクの挙動が安定している部分のトルクであり、設定トルクは駆動装置トルクスイッチにより電動弁を駆動しているモータの電流が遮断されたときに駆動装置が発しているトルクであり、保持トルクは駆動装置トルクスイッチにより電動弁を駆動しているモータの電流が遮断されモータが完全に停止した後に駆動装置が保持しているトルクであり、引き抜きトルクは電動弁を開放する際に弁体が弁箱から引き抜かれる時に駆動装置が発するトルクであり、ステムナット面圧開放トルクは、電動弁を閉止または開放する際のハンマーブロー時に駆動装置が発するトルクである。
【００２５】
電動弁の動作状態は主に電動駆動部のトルクと電流信号を判定の基礎情報として用いることにより容易に知ることができる。すなわち、採取データを演算処理装置によって、電動弁の作動特性と比較することによって容易に把握することができる。つまり、電動弁の作動が正常な場合のトルクのデータは、電動弁の操作力データと同期して変動するため次にように作動状態が推測でき、診断の手法となりうる。
【００２６】
（１） 全閉から全開への作動時の記録（仕切弁トルクシート時）
一般に、次のような過程をたどる。すなわち、起動前（閉側に保持トルクが働いている）→電動機始動（閉方向トルク緩和）→ハンマーブロー→ドライブスリーブ以降の伝達系のガタ吸収（トルクほぼゼロ）→弁棒と弁体間のガタ吸収（トルクやや増加）→弁体引き抜き（トルク一時的に増大）→弁中間作動（トルクは減少しほぼ安定）→弁全開によりトルク停止（トルク増大）の過程をたどる。
この場合、起動前流体を遮断するために必要な適正な保持トルクを維持していれば健全である。モータ電流の通電時間が変化していなければ開閉時間は正常である。またハンマーブロー後ガタを吸収し終わるまでの時間が増大していなければ伝達系に摩耗や緩みは生じていない。弁体を引き抜く際の最大トルクが変化していなければ弁体の摺動面に面荒れ等の異常は生じていない。弁中間作動中のトルク（ランニングトルク）が健全時に対して増大または減少していなければ摺動部分に異常はない。更にモータへの電力が遮断された時のトルク（設定トルク）及び停止後のトルク（保持トルク）が健全時に対して増大または減少していなければトルクスイッチ及び伝達系に異常はない。
【００２７】
（２） 全開から全閉への作動時の記録（仕切弁トルクシート時）
一般に、次のような過程をたどる。すなわち、起動前（開側に保持トルクが働いている）→電動機始動（開方向トルク緩和）→ハンマーブロー→ドライブスリーブ以降の伝達系のガタ吸収（トルクほぼゼロ）→弁中間作動（トルクはやや増大し、ほぼ安定）→弁全閉によりトルク停止（トルク増大）の過程をたどる。
この場合、起動前に適正な保持トルクを維持していれば健全である。モータ電流の通電時間が変化していなければ開閉時間は正常である。またハンマーブロー後ガタを吸収し終わるまでの時間が増大していなければ伝達系に摩耗や緩みは生じていない。弁中間作動中のトルク（ランニングトルク）が健全時に対して増大または減少していなければ摺動部分の異常はない。更にモータへの電力が遮断された時のトルク（設定トルク）及び停止後のトルク（保持トルク）が健全時に対して増大または減少していなければトルクスイッチ及び伝達系に異常はない。
【００２８】
次に、電動弁の具体的な診断手法について説明する。
表１に、代表的な診断項目と、その診断に必要な基礎情報としての検出要素を示す。
また、検出要素とトルク波形、電流波形の関係を図２および図３に示す。
【００２９】
【表１】
表１における各診断項目の意味を簡単に説明すれば、次のとおりである。
シート力とは、電動弁が流体抵抗に打ち勝ち閉弁位置を維持するために必要とする力または電動弁を全開した時にグランドパッキンからの流体漏洩を防ぐためにバックシートで開弁位置を維持するために必要とする力であり、保持トルクおよび起動前トルクを管理することでシート力の増加または低下による異常を検知でき、摺動抗力とは、弁棒が移動する際に弁棒とグランドパッキンとの間に発生する摩擦抵抗であり、ランニングトルクを管理することでグランドパッキン締め付け力の増加または低下による異常を検知でき、トルクスイッチの調整不良・故障とは、駆動装置トルクスイッチにより電動弁を駆動しているモータの電流が遮断された時に駆動装置が発しているトルクの変化として表れ、設定トルクを管理することで異常が検知でき、引き抜きトルクとは、弁箱から弁体を引き抜く際に一時的に必要とする大きな力のことであり、引き抜きトルクを管理することで異常が検知でき、実負荷における駆動部のトルク余裕度とは、配管内に流体が流れ、電動弁の上流側と下流側で差圧が発生する状態で電動弁を閉止させることにより実運用上の必要トルクを検知し設計上の必要トルクと実運用上の必要トルクを比較することで実運用における余裕度を知ることであり、伝達系の異常とは、駆動装置内部の歯車機構の異常のことであり、周期的なランニングトルクの変化を周波数解析することでどの部位の歯車が異常かを検知することができ、弁固着現象とは、弁体が閉止位置から開方向に作動できないことであり、保持トルクおよび電動弁を駆動しているモータの電流継続時間を管理することで異常を検知でき、弁棒折損とは、弁棒の折損により駆動装置から発せられた力が弁体へ伝えられなくなることであり、ランニングトルクおよび電動弁を駆動しているモータの電流継続時間を管理することで異常を検知でき、開閉時間変化とは、リミットスイッチにより電動弁の閉止位置または開放位置が決定される電動弁においてリミットスイッチの動作位置がずれることであり、電動弁を駆動しているモータの電流継続時間を管理することで異常を検知でき、ステムナット摩耗量とは、ステムナットのネジ面の摩耗量のことであり、閉方向のガタの吸収時間を管理することで異常を検知でき、ロッキングナット緩み量とは、駆動装置のドライブスリーブにステムナットを固定するナットの緩み量のことであり、閉方向のガタの吸収時間を管理することで異常を検知でき、弁体吊部ガタの量とは仕切弁の弁体と弁棒のクレビスに発生するガタの量のことであり、開方向のガタの吸収時間を管理することで異常を検知でき、モータ異常とはモータのロータ、ステータ及びベアリングの異常を指し、振動信号をフーリエ変換処理し以前は無かった周波数成分を検出することと、電流信号から得た電流値に係数を乗ずることによりトルクに換算し、トルクセンサから得られたトルク値と比較することにより異常を検知できる。
【００３１】
電動弁の診断を行うには運転方向を特定する必要があるが、これは運転開始直前のトルク（運転前トルク）とランニングトルクの平均値との差をとり、次のように判断する。
起動前トルク−ランニングトルクの平均値＞０ ならば開作動。
起動前トルク−ランニングトルクの平均値＜０ ならば閉作動。
【００３２】
また、運転中は、電動弁が対象とする流体の圧力、温度および駆動部内潤滑油温度が変化するので、診断の精度を高めるためには、これらの外的要因による影響を補正する必要がある。
【００３３】
以下、表１に示した診断項目毎に、具体的な診断の手法について述べる。
（１） シート力
１）検出要素
トルク信号（保持トルク）
２）測定方法
開作動、閉作動いずれの場合も、トルク停止にてモータが停止した後、慣性等による電動弁の挙動が落ち着き、トルクが安定した後の値を測定値とする。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
上記の補正係数は、用いる電動弁と、その電動弁が対象とする流体等によって異なるため、予め実験によって定める。以下、他の診断項目における場合も同様である。なお、流体圧力、流体温度、グリス温度の３者を用いて補正することによって、初めて良好な診断結果が得られる。
４）判定
保持トルクに関する規格はないが、設定トルクがある割合で変化した場合、保持トルクもほぼ同様の割合で変化することが実験により分かっているため、次のように判定する。
▲１▼ウォームとウォームホイールが自動締まりの場合。
上限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の＋１０％を超えた場合、異常と判定する。
下限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の−１０％よりも低い場合、異常と判定する。
▲２▼ウォームとウォームホイールが非自動締まり（モータブレーキ付き）の場合。上限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の＋１０％を超えた場合、異常と判定する。
下限値：補正値が、モータブレーキ制動トルク×レシオ×効率にて算出した値よりも低い場合、異常と判定する。
【００３４】
（２） 摺動抗力
１）検出要素
トルク信号（ランニングトルク）
２）測定方法
開作動、閉作動いずれの場合も、弁中間作動状態におけるトルクの値。
通常、最大値と平均値で管理する。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
４）判定
摺動効力に関する規格はなく、使用者の設定した値を判定基準とするが、特に指定のない場合は次のようにする。
上限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の＋３０％を超えた場合は異常と判定する。
下限値：補正値が、電動弁が健全な状態であるときに採取した基礎データから求めた値の−３０％よりも低い場合は異常と判定する。
【００３５】
（３）トルクスイッチの調整不良及び故障
１）検出要素
トルク信号（設定トルク）
２）測定方法
トルクスイッチ作動時（モータ電流遮断時）のトルク値
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
４）判定
規格（ＪＥＭ１４４６）にて設計値の±１０％以内と定められている。従って、設定トルクの補正値が仕様書で規定されている値の±１０％から外れた場合は異常と判定する。
【００３６】
（４）駆動部のトルク余裕度
１）検出要素
トルク信号（設定トルク）
２）測定方法
トルクスイッチ作動時（モータ電流遮断時）のトルク値
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）×（降下時電圧／定格電圧）２
ここで、降下時の電圧とは、仕様により作動が求められている最低電圧。
ゆえに、このような条件がない電動弁の場合には降下時の電圧＝定格電圧となる。
４）判定
駆動部の設計最大トルク＞補正値であること。
尚、余裕度は次のように表示する。
余裕度＝設計最大トルク／補正値
【００３７】
（５）伝達系の異常
１）検出要素
トルク信号
２）測定方法
トルク波形の周波数解析
３）判定
伝達系の異常は採取したトルクセンサ信号のランニングトルク波形に、周期的な乱れとなって現れる。周期的な乱れがある場合にはその周波数から故障個所を特定する。
【００３８】
（６）開閉時間及び弁ストローク変化
１）検出要素
電流信号（運転時間）
２）測定方法
電流波形からモータ電流の継続時間を測定する。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）
４）判定
規格（ＪＥＭ１４４６）では開閉時間に関して１５％の幅を許容しているので、補正値が基礎データ（電動弁健全時のデータ）に対して＋１０〜−５％範囲から外れていれば異常とする。
【００３９】
（７）弁固着現象
１）検出要素
トルク信号（保持トルク）及び電流信号（運転時間）
２）測定方法
▲１▼保持トルク
開作動、閉作動いずれの場合も、トルク停止にてモータが停止した後、慣性等による電動弁の挙動が落ち着き、トルクが安定した後の値。
▲２▼運転時間
モータ電流の継続時間
３）判定
電動弁が固着している場合には、モータの回転力が弁棒に伝達されると直ちに設定トルク以上のトルクが発生してトルクスイッチが作動しトルク停止する。このため運転時間が極端に短くかつトルクスイッチの作動により停止することから判断できる。
【００４０】
（８）弁棒折損
１）検出要素
トルク信号（ランニングトルク）及び電流信号（運転時間）
２）測定方法
▲１▼ランニングトルク
開作動、閉作動いずれの場合も、弁中間作動状態におけるトルクの平均値。
▲２▼運転時間
モータ電流の継続時間
３）判定
弁棒が折損している場合には、モータの回転力が伝達されると弁棒が空転してしまい、摺動抗力が低くなる。このため摺動抗力の判定で異常となる。
また、トルクシート弁の場合にはトルクスイッチが作動せず、人為的に停止させるまでモータ電流が流れ続けるため、運転時間が長くなる。
【００４１】
（９）ステムナット摩耗量及びロッキングナット緩みによるガタの量
１）検出要素
トルク信号（ガタの吸収時間）
２）測定方法
閉作動時において、ハンマーブローからランニングトルクが発生するまでの時間を計測し、これに電動弁が健全な状態にあるときに予め基礎データとして計測しておいた弁棒の移動速度を乗ずることにより、ステムナット及びロッキングナット部分に生ずるガタの量を検知できる。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）×弁棒移動速度
４）判定
ステムナットの摩耗量の許容値は、ステムナットネジ山幅の３０％以内と規定されているので、補正値がこれを超えた場合は異常とする。
また、ロッキングナットの緩みは急激に進行するのに対し、ステムナット摩耗は長い時間をかけて徐々に進行するという特徴を持っているので、両者は横軸を時間、縦軸を摩耗量として過去の測定結果を表したグラフの傾きで区別できる。また、この判別に用いる基準値は
ｄｙ／ｄｘ＞既定値 ・・・ ロッキングナット緩み
ｄｙ／ｄｘ≦既定値 ・・・ ステムナット摩耗
【００４２】
（１０）仕切弁のおける弁棒と弁体結合部分のガタの量
１）検出要素
トルク信号（ガタの吸収時間）
２）測定方法
トルク停止により全閉状態にある仕切弁を開作動させるときの、ロッキングナットの緩み、ステムナットの摩耗及び弁ヨークの伸びを吸収し終わってから弁引き抜きにいたるまでの時間を計測し、これに予め基礎データとして計測してある弁棒の移動速度を乗ずることにより弁棒と弁体の結合部分の摩耗量を検知できる。
３）補正
補正値＝測定値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数）×弁棒移動速度
４）判定
仕切弁における弁棒と弁体の結合部分の摩耗量に関しては一般的な規定がないため、予めデータベースに入力されているメーカー既定値またはユーザ既定値と補正値の比較により異常を判定する。
【００４３】
（１１）瞬時バイパスリミットスイッチの作動位置
１）検出要素
電流信号（運転時間）及びトルク信号（保持トルク）
２）測定方法
▲１▼運転時間
モータ電流の継続時間
▲２▼保持トルク
トルク停止にてモータが停止した後、慣性等による電動弁の挙動が落ち着き、トルクが安定した後の値。
３）判定
▲１▼閉側トルクシート仕切弁の場合
全閉状態より開方向運転にて弁体引き抜き時に開側設定トルク以上の力量を必要とした場合、適正なトルクバイパスリミットスイッチ作動位置であれば確実に弁体が引き抜け、正常に作動する。
しかし、トルクバイパスリミットスイッチ作動位置が全閉側にズレを生じた状態にて開方向運転を行った場合、弁引き抜き以前に開側設定トルクに達しモータが停止してしまうので、運転時間が短くなり、トルクスイッチが作動して停止したことを示す保持トルクが発生する。
▲２▼閉側トルクシート玉形弁の場合
開方向運転にてハンマーブロー降下により開側設定トルク以上の力量を発生した場合、適正なトルクバイパスリミットスイッチ作動位置であれば正常に作動する。
しかし、トルクバイパスリミットスイッチ作動位置が全閉側にズレを生じた状態にて開方向運転を行った場合、ハンマーブロー位置で開側設定トルクの力量にて停止してしまうので、運転時間が短くなり、トルクスイッチが作動して停止したことを示す保持トルクが発生する。
【００４４】
また、トルクセンサと電流センサから得られる情報を組合せて用いる場合として、下記があげられる。
すなわち、電流センサから求めた電流値とトルクセンサから求めたトルクの比＝電流値［Ａ］／トルクセンサ信号から求めたトルク［Ｎ・ｍ］を求める。
この比が基準値を超えた場合、モータ異常と診断する。
【００４５】
モータに障害が発生し効率が低下した場合には、モータは同じ出力軸トルクを発生させるため、正常時より多くの電流を必要とするので、異常時の比を異常値として、予め異常値＝異常時の電流値／異常時のトルクセンサ信号から求めたトルクを求めておく。
【００４６】
そこで、
正常値＜判定基準値＜異常値
となるように、判定基準値を決定しておけば異常時には演算結果が基準値を上回ることになり、これによりモータ異常と判定することができる。
【００４７】
また、振動センサから得られる情報は、例えば次のように用いられる。
振動センサから出力される検知信号の中から電動弁の全閉及び全開付近を除いた中間開度の部分を抜き出して、これにフーリエ変換を施すことによりこれに含まれる周波数成分とその大きさを抽出し記録して行き、以前は生じていなかった周波数成分が検出された場合、電動弁に異常が発生したと判断する。
電動弁のモータが２極誘導モータの場合５０［ＨＺ］を超える、また４極モータの場合２５［ＨＺ］を超える周波数成分が検出された場合にはモータの異常と診断し、これ以下の周波数成分が新たに生じた場合はモータ以外の異常と診断する。
【００４８】
また、外的要因による補正の仕方として、電動弁が対象とする流体の温度や駆動部内潤滑油温度に関して、電動弁が使用開始の当初から受けた温度による熱量を積算した総受熱量を電動弁の耐用期間を短くする要因として補正の際に組み入れて計算することも推奨される。
【００４９】
また、本発明は、前記ホスト演算処理装置による診断処理の諸データの記憶部を設け、ホスト演算処理装置において過去から現在に至る複数の前記諸データの情報に基づいて状態変化の傾向を求め、診断結果の値が予め定めた許容される上限値または下限値を超えると予測される時期を算出して部品交換時期を予測するようにした遠隔診断システムも提供する。
【００５０】
すなわち、センサから検出される検知信号を外的要因による影響を排除するため補正した後の値や診断結果などの諸データを、測定日時とともに記憶部に記憶させておく。このようにして過去から現在に至るまでの、記憶された多くのデータをもとに、測定値の補正後の値と時間の関係式を求め、この関係式と、電動弁仕様から定まる許容劣化限界とから、各診断項目毎に使用限界日数を求め、保守が必要となる時期や部品交換時期を予測する。
たとえば、最近の所定月数、たとえば６ヶ月間の診断結果のデータより、電動弁の各診断項目毎に、劣化の進行度を使用時間又は使用頻度の関数として示す関係式、たとえば一次式や二次式を求め、これらの関係式により、電動弁仕様から定まる許容劣化限界に至る時期、あるいは安全度をみて、許容劣化限界のたとえば８０％の劣化に至る時期を予測し、これらの時期を各診断項目間で比較し、最も時期が早期に到来する診断項目の時期を、その電動弁や部品の保守または交換が必要となる時期と予測診断するものである。
【００５１】
なお、センサから検出される生の検知信号が不安定である場合は、適宜の処理、たとえばフィルター処理をした後の値を測定値として用いることが好ましい。
【００５２】
ホスト演算処理装置における診断結果は、無線通信などにより現場に送信し、現場において表示することにより、現場の作業員にも容易に知らせることができる。
【００５３】
また、センサから出力された検知信号や外的要因による影響を排除するための補正用データを送信するための現場ユニットが故障しているため、電動弁が作動しているにもかかわらず、長時間、現場ユニットからホスト演算処理装置にデータが送信されずに、適切な診断が行えない場合もあり得る。
【００５４】
その対策として、ホスト演算処理装置から、定期または不定期に各現場ユニットに応答を求めるライフチェックを行うことが望ましい。定期的に行う場合、ライフチェックの周期は、電動弁の作動頻度などを考慮して適宜設定すればよい。たとえば、最近の所定月数、たとえば１ヶ月間における当該電動弁の作動頻度の統計から、少なくとも複数、つまり２回以上作動していると推測されるにもかかわらず、当該電動弁の現場ユニットからホスト演算処理装置にデータが送信されない場合に、ホスト演算処理装置から、当該現場ユニットに応答を求めるライフチェックを行うようにすることが推奨される。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、次のような効果を奏する。
（１） 請求項１記載の発明によれば、作業員が診断に必要なデータを現場を巡回して採取することを要しないで電動弁の診断を行うことができるばかりでなく、電動弁の駆動部におけるトルクを診断のための基礎情報として用い、かつそれを外的要因による影響を排除するために補正して用いたことによって、診断の精度を向上させることができる。
【００５６】
（２） 請求項２記載の発明によれば、必要に応じて各種トルクを測定して診断の基礎情報とすることにより、適格な診断を行うことができる。
【００５７】
（３） 請求項３記載の発明によれば、外的要因による影響の大部分を排除することができる。
【００５８】
（４） 請求項４記載の発明によれば、大半の診断項目において、外的要因による影響を効果的に排除することができる。
【００５９】
（５） 請求項５記載の発明によれば、異常の判断を簡単かつ容易に行うことができる。
【００６０】
（６） 請求項６記載の発明によれば、部品交換時期や保守が必要となる時期を容易に予測することができ、メンテナンスプランの作成が容易になる。
【００６１】
（７） 請求項７記載の発明によれば、トルクセンサから出力される検知信号だけでは、診断が困難な診断項目の診断が可能となるばかりでなく、トルクセンサと電流センサの両者から出力される検知信号を組合せて、より精度を向上させた診断を行うことができる。
【００６２】
（８） 請求項８記載の発明によれば、電流センサから出力される検知信号を診断に効果的に用いることができる。
【００６３】
（９） 請求項９記載の発明によれば、トルクセンサから出力される検知信号だけでは、診断が困難な診断項目の診断が可能となるばかりでなく、トルクセンサと振動センサの両者から出力される検知信号を組合せて、より精度を向上させた診断を行うことができる。
【００６４】
（１０） 請求項１０記載の発明によれば、振動センサから出力される検知信号を診断に効果的に用いることができる。
【００６５】
（１１） 請求項１１記載の発明によれば、診断結果を、現場の作業員にも知らせることができるため、より適切な対応が可能となる。
【００６６】
（１２） 請求項１２記載の発明によれば、現場ユニットの故障を早期に発見することができ、診断に必要なデータの採取し損ずることを可及的に防止し、より精度を向上させた診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠隔診断システムの概念図である。
【図２】検出要素とトルク波形、電流波形の関係を示す図である。
【図３】同じく、検出要素とトルク波形、電流波形の関係を示す図である。
【符号の説明】
（１）遠隔診断システム
（２）（３）（４）電動弁
（５）（６）（７）データ
（８）ホスト演算処理装置
Claims (12)
- 複数の電動弁の駆動部にトルクセンサを設け、それぞれのトルクセンサから出力される検知信号をデジタル化して所定の電送信号に変換し、かつこれに外的要因による影響を補正するためのデータを付加して、各電動弁の識別子とともに、通信手段により、ホスト演算処理装置に送信し、このホスト演算処理装置において、各電動弁毎に、前記送信されたトルクに関する信号の値を、前記外的要因のデータに基づいて補正し、この補正後のトルクに関する値に基づいて、所定の評価基準によって、それぞれの電動弁の診断処理を行うようにしたことを特徴とする電動弁の遠隔診断システム。
- 前記トルクセンサから出力される検知信号が、シートトルク、ランニングトルク、設定トルク、保持トルク、引き抜きトルク、ステムナット面圧開放トルクのいずれかのトルクに関する検知信号であることを特徴とする請求項１記載の電動弁の遠隔診断システム。
- 前記外的要因のデータを、電動弁が対象とする流体の圧力、温度および駆動部内潤滑油温度のデータとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動弁の遠隔診断システム。
- 外的要因による影響の補正を、下記の式に基づいて行い、得られた値を、補正後のトルクに関する値とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動弁の遠隔診断システム。
補正後のトルクに関する値＝補正前のトルクに関する値×（流体圧力×補正係数）×（流体温度×補正係数）×（グリス温度×補正係数） - 前記所定の評価基準として、前記補正後のトルクに関する値が、それぞれのトルクについて、予め定めた上限値または下限値を超えた場合に異常であると判断するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動弁の遠隔診断システム。
- 前記ホスト演算処理装置による診断処理の諸データの記憶部を設け、ホスト演算処理装置において過去から現在に至る複数の前記諸データの情報に基づいて状態変化の傾向を求め、診断結果の値が予め定めた許容される上限値または下限値を超えると予測される時期を算出して部品交換時期を予測することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動弁の遠隔診断システム。
- 前記トルクセンサに加えて、電動弁を駆動するモータの電流センサを設け、この電流センサから出力される検出信号を処理して、電動弁の診断処理を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動弁の遠隔診断システム。
- トルクセンサから求められるトルクに対する、電流センサから求められる電流の比が、予め定めた基準値を超えた場合にモータ異常と判断するようにしたことを特徴とする請求項７記載の電動弁の遠隔診断システム。
- 前記トルクセンサに加えて、電動弁の振動センサを設け、この振動センサから出力される検知信号を処理して、電動弁の診断処理を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電動弁の遠隔診断システム。
- 前記振動センサから出力される検知信号の中から電動弁の全閉及び全開付近を除いた中間開度の部分を抜き出して、これにフーリエ変換を施すことにより、これに含まれる周波数成分とその大きさを抽出して記録し以前は生じていなかった周波数成分が検出された場合、電動弁に異常が発生したと判断するようにしたことを特徴とする請求項９記載の電動弁の遠隔診断システム。
- ホスト演算処理装置によって診断された結果を、電動弁が設置されている現場に送信して表示するようにしたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電動弁の遠隔診断システム。
- センサから出力された検知信号や外的要因による影響を排除するための補正用データを送信するための現場ユニットに対して、定期または不定期に、ホスト演算処理装置から応答を求めるライフチェックを行うようにしたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電動弁の遠隔診断システム。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012127250A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | ギャップ量監視装置 |
| KR101794433B1 (ko) * | 2016-01-05 | 2017-12-01 | 한전케이피에스 주식회사 | 토크바이패스 회로를 이용한 전동구동밸브 제어장치 및 제어방법 |
| JP2019096348A (ja) * | 2019-02-20 | 2019-06-20 | 住友電気工業株式会社 | 管理システム、管理装置、管理方法および管理プログラム |
| US10839674B2 (en) | 2016-10-06 | 2020-11-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Management system, management device, management method, and management program |
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-
2002
- 2002-07-29 JP JP2002220229A patent/JP2004062537A/ja active Pending
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