JP2004169887A - アクチュエータの作動状況検出装置、及び作動状況検出方法 - Google Patents
アクチュエータの作動状況検出装置、及び作動状況検出方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】アクチュエータ、及びアクチュエータにより駆動される弁やダンパー等の作動状況の変化を監視して、これらの異常の早期発見を行なう。
【解決手段】第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力を用いて、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第２回転位置Ｐ１，Ｐ２間を移動する第１移動時間ｔ１、該縁１４ｂが第２及び第３回転位置Ｐ２，Ｐ３間を移動する第２移動時間ｔ２、及び該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４間を移動する第３移動時間ｔ３を計時する。そして、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３に基づいて、アクチュエータ１２の異常を判定する。回転板１４がアクチュエータ１２のスピンドル１３と共に回転するため、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３がスピンドル１３の回転に要する時間でもある。従って、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３を用いて、アクチュエータ１２の異常を判定することが可能である。
【選択図】図１
【解決手段】第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力を用いて、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第２回転位置Ｐ１，Ｐ２間を移動する第１移動時間ｔ１、該縁１４ｂが第２及び第３回転位置Ｐ２，Ｐ３間を移動する第２移動時間ｔ２、及び該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４間を移動する第３移動時間ｔ３を計時する。そして、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３に基づいて、アクチュエータ１２の異常を判定する。回転板１４がアクチュエータ１２のスピンドル１３と共に回転するため、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３がスピンドル１３の回転に要する時間でもある。従って、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３を用いて、アクチュエータ１２の異常を判定することが可能である。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動状況検出装置及び作動状況検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電プラントにおいては、燃料タンクからボイラーまでの燃料の配送経路が複雑であり、この配送経路に多数の弁が設けられ、各弁がそれぞれのアクチュエータにより開閉される。あるいは、ボイラーの給排気経路にダンパーが設けられ、ダンパーがアクチュエータにより開閉される。これらのアクチュエータは、制御盤からの遠隔制御により作動する。
【０００３】
一方、アクチュエータもしくは弁やダンパーの性能は、長期の使用により劣化するため、これらの異常等の早期発見や保守管理が重要である。同時に、異常等の早期発見や予知発見での保守管理を、人手に頼らず自動化することも望まれる技術となってくる。
【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２には、調節弁の弁開度を検出し、この弁開度を所定値と比較することにより、調節弁が正常であるか異常であるかを判定するという技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、操作空気圧、調節弁の弁開度、及び流量の相互関係に基づいて、調節弁に係わる異常を検出するという技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２２３４３３号公報
【特許文献２】
特許第３１８９９６７号公報
【特許文献３】
特開平４−１１９２７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アクチュエータ、及びアクチュエータにより駆動される弁やダンパー等は、それらの性能が徐々に劣化して、故障に至ることが多い。例えば、弁が目標開度まで開き、弁の役目を果たすことができたとしても、アクチュエータや弁の性能の劣化によりそれらの動きが遅くなったり速くなったりし、この様な作動状況が起きるようになった後で、アクチュエータや弁の故障に至る。従って、アクチュエータや弁の異常等を早期に発見するには、弁の役目を結果的に果たすことができているか否かを確認するだけではなく、弁の作動状況の変化を監視することが必要となる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、２の技術では、調節弁の弁開度を所定値と比較することにより調節弁の異常を判定しているのであって、弁の作動状況の変化を監視しているものではない。
【０００９】
また、特許文献３の技術では、操作空気圧、調節弁の弁開度、及び流量の相互関係を見ているものの、弁の役目を結果的に果たすことができるかを判定しているに過ぎず、やはり弁の作動状況の変化を監視しているものではない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、アクチュエータ、及びアクチュエータにより駆動される弁やダンパー等の作動状況の変化を監視して、これらの異常の早期発見を行なうことが可能なアクチュエータの作動状況検出装置及び作動状況検出方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータの作動状況検出装置は、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出出力を用いて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時する移動時間計時手段とを備えている。
【００１２】
この様な構成の本発明によれば、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出し、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時している。このため、この移動時間に基づいて、アクチュエータの作動に係わる作動箇所のそれぞれの動きが遅くなったか速くなったかを知ることができる。つまり、アクチュエータの作動状況の変化を監視することができる。
【００１３】
アクチュエータの作動に係わる作動箇所としては、アクチュエータの部品、あるいはアクチュエータにより駆動される弁やダンパー等の部品がある。また、検出される各作動箇所を多くする程、アクチュエータの作動状況の変化の監視を詳細に行なうことができる。例えば、第１乃至第４作動箇所を設定した場合は、第１及び第２作動箇所間の移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、初期動作を監視し、また第２及び第３作動箇所間の移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、中間動作を監視し、更に第３及び第４作動箇所間の移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、最終動作を監視することができる。
【００１４】
また、本発明においては、移動時間計時手段により計時された移動時間に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定手段を備えている。
【００１５】
この様な判定手段を設けることにより、アクチュエータの作動状況を自動的に判定することが可能になる。この判定手段は、アクチュエータに直接付設しても良いし、インターフェースや通信ケーブル（導体ケーブルや光ファイバー）を介してアクチュエータに接続しても良い。
【００１６】
更に、本発明においては、判定手段は、移動時間計時手段により計時された移動時間を基準時間と比較することにより、アクチュエータの作動状況を判定している。
【００１７】
この様に作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を基準時間と比較すれば、アクチュエータの作動に係わる作動箇所の動きが遅いか速いかを自動的に判定することができる。
【００１８】
また、本発明においては、アクチュエータの作動の度に、移動時間計時手段により計時された移動時間を記憶する記憶手段と、記憶手段内の各移動時間の変化に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定手段とを備えている。
【００１９】
この様に各移動時間の変化、すなわち移動時間の履歴情報に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定すれば、アクチュエータ、弁、ダンパー等の性能の劣化等を把握することができる。
【００２０】
更に、本発明においては、アクチュエータの作動に係わる作動位置は、回転位置もしくは回転角度で表される。あるいは、アクチュエータの作動に係わる作動位置は、移動位置もしくは移動距離で表される。
【００２１】
この様に作動位置は、回転位置、回転角度、移動位置、移動距離のいずれによっても表すことができる。
【００２２】
また、本発明においては、位置検出手段は、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する光センサを備え、移動時間計時手段は、位置検出手段の光センサの検出出力を用いて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時している。
【００２３】
光センサを用いた場合は、作動箇所が各作動位置に達したことを非接触で検出することができる。
【００２４】
更に、本発明においては、アクチュエータは、弁を駆動している。あるいは、アクチュエータは、ダンパーを駆動している。
【００２５】
この場合、アクチュエータの作動に係わる作動箇所は、アクチュエータそのものの作動箇所、あるいは弁やダンパーの作動箇所となる。
【００２６】
一方、本発明のアクチュエータの作動状況検出方法は、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する位置検出ステップと、位置検出ステップでの検出結果に基づいて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時する移動時間計時ステップと、移動時間計時ステップで計時された移動時間に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定ステップとを含んでいる。
【００２７】
この様な本発明の方法によっても、本発明の装置と同様の作用及び効果を果たすことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１及び図２は、本発明の作動状況検出装置の一実施形態を適用したアクチュエータを示す平面図及び側面図である。本実施形態の作動状況検出装置１１では、回転板１４をアクチュエータ１２の回転軸１３の上端に固定し、アクチュエータ１２の上側に基板Ａを固定し、基板Ｂを基板Ａの上方に離間させて固定し、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄを回転板１４の切り欠き部１４ａに沿って等間隔に配列して基板Ｂ上に固定し、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄに接続された電子ユニット１６を基板Ｂ上に配置している。また、アクチュエータ１２の回転軸１３の下端には、弁（図示せず）のステム１７を接続している。
【００３０】
回転板１４は、アクチュエータ１２の回転軸１３並びに弁のステム１７と共に回転する。また、回転板１４は、その外周に切り欠き部１４ａを有している。第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄは、発光素子及び受光素子を備え、該各素子を回転板１４の切り欠き部１４ａを挟んで対向配置したものであり、回転板１４の回転位置を検出する。回転板１４の回転に伴い、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１回転位置Ｐ１に達すると、第１光センサ１５ａの発光素子及び受光素子間の光路が回転板１４によって遮られ、第１光センサ１５ａによって該縁１４ｂが第１回転位置Ｐ１に達したことが検出される。また、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第２回転位置Ｐ２に達すると、第２光センサ１５ｂの発光素子及び受光素子間の光路が回転板１４によって遮られ、第２光センサ１５ｂによって該縁１４ｂが第２回転位置Ｐ２に達したことが検出される。同様に、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４に順次達すると、第３及び第４光センサ１５ｃ，１５ｄによって該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４に順次達したことが検出される。更に、回転板１４が逆方向に回転したときには、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第４回転位置Ｐ４、第３回転位置Ｐ３、第２回転位置Ｐ２、及び第１回転位置Ｐ１に達する度に、第４光センサ１５ｄ、第３光センサ１５ｃ、第２光センサ１５ｂ、及び第１光センサ１５ａの光路が逐次再形成されて、該各回転位置に達したことが順次検出される。
【００３１】
図３は、電子ユニット１６の構成を示すブロック図である。電子ユニット１６は、中央処理装置（以下ＣＰＵと称する）２１と、メモリ２２と、通信回路２３と、電源回路２４とを備えている。
【００３２】
ＣＰＵ２１は、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力を監視しており、第１及び第２光センサ１５ａ，１５ｂの検出出力の一方が変化してから他方が変化するまでの時間を計時して、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第２回転位置Ｐ１，Ｐ２間を移動する第１移動時間ｔ１を求めている。また、第２及び第３光センサ１５ｂ，１５ｃの検出出力の一方が変化してから他方が変化するまでの時間を計時して、該縁１４ｂが第２及び第３回転位置Ｐ２，Ｐ３間を移動する第２移動時間ｔ２を求め、更に第３及び第４光センサ１５ｃ，１５ｄの検出出力の一方が変化してから他方が変化するまでの時間を計時して、該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４間を移動する第３移動時間ｔ３を求めている。そして、ＣＰＵ２１は、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３をメモリ２２に記憶し、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３に基づいて、アクチュエータ１２もしくは弁の異常を判定する。回転板１４がアクチュエータ１２の回転軸１３並びに弁のステム１７と共に回転するため、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３が回転軸１３並びにステム１７の回転に要する回転時間でもある。従って、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３に基づいて、アクチュエータ１２もしくは弁の作動状況の変化を監視し、これらの異常を判定することが可能である。
【００３３】
通信回路２３は、有線通信もしくは無線通信を行なうものであり、例えばＬＡＮ等を通じてコンピュータ等の端末装置（図示せず）と接続される。ＣＰＵ２１は、通信回路２３を通じて端末装置との間でデータ通信を行なう。
【００３４】
電源回路２４は、外部電源からの電力を入力し、この電力をＣＰＵ２１、メモリ２２、通信回路２３、及び第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄ等に供給する。
【００３５】
図４及び図５は、アクチュエータ１２を示す横断面図及び縦断面図である。尚、図４及び図５では、揺動形アクチュエータで、構造がスコッチアンドヨークタイプの構造で作動説明を行うが、これが他の構造、一例としてラックアンドピニオンタイプのアクチュエータであっても良い。
【００３６】
図４及び図５から明らかな様に、アクチュエータ１２は、円筒体３１と、円筒体３１の両側開口部を塞ぐ左蓋体３２及び右蓋体３３と、円筒体３１の内側に挿入された左ピストン３４及び右ピストン３５と、左ピストン３４及び右ピストン３５を連結する連結体３６と、回転自在に軸支された回転軸１３と、回転軸１３に固定されたアーム３８と、連結体３６により回転自在に支持され、アーム３８の溝３８ａに挿入されたピン３９とを備えている。
【００３７】
更に、図６及び図７は、アクチュエータ１２の作動状態を示す横断面図である。図６及び図７から明らかな様に、円筒体３１には、左気体経路４１及び右気体経路４２が形成されている。また、円筒体３１の内側には、左蓋体３２と左ピストン３４間に挟まれる左室４３、及び右蓋体３３と右ピストン３５間に挟まれる右室４４が形成されている。左気体経路４１は、左ポート４１ａから左室４３に至る。また、右気体経路４２は、右ポート４２ａから右室４４に至る。
【００３８】
ここで、図６に示す様にポート４１ａから左気体経路４１を通じて左室４３へと気体（空気や窒素ガス等）を圧送すると共に、右室４４の気体を右気体経路４２を通じて右ポート４２ａから排出すると、左室４３が拡張し、左ピストン３４、右ピストン３５、及び連結体３６が右方向に移動する。これに伴ってピン３９が右方向に移動し、アーム３８が時計周りに旋回し、回転軸１３及び回転板１４が時計周りに回転する。また、図７に示す様にポート４２ａから右気体経路４２を通じて右室４４へと気体を圧送すると共に、左室４３の気体を左気体経路４１を通じて左ポート４１ａから排出すると、右気体経路４２が拡張し、左ピストン３４、右ピストン３５、及び連結体３６が左方向に移動する。これに伴ってピン３９が左方向に移動し、アーム３８が反時計周りに旋回し、回転軸１３及び回転板１４が反時計周りに回転する。
【００３９】
また、図５に示す様に回転軸１３の下端凹部１３ａに弁のステム１７が嵌合されていることから、回転軸１３の回転に伴って、回転板１４が回転されるだけではなく、該弁のステム１７が回転され、該弁が開閉される。回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第４回転位置Ｐ１，Ｐ４間を往復移動したときには、回転軸１３及び該弁のステム１７も往復回転移動し、該弁の開閉動作が一度行われる。
【００４０】
次に、図８のフローチャートに従って、作動状況検出装置１１によるアクチュエータ１２の異常判定のための処理過程を説明する。
【００４１】
まず、ＣＰＵ２１は、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力を監視しており（ステップＳ１０１）、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力の変化に基づいて、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第２回転位置Ｐ１，Ｐ２間を移動する第１移動時間ｔ１、該縁１４ｂが第２及び第３回転位置Ｐ２，Ｐ３間を移動する第２移動時間ｔ２、及び該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４間を移動する第３移動時間ｔ３を計時し（ステップＳ１０２）、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３をメモリ２２に記憶する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
次に、ＣＰＵ２１は、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３を予め設定された第１基準時間Ｔ１、第２基準時間Ｔ２、及び第３基準時間Ｔ３とそれぞれ比較し、ｔ１≦Ｔ１、かつｔ２≦Ｔ２、かつｔ３≦Ｔ３であれば、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生していないと判定して（ステップＳ１０４で「ＯＫ」）、ステップＳ１０１に戻る。また、ＣＰＵ２１は、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの少なくとも１つが成立すれば、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生していると判定して（ステップＳ１０４で「ＮＧ」）、この判定内容をメモリ２２に記憶し（ステップＳ１０５）、この判定内容を通信回路２３を通じてコンピュータ等の端末装置に送信し（ステップＳ１０６）、この後にステップＳ１０１に戻る。
【００４３】
ここでは、第１移動時間ｔ１が第１基準時間Ｔ１を超えるか、第２移動時間ｔ２が第２基準時間Ｔ２を超えるか、第３移動時間ｔ３が第３基準時間Ｔ３を超えると、つまりアクチュエータ１２の回転軸１３並びに弁のステム１７の回転時間が通常よりも長くかかると、アクチュエータ１２もしくは弁に何等かの異常が発生しているものとみなして、この異常をコンピュータ等の端末装置に通知している。
【００４４】
一般に、アクチュエータ１２もしくは弁の使用期間が長くなると、これらの性能が徐々に劣化して、作動時間が長くなる。そこで、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの少なくとも１つが成立したときには、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生しているとみなし、この異常を外部の端末装置に通知している。この端末装置側でアクチュエータ１２もしくは弁の異常の発生を表示や音声により報知すれば、アクチュエータ１２もしくは弁が故障する前に、これらを点検して、修理や交換等の保守管理を行なうことができる。
【００４５】
例えば、アクチュエータ１２を作動させるための気体に不純物が混入したり、弁を通過する流体（気体や液体）に不純物が混入したりすることにより、アクチュエータ１２の作動に弊害が生じると、移動時間が長くなることから、アクチュエータ１２もしくは弁の異常を検出することができ、アクチュエータ１２もしくは弁が故障する前に、これらの異常を報知して、これらの保守管理を行なうことができる。
【００４６】
ところで、本実施形態では、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの少なくとも１つが成立したときに、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生しているとみなしているが、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの２つが成立したときや、これらの全てが成立したときに、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生しているとみなしても良い。また、異常とみなすときの条件として、移動時間が基準時間未満になったときという条件を設定しても構わない。この場合は、アクチュエータ１２もしくは弁の作動時間が短くなったことになる。
【００４７】
また、計時された移動時間を基準時間と比較するのではなく、移動時間の計時の度に、移動時間をメモリ２２に記憶して、移動時間の履歴情報をメモリ２２内に作成し、この履歴情報に基づいて、異常の発生を判定しても良い。例えば、最初に計時された第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３を初期値としてメモリ２２に記憶しておき、これ以降に計時されて記憶された第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３については、初期値と比較し、初期値から大きく外れたときに異常が発生したとみなす。この場合は、初期値からの外れた程度に基づいて、アクチュエータ１２及び弁等の性能の劣化状態を把握することも可能である。
【００４８】
更に、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力に基づいて、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第４回転位置Ｐ１，Ｐ４間を往復移動した回数Ｎ（アクチュエータ１２の作動回数に対応する）を計数し、この回数Ｎが一定回数のｎ倍（ｎは整数）に達したときにだけ、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３の計時及び記憶を行なっても良い。つまり、アクチュエータ１２もしくは弁の耐用回数が非常に多く、これらの性能が急激に劣化することはないため、アクチュエータ１２の作動の度に、計時及び記憶を行なうのではなく、例えばアクチュエータ１２の作動回数Ｎが１００のｎ倍に達したときにだけ、移動時間の計時及び記憶を行なう。
【００４９】
また、第１及び第２移動時間ｔ１，ｔ２の比率、第１及び第３移動時間ｔ１，ｔ３の比率、第２及び第３移動時間ｔ２，ｔ３の比率等を求め、この様な比率と予め設定された閾値を比較し、この比較結果に基づいて、異常が発生しているか否かを判定しても構わない。アクチュエータ１２もしくは弁は、作動開始直後、作動中間位置、及び作動終了間際等の各作動位置での作動速度が異なる。例えば、作動開始直後では作動速度が遅く、また作動中間位置では作動速度が速く、更に作動終了間際では作動速度が更に速くなる。従って、第１回転位置Ｐ１、第２回転位置Ｐ２、第３回転位置Ｐ３、第４回転位置Ｐ４が相互に等間隔で並んでいれば、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３が相互に異なり、アクチュエータ１２もしくは弁が正常動作しているときと異常動作しているときとでは、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３間の比率が変化する。このため、この比率と閾値との比較により、異常が発生しているか否かを判定することができる。
【００５０】
更に、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄにより回転板１４の４つの回転位置を検出しているが、２つ以上の回転位置を検出して、１つ以上の移動時間を計時すれば、移動時間に基づいて異常が発生しているか否かを判定することができる。ただし、検出される位置の数が多い程、計時される移動時間の数も多くなることから、アクチュエータ１２の作動を詳細に監視しつつ、異常の発生を判定することができる。
【００５１】
また、アクチュエータ１２の回転軸１３の回転位置を検出しているが、回転軸１３の回転角度を検出したり、アクチュエータ１２の左ピストン３４、右ピストン３５、及び連結体３６等の直線的な移動位置や移動距離を検出しても良い。また、他の種類のアクチュエータであっても、出力軸の回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等を検出して、移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、異常の発生を判定することができる。更に、気体圧で作動するアクチュエータばかりではなく、油圧や水圧や電力で作動するアクチュエータであっても構わない。
【００５２】
更に、アクチュエータ１２の出力軸だけではなく、この出力軸に連動する部材であれば、この部材の作動位置の回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等を検出して、この部材の移動時間を計時しても構わない。この部材としては、例えば弁の部品等がある。この場合は、アクチュエータ１２の出力軸の作動を間接的に監視することになる。
【００５３】
また、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄ及び回転板１４の代わりに、図９に示す様な１つの光センサ５１及び回転板５２を設けても良い。回転板５２は、複数のスリット５２ａを放射状に形成されており、アクチュエータ１２の回転軸１３の上端に固定されている。光センサ５１は、発光素子及び受光素子を備え、該各素子を回転板５２を挟んで対向配置したものである。回転板５２の回転に際し、回転板５２の各スリット５２ａが光センサ５１の発光素子と受光素子間に位置するか否かにより、発光素子と受光素子間の光路が形成されたり遮断され、光センサ５１の検出出力が変化する。光センサ５１の出力変化の回数は、回転板５２の回転角度に対応するため、この回数を計数すれば、回転板５２の回転位置、つまり回転軸１３の回転位置を検出することができる。ただし、回転板５２の初期の回転角度を設定し、光センサ５１の出力変化の回数に対応する回転角度を該初期の回転位置に加減算する必要がある。これに対して、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄ及び回転板１４を用いた場合は、回転板１４の初期の回転角度を設定しなくても、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力に基づいて、回転板１４の回転位置を検出することができる。
【００５４】
更に、光センサとして、光を光ファイバーを通じて出射及び入射するものを用いても良い。あるいは、光センサの代わりに、被検出物の接近を検出する近接センサを適用しても良い。更に、光センサと回転板の組み合わせの代わりに、カムとマイクロスイッチもしくはリミットスイッチを組み合わせ、各スイッチをカムの周囲に位置決めし、カムの移動により各スイッチをオンオフさせ、各スイッチのオンオフに基づいて、アクチュエータの出力軸の作動位置を検出しても構わない。また、回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等を検出し得るポテンショメータ、エンコーダ等の位置検出装置及びポジショナー等を用いた位置検出装置を適用しても良い。要するに、回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等の検出が可能であれば、如何なる種類の検出手段を適用しても構わない。
【００５５】
また、電子ユニット１６では、移動時間の計時までの処理を行ない、この移動時間を外部の端末装置に通信し、外部の端末装置側で移動時間に基づく異常の判定を行なっていも良い。
【００５６】
また、アクチュエータにより駆動される弁は、ボールバルブやバタフライバルブ等、あるいはコントロール弁等であり、他の如何なる種類の弁であっても構わない。更に、アクチュエータにより弁を駆動する代わりに、ダンパー等を駆動しても良い。ダンパーを駆動するアクチュエータとしては、揺動形アクチュエータを使用しても良いし、直線形のアクチュエータで、シリンダロッドの動きを外部の機構で進退時に回転させるものも考えられるし、又、レバー等のリンク機構によりアクチュエータの直線運動を、ダンパーの駆動軸を回転させるものでも良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出し、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時している。このため、この移動時間に基づいて、アクチュエータの作動に係わる作動箇所の動きが遅いか速いかを知ることができる。つまり、アクチュエータの作動状況の変化を監視することができる。
【００５８】
例えば、アクチュエータを作動させるための流体（気体や液体）に不純物が混入したり、弁を通過する流体（気体や液体）に不純物が混入したりすることにより、アクチュエータの作動に弊害が生じると、移動時間が変化することから、アクチュエータもしくは弁の異常を検出することができ、アクチュエータもしくは弁が故障する前に、これらの異常を知って、これらの保守管理を行なうことができる。
【００５９】
また、判定手段を設けることにより、アクチュエータの作動状況を自動的に判定している。例えば、作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間と基準時間を比較して、アクチュエータの作動に係わる作動箇所の動きが遅いか速いかを自動的に判定している。あるいは、各移動時間の変化を記憶しておき、移動時間の履歴情報に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作動状況検出装置の一実施形態を適用したアクチュエータ示す平面図である。
【図２】図１の作動状況検出装置及びアクチュエータ示す側面図である。
【図３】図１の作動状況検出装置における電子ユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】図１のアクチュエータ示す横断面図である。
【図５】図１のアクチュエータ示す縦断面図である。
【図６】図１のアクチュエータの作動状態を説明するために用いた図である。
【図７】図１のアクチュエータの他の作動状態を説明するために用いた図である。
【図８】図１の作動状況検出装置によるアクチュエータの異常判定のための処理過程を示すフローチャートである。
【図９】図１の作動状況検出装置における光センサ及び回転板の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１１ 作動状況検出装置
１２ アクチュエータ
１３ 回転軸
１４ 回転板
１５ａ〜１５ｄ 第１乃至第４光センサ
１６ 電子ユニット
１７ ステム
２１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２２ メモリ
２３ 通信回路
２４ 電源回路
３１ 円筒体
３２ 左蓋体
３３ 右蓋体
３４ 左ピストン
３５ 右ピストン
３６ 連結体
３８ アーム
３９ ピン
４１ 左気体経路
４２ 右気体経路
４３ 左室
４４ 右室
５１ 光センサ
５２ 回転板
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動状況検出装置及び作動状況検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電プラントにおいては、燃料タンクからボイラーまでの燃料の配送経路が複雑であり、この配送経路に多数の弁が設けられ、各弁がそれぞれのアクチュエータにより開閉される。あるいは、ボイラーの給排気経路にダンパーが設けられ、ダンパーがアクチュエータにより開閉される。これらのアクチュエータは、制御盤からの遠隔制御により作動する。
【０００３】
一方、アクチュエータもしくは弁やダンパーの性能は、長期の使用により劣化するため、これらの異常等の早期発見や保守管理が重要である。同時に、異常等の早期発見や予知発見での保守管理を、人手に頼らず自動化することも望まれる技術となってくる。
【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２には、調節弁の弁開度を検出し、この弁開度を所定値と比較することにより、調節弁が正常であるか異常であるかを判定するという技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、操作空気圧、調節弁の弁開度、及び流量の相互関係に基づいて、調節弁に係わる異常を検出するという技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２２３４３３号公報
【特許文献２】
特許第３１８９９６７号公報
【特許文献３】
特開平４−１１９２７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アクチュエータ、及びアクチュエータにより駆動される弁やダンパー等は、それらの性能が徐々に劣化して、故障に至ることが多い。例えば、弁が目標開度まで開き、弁の役目を果たすことができたとしても、アクチュエータや弁の性能の劣化によりそれらの動きが遅くなったり速くなったりし、この様な作動状況が起きるようになった後で、アクチュエータや弁の故障に至る。従って、アクチュエータや弁の異常等を早期に発見するには、弁の役目を結果的に果たすことができているか否かを確認するだけではなく、弁の作動状況の変化を監視することが必要となる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１、２の技術では、調節弁の弁開度を所定値と比較することにより調節弁の異常を判定しているのであって、弁の作動状況の変化を監視しているものではない。
【０００９】
また、特許文献３の技術では、操作空気圧、調節弁の弁開度、及び流量の相互関係を見ているものの、弁の役目を結果的に果たすことができるかを判定しているに過ぎず、やはり弁の作動状況の変化を監視しているものではない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、アクチュエータ、及びアクチュエータにより駆動される弁やダンパー等の作動状況の変化を監視して、これらの異常の早期発見を行なうことが可能なアクチュエータの作動状況検出装置及び作動状況検出方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータの作動状況検出装置は、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出出力を用いて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時する移動時間計時手段とを備えている。
【００１２】
この様な構成の本発明によれば、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出し、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時している。このため、この移動時間に基づいて、アクチュエータの作動に係わる作動箇所のそれぞれの動きが遅くなったか速くなったかを知ることができる。つまり、アクチュエータの作動状況の変化を監視することができる。
【００１３】
アクチュエータの作動に係わる作動箇所としては、アクチュエータの部品、あるいはアクチュエータにより駆動される弁やダンパー等の部品がある。また、検出される各作動箇所を多くする程、アクチュエータの作動状況の変化の監視を詳細に行なうことができる。例えば、第１乃至第４作動箇所を設定した場合は、第１及び第２作動箇所間の移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、初期動作を監視し、また第２及び第３作動箇所間の移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、中間動作を監視し、更に第３及び第４作動箇所間の移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、最終動作を監視することができる。
【００１４】
また、本発明においては、移動時間計時手段により計時された移動時間に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定手段を備えている。
【００１５】
この様な判定手段を設けることにより、アクチュエータの作動状況を自動的に判定することが可能になる。この判定手段は、アクチュエータに直接付設しても良いし、インターフェースや通信ケーブル（導体ケーブルや光ファイバー）を介してアクチュエータに接続しても良い。
【００１６】
更に、本発明においては、判定手段は、移動時間計時手段により計時された移動時間を基準時間と比較することにより、アクチュエータの作動状況を判定している。
【００１７】
この様に作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を基準時間と比較すれば、アクチュエータの作動に係わる作動箇所の動きが遅いか速いかを自動的に判定することができる。
【００１８】
また、本発明においては、アクチュエータの作動の度に、移動時間計時手段により計時された移動時間を記憶する記憶手段と、記憶手段内の各移動時間の変化に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定手段とを備えている。
【００１９】
この様に各移動時間の変化、すなわち移動時間の履歴情報に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定すれば、アクチュエータ、弁、ダンパー等の性能の劣化等を把握することができる。
【００２０】
更に、本発明においては、アクチュエータの作動に係わる作動位置は、回転位置もしくは回転角度で表される。あるいは、アクチュエータの作動に係わる作動位置は、移動位置もしくは移動距離で表される。
【００２１】
この様に作動位置は、回転位置、回転角度、移動位置、移動距離のいずれによっても表すことができる。
【００２２】
また、本発明においては、位置検出手段は、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する光センサを備え、移動時間計時手段は、位置検出手段の光センサの検出出力を用いて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時している。
【００２３】
光センサを用いた場合は、作動箇所が各作動位置に達したことを非接触で検出することができる。
【００２４】
更に、本発明においては、アクチュエータは、弁を駆動している。あるいは、アクチュエータは、ダンパーを駆動している。
【００２５】
この場合、アクチュエータの作動に係わる作動箇所は、アクチュエータそのものの作動箇所、あるいは弁やダンパーの作動箇所となる。
【００２６】
一方、本発明のアクチュエータの作動状況検出方法は、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する位置検出ステップと、位置検出ステップでの検出結果に基づいて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時する移動時間計時ステップと、移動時間計時ステップで計時された移動時間に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定ステップとを含んでいる。
【００２７】
この様な本発明の方法によっても、本発明の装置と同様の作用及び効果を果たすことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１及び図２は、本発明の作動状況検出装置の一実施形態を適用したアクチュエータを示す平面図及び側面図である。本実施形態の作動状況検出装置１１では、回転板１４をアクチュエータ１２の回転軸１３の上端に固定し、アクチュエータ１２の上側に基板Ａを固定し、基板Ｂを基板Ａの上方に離間させて固定し、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄを回転板１４の切り欠き部１４ａに沿って等間隔に配列して基板Ｂ上に固定し、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄに接続された電子ユニット１６を基板Ｂ上に配置している。また、アクチュエータ１２の回転軸１３の下端には、弁（図示せず）のステム１７を接続している。
【００３０】
回転板１４は、アクチュエータ１２の回転軸１３並びに弁のステム１７と共に回転する。また、回転板１４は、その外周に切り欠き部１４ａを有している。第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄは、発光素子及び受光素子を備え、該各素子を回転板１４の切り欠き部１４ａを挟んで対向配置したものであり、回転板１４の回転位置を検出する。回転板１４の回転に伴い、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１回転位置Ｐ１に達すると、第１光センサ１５ａの発光素子及び受光素子間の光路が回転板１４によって遮られ、第１光センサ１５ａによって該縁１４ｂが第１回転位置Ｐ１に達したことが検出される。また、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第２回転位置Ｐ２に達すると、第２光センサ１５ｂの発光素子及び受光素子間の光路が回転板１４によって遮られ、第２光センサ１５ｂによって該縁１４ｂが第２回転位置Ｐ２に達したことが検出される。同様に、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４に順次達すると、第３及び第４光センサ１５ｃ，１５ｄによって該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４に順次達したことが検出される。更に、回転板１４が逆方向に回転したときには、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第４回転位置Ｐ４、第３回転位置Ｐ３、第２回転位置Ｐ２、及び第１回転位置Ｐ１に達する度に、第４光センサ１５ｄ、第３光センサ１５ｃ、第２光センサ１５ｂ、及び第１光センサ１５ａの光路が逐次再形成されて、該各回転位置に達したことが順次検出される。
【００３１】
図３は、電子ユニット１６の構成を示すブロック図である。電子ユニット１６は、中央処理装置（以下ＣＰＵと称する）２１と、メモリ２２と、通信回路２３と、電源回路２４とを備えている。
【００３２】
ＣＰＵ２１は、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力を監視しており、第１及び第２光センサ１５ａ，１５ｂの検出出力の一方が変化してから他方が変化するまでの時間を計時して、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第２回転位置Ｐ１，Ｐ２間を移動する第１移動時間ｔ１を求めている。また、第２及び第３光センサ１５ｂ，１５ｃの検出出力の一方が変化してから他方が変化するまでの時間を計時して、該縁１４ｂが第２及び第３回転位置Ｐ２，Ｐ３間を移動する第２移動時間ｔ２を求め、更に第３及び第４光センサ１５ｃ，１５ｄの検出出力の一方が変化してから他方が変化するまでの時間を計時して、該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４間を移動する第３移動時間ｔ３を求めている。そして、ＣＰＵ２１は、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３をメモリ２２に記憶し、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３に基づいて、アクチュエータ１２もしくは弁の異常を判定する。回転板１４がアクチュエータ１２の回転軸１３並びに弁のステム１７と共に回転するため、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３が回転軸１３並びにステム１７の回転に要する回転時間でもある。従って、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３に基づいて、アクチュエータ１２もしくは弁の作動状況の変化を監視し、これらの異常を判定することが可能である。
【００３３】
通信回路２３は、有線通信もしくは無線通信を行なうものであり、例えばＬＡＮ等を通じてコンピュータ等の端末装置（図示せず）と接続される。ＣＰＵ２１は、通信回路２３を通じて端末装置との間でデータ通信を行なう。
【００３４】
電源回路２４は、外部電源からの電力を入力し、この電力をＣＰＵ２１、メモリ２２、通信回路２３、及び第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄ等に供給する。
【００３５】
図４及び図５は、アクチュエータ１２を示す横断面図及び縦断面図である。尚、図４及び図５では、揺動形アクチュエータで、構造がスコッチアンドヨークタイプの構造で作動説明を行うが、これが他の構造、一例としてラックアンドピニオンタイプのアクチュエータであっても良い。
【００３６】
図４及び図５から明らかな様に、アクチュエータ１２は、円筒体３１と、円筒体３１の両側開口部を塞ぐ左蓋体３２及び右蓋体３３と、円筒体３１の内側に挿入された左ピストン３４及び右ピストン３５と、左ピストン３４及び右ピストン３５を連結する連結体３６と、回転自在に軸支された回転軸１３と、回転軸１３に固定されたアーム３８と、連結体３６により回転自在に支持され、アーム３８の溝３８ａに挿入されたピン３９とを備えている。
【００３７】
更に、図６及び図７は、アクチュエータ１２の作動状態を示す横断面図である。図６及び図７から明らかな様に、円筒体３１には、左気体経路４１及び右気体経路４２が形成されている。また、円筒体３１の内側には、左蓋体３２と左ピストン３４間に挟まれる左室４３、及び右蓋体３３と右ピストン３５間に挟まれる右室４４が形成されている。左気体経路４１は、左ポート４１ａから左室４３に至る。また、右気体経路４２は、右ポート４２ａから右室４４に至る。
【００３８】
ここで、図６に示す様にポート４１ａから左気体経路４１を通じて左室４３へと気体（空気や窒素ガス等）を圧送すると共に、右室４４の気体を右気体経路４２を通じて右ポート４２ａから排出すると、左室４３が拡張し、左ピストン３４、右ピストン３５、及び連結体３６が右方向に移動する。これに伴ってピン３９が右方向に移動し、アーム３８が時計周りに旋回し、回転軸１３及び回転板１４が時計周りに回転する。また、図７に示す様にポート４２ａから右気体経路４２を通じて右室４４へと気体を圧送すると共に、左室４３の気体を左気体経路４１を通じて左ポート４１ａから排出すると、右気体経路４２が拡張し、左ピストン３４、右ピストン３５、及び連結体３６が左方向に移動する。これに伴ってピン３９が左方向に移動し、アーム３８が反時計周りに旋回し、回転軸１３及び回転板１４が反時計周りに回転する。
【００３９】
また、図５に示す様に回転軸１３の下端凹部１３ａに弁のステム１７が嵌合されていることから、回転軸１３の回転に伴って、回転板１４が回転されるだけではなく、該弁のステム１７が回転され、該弁が開閉される。回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第４回転位置Ｐ１，Ｐ４間を往復移動したときには、回転軸１３及び該弁のステム１７も往復回転移動し、該弁の開閉動作が一度行われる。
【００４０】
次に、図８のフローチャートに従って、作動状況検出装置１１によるアクチュエータ１２の異常判定のための処理過程を説明する。
【００４１】
まず、ＣＰＵ２１は、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力を監視しており（ステップＳ１０１）、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力の変化に基づいて、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第２回転位置Ｐ１，Ｐ２間を移動する第１移動時間ｔ１、該縁１４ｂが第２及び第３回転位置Ｐ２，Ｐ３間を移動する第２移動時間ｔ２、及び該縁１４ｂが第３及び第４回転位置Ｐ３，Ｐ４間を移動する第３移動時間ｔ３を計時し（ステップＳ１０２）、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３をメモリ２２に記憶する（ステップＳ１０３）。
【００４２】
次に、ＣＰＵ２１は、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３を予め設定された第１基準時間Ｔ１、第２基準時間Ｔ２、及び第３基準時間Ｔ３とそれぞれ比較し、ｔ１≦Ｔ１、かつｔ２≦Ｔ２、かつｔ３≦Ｔ３であれば、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生していないと判定して（ステップＳ１０４で「ＯＫ」）、ステップＳ１０１に戻る。また、ＣＰＵ２１は、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの少なくとも１つが成立すれば、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生していると判定して（ステップＳ１０４で「ＮＧ」）、この判定内容をメモリ２２に記憶し（ステップＳ１０５）、この判定内容を通信回路２３を通じてコンピュータ等の端末装置に送信し（ステップＳ１０６）、この後にステップＳ１０１に戻る。
【００４３】
ここでは、第１移動時間ｔ１が第１基準時間Ｔ１を超えるか、第２移動時間ｔ２が第２基準時間Ｔ２を超えるか、第３移動時間ｔ３が第３基準時間Ｔ３を超えると、つまりアクチュエータ１２の回転軸１３並びに弁のステム１７の回転時間が通常よりも長くかかると、アクチュエータ１２もしくは弁に何等かの異常が発生しているものとみなして、この異常をコンピュータ等の端末装置に通知している。
【００４４】
一般に、アクチュエータ１２もしくは弁の使用期間が長くなると、これらの性能が徐々に劣化して、作動時間が長くなる。そこで、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの少なくとも１つが成立したときには、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生しているとみなし、この異常を外部の端末装置に通知している。この端末装置側でアクチュエータ１２もしくは弁の異常の発生を表示や音声により報知すれば、アクチュエータ１２もしくは弁が故障する前に、これらを点検して、修理や交換等の保守管理を行なうことができる。
【００４５】
例えば、アクチュエータ１２を作動させるための気体に不純物が混入したり、弁を通過する流体（気体や液体）に不純物が混入したりすることにより、アクチュエータ１２の作動に弊害が生じると、移動時間が長くなることから、アクチュエータ１２もしくは弁の異常を検出することができ、アクチュエータ１２もしくは弁が故障する前に、これらの異常を報知して、これらの保守管理を行なうことができる。
【００４６】
ところで、本実施形態では、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの少なくとも１つが成立したときに、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生しているとみなしているが、ｔ１＞Ｔ１、ｔ２＞Ｔ２、ｔ３＞Ｔ３のうちの２つが成立したときや、これらの全てが成立したときに、アクチュエータ１２もしくは弁に異常が発生しているとみなしても良い。また、異常とみなすときの条件として、移動時間が基準時間未満になったときという条件を設定しても構わない。この場合は、アクチュエータ１２もしくは弁の作動時間が短くなったことになる。
【００４７】
また、計時された移動時間を基準時間と比較するのではなく、移動時間の計時の度に、移動時間をメモリ２２に記憶して、移動時間の履歴情報をメモリ２２内に作成し、この履歴情報に基づいて、異常の発生を判定しても良い。例えば、最初に計時された第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３を初期値としてメモリ２２に記憶しておき、これ以降に計時されて記憶された第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３については、初期値と比較し、初期値から大きく外れたときに異常が発生したとみなす。この場合は、初期値からの外れた程度に基づいて、アクチュエータ１２及び弁等の性能の劣化状態を把握することも可能である。
【００４８】
更に、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力に基づいて、回転板１４の切り欠き部１４ａの縁１４ｂが第１及び第４回転位置Ｐ１，Ｐ４間を往復移動した回数Ｎ（アクチュエータ１２の作動回数に対応する）を計数し、この回数Ｎが一定回数のｎ倍（ｎは整数）に達したときにだけ、第１乃至第３移動時間ｔ１〜ｔ３の計時及び記憶を行なっても良い。つまり、アクチュエータ１２もしくは弁の耐用回数が非常に多く、これらの性能が急激に劣化することはないため、アクチュエータ１２の作動の度に、計時及び記憶を行なうのではなく、例えばアクチュエータ１２の作動回数Ｎが１００のｎ倍に達したときにだけ、移動時間の計時及び記憶を行なう。
【００４９】
また、第１及び第２移動時間ｔ１，ｔ２の比率、第１及び第３移動時間ｔ１，ｔ３の比率、第２及び第３移動時間ｔ２，ｔ３の比率等を求め、この様な比率と予め設定された閾値を比較し、この比較結果に基づいて、異常が発生しているか否かを判定しても構わない。アクチュエータ１２もしくは弁は、作動開始直後、作動中間位置、及び作動終了間際等の各作動位置での作動速度が異なる。例えば、作動開始直後では作動速度が遅く、また作動中間位置では作動速度が速く、更に作動終了間際では作動速度が更に速くなる。従って、第１回転位置Ｐ１、第２回転位置Ｐ２、第３回転位置Ｐ３、第４回転位置Ｐ４が相互に等間隔で並んでいれば、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３が相互に異なり、アクチュエータ１２もしくは弁が正常動作しているときと異常動作しているときとでは、第１移動時間ｔ１、第２移動時間ｔ２、及び第３移動時間ｔ３間の比率が変化する。このため、この比率と閾値との比較により、異常が発生しているか否かを判定することができる。
【００５０】
更に、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄにより回転板１４の４つの回転位置を検出しているが、２つ以上の回転位置を検出して、１つ以上の移動時間を計時すれば、移動時間に基づいて異常が発生しているか否かを判定することができる。ただし、検出される位置の数が多い程、計時される移動時間の数も多くなることから、アクチュエータ１２の作動を詳細に監視しつつ、異常の発生を判定することができる。
【００５１】
また、アクチュエータ１２の回転軸１３の回転位置を検出しているが、回転軸１３の回転角度を検出したり、アクチュエータ１２の左ピストン３４、右ピストン３５、及び連結体３６等の直線的な移動位置や移動距離を検出しても良い。また、他の種類のアクチュエータであっても、出力軸の回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等を検出して、移動時間を計時し、この移動時間に基づいて、異常の発生を判定することができる。更に、気体圧で作動するアクチュエータばかりではなく、油圧や水圧や電力で作動するアクチュエータであっても構わない。
【００５２】
更に、アクチュエータ１２の出力軸だけではなく、この出力軸に連動する部材であれば、この部材の作動位置の回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等を検出して、この部材の移動時間を計時しても構わない。この部材としては、例えば弁の部品等がある。この場合は、アクチュエータ１２の出力軸の作動を間接的に監視することになる。
【００５３】
また、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄ及び回転板１４の代わりに、図９に示す様な１つの光センサ５１及び回転板５２を設けても良い。回転板５２は、複数のスリット５２ａを放射状に形成されており、アクチュエータ１２の回転軸１３の上端に固定されている。光センサ５１は、発光素子及び受光素子を備え、該各素子を回転板５２を挟んで対向配置したものである。回転板５２の回転に際し、回転板５２の各スリット５２ａが光センサ５１の発光素子と受光素子間に位置するか否かにより、発光素子と受光素子間の光路が形成されたり遮断され、光センサ５１の検出出力が変化する。光センサ５１の出力変化の回数は、回転板５２の回転角度に対応するため、この回数を計数すれば、回転板５２の回転位置、つまり回転軸１３の回転位置を検出することができる。ただし、回転板５２の初期の回転角度を設定し、光センサ５１の出力変化の回数に対応する回転角度を該初期の回転位置に加減算する必要がある。これに対して、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄ及び回転板１４を用いた場合は、回転板１４の初期の回転角度を設定しなくても、第１乃至第４光センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力に基づいて、回転板１４の回転位置を検出することができる。
【００５４】
更に、光センサとして、光を光ファイバーを通じて出射及び入射するものを用いても良い。あるいは、光センサの代わりに、被検出物の接近を検出する近接センサを適用しても良い。更に、光センサと回転板の組み合わせの代わりに、カムとマイクロスイッチもしくはリミットスイッチを組み合わせ、各スイッチをカムの周囲に位置決めし、カムの移動により各スイッチをオンオフさせ、各スイッチのオンオフに基づいて、アクチュエータの出力軸の作動位置を検出しても構わない。また、回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等を検出し得るポテンショメータ、エンコーダ等の位置検出装置及びポジショナー等を用いた位置検出装置を適用しても良い。要するに、回転位置、回転角度、移動位置、移動距離等の検出が可能であれば、如何なる種類の検出手段を適用しても構わない。
【００５５】
また、電子ユニット１６では、移動時間の計時までの処理を行ない、この移動時間を外部の端末装置に通信し、外部の端末装置側で移動時間に基づく異常の判定を行なっていも良い。
【００５６】
また、アクチュエータにより駆動される弁は、ボールバルブやバタフライバルブ等、あるいはコントロール弁等であり、他の如何なる種類の弁であっても構わない。更に、アクチュエータにより弁を駆動する代わりに、ダンパー等を駆動しても良い。ダンパーを駆動するアクチュエータとしては、揺動形アクチュエータを使用しても良いし、直線形のアクチュエータで、シリンダロッドの動きを外部の機構で進退時に回転させるものも考えられるし、又、レバー等のリンク機構によりアクチュエータの直線運動を、ダンパーの駆動軸を回転させるものでも良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出し、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時している。このため、この移動時間に基づいて、アクチュエータの作動に係わる作動箇所の動きが遅いか速いかを知ることができる。つまり、アクチュエータの作動状況の変化を監視することができる。
【００５８】
例えば、アクチュエータを作動させるための流体（気体や液体）に不純物が混入したり、弁を通過する流体（気体や液体）に不純物が混入したりすることにより、アクチュエータの作動に弊害が生じると、移動時間が変化することから、アクチュエータもしくは弁の異常を検出することができ、アクチュエータもしくは弁が故障する前に、これらの異常を知って、これらの保守管理を行なうことができる。
【００５９】
また、判定手段を設けることにより、アクチュエータの作動状況を自動的に判定している。例えば、作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間と基準時間を比較して、アクチュエータの作動に係わる作動箇所の動きが遅いか速いかを自動的に判定している。あるいは、各移動時間の変化を記憶しておき、移動時間の履歴情報に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作動状況検出装置の一実施形態を適用したアクチュエータ示す平面図である。
【図２】図１の作動状況検出装置及びアクチュエータ示す側面図である。
【図３】図１の作動状況検出装置における電子ユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】図１のアクチュエータ示す横断面図である。
【図５】図１のアクチュエータ示す縦断面図である。
【図６】図１のアクチュエータの作動状態を説明するために用いた図である。
【図７】図１のアクチュエータの他の作動状態を説明するために用いた図である。
【図８】図１の作動状況検出装置によるアクチュエータの異常判定のための処理過程を示すフローチャートである。
【図９】図１の作動状況検出装置における光センサ及び回転板の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１１ 作動状況検出装置
１２ アクチュエータ
１３ 回転軸
１４ 回転板
１５ａ〜１５ｄ 第１乃至第４光センサ
１６ 電子ユニット
１７ ステム
２１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
２２ メモリ
２３ 通信回路
２４ 電源回路
３１ 円筒体
３２ 左蓋体
３３ 右蓋体
３４ 左ピストン
３５ 右ピストン
３６ 連結体
３８ アーム
３９ ピン
４１ 左気体経路
４２ 右気体経路
４３ 左室
４４ 右室
５１ 光センサ
５２ 回転板
Claims (10)
- アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する位置検出手段と、
位置検出手段の検出出力を用いて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時する移動時間計時手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータの作動状況検出装置。 - 移動時間計時手段により計時された移動時間に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。
- 判定手段は、移動時間計時手段により計時された移動時間を基準時間と比較することにより、アクチュエータの作動状況を判定することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。
- アクチュエータの作動の度に、移動時間計時手段により計時された移動時間を記憶する記憶手段と、
記憶手段内の各移動時間の変化に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。 - アクチュエータの作動に係わる作動位置は、回転位置もしくは回転角度で表されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。
- アクチュエータの作動に係わる作動位置は、移動位置もしくは移動距離で表されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。
- 位置検出手段は、アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する光センサを備え、
移動時間計時手段は、位置検出手段の光センサの検出出力を用いて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。 - アクチュエータは、弁を駆動すること特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。
- アクチュエータは、ダンパーを駆動すること特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの作動状況検出装置。
- アクチュエータの作動に係わる作動箇所が各作動位置に達したことを検出する位置検出ステップと、
位置検出ステップでの検出結果に基づいて、該作動箇所が各作動位置間を移動する移動時間を計時する移動時間計時ステップと、
移動時間計時ステップで計時された移動時間に基づいて、アクチュエータの作動状況を判定する判定ステップと
を含むことを特徴とするアクチュエータの作動状況検出方法。
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