JP2008286376A - バルブ動作情報記録システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のバルブを個別に確認することなしに個々のバルブの実稼動状態を一度に把握することができ、特にバルブに配線等を行う必要がなく構成も単純なバルブ動作情報記録システムを提供すること。
【解決手段】 バルブと、該バルブの動作を検出する検出手段と、該バルブに付設されるとともに該検出手段で検出された動作情報を記録するＲＦＩＤタグと、該ＲＦＩＤタグに記録された該バルブの動作情報を読み取る端末機とからなるバルブ動作情報記録システムであって、前記ＲＦＩＤタグは間欠動作で電波を発信することにより前記端末器の存在について探索し、該ＲＦＩＤタグが該端末機の信号を検知したときに該ＲＦＩＤタグに記録された前記バルブの動作情報を該端末機に転送することを特徴とするバルブ動作情報記録システムとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の産業機械設備等の貯蔵タンクや配管系等に用いられるＲＦＩＤ（Radio Frequency-IDentification）タグを使用したバルブ動作情報記録システムに関する。

流体の移動を制御するバルブは、工業用設備において多種多様な形式のものが多数普及している。例えば、ビール工場、乳製品工場、更には発電所、化学プラントや半導体工場等には多数のバルブが使用されており、配管内において、流体の移動量、方向、圧力等を制御するために重要な役割を果たしている。従って、工場稼動中にバルブの故障が発生すると重大な損失、事故となることから、従来は、バルブのメンテナンスは一年に一度、半年に一度等、前もって決められた期間ごとに定期的に行われてきた。

しかし、工場等における配管系統には、使用頻度の多いバルブや使用頻度の少ないバルブ等が混在して設置されており、機器や各種プラントの運転を休止してバルブを一様に分解点検、補修を行うことは、使用頻度の少なく、故障が発生する確率の低いバルブも含めてメンテナンスを行うということとなり、本来不要であったメンテナンスコストが増大するという問題があった。また、安全管理の観点から定期的にバルブの交換を行っている場合において、バルブの使用者はバルブの実稼動状態を把握することなく、バルブの動作回数をバルブの使用者の勘と経験によって判断することがあり、使用者の判断によっては、使用頻度の少なく本来交換が不必要であったバルブを交換することとなり、コストが増大するという問題や、逆に、バルブの交換が遅れた場合にはバルブの故障による工場のラインの停止等、多大な損害が発生し、場合によっては事故につながるという問題がある。

この問題を解決するため、例えば、特開昭６４−４６０８３号公報では、バルブ本体と操作源部を連結する連結部材の伝達部材に対向した位置に凹所を設け、寿命検出部材としてのコイルバネを挿入し、コイルバネが弁の開閉に伴い繰り返し応力を受け、所定の繰り返し応力回数でコイルバネが疲労破壊に至り、バルブの寿命が判断可能な旨が記載されている。これによりバルブの実稼動状態を把握することができ、バルブの使用頻度に応じて分解点検、補修、交換を行うことができる。

ところが、前記寿命検出部材であるコイルバネは、個々のバルブに取着されており、定期的に全てのバルブのコイルバネを確認しなければならないという問題があった。特に、半導体工場、原子力発電所等においては、数千、数万のバルブが設置されており、全てのバルブを定期的に確認することは煩雑であり、極めて困難である。

この問題を解決するために、例えば、特開２０００−６５２４６号公報では、電動弁が接続されているモータコントロールセンタに３種類のセンサを仮設し、これらのセンサから出力される検知信号を収録し、所定の伝送信号に変換後、予め設定された診断項目の許容値及び診断記録の集積を保存し、評価ロジックに従って、正常又は異常を表示する電動弁の異常診断装置が記載されている。これにより、電動弁の情報を集中させたモータコントロールセンタによって簡単にデータを採取し、電動弁全体の異常診断を遠隔地にある演算処理装置にて一度に行うことができる。
しかしながら、全ての電動弁をモータコントロールセンタに接続する必要があり、バルブが数千個設置されるような設備においては、配線が複雑なものとなり、構成が複雑となるという問題がある。

特開昭６４−４６０８３号公報 特開２０００−６５２４６号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、複数のバルブを個別に確認することなしに個々のバルブの実稼動状態を一度に把握することができ、特にバルブに配線等を行う必要がなく構成も単純なバルブ動作情報記録システムを提供することである。

請求項１に係る発明は、バルブと、該バルブの動作を検出する検出手段と、該バルブに付設されるとともに該検出手段で検出された動作情報を記録するＲＦＩＤタグと、該ＲＦＩＤタグに記録された該バルブの動作情報を読み取る端末機とからなるバルブ動作情報記録システムであって、前記ＲＦＩＤタグは間欠動作で電波を発信することにより前記端末器の存在について探索し、該ＲＦＩＤタグが該端末機の信号を検知したときに該ＲＦＩＤタグに記録された前記バルブの動作情報を該端末機に転送することを特徴とするバルブ動作情報記録システムに関する。

請求項２に係る発明は、前記検出手段がリミットスイッチであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ動作情報記録システムに関する。

請求項３に係る発明は、前記端末機が前記ＲＦＩＤタグへ情報を送信することを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ動作情報記録システムに関する。

請求項４に係る発明は、前記間欠動作が２秒間の電波発信と５秒間の休止を交互に繰り返す間欠動作であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のバルブ動作情報記録システムに関する。

請求項１に係る発明によれば、バルブと、バルブの動作を検出する検出手段と、該バルブに付設されるとともに該検出手段で検出された動作情報を記録するＲＦＩＤタグと、ＲＦＩＤタグに記録されたバルブの動作情報を読み取る端末機とからなるバルブ動作情報記録システムとすることから、ＲＦＩＤタグは無線通信を行うことができるため特に配線を行う必要がなく、個別のバルブを確認することなく複数のバルブの稼動状態を一度に端末機で読み取ることができ、構成も単純なバルブ動作情報記録システムとすることができる。
ＲＦＩＤタグは所定の間隔で電波を発生することにより端末機の存在について探索し、ＲＦＩＤタグが端末機の信号を検知したときのみＲＦＩＤタグに記録された前記バルブの動作情報を端末機に転送することから、ＲＦＩＤタグが連続的に電波を発生させるよりもＲＦＩＤタグに付設された電池の寿命を延長させることができる。

請求項２に係る発明によれば、検出手段がリミットスイッチであることから、より簡単な構成にて正確にバルブの動作情報を検出することができる。

請求項３に係る発明によれば、端末機が、ＲＦＩＤタグへ情報を送信することから、ＲＦＩＤタグから情報を読み取るだけでなく、端末機から情報をＲＦＩＤタグに書き込むこともできる。

請求項４に係る発明によれば、２秒間の電波発信と５秒間の休止を交互に繰り返す間欠動作を行うことから、端末機を所持しながら歩いて５秒移動を行ったとしても、移動距離はＲＦＩＤタグの受信範囲内（１５〜２０ｍ）であるため、もれなく全てのバルブを検出することができ、かつ、電池の寿命を延長させることができる。

以下、本発明に係るＲＦＩＤタグを使用したバルブ動作情報記録システムの好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るバルブ動作情報記録システムにおけるＲＦＩＤタグを備えたバルブの構成図である。図２は、本発明に係るバルブ動作情報記録システムの実際の使用方法を示した図である。

本発明に係るバルブ動作情報記録システムは、図１において示すバルブ１と、検出手段２と、ＲＦＩＤタグ３と、図２に示す端末機５とからなる。

バルブ１は、流体を通したり、止めたり、流量等を制御したりするため、通路を開閉することのできる稼動機構を持つ機器のことである。例えば、本発明においてはゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ等を使用することができる。図１においては、グローブバルブが例示されている。また、本発明は、電磁弁、電動弁等自動で開閉動作する弁だけでなく、手動で動作する手動弁にも用いることができる。
バルブ１に通過する流体は、液体、気体と特に限定されることはなく、本発明に係るバルブ動作情報記録システムは、水、空気、ガス、油圧等種々の配管に使用することができる。

検出手段２は、バルブの動作を検出する。検出手段２は、電動弁や電磁弁を使用する場合においては、バルブを制御する装置等からバルブへ出力される開閉信号を検出する装置でもよい。一方、手動弁を使用する場合は、バルブへはバルブ制御装置等から開閉信号が出力されないため、検出手段２としてリミットスイッチを設けることによって、バルブの動作を検出することができる。
一方、電動弁を使用した場合であったとしても、バルブへの開閉信号によって実際にバルブが動作したかどうかが不明となる可能性があるため、バルブの動作を正確に把握するためには、検出手段２としてリミットスイッチを使用し、リミットスイッチにてバルブの動作を検出するのが望ましい。

検出手段２としてリミットスイッチを使用する場合は、バルブの開状態を検出するためにバルブ全開時を検出するリミットスイッチと、バルブの閉状態を検出するために、バルブ全閉時を検出するリミットスイッチが設けられる。また、バルブが全開、全閉が交互に行われる場合等には、全開状態、全閉状態のどちらか一方にリミットスイッチを設けるだけでバルブの動作を検出することができる。例えば、図１は、バルブが全開状態のときにバルブの動作を検出するように、検出手段２としてリミットスイッチが設けられている。

ＲＦＩＤ（Radio Frequency-IDentification）タグ３は、検出手段２で検出されたバルブの動作情報を記録し、端末機に送信する。ＲＦＩＤタグ３は、本発明においては電池とアンテナを接続したトランシーバを内蔵したアクティブタグを使用する。ＲＦＩＤタグ３自身が電波を発することが可能となるので、通信距離を長く（１５〜２０ｍ程度）とることができ、複数のバルブを一度に端末機にて読み取ることができるからである。一方、パッシブタグは、通信距離が短く（数ｃｍ程度）、個々のバルブに端末機を近づける必要があり、複数のバルブを一度に端末機にて読み取ることができないため、本発明に係るバルブ動作情報記録システムにおいては使用することはできない。ＲＦＩＤタグ３には、バルブの動作情報を記録させる他に、例えば、バルブ管理番号、バルブの名称、型式、口径、メーカー名、品番、ロットナンバー、製造年月日、交換年月日等の情報も記録させることができる。

ＲＦＩＤタグ３の電波の発信は、２秒間の電波発信と５秒間の休止を交互に繰り返す間欠動作であることが好ましい。ＲＦＩＤタグ３の送受信距離は１５〜２０ｍであることから、図２に示すように端末機５を所持しながら歩いて移動を行ったとしても、ＲＦＩＤタグ３から５秒間の休止間隔で発信される電波を必ず受信することができるため、もれなくバルブ１の動作情報を検出することができ、かつ、電池の寿命を延長させることができるからである。休止が４秒以下であると電池の消耗が激しくなるために電池の寿命を延長させる効果が薄くなるため好ましくなく、６秒以上だと移動中にＲＦＩＤタグ３からの電波を受信できない可能性があり、全てのバルブ１の動作情報を検出することができない可能性があるため好ましくない。また、電波の発生が１秒だとＲＦＩＤタグが発生する電波を端末機が検知することができない可能性があるため好ましくなく、３秒を超えると電池の消耗が激しくなるため電池の寿命を延長させることができず、好ましくない。

電池４は、マンガン電池、アルカリマンガン電池、ニッケル系一次電池、オキシライド電池、酸化銀電池、リチウムイオン電池等種々の電池を、また、乾電池、ボタン電池等種々の型式の電池を使用することができる。本発明においては、放電末期まで電圧降下が少なく、自己放電も少なく、電池の寿命が比較的長いことからリチウムイオン電池が好適に使用される。

トランシーバはアンテナが接続されており、アンテナから電波を発信することによって、端末機５と送受信を行うことができる。端末機５と通信を行う送受信の周波数は従来から種々の周波数が使用されているが、本発明においては、８６０〜９６０ＭＨｚ帯、または２．４〜２．５ＧＨｚ帯を使用するのが好ましい。８６０〜９６０ＭＨｚ帯は電波の回り込みが期待でき、多少の障害物があったとしても通信を行うことができるため、また、２．４〜２．５ＧＨｚ帯は、アンテナが小型となるためである。

端末機５は、ＲＦＩＤタグ３が発する電波を受信して、ＲＦＩＤタグ３に記録された情報を読み取るものである。ＲＦＩＤタグ３から情報を受信するため、端末機５にはトランシーバが設けられている。例えば、ノートパソコンにトランシーバを接続することにより、端末機５として使用することができる。また、本発明に係るバルブ動作情報記録システムは、ＲＦＩＤタグ３と端末機５との間で送受信を行うことができるため、端末機５からＲＦＩＤタグ３へ情報の送信を行うことができ、ＲＦＩＤタグ３に端末機５から情報を書き込むこともできる。

次に、本発明に係るバルブ動作情報記録システムにおける、バルブの動作情報を記録する方法について説明する。

図１のバルブ１には、バルブ１の全開状態を検出する検出手段２が備えられ、図１ではリミットスイッチが使用されている。
バルブ１が全開状態となると、検出手段２がバルブ１の開状態を検出する（ステップ１）。検出手段２は検出したバルブ１の動作情報をＲＦＩＤタグ３に記録する（ステップ２）。バルブ１が開閉する度にステップ１及びステップ２を繰り返し、検出手段２が検出した動作情報は、累積的にＲＦＩＤタグ３に記録される。

また、バルブ１の動作情報が記録されたＲＦＩＤタグ３は、ステップ１及びステップ２の動作とは別に、間欠動作で電波を発信することで端末機５がＲＦＩＤタグ３の送受信範囲に存在しているかについて探索を行う（ステップ３）。この段階ではＲＦＩＤタグ３は端末機５の存在について探索を行うのみであって、ＲＦＩＤタグ３の情報を発信することはない。ＲＦＩＤタグ３は、間欠動作で電波を発信し、且つ、端末機５の存在を確認するまでは記録された情報の送信を行わず、端末機５の存在を確認することのみに電波を発信するため、ＲＦＩＤタグ３に付設された電池４の消耗を防ぐことができ、電池４の寿命を延長させることができる。

ステップ３の探索動作について具体的に図３を参照して説明する。
ＲＦＩＤタグ３が所定の間隔（例えば２秒）電波を発信する（ステップ３−１）。ＲＦＩＤタグ３の送受信範囲内に端末機５の存在を探索し（ステップ３−２）、端末機５の存在を確認することができなかった場合は、ＲＦＩＤタグ３は、電波の発信を中止し、電池の消耗を防ぐために所定の間隔（例えば５秒）、休止する（ステップ３−３）。所定の間隔（例えば５秒）が経過した後、ＲＦＩＤタグ３は、再び電波を所定の間隔（例えば２秒）電波を発信し（ステップ３−１）、再び端末機５の存在を探索する（ステップ３−２）。
ＲＦＩＤタグ３は、端末機５の存在を確認するまで、上記所定の間隔（例えば２秒）の電波の発信（ステップ３−１）と所定の間隔（例えば５秒）の休止（ステップ３−３）を繰り返す間欠動作を行う。

ＲＦＩＤタグ３が所定の間隔（例えば２秒）電波を発信した場合において（ステップ３−１）、ＲＦＩＤタグ３の送受信範囲内に端末機５の存在を探索し（ステップ３−２）、端末機５の存在を確認することができた場合は、ＲＦＩＤタグ３は、記録されたバルブ１の動作情報を端末機５へ送信する（ステップ３−４）。バルブ１の動作情報をＲＦＩＤタグ３から受信された端末機５の表示部（例えば端末機５が接続されたノートパソコンの表示部）にバルブ１の情報が表示され、バルブ１の実稼動状態を把握することができる。

また、ＲＦＩＤタグ３と端末機５との間で送受信を行うことができることから、端末機５からＲＦＩＤタグ３へと情報を書き込むこともできる。例えば、端末機５でＲＦＩＤタグ３の情報を受信した日をＲＦＩＤタグ３に書き込むことができる。

ＲＦＩＤタグ３と端末機５の通信が終了（ステップ３−５）した後、端末機５がＲＦＩＤタグ３の送受信範囲外へと移動されると、ＲＦＩＤタグ３は、電波を発信しても（ステップ３−１）端末機５の存在を確認することができないため（ステップ３−２）、所定の間隔（例えば５秒）、休止する（ステップ３−３）。その後、再び電波を所定の間隔（例えば２秒）電波を発信し（ステップ３−１）、再び端末機５の存在を探索する（ステップ３−２）。
ＲＦＩＤタグ３は、端末機５の存在を確認するまで、上記所定の間隔（例えば２秒）の電波の発信と所定の間隔（例えば５秒）の休止を繰り返す（ステップ３−１〜３−３）間欠動作を行う。

図２のように、ステップ３−１〜３−５の動作中、計測者は端末機５を所持しながら、バルブ１が設置されている付近を通過する。上述した通り、ＲＦＩＤタグ３は、端末機５の存在を確認した後に端末機５へと記録された情報を送信する。従って、計測者は、端末機５を所持しながらＲＦＩＤタグ３が内蔵された複数のバルブ１が設置されている装置６付近を通過するだけで、一度に複数のバルブ１の動作情報を取得することができる。
本発明は、バルブの動作情報収集の際に個々のバルブを分解等することにより確認する必要がないことから塵や埃が舞うことがないので、特に半導体工場内等におけるクリーンルーム内において、好適に使用することができる。

本発明は、多数のバルブが設置される発電所、化学プラント、半導体工場におけるクリーンルーム等において、バルブの実稼動状態を把握するバルブ動作情報記録システムに好適に利用することができる。

本発明に係るバルブ動作情報記録システムにおけるＲＦＩＤタグを備えたバルブの構成図である。 本発明に係るバルブ動作情報記録システムの実際の使用方法を示した図である。 本発明に係るバルブ動作情報記録システムのＲＦＩＤタグの動作について示した図である。

符号の説明

１ バルブ
２ 検出手段
３ ＲＦＩＤタグ
４ 電池
５ 端末機
６ 装置

Claims (4)

1. バルブと、該バルブの動作を検出する検出手段と、該バルブに付設されるとともに該検出手段で検出された動作情報を記録するＲＦＩＤタグと、該ＲＦＩＤタグに記録された該バルブの動作情報を読み取る端末機とからなるバルブ動作情報記録システムであって、
   前記ＲＦＩＤタグは間欠動作で電波を発信することにより前記端末器の存在について探索し、該ＲＦＩＤタグが該端末機の信号を検知したときに該ＲＦＩＤタグに記録された前記バルブの動作情報を該端末機に転送することを特徴とするバルブ動作情報記録システム。
2. 前記検出手段が、リミットスイッチであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ動作情報記録システム。
3. 前記端末機が、前記ＲＦＩＤタグへ情報を送信することを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ動作情報記録システム。
4. 前記間欠動作が、２秒間の電波発信と５秒間の休止を交互に繰り返す間欠動作であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のバルブ動作情報記録システム。

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