JP2011085161A - 電動弁装置の健全性診断方法及び健全性診断装置並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】直流機で駆動される電動弁装置の健全性、つまり劣化の進行あるいは異常の発生を診断する方法、装置並びにプログラムを提供する。
【解決手段】電動弁装置を駆動する直流電動機の電機子に供給される電機子電流、前記直流電動機の界磁巻線に供給される界磁電流、及び前記直流電動機の電機子に印加される電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定する推定段階と、前記推定段階で推定された前記回転速度又は前記負荷トルクを判断指標として、前記電動弁装置の健全性を診断する診断段階とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動弁装置の健全性を診断する方法及び装置並びにプログラムに関する。

一般に、各種プラント、例えば、火力・原子力発電所、化学プラント、上下水道設備等に設置された電動弁装置の健全性は、定期点検時に当該プラントの運転を停止してチェックしている。しかし、定期点検は所定の時間的間隔を空けて行われるから、プラントが稼働している間に進行する劣化や、突然に発生する異常を、この方法で知ることはできない。そこで、稼働中の電動弁装置をモニタして、電動弁装置の劣化の進行あるいは異常の発生を診断する方法及び装置が各種提案されている。

例えば、特許文献１には、電動弁の駆動部に供給される電圧及び電流を検出するセンサと、電動弁の開閉方向の作動または停止をさせる信号を検出するセンサ、及び、モータコントロールセンタにおいて弁の開閉状態を監視するためのランプ信号を検出するセンサから出力される検知信号に基づいて、電動弁の異常の有無を診断する装置が開示されている。

また、本願発明者は、誘導電動機で駆動される電動弁装置に入力される電流と電圧を検出して、検出された電流と電圧から、当該誘導電動機の回転トルクと回転速度を推定し、推定された回転トルクと回転速度を所定の正常値と比較して、電動弁装置の劣化の進行あるいは異常の発生を診断する方法及び装置を発明し、特許文献２で開示している。

特開２０００−６５２４６号公報 特開２００６−８３９２８号公報

特許文献１，２に開示された発明によれば、電動弁装置の劣化あるいは異常をプラントの稼働中に実時間で診断することができる。しかしながら、いずれも交流機（誘導機）で駆動される電動弁装置の劣化あるいは異常を診断するものであり、直流機で駆動される電動弁装置に特許文献１，２に開示された発明を適用することはできなかった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、直流電動機で駆動される電動弁装置の健全性を診断する方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電動弁装置の健全性診断方法は、電動弁装置を駆動する直流電動機の電機子に供給される電機子電流、前記直流電動機の界磁巻線に供給される界磁電流、及び前記直流電動機の電機子に印加される電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定する推定段階と、前記推定段階で推定された前記回転速度又は前記負荷トルクを判断指標として、前記電動弁装置の健全性を診断する診断段階とを有することを特徴とする。

前記診断段階は、前記推定段階で推定された前記回転速度が、所定の基準値を下回る場合に、前記電動弁装置は不健全な状態にあると診断するものであってもよい。

前記診断段階は、前記推定段階で推定された前記負荷トルクが、所定の基準値を上回る場合に、前記電動弁装置は不健全な状態にあると診断するものであってもよい。

前記推定段階は、前記電機子電流、前記界磁電流、及び前記電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記電機子に生じる誘起電圧を推定し、 前記誘起電圧の推定値と前記電機子印加電圧の計測値と前記電機子電流の計測値を用いて、観測ノイズを控除した正味の電機子電流を推定する誘起電圧・正味電流推定段階と、前記誘起電圧・正味電流推定段階で推定された誘起電圧を積算して誘起電圧積算値を得て、更に前記誘起電圧積算値を前記電機子の回転角度で除して、前記電機子の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出段階と、を有するようにしてもよい。

前記推定段階は、さらに、前記誘起電圧・正味電流推定段階で推定された前記誘起電圧を前記誘起電圧定数算出段階で算出された前記誘起電圧定数で除して、前記電機子の回転速度を推定する回転速度推定段階を有するようにしてもよい。

前記推定段階は、さらに、前記誘起電圧・正味電流推定段階で推定された前記正味の電機子電流に、前記誘起電圧定数算出段階で算出された前記誘起電圧定数、及び前記界磁電流の計測値を乗じて、前記直流電動機に負荷される負荷トルクを推定する負荷トルク推定段階を有するようにしてもよい。

本発明の電動弁装置の健全性診断装置は、電動弁装置を駆動する直流電動機の電機子に供給される電機子電流、前記直流電動機の界磁巻線に供給される界磁電流、及び前記直流電動機の電機子に印加される電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定する推定手段と、前記推定手段で推定された前記回転速度又は前記負荷トルクを判断指標として、前記電動弁装置の健全性を診断する診断手段と、を備えることを特徴とする。

前記推定手段は、前記電機子電流、前記界磁電流、及び前記電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記電機子に生じる誘起電圧を推定し、 前記誘起電圧の推定値と前記電機子印加電圧の計測値と前記電機子電流の計測値を用いて、観測ノイズを控除した正味の電機子電流を推定する誘起電圧・正味電流推定手段と、前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された誘起電圧を積算して誘起電圧積算値を得て、更に前記誘起電圧積算値を前記電機子の回転角度で除して、前記電機子の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出手段とを備えるようにしてもよい。

前記推定手段は、さらに、前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記誘起電圧を前記誘起電圧定数算出手段で算出された前記誘起電圧定数で除して、前記電機子の回転速度を推定する回転速度推定手段を備えるようにしてもよい。

前記推定手段は、さらに、前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記正味の電機子電流に、前記誘起電圧定数算出手段で算出された誘起電圧定数、及び前記界磁電流の計測値を乗じて、前記直流電動機に負荷される負荷トルクを推定する負荷トルク推定手段を備えるようにしてもよい。

また、本発明のプログラムは、コンピュータにインストールされて、当該コンピュータを、電動弁装置を駆動する直流電動機の電機子に供給される電機子電流、前記直流電動機の界磁巻線に供給される界磁電流、及び前記直流電動機の電機子に印加される電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定する推定手段と、前記推定手段で推定された前記回転速度又は前記負荷トルクを判断指標として、前記電動弁装置の健全性を診断する診断手段と、を備える電動弁装置の健全性診断装置として機能させることを特徴とする。

前記推定手段は、前記電機子電流、前記界磁電流、及び前記電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記電機子に生じる誘起電圧を推定し、 前記誘起電圧の推定値と前記電機子印加電圧の計測値と前記電機子電流の計測値を用いて、観測ノイズを控除した正味の電機子電流を推定する誘起電圧・正味電流推定手段と、前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された誘起電圧を積算して誘起電圧積算値を得て、更に前記誘起電圧積算値を前記電機子の回転角度で除して、前記電機子の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出手段を備えるるようにしてもよい。

前記推定手段は、さらに、前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記誘起電圧を前記誘起電圧定数算出手段で算出された前記誘起電圧定数で除して、前記電機子の回転速度を推定する回転速度推定手段を備えるようにしてもよい。

前記推定手段は、さらに、前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記正味の電機子電流に、前記誘起電圧定数算出手段で算出された前記誘起電圧定数、及び前記界磁電流の計測値を乗じて、前記直流電動機に負荷される負荷トルクを推定する負荷トルク推定手段を備えるようにしてもよい。

本発明によれば、直流電動機の電機子電流、界磁電流、及び電機子印加電圧の計測値から前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定して、該回転速度又は負荷トルクに基づいて電動弁装置の健全性を診断するので、直流電動機で駆動される電動弁装置の健全性を、当該電動弁装置の稼働中に診断することができる。

また、電機子電流の計測値から観測ノイズを除いた正味の電機子電流を推定し、該正味の電機子電流に基づいて直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定するので、精度の高い診断を行うことができる。

本発明の実施形態の一例を示す電動弁装置診断システムの概念図である。 ２慣性系モデルと電動弁装置の関係を説明する概念図である。 モニタ装置と診断装置の機能的な構成を示す概念図である。 モニタ装置あるいは診断装置を構成するコンピュータの物理的な構成例である。 診断プログラムによる処理の概略を示すフローチャートである。

本発明の方法は、例えば図１に示すようなシステムによって実施される。

図１において、電動弁装置１は該システムの診断対象であって、弁装置本体２と直流電動機３から構成される。

弁装置本体２は、駆動部４とボデー５とから構成される。駆動部４の内部には図示しない歯車装置等があって、直流電動機３から供給される回転トルクを推力に変換して弁体６を昇降させる。またボデー５の内部には図示しない管路があって、該管路は弁体６によって開閉される。また弁体６はステム７に連結されて、ステム７は駆動部４の内部の前記歯車装置等によって駆動される。

また、該システムは、モニタ装置８、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１を備える。

電機子電流計９は直流電動機３の電機子に供給される電機子電流を計測し、界磁電流計１０は直流電動機３の界磁巻線に供給される界磁電流を計測する。また電機子電圧計１１は直流電動機３の電機子に印加される電機子印加電圧を計測する。

また、モニタ装置８は、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１から出力される信号を受けて、電機子電流、界磁電流及び電機子印加電圧の計測値を記録する。

そして、モニタ装置８に記録された計測値は、診断装置１２に送られて、解析される。診断装置１２はこの解析結果に基づいて、電動弁装置１の健全性の有無を診断する。

なお、モニタ装置８は電動弁装置１の機側、つまり、電動弁装置１が設置されるプラント（例えば原子力発電プラント）の内部に配置され、診断装置１２は電動弁装置１から離れた場所、例えば、プラントを遠隔制御する制御室に配置される。

ここで、直流電動機３の電機子電流、界磁電流及び電機子印加電圧の計測値から、直流電動機３の回転速度及び負荷トルクを推定する手法を、２慣性系モデル２０を使って説明する。

図２に示すように、２慣性系モデル２０は、２個の慣性系、つまりモータ２１と負荷２２を伝達バネ２３で連結した力学モデルであり、モータ２１は電動弁装置１の直流電動機３に相当し、負荷２２は弁装置本体２に相当する。また、伝達バネ２３は直流電動機３の動力を弁装置本体２に伝達するカップリング２４と等価なバネ要素である。

また、Ｔ_ＤＣＭはモータ２１で発生する発生トルクであり、Ｔ_Ｌは負荷２２がモータ２１に負荷する負荷トルクである。Ｊ_ｍはモータ２１の回転慣性であり、Ｊ_Ｌは負荷２２の回転慣性であり、Ｋ_Ｃは伝達バネ２３のバネ定数である。

モータ２１は直流電動機である。モータ２１の電機子抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、誘起電圧定数をＫ_Ｔ、回転速度をω_Ｒとし、モータ２１の電機子印加電圧をＶ、電機子電流をＩ、界磁電流をｉ_μとすると式（１）が成り立つ事が知られている。

また、２慣性系モデル２０において、式（２）が成り立つ事も知られている。なお、Ｓはラプラス演算子であり、Ｎはモータ２１と負荷２２の間の減速比である。

また、直流電動機の発生トルクＴ_ＤＣＭと、誘起電圧定数Ｋ_Ｔ、界磁電流ｉ_μ、及び電機子電流Ｉの間には式（３）に示すような関係がある。

式（１）と式（２）から式（４）が導かれる。

電動弁装置１のカップリング２４は十分に剛だから、Ｋ_Ｃ＝∞と見なすことができるので式（４）は式（５）のように変形できる。

但し、式（５）中のＪ_Ｔは、式（６）で表される。

式（５）をさらに一次近似して解くと、式（７）が得られる。

式（７）と式（１）から式（８）が得られる。つまり、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１で計測された直流電動機３の電機子電流Ｉ、界磁電流ｉ_μ、及び電機子印加電圧Ｖから、直流電動機３の電機子電流Ｉの推定値および速度外乱Ｋ_Ｔω_Ｒの推定値を推定する推定器（オブザーバ）の式が得られる。なお、式（８）中の「＾」は推定値を意味する（以下、同じ）。

なお、速度外乱Ｋ_Ｔω_Ｒは、式の形から理解できるように、誘起電圧定数Ｋ_Ｔと直流電動機３の回転速度ω_Ｒの積、すなわち誘起電圧である。すなわち式（８）によれば、直流電動機３の電機子に生じる誘起電圧の大きさを推定することができる。

また、電機子電流計９による電機子電流Ｉの計測値には、観測ノイズ、すなわち予測できない雑音成分が含まれるが、式（８）から得られる電機子電流Ｉの推定値は電機子電流計９による電機子電流Ｉの計測値から観測ノイズを控除した正味の電機子電流に相当する。つまり、式（８）によれば、直流電動機３の電機子電流Ｉの計測値、界磁電流ｉ_μの計測値、及び電機子印加電圧Ｖの計測値及から誘起電圧（＝速度外乱Ｋ_Ｔω_Ｒ）を推定し、推定された誘起電圧と電機子電流Ｉの計測値及び電機子印加電圧Ｖの計測値を用いて観測ノイズを推定し、推定された観測ノイズを電機子電流Ｉの計測値から控除して、正味の電機子電流を求めることができる。

なお、式（８）を解く過程で、式（８）は時間積分されるので、電機子電流計９によって計測された電機子電流Ｉに含まれる観測ノイズはキャンセルされる。そのため、式（８）を解いて得られる直流電動機３の電機子電流Ｉの推定値に含まれる誤差は小さくなる。つまり、正味の電機子電流が得られる。

さて、式（９）に示すように、式（８）から得られた速度外乱Ｋ_Ｔω_Ｒの推定値を時間積分して、その値をモータ２１の回転角度Ｘ_ＳＴで割れば、誘起電圧定数Ｋ_Ｔを推定できる。

なお、回転角度Ｘ_ＳＴは電動弁装置１の動作量から算出される。例えば、電動弁装置１が全閉状態から全開状態まで動作するとき、つまり全ストローク動作するときに、直流電動機３がＹ回転するように設計されている場合に、電動弁装置１が全ストローク動作の２５％だけ動作（つまり、全閉状態から２５％開放状態まで動作）する時の回転角度Ｘ_ＳＴは、０．５πＹラジアンになる。つまり、電動弁装置１の動作量が与えられれば、回転角度Ｘ_ＳＴが決定される。

また式（８）を解いて得られた電機子電流Ｉの推定値と、式（９）から得られた誘起電圧定数Ｋ_Ｔの推定値を、式（１０）に代入すれば、モータ２１の発生トルクＴ_ＤＣＭが推定される。

そして、式（７）と式（１０）から式（１１）が得られる。つまり、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１で計測された直流電動機３の電機子電流Ｉ、界磁電流Ｉμ、及び電機子印加電圧Ｖから、負荷トルクＴ_Ｌを推定する推定器（オブザーバ）が得られる。

また、式（８）を離散化すると式（１２）が得られる。

同様に、式（１１）を離散化すると式（１３）が得られる。なお、式（１３）中のｌ_３及びｌ_４はオブザーバフィードバックゲインである。

また、式（９）を離散化すると式（１４）が得られる。

同様に、式（１０）を離散化すると式（１５）が得られる。

さて、上記で説明した推定手法は、モニタ装置８及び診断装置１２で実行されるので、モニタ装置８及び診断装置１２の構成を詳細に説明する。

図３に示すように、モニタ装置８は、電機子電流記憶部３１、界磁電流記憶部３２、電機子電圧記憶部３３、及び通信制御装置３４を備える。

電機子電流記憶部３１、界磁電流記憶部３２及び電機子電圧記憶部３３は、それぞれ、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１で計測された、電機子電流、界磁電流、及び電機子印加電圧の計測値を記憶する装置である。なお、モニタ装置８は所定の時間間隔でサンプリングを行う。つまり、所定の時間間隔で計測を繰り返し、その結果を逐次、電機子電流記憶部３１、界磁電流記憶部３２及び電機子電圧記憶部３３に記憶し、時系列にしたがって蓄積する。

また、通信制御装置３４はモニタ装置８と診断装置１２の間のデータ通信を制御する装置であって、所定のスケジュールに従って、あるいは診断装置１２の求めに応じて、電機子電流記憶部３１、界磁電流記憶部３２及び電機子電圧記憶部３３に記憶された計測データを診断装置１２に転送する。

診断装置１２は、通信制御装置４１、記憶装置４２、誘起電圧・正味電流推定装置４３、誘起電圧定数推定装置４４、回転速度推定装置４５、負荷トルク推定装置４６、健全性判定装置４７及び警報装置４８を備える。

通信制御装置４１はモニタ装置８と診断装置１２の間のデータ通信を制御する装置である。また、記憶装置４２はモニタ装置８から転送された計測データを記憶する装置である。

誘起電圧・正味電流推定装置４３、誘起電圧定数推定装置４４、回転速度推定装置４５、負荷トルク推定装置４６、及び健全性判定装置４７は、記憶装置４２に記憶された計測データを解析して、直流電動機３の回転速度及び直流電動機３に負荷される負荷トルクを推定し、該回転速度又は負荷トルクに基づいて直流電動機３の健全性の有無を判断する装置である。

また、これらの装置はソフトウェア的に実現される。つまり、これらの装置は診断装置１２に所定のプログラムをインストールして、該プログラムを実行することによって機能する。なお、これらの装置の機能は、プログラムの説明において後述する。

また、警報装置４８は健全性判定装置４７が電動弁装置１の健全性が損なわれていると判定した場合、例えば、電動弁装置１の劣化が進行して修理を必要とすると判定した場合、
あるいは電動弁装置１に突発的な異常が発生して修理を必要とすると判定した場合に外部に警報を送出する装置、例えば、警告灯、ブザーなどである。専用の警報装置４８に代えて、診断装置１２に入出力インターフェイスとして備える画像表示装置（不図示）に所定の文字あるいは画像を表示するようにしてもよい。あるいは上位のコンピュータシステム（例えば、プラント全体を監視するシステム）に信号を送出して、その上位のコンピュータシステムが警報を送出するようにしてもよい。

また、モニタ装置８及び診断装置１２は、図４に示すようなコンピュータ５１、すなわち、中央処理装置（ＣＰＵ）５２、記憶装置５３、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５４、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５を備えるコンピュータ５１に所定のプログラムをインストールして構成される。

すなわち、コンピュータ５１をモニタ装置８とする場合は、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１から出力される信号は、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５４を介して入力され、記憶装置５３に記憶される。つまり、記憶装置５３が電機子電流記憶部３１、界磁電流記憶部３２及び電機子電圧記憶部３３として機能する。また、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５を介して、診断装置１２との間で信号の遣り取りを行う。この場合、コンピュータ５１にインストールされた所定の通信プログラムと通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５がモニタ装置８の通信制御装置３４に相当する。

同様に、コンピュータ５１を診断装置１２とする場合は、モニタ装置８から送信された信号は、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５を介してコンピュータ５１に入力され、記憶装置５３に記憶される。つまり、この場合、コンピュータ５１にインストールされた所定の通信プログラムと通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５５が診断装置１２の通信制御装置４１に相当し、コンピュータ５１の記憶装置５３が診断装置１２の記憶装置４２に相当する。

最後に、コンピュータ５１にインストールされて、コンピュータ５１を診断装置１２として機能させる診断プログラムの概略フローを図５を使って説明する。なお、診断装置１２を構成するコンピュータ５１には診断プログラムの他に、通信制御プログラムが必要とされるが、この通信制御プログラムは、周知の一般的な通信制御プログラムと変わるところが無いので、説明を省略する。

診断プログラムは、例えば、診断装置１２に設定された所定のスケジュールに従って定期的に、あるいはオペレータの操作に従って随時、起動される。また、診断プログラムが起動される前に、コンピュータ５１（つまり診断装置１２）には、電機子電流Ｉの計測データＩ（ｋ）（ｋ＝１，２，３，‥‥，ｎ、但しｎはサンプル数、以下同じ）、界磁電流ｉ_μの計測データｉ_μ（ｋ）及び電機子印加電圧Ｖの計測データＶ（ｋ）がモニタ装置８から転送され、記憶装置５３に記憶されている。

そして、診断プログラムが起動されると、中央処理装置５２は記憶装置５３から、計測データＩ（ｋ）、ｉ_μ（ｋ）及びＶ（ｋ）、を読み出す（ステップＳ０１）。

以下、前掲の式（１２）〜式（１５）を利用して、回転速度ω_Ｒ及び負荷トルクＴ_Ｌを推定する。

すなわち、まず、計測データＩ（ｋ）、ｉ_μ（ｋ）及びＶ（ｋ）を式（１２）に代入して、速度外乱Ｋ_Ｔω_Ｒ（ｋ）の推定値（誘起電圧）及び電機子電流Ｉ（ｋ）の推定値（正味の電機子電流）を得る（ステップＳ０２）。

次に、ステップＳ０２で得た速度外乱Ｋ_Ｔω_Ｒ（ｋ）の推定値を式（１４）に代入して、誘起電圧定数Ｋ_Ｔを推定する（ステップＳ０３）。

次に、ステップＳ０２で得られた速度外乱Ｋ_Ｔω_Ｒ（ｋ）の推定値を、ステップＳ０３で得られた誘起電圧定数Ｋ_Ｔの推定値で割って、回転速度ω_Ｒ（ｋ）を得る（ステップＳ０４）。

次に、ステップＳ０２で得られた電機子電流Ｉ（ｋ）の推定値、ステップＳ０３で得られた誘起電圧定数Ｋ_Ｔの推定値、及び界磁電流の計測値ｉ_μ（ｋ）を式（１５）に代入して、発生トルクＴ_ＤＣＭ（ｋ）を推定する（ステップＳ０５）。

次に、ステップＳ０５で得られた発生トルクＴ_ＤＣＭ（ｋ）を式（１３）に代入して、負荷トルクＴ_Ｌ（ｋ）を推定する（ステップＳ０６）。

回転速度ω_Ｒ（ｋ）が所定の閾値ω_Ｃより小さいか、負荷トルクＴ_Ｌ（ｋ）が所定の閾値Ｔ_Ｃより大きければ（ステップＳ０７；Ｙｅｓ）ステップＳ０８に進む。回転速度ω_Ｒ（ｋ）が閾値ω_Ｃ以上、かつ負荷トルクＴ_Ｌ（ｋ）が閾値Ｔ_Ｃ以下であれば（ステップＳ０７；Ｎｏ）、処理を終了する。

なお、閾値ω_Ｃ及び閾値Ｔ_Ｃは、経験的、実験的に定める。例えば、回転速度ω_Ｒ（ｋ）が所定の閾値ω_Ｃを下回ると、プラント全体の健全性に影響が及ぶような閾値ω_Ｃを選ぶ。あるいは、直流電動機３の許容負荷を閾値Ｔ_Ｃに選ぶ。負荷トルクＴ_Ｌ（ｋ）が許容負荷を超えれば直流電動機３が焼損し、電動弁装置１の機能が停止することが予想されるからである。

ステップＳ０７が”Ｙｅｓ”であれば、警報装置４８から警報を外部に送出して（ステップＳ０８）、処理を終了する。

なお、診断装置１２の誘起電圧・正味電流推定装置４３、誘起電圧定数推定装置４４、回転速度推定装置４５、負荷トルク推定装置４６、及び健全性判定装置４７は診断プログラムをコンピュータ５１にインストールすることによって、コンピュータ５１上で実現される。

つまり、診断プログラムのステップＳ０２を実行する時、コンピュータ５１は誘起電圧・正味電流推定装置４３として機能する。同様に診断プログラムのステップＳ０３を実行する時、コンピュータ５１は誘起電圧定数推定装置４４として機能し、ステップＳ０４を実行する時、コンピュータ５１は回転速度推定装置４５として機能する。また、ステップＳ０５及びステップＳ０６を実行する時、コンピュータ５１は負荷トルク推定装置４６として機能し、ステップＳ０７及びステップＳ０８を実行する時、コンピュータ５１は健全性判定装置４７として機能する。

なお、以上説明した実施形態は本発明の具体的な実施形態の例示であって、本発明の技術的範囲は上記実施形態に示された装置方法に限定されない。本発明は特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲において、自由に変形、応用、あるいは改良して実施することができる。

例えば、上記実施形態では直流電動機３で駆動されるゲートバルブを電動弁装置１の例として示したが、本発明の適用対象はゲートバルブには限定されない。バタフライバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、ニードルバルブなどバルブの形式に関係なく、直流電動機３で駆動されるバルブに本発明を適用することができる。

また、上記実施形態ではモニタ装置８と診断装置１２を備えて、モニタ装置８に記憶された計測データを診断装置１２に転送して解析する例を示したが、本発明の装置はこのように構成された装置には限定されない。モニタ装置８を省いて、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１で計測されたデータを直接、診断装置１２で収集するようにしてもよい。あるいは診断装置１２を電動弁装置１の機側に配置して、プラント内で診断を行うようにすることもできる。

また、上記実施形態ではモニタ装置８と診断装置１２の間を通信線で結んだ例、つまりモニタ装置８と診断装置１２の間をオンライン接続した例を示したが、モニタ装置８と診断装置１２の間をオフラインで結んでもよい。例えば、モニタ装置８の内部に着脱可能な記憶媒体を備えて、電機子電流計９、界磁電流計１０、及び電機子電圧計１１で計測されたデータを該記憶媒体に記憶して、必要に応じて該記憶媒体をモニタ装置８から取り外して、診断装置１２に装着して計測データを読み出すようにしてもよい。

また、上記実施形態ではモニタ装置８を電動弁装置１の機側、つまりプラント内に配置して、診断装置１２を該プラントの制御室に配置する例を示したが、診断装置１２を更に遠隔配置するようにしてもよい。例えば、公衆通信回線を介してモニタ装置８と診断装置１２を結んで、電動弁装置１から地理的に離隔した場所で電動弁装置１の健全性を診断するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、直流電動機３の回転速度および負荷トルクを推定する具体的な手法として、式（１）ないし式（１５）の数式を示したが、これらの数式は回転速度および負荷トルクを推定する手法の例示であって、本発明の技術的範囲はこれらの数式を使用する方法や装置には限定されない。

また、上記実施形態では、直流電動機３の回転速度および負荷トルクを推定する手順を記述したプログラムをコンピュータにインストールして、当該コンピュータを診断装置１２として機能させる例、つまり、誘起電圧・正味電流推定装置４３、誘起電圧定数推定装置４４、回転速度推定装置４５、負荷トルク推定装置４６、及び健全性判定装置４７をソフトウェアによって構成する例を示したが、本発明の装置はソフトウェアによって構成される装置には限定されない。誘起電圧・正味電流推定装置４３、誘起電圧定数推定装置４４、回転速度推定装置４５、負荷トルク推定装置４６、及び健全性判定装置４７の全部又は一部を専用のハードウェアで構成した装置も、当然に、本発明の技術的範囲に包含される。

１ 電動弁装置
２ 弁装置本体
３ 直流電動機
４ 駆動部
５ ボデー
６ 弁体
７ ステム
８ モニタ装置
９ 電機子電流計
１０ 界磁電流計
１１ 電機子電圧計
１２ 診断装置
２０ ２慣性系モデル
２１ モータ
２２ 負荷
２３ 伝達バネ
２４ カップリング
３１ 電機子電流記憶部
３２ 界磁電流記憶部
３３ 電機子電圧記憶部
３４ 通信制御装置
４１ 通信制御装置
４２ 記憶装置
４３ 誘起電圧・正味電流推定装置
４４ 誘起電圧定数推定装置
４５ 回転速度推定装置
４６ 負荷トルク推定装置
４７ 健全性判定装置
４８ 警報装置
５１ コンピュータ
５２ 中央処理装置（ＣＰＵ）
５３ 記憶装置
５４ 入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）
５５ 通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）

Claims (14)

1. 電動弁装置を駆動する直流電動機の電機子に供給される電機子電流、前記直流電動機の界磁巻線に供給される界磁電流、及び前記直流電動機の電機子に印加される電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定する推定段階と、
   前記推定段階で推定された前記回転速度又は前記負荷トルクを判断指標として、前記電動弁装置の健全性を診断する診断段階とを有する
   ことを特徴とする電動弁装置の健全性診断方法。
2. 前記診断段階は、前記推定段階で推定された前記回転速度が、所定の基準値を下回る場合に、前記電動弁装置は不健全な状態にあると診断する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁装置の健全性診断方法。
3. 前記診断段階は、前記推定段階で推定された前記負荷トルクが、所定の基準値を上回る場合に、前記電動弁装置は不健全な状態にあると診断する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁装置の健全性診断方法。
4. 前記推定段階は、
   前記電機子電流、前記界磁電流、及び前記電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記電機子に生じる誘起電圧を推定し、 前記誘起電圧の推定値と前記電機子印加電圧の計測値と前記電機子電流の計測値を用いて、観測ノイズを控除した正味の電機子電流を推定する誘起電圧・正味電流推定段階と、
   前記誘起電圧・正味電流推定段階で推定された誘起電圧を積算して誘起電圧積算値を得て、更に前記誘起電圧積算値を前記電機子の回転角度で除して、前記電機子の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出段階と、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁装置の健全性診断方法。
5. 前記推定段階は、さらに、
   前記誘起電圧・正味電流推定段階で推定された前記誘起電圧を前記誘起電圧定数算出段階で算出された前記誘起電圧定数で除して、前記電機子の回転速度を推定する回転速度推定段階を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の電動弁装置の健全性診断方法。
6. 前記推定段階は、さらに、
   前記誘起電圧・正味電流推定段階で推定された前記正味の電機子電流に、前記誘起電圧定数算出段階で算出された誘起電圧定数、及び前記界磁電流の計測値を乗じて、前記直流電動機に負荷される負荷トルクを推定する負荷トルク推定段階を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の電動弁装置の健全性診断方法。
7. 電動弁装置を駆動する直流電動機の電機子に供給される電機子電流、前記直流電動機の界磁巻線に供給される界磁電流、及び前記直流電動機の電機子に印加される電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定する推定手段と、
   前記推定手段で推定された前記回転速度又は前記負荷トルクを判断指標として、前記電動弁装置の健全性を診断する診断手段と、を備える
   ことを特徴とする電動弁装置の健全性診断装置。
8. 前記推定手段は、
   前記電機子電流、前記界磁電流、及び前記電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記電機子に生じる誘起電圧を推定し、 前記誘起電圧の推定値と前記電機子印加電圧の計測値と前記電機子電流の計測値を用いて、観測ノイズを控除した正味の電機子電流を推定する誘起電圧・正味電流推定手段と、
   前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された誘起電圧を積算して誘起電圧積算値を得て、更に前記誘起電圧積算値を前記電機子の回転角度で除して、前記電機子の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出手段とを備える
   ことを特徴とする請求項７に記載の電動弁装置の健全性診断装置。
9. 前記推定手段は、さらに、
   前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記誘起電圧を前記誘起電圧定数算出手段で算出された前記誘起電圧定数で除して、前記電機子の回転速度を推定する回転速度推定手段を備える
   ことを特徴とする請求項８に記載の電動弁装置の健全性診断装置。
10. 前記推定手段は、さらに、
    前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記正味の電機子電流に、前記誘起電圧定数算出手段で算出された誘起電圧定数、及び前記界磁電流の計測値を乗じて、前記直流電動機に負荷される負荷トルクを推定する負荷トルク推定手段を備える
    ことを特徴とする請求項９に記載の電動弁装置の健全性診断装置。
11. コンピュータにインストールされて、当該コンピュータを、
    電動弁装置を駆動する直流電動機の電機子に供給される電機子電流、前記直流電動機の界磁巻線に供給される界磁電流、及び前記直流電動機の電機子に印加される電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記直流電動機の回転速度又は負荷トルクを推定する推定手段と、
    前記推定手段で推定された前記回転速度又は前記負荷トルクを判断指標として、前記電動弁装置の健全性を診断する診断手段と、を備える電動弁装置の健全性診断装置として機能させる
    ことを特徴とするプログラム。
12. 前記推定手段は、
    前記電機子電流、前記界磁電流、及び前記電機子印加電圧の計測値に基づいて、前記電機子に生じる誘起電圧を推定し、 前記誘起電圧の推定値と前記電機子印加電圧の計測値と前記電機子電流の計測値を用いて、観測ノイズを控除した正味の電機子電流を推定する誘起電圧・正味電流推定手段と、
    前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された誘起電圧を積算して誘起電圧積算値を得て、更に前記誘起電圧積算値を前記電機子の回転角度で除して、前記電機子の誘起電圧定数を算出する誘起電圧定数算出手段を備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載のプログラム。
13. 前記推定手段は、さらに、
    前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記誘起電圧を前記誘起電圧定数算出段階で算出された前記誘起電圧定数で除して、前記電機子の回転速度を推定する回転速度推定手段を備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載のプログラム。
14. 前記推定手段は、さらに、
    前記誘起電圧・正味電流推定手段で推定された前記正味の電機子電流に、前記誘起電圧定数算出手段で算出された誘起電圧定数、及び前記界磁電流の計測値を乗じて、前記直流電動機に負荷される負荷トルクを推定する負荷トルク推定手段を備える
    ことを特徴とする請求項１３に記載のプログラム。

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