JP2011220451A - 電動弁のパルス駆動装置およびこれを備えた電動弁の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】電動弁に送信される駆動パルス数に基づいて電動弁の寿命を正確に把握するとともに、電動弁の動作状況を逐次把握し、動作状況に応じて警報を発し、電動弁の故障を未然に防ぐことのできる電動弁のパルス駆動装置を提供する。
【解決手段】電動弁を駆動させるためのパルス駆動装置であって、パルス駆動装置に入力された弁開度信号を駆動パルスに変換する演算手段と、駆動パルスに基づいて、電動弁を駆動させるための駆動回路とを備え、演算手段が、電動弁の駆動に関する駆動履歴を記憶する記憶手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体製造装置用チラー、恒温槽などの精密な温調が要求される装置に使用される電動弁を開閉制御するためのパルス駆動装置に関し、より具体的には、交換やメンテナンスのために必要となる電動弁の寿命を正確に把握することのできるパルス駆動装置およびこれを備えた電動弁の制御システムに関する。

ステッピングモーターを用いた電動弁は、精密な開閉制御を行うことができるため、例えば、図７に示すようなシステムによって、半導体製造装置用チラーや恒温槽などの精密な温調が要求される装置に使用されている（特許文献１、２）。図７に示す電動弁の制御システム１００では、制御装置１０４からの制御信号に基づいて、パルス駆動装置１０２から電動弁１０６に駆動パルスが送信されるように構成されている。

このような精密な温調が要求される装置に用いられる電動弁１０６は、開閉制御が頻繁に行われたり、また、電動弁１０６として高負荷な状態である全閉点近辺での制御が頻繁に行われたりする場合には、電動弁１０６の機械的な寿命を短期間で超えてしまうことがある。

このため、電動弁１０６の交換やメンテナンスを行うために、電動弁１０６の寿命を把握する必要がある。電動弁１０６の寿命を判断するためには、電動弁１０６の動作時間を制御装置１０４において計数し、制御装置１０４に接続された記憶手段１０８に動作時間を逐次記憶しておくことによって、電動弁１０６の動作時間が所定値に達したときに電動弁１０６の交換が行われていた。

特開２００３−３２９６９８号公報 特開２００８−２８６４６４号公報 特開平３−９０９８８号公報

しかしながら、従来のように、電動弁の寿命を動作時間だけによって判断した場合、電動弁の動作状況や電動弁への負荷のかかり方によっては、事前に定めた所定時間に達する前に、電動弁が寿命を超えてしまうことがあった。

本発明はこのような現状を鑑み、電動弁に送信される駆動パルス数に基づいて電動弁の寿命を正確に把握するとともに、電動弁の動作状況を逐次把握し、動作状況に応じて警報を発し、電動弁の故障を未然に防ぐことのできる電動弁のパルス駆動装置およびこれを備えた電動弁の制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、本発明の電動弁のパルス駆動装置は、電動弁を駆動させるためのパルス駆動装置であって、
前記パルス駆動装置に入力された弁開度信号を駆動パルスに変換する演算手段と、
前記駆動パルスに基づいて、前記電動弁を駆動させるための駆動回路と、を備え、
前記演算手段は、前記電動弁の駆動に関する駆動履歴を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする。

また、本発明の電動弁のパルス駆動装置は、前記駆動履歴が、少なくとも駆動パルス数を含むことを特徴とする。

また、本発明の電動弁のパルス駆動装置は、前記駆動履歴が、少なくとも電動弁の反転回数、電動弁の着座回数、電動弁の弁開度、電動弁の位置情報のいずれかを含むことを特徴とする。

また、本発明の電動弁のパルス駆動装置は、前記パルス駆動装置が、警報出力回路を備え、
前記駆動パルス数が所定回数を超えた場合に、前記警報出力回路から警報を発するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の電動弁のパルス駆動装置は、前記演算手段において、電動弁の弁開度または位置情報に基づいて、電動弁の着座回数が所定の回数を超えた場合に、前記警報出力回路から警報を発するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の電動弁のパルス駆動装置は、前記パルス駆動装置が、通信手段を備え、
前記通信手段を介してモニタ端末が接続され、
前記モニタ端末によって、前記記憶手段に記憶された駆動履歴を読み取ることができるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の電動弁のパルス駆動装置は、前記電動弁が、ステッピングモーターを用いた電動弁であることを特徴とする。

また、本発明の電動弁の制御システムは、上述するいずれかの電動弁のパルス駆動装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電動弁を駆動するための駆動パルスを出力している駆動装置に、駆動パルス数を計数・記憶する手段を設けているため、駆動パルス数を正確に計数することができ、電動弁の寿命を正確に把握することができる。

また、本発明によれば、電動弁の寿命を把握するための駆動履歴が、パルス駆動装置の記憶手段に記憶されているため、既存の電動弁の制御システムのパルス駆動装置を、本発明のパルス駆動装置に交換するだけで、簡便に電動弁の寿命を正確に把握することのできる電動弁の制御システムとすることができる。

図１は、本発明の電動弁のパルス駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。 図２は、図１のパルス駆動装置を用いて電動弁の制御を行うシステムの一例を示す概略構成図である。 図３は、１−２相励磁方式により駆動する電動弁に出力される出力パターンを表と出力波形で対応させた図である。 図４は、電動弁を逆動作（ＲＡ動作）させる場合の入力−出力特性図である。 図５は、電動弁を順動作（ＤＡ動作）させる場合の入力−出力特性図である。 図６は、モニタ端末に表示される画面の一例を示す図である。 図７は、電動弁の制御を行う従来のシステムを示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面に基づいてより詳細に説明する。

図１は、本発明の電動弁のパルス駆動装置の構成を示すシステムブロック図、図２は、図１のパルス駆動装置を用いて電動弁の制御を行う制御システムの一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、本発明のパルス駆動装置１０は、Ｉ／Ｖ変換回路１２、演算増幅回路１４、起動入力回路１６、演算手段としてのマイクロコンピュータ１８、警報出力回路２０、電源回路２２、駆動回路２４、通信手段２６を備えている。

また、図１、２に示すように、電動弁の制御システム１１としては、パルス駆動装置１０が、Ｉ／Ｖ変換回路１２を介して制御装置２８と接続されており、また、駆動回路２４を介して電動弁３０と接続されている。さらには、パルス駆動装置１０は、通信手段２６を介して、例えば、パーソナルコンピュータやタッチパネル・コンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などのモニタ端末３２と接続されている。

なお、Ｉ／Ｖ変換回路１２は、制御装置２８から送信される電動弁の開度に関する信号（弁開度信号）電流を、電圧に変換して演算増幅回路１４に出力する。演算増幅回路１４では、Ｉ／Ｖ変換回路１２から出力された弁開度信号電圧を、マイクロコンピュータ１８に適した電圧値に変換し、マイクロコンピュータ１８に出力する。

マイクロコンピュータ１８は、Ａ／Ｄ変換回路３４、演算部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）３６、Ｉ／Ｏ回路３８、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０、ＲＡＭ（Random Access memory）４２、記憶手段４４から構成されている。マイクロコンピュータ
１８に入力された弁開度信号電圧は、Ａ／Ｄ変換回路３４によって、アナログ信号からデジタル信号に変換される。

このデジタル信号に変換された弁開度信号に基づいて、ＣＰＵ３６において電動弁を駆動させるための駆動パルスに変換し、Ｉ／Ｏ回路３８、駆動回路２４を介して電動弁３０の弁開度の制御を行っている。

なお、駆動回路２４から出力される駆動パルスは、電動弁３０の種類に応じて適宜変更することができるが、例えば、電動弁３０が１−２相励磁方式のステッピングモーターを用いた電動弁である場合、図３に示すような励磁パターンに従って駆動パルスの出力がなされる。なお、本実施例では、駆動パルス数としては、電動弁３０のステッピングモーターの１ステップ回転分を、１パルスとして計数している。例えば、図３における励磁パターン１〜８が駆動回路２４から出力された場合には、８パルスとして計数する。

また、駆動パルスをＩ／Ｏ回路３８を介して出力すると同時に、記憶手段４４に駆動パルス数が記憶される。このように、駆動パルスの出力と同時に、パルス駆動装置１０に設けられた記憶手段４４に、その駆動パルス数を記憶することによって、電動弁の駆動に関する駆動履歴として、駆動パルス数を正確に計数、記憶することができる。

なお、記憶手段４４には、駆動パルス数だけではなく、例えば、電動弁の寿命に影響を及ぼす駆動履歴として、反転回数や着座回数、弁開度、弁位置情報などを記憶することも
できる。

また、ＲＯＭ４０には、例えば、弁開度信号を駆動パルスに変換するためのプログラムや、駆動パルス数を計数し記憶手段４４に記憶させるためのプログラムなどが事前に書き込まれている。

また、ＲＡＭ４２には、ＲＯＭ４０に事前に書き込まれたプログラムをＣＰＵ３６で実行するために必要となる一時記憶として用いられている。

なお、本実施例において、記憶手段４４は、マイクロコンピュータ１８内に作り込まれたメモリを用いているが、例えば、マイクロコンピュータ１８外に備えられたメモリやハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブなどを用いても構わない。

また、起動入力回路１６は、制御装置２８から送信される電動弁の制御を行うシステムが動作をしているか否かに関する起動信号をマイクロコンピュータ１８に入力するように構成されている。

また、電源回路２２は、外部電源（図示せず）から、マイクロコンピュータ１８を動作させるために必要な電圧を作りだし、マイクロコンピュータ１８に電源電圧を出力している。

また、警報出力回路２０は、マイクロコンピュータ１８のＩ／Ｏ回路３８と接続されており、後述するように、マイクロコンピュータ１８から警報信号が出力された場合には、例えば、音、光、振動などの手段により警報を発する。なお、警報出力回路２０とモニタ端末３２を、通信手段２６を介して接続することによって、モニタ端末３２に警報を表示するように構成することもできる。

なお、マイクロコンピュータ１８から警報信号が出力される場合としては、例えば、電動弁３０の弁開度や位置情報から、電動弁の着座回数が所定の回数を超えた場合や、駆動パルス数が所定回数を超えた場合などがある。特に、駆動パルス数が所定回数を超えた場合に電動弁３０の寿命を超えたと判断することによって、寿命警報を発することができ、電動弁の寿命を正確に把握でき、電動弁の故障を未然に防ぐことができる。

また、通信手段２６は、マイクロコンピュータ１８の記憶手段４４に記憶された駆動パルス数などの駆動履歴を、モニタ端末３２で読み取るための通信を行うために用いられている。なお、通信手段２６としては、例えば、ＲＳ−２３２、ＵＳＢ（Universal Serial
Bus）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース）、イーサネット(登録商標)（有線ＬＡＮ：Local Area Networkなど）、無線ＬＡＮ、インターネットなど、有線・無線を問わず一般的な通信手段を用いることができる。

また、駆動回路２４では、マイクロコンピュータ１８から出力された駆動パルスに基づいて、電動弁３０を駆動させ、弁開度の制御を行っている。

以下、電動弁３０の弁開度の制御について、図４、５に基づいて具体的に説明をする。

マイクロコンピュータ１８のＲＯＭ４０には、例えば、図４若しくは図５に示すような、弁開度信号電圧と駆動パルス数の関係を示すデータが記憶されている。

図４は、電動弁３０を逆動作（ＲＡ動作）、すなわち、制御装置２８から送信される弁開度信号電流が小さい場合には弁開状態となり、弁開度信号電流が大きい場合には弁閉状
態となるように動作させる場合の入力−出力特性図である。なお、図４の入力−出力特性図では、説明のため、弁開度信号電圧ではなく、Ｉ／Ｖ変換回路１２で変換される前の弁開度信号電流を使って記載している。

本実施例において、制御装置２８から送信される弁開度信号電流は、４〜２０ｍＡの電流として駆動装置１０に送信される。

図４に示す入力−出力特性図に基づいて、駆動パルス数を決定する場合、制御装置２８から４ｍＡの電流が送信された場合には、マイクロコンピュータ１８は駆動回路２４に駆動パルスを６５６パルス出力するように命令信号を送信する。

この場合、電動弁３０は弁開度１００％、すなわち、全開状態となる。

一方で、制御装置２８から２０ｍＡの電流が送信された場合には、マイクロコンピュータ１８は駆動回路２４に駆動パルスを０パルス出力するように、すなわち、駆動パルスを出力しないように命令信号を送信する。

この場合、電動弁３０は弁開度０％、すなわち、全閉状態となる。

なお、入力−出力特性において、４〜２０ｍＡの弁開度信号電流と駆動パルス数は相関関係を有しているため、弁開度信号電流が大きくなれば出力される駆動パルス数が少なくなる、すなわち弁開度が小さくなるようになっている。

一方で、図５は、電動弁３０を順動作（ＤＡ動作）、すなわち、制御装置２８から送信される弁開度信号電流が小さい場合には弁閉状態となり、弁開度信号電流が大きい場合には弁開状態となるように動作させる場合の入力−出力特性図である。なお、図５の入力−出力特性図でも、説明のため、弁開度信号電圧ではなく、Ｉ／Ｖ変換回路１２で変換される前の弁開度信号電流を使って記載している。

本実施例においても、制御装置２８から送信される弁開度信号電流は、４〜２０ｍＡの電流として駆動装置１０に送信される。

図５に示す入力−出力特性図に基づいて、駆動パルス数を決定する場合、制御装置２８から４ｍＡの電流が送信された場合には、マイクロコンピュータ１８は駆動回路２４に駆動パルスを０パルス出力するように、すなわち、駆動パルスを出力しないように命令信号を送信する。

この場合、電動弁３０は弁開度０％、すなわち、全閉状態となる。

一方で、制御装置２８から２０ｍＡの電流が送信された場合には、マイクロコンピュータ１８は駆動回路２４に駆動パルスを６５６パルス出力するように命令信号を送信する。

この場合、電動弁３０は弁開度１００％、すなわち、全開状態となる。

なお、入力−出力特性において、４〜２０ｍＡの弁開度信号電流と駆動パルス数は相関関係を有しているため、弁開度信号電流が大きくなれば出力される駆動パルス数が多くなる、すなわち弁開度が大きくなるようになっている。

このように、図４に示す逆動作（ＲＡ動作）の入力−出力特性、および、図５に示す順動作（ＤＡ動作）の入力−出力特性をそれぞれＲＯＭ４０に記憶させておくことによって
、例えば、切り替えスイッチ（図示せず）などによって、電動弁３０の動作方式を容易に切り替えることができる。このため、電動弁３０に流れ込むガスがホットガス等の場合には逆動作（ＲＡ動作）とし、冷媒等の場合には順動作（ＤＡ動作）とするなど、電動弁３０が用いられるシステムの種類によらず本発明のパルス駆動装置１０を用いることができる。

図６は、モニタ端末３２に表示される画面の一例を示す図である。

図６に示すモニタ画面表示では、電動弁３０に出力されたパルス数４６、電動弁３０の反転回数や着座回数などの履歴４８、現在の電動弁の開度５０、警報出力回路２０によって発せられた警報５２、現在の動作方式５４、制御装置２８から送信されている弁開度信号電流の電流値５６が表示されている。

このモニタ端末３２では、マイクロコンピュータ１８に通信手段２６を介して任意のデータを読み出す指令を送ることで駆動履歴や、警報出力回路２０から送信される警報を読み取り、図６に示すモニタ画面表示のように表示している。

また、符号５８で示す「ロギングデータ保存」のチェックボックスにチェックを入れておくことによって、モニタ端末３２が受信した駆動履歴が、モニタ端末３２の記憶装置（図示せず）に一定時間ごとに保存されるようになっている。

また、符号６０で示す「開度」に、電動弁３０の所望の開度を入力して、送信ボタン６０ａをクリックすることによって、モニタ端末３２からマイクロコンピュータ１８へ駆動データが送信される。この駆動データをマイクロコンピュータ１８が受信すると、駆動データに含まれる電動弁３０の開度に応じて、駆動パルスを出力し、駆動回路２４を介して電動弁３０の制御が行われる。

また、符号６２で示す「パルスレート」に、電動弁３０の所望の動作速度を入力して、送信ボタン６２ａをクリックすることによって、モニタ端末３２からマイクロコンピュータ１８へ駆動速度データを決定する。

以上、本発明の電動弁のパルス駆動装置の好ましい実施の態様を説明してきたが、このようなパルス駆動装置が用いられる電動弁としては、上述する半導体製造装置用チラーや恒温槽などの精密な温調が要求される装置に使用される電動弁には限らず、例えば、冷凍サイクルシステム、冷凍庫用のダンパー、エアコン用のルーバーなどに使用される電動弁であっても構わないなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０ パルス駆動装置
１１ 制御システム
１２ Ｉ／Ｖ変換回路
１４ 演算増幅回路
１６ 起動入力回路
１８ マイクロコンピュータ
２０ 警報出力回路
２２ 電源回路
２４ 駆動回路
２６ 通信手段
２８ 制御装置
３０ 電動弁
３２ モニタ端末
３４ Ａ／Ｄ変換回路
３６ ＣＰＵ
３８ Ｉ／Ｏ回路
４０ ＲＯＭ
４２ ＲＡＭ
４４ 記憶手段
４６ パルス数
４８ 履歴
５０ 開度
５２ 警報
５４ 動作方式
５６ 電流値
５８ ロギングデータ保存
６０ 開度
６０ａ 送信ボタン
６２ パルスレート
６２ａ 送信ボタン
１００ 制御システム
１０２ パルス駆動装置
１０４ 制御装置
１０６ 電動弁
１０８ 記憶手段

Claims (8)

1. 電動弁を駆動させるためのパルス駆動装置であって、
   前記パルス駆動装置に入力された弁開度信号を駆動パルスに変換する演算手段と、
   前記駆動パルスに基づいて、前記電動弁を駆動させるための駆動回路と、を備え、
   前記演算手段は、前記電動弁の駆動に関する駆動履歴を記憶する記憶手段を備えていることを特徴とする電動弁のパルス駆動装置。
2. 前記駆動履歴が、少なくとも駆動パルス数を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動弁のパルス駆動装置。
3. 前記駆動履歴が、少なくとも電動弁の反転回数、電動弁の着座回数、電動弁の弁開度、電動弁の位置情報のいずれかを含むことを特徴とする請求項２に記載の電動弁のパルス駆動装置。
4. 前記パルス駆動装置が、警報出力回路を備え、
   前記駆動パルス数が所定回数を超えた場合に、前記警報出力回路から警報を発するように構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電動弁のパルス駆動装置。
5. 前記演算手段において、電動弁の弁開度または位置情報に基づいて、電動弁の着座回数が所定の回数を超えた場合に、前記警報出力回路から警報を発するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の電動弁のパルス駆動装置。
6. 前記パルス駆動装置が、通信手段を備え、
   前記通信手段を介してモニタ端末が接続され、
   前記モニタ端末によって、前記記憶手段に記憶された駆動履歴を読み取ることができるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電動弁のパルス駆動装置。
7. 前記電動弁が、ステッピングモーターを用いた電動弁であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電動弁のパルス駆動装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のパルス駆動装置を備えた電動弁の制御システム。