JP2012113581A

JP2012113581A - 流量制御システムの異常監視方法

Info

Publication number: JP2012113581A
Application number: JP2010263142A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yamazaki; 拓也山崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】本発明では、発振器単体の校正や精度確認のみでは発見できない導圧管からの圧力漏れや導圧管内の詰り等を流量制御システム系の異常として発見することを目的とする。
【解決手段】管内の流体の流量設定値（６）と差圧式流量計（３）で測定される流量実績値（７）との偏差を求め、該偏差を用いて流量調節弁（５）を制御する流量制御システムの異常監視方法において、前記管内を流れる最大流量に対する前記流量実績値との割合（％）と、前記流量調節弁（５）への開度指令値（％）（８）との差の絶対値を求め、該絶対値が所定のしきい値を超えていれば、前記流量制御が異常であると判定することを特徴とする流量制御システムの異常監視方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、管内を流れる流体の流量制御システムの異常監視方法に関する。

工場等で、管内を流れる流体の流量の測定を差圧式流量計を用いて行う場合には、通常、この差圧式流量計の保守点検を定期的に行い、校正や精度確認が行なわれている。一方、差圧式流量計を工場内において用いる場合にも同様に、差圧式流量計の異常を工場内で監視することは、一般に行われている。

また、測定流量が正確かどうかを判断する上で、さらに差圧式流量計を併設し、あるいは電磁流量計等の別方式の流量計をさらに設置するなどして、複数の流量計で測定された数値を比較する方法が考えられる。また、流量調節弁の動作不良を発見する方法としては開度計を付け、その開度を監視する方法も考えられる。

また、特許文献１は、通信媒体を介して接続されるフィールド機器であって、データまたは信号を送受信する送受信手段と、他のフィールド機器からの情報を受信しこの受信した情報に基づいてフィールド機器自身、他のフィールド機器またはプロセス・ループの運転状態を診断する診断手段とを備えることを特徴とするフィールド機器について開示されている。

しかし、フィールド機器側で診断機能を保有させる方法は、極めて高価となり、一般の工場で使用するには困難である。

特許文献２には、測定流体の流量を制御する弁と、該弁の弁開度を制御するポジショナと、前記弁により制御された前記測定流体の流量を検出する流量計本体とを具備する流量計の異常検出装置において、予め使用条件下において弁開度と流量との関係がキャリブレーションされた弁と、ポジショナで検出或いは設定された弁の開度からキャリブレーション結果に基づき推定される第１の測定流量値と前記流量計本体で検出された第２の測定流量値の差から当該流量計装置の系の異常の有無を判断する判断手段とを具備したことを特徴とする流量計の異常検出装置が開示されている。

特開２００２−６２９３３号公報特開平８−８２５３７号公報

しかし、これら方法では、差圧式流量計の発信器単体の校正や精度確認のみを実施するので、導圧管からの圧力漏れや導圧管内の詰りは発見できず指示が誤りか判定できない。また、差圧式流量計をもう１式設置し、あるいは電磁流量計等の別方式の流量計をもう１式設置する方法では、これらの流量計のどちらが正しいかの判断がつかない等の問題も生じる。また、奇数の流量計を準備することが考えられるが、最低３台の設置が必要となり、設備費の増大やメンテナンスの負荷が生ずる。

流量調節弁の動作不良を発見する方法としては開度計を取り付ける方法があるが、開度計の故障や開度計の設備費、メンテナンス費が必要でありコスト増大の問題点がある。

本発明では、発振器単体の校正や精度確認のみでは発見できない導圧管からの圧力漏れや導圧管内の詰り等を流量制御システム系の異常として発見することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、本発明の具体的構成を以下に示す。
［１］管内の流体の流量設定値（６）と差圧式流量計（３）で測定される流量実績値（７）との偏差を求め、該偏差を用いて流量調節弁（５）を制御する流量制御システムの異常監視方法において、
前記管内を流れる最大流量に対する前記流量実績値との割合（％）と、
前記流量調節弁（５）への開度指令値（％）（８）との差の絶対値を求め、
該絶対値が所定のしきい値を超えていれば、前記流量制御が異常であると判定することを特徴とする流量制御システムの異常監視方法。
［２］前記管内の圧力により、前記流量設定値を補正することを特徴とする［１］に記載の流量制御システムの異常監視方法。

本発明は、当該系統に流れる最大流量に対する流量実績値の割合と流量制御に用いられている流量調節弁への開度指令を比較することによって流量指示値あるいは流量調節弁に異常が無いか監視するようにしたので、差圧式流量計の異常だけでなく、導圧管の漏れ等も含めた流量計計測システムの異常や流量調節弁の動作不良等、流量制御システムトータルでの異常を発見出来るようになる。

また、流量制御の設定値に被測定流体の圧力による補正を加えた値と流調弁の開度または流調弁への開度指令によって流量指示値に異常が無いかを監視することで、被測定物の圧力変動が生じた場合でも流量計発信器単体の異常だけでなく、導圧管の漏れ等も含めた流量計システムトータルでの異常を発見出来るようになる。

本発明の一実施例を示す概要図である。本発明の一実施例を示す異常判定ブロック図である。本発明の一実施例を示す異常判定ブロック図である（圧力補正を行った場合）。

以下、本発明の実施の形態を主として図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例を表す概念図である。

本発明は、管内の流体の流量設定値（６）と差圧式流量計（３）で測定される流量実績値（７）との偏差を求め、該偏差を用いて流量調節弁（５）を制御する流量制御システムの異常監視方法を前提としている。

本発明は、対象となる流体は管内を流れる気体や液体であれば適用できる。管内を流れる最大流量は、計測制御システム設計時にあらかじめ決められているが、不明な場合でも計算または実際の測定により求めることができる。また、流量実績値は差圧式流量計（３）にて計測するから、管内を流れる最大流量に対する前記流量実績値との割合（％）を求めることができる。

管内を流れる最大流量（Ｆｍａｘ；１２）に対する流量設定値（ＳＶ：６）の割合ＭＶｃａｌは、ＭＶｃａｌ＝ＳＶ／Ｆｍａｘ×１００［％］と求められる。この値と流量制御装置（４）からの流量調節弁（５）への開度指令値［％］（ＭＶ；８）との差を求め、この求めた差の絶対値が所定のしきい値α（異常判定値とも称する。）超えの場合は、流量制御システムの流量計単体の故障、或いは導圧管の詰り等による流量計の誤指示、又は流量調節弁の動作不良が発生したと判断する。このことより、異常の発見が早期にできるようになる。

ここで、流量調節弁（５）への開度指令値（％）（８）と、最大流量に対する前記流量実績値との割合（％）との差は、流量制御システムが正常な時の調節弁開度と流量実績に対して、どの程度ずれているかを意味する値であり、この絶対値が所定のしきい値を超えていれば異常であると判断できる。所定のしきい値は事前に定めることができる数値であり、異常判定値とも呼ばれることがある。

本発明で流量制御システムが異常であるとは、流量計または流量調節弁（５）に異常が発生したような場合をいい、具体的には、流量計単体の故障、または導圧管（２）の詰り等による流量計の誤指示、或いは流量調節弁（５）の動作不良が発生したことが挙げられる。

また、管内の流体の圧力が設計値よりも大きい場合には、同じ流量調節弁（５）の開度でも設計値の圧力時より流体は多く流れる。また、管内の流体の圧力が設計値よりも小さい場合は、同じ流量調節弁の開度でも設計値の圧力時より流れる流量は少なくなる。このように、管内の圧力が変動した場合、流量調節弁の開度と流量実績値（７）の関係が変わってしまい、上述した異常判定のみでは判定が困難になる。そこで、管内の圧力変動の影響を受けずに流量計の異常を検出するには、圧力補正を行うことが好ましい。圧力補正の具体的な方法は実施例の項にて後述する。

本発明によれば、差圧式流量計（３）と流量調節弁（５）からなる流量制御ループにおいて、管内を流れる最大流量に対する流量設定値の割合と流量調節弁の開度または開度指令が、予め決められた範囲内に無い場合は、流量計の指示値が異常、または流量調節弁の動作不良と判断する。さらに、披測定物の同一配管の圧力と基準圧力（例えば設計値）の比を流量設定値へ補正することにより、披測定物の圧力変動発生時も安定して流量監視が可能となる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実施例１は、図２の本発明の一実施例を示す異常判定ブロック図に基づいた場合の発明の実施の形態である。

管内に最大流量Ｆｍａｘ＝１，０００ｍ^３／ｈで流れる気体の流量制御系において、流量制御の設定値（ＳＶ）＝５００ｍ^３／ｈの時、流量制御装置（４）は流量調節弁に対して流量実績（ＰＶ）＝５００ｍ^３／ｈとなるように開度指令を与える。

ここで、管内の圧力が設計値どおりに圧力制御されているとき、Ｆｍａｘ＝１，０００ｍ^３／ｈに対して設定値（ＳＶ）＝５００ｍ^３／ｈなので、理想的な流量調節弁への開度指令（ＭＶｃａｌ）＝５００／１０００×１００［％］＝５０％となる。

ここで、異常判定値α＝１０％とし、｜ＭＶｃａｌ−ＭＶ｜を逐次計算し異常判定値α超えとならないかを監視する。

今、何らかの原因で差圧式流量計の導圧管から圧力漏れが発生し差圧が高くなった場合、流量計の指示値ＰＶは実際の流量よりも高く表示することになる。流量制御装置（４）は、流量計からの指示値（ＰＶ）を信じて指示値（ＰＶ）が設定値（ＳＶ）になるように流調弁へ開度指令（ＭＶ）を出力するため、開度指令ＭＶが５０％よりも小さくなる。ここで、｜ＭＶｃａｌ−ＭＶ｜≦αの条件が未達となったところで、アラーム出力を行うことにより、流量計システムの異常を発見できる。

次に、圧力補正を行った場合の実施例について説明する。実施例２は、図３の本発明の一実施例を示す圧力補正を行った場合の異常判定ブロック図に基づいた場合の発明の実施の形態である。

管内に最大１，０００ｍ^３／ｈ流れる気体の流量制御系において、流量制御の設定値ＳＶ＝５００ｍ^３／ｈの時、流量制御装置（４）は流量調節弁に対して流量実績ＰＶ＝５００ｍ^３／ｈとなるように開度指令を与える。ここで、管内の圧力が設計値どおり（Ｐ＝Ｐ０）に圧力制御されているとき、最大１，０００ｍ^３／ｈに対してＳＶ＝５００ｍ^３／ｈなので、流調弁への開度指令はＭＶ＝５０％となるはずである。

今、何らかの原因で差圧式流量計の導圧管から圧力漏れが発生し差圧が高くなった場合、流量計の指示値は実際の流量よりも高く表示することになる。流量制御装置（４）は、流量計からの指示値に基づいて、指示値が設定値になるように流量調節弁へ開度指令を出力するため、開度指令が５０％よりも小さくなる。
所定のしきい値（異常判定値）α＝１０とした場合、設定値５０％のときの異常判定値は４０〜６０％超えとなり、開度指令値が４０％未満となったところで、アラーム出力を行うことにより、早期に流量計の異常を発見できる。

また、上記流量制御の状態（流量制御の設定値ＳＶ＝５００ｍ^３／ｈ）において、管内の圧力に変動が発生する。ここで、Ｐ_０を設計時の圧力値、Ｐを実測値とすると、実測値が設計時の圧力値よりも低い圧力例えば、（Ｐ_０／Ｐ＝１．２）となった場合は、流量が設計どおりに流れないため、流量制御システムは設定値ＳＶ＝５００となるべく流調弁へ開度指令値（ＭＶ値）をさらに大きくする。ここで、流量と差圧の関係は、自乗特性であるので、設定値ＳＶに√（１．２）を乗じ補正後の設定値（ＳＶ１）＝５４７．７としてから、５４７．７／１０００＝５４．８％としてＭＶ値と比較する。これにより、圧力が変動した場合の理想的な調節弁開度と流量の比較ができることになる。このことから、圧力変動を考慮した流量計システムトータルの異常判定が可能となる。

なお、これら実施例では差圧式流量計を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、電磁流量計や超音波流量計等のあらゆる流量計の異常診断に用いてもよい。

１オリフィス
２導圧管
３差圧式流量計発信機
４流量制御装置
５流量調節弁
６流量設定値
７流量実績値
８流量調節弁開度指令値
９圧力実績値
９ｂ設計時の圧力（基準圧力）
１０差圧圧力計
１１異常判定値
１２最大流量
１３流量調節弁開度指令値計算値
１４補正後の流量設定値

Claims

管内の流体の流量設定値（６）と差圧式流量計（３）で測定される流量実績値（７）との偏差を求め、該偏差を用いて流量調節弁（５）を制御する流量制御システムの異常監視方法において、
前記管内を流れる最大流量に対する前記流量実績値との割合（％）と、
前記流量調節弁（５）への開度指令値（％）（８）との差の絶対値を求め、
該絶対値が所定のしきい値を超えていれば、前記流量制御が異常であると判定することを特徴とする流量制御システムの異常監視方法。
前記管内の圧力により、前記流量設定値を補正することを特徴とする請求項１に記載の流量制御システムの異常監視方法。