JP2015209934A - バルブ遠隔操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁に供給する空気圧信号の分岐を不要にして空気配管をコンパクトにまとめることができるバルブ遠隔操作装置を実現すること。
【解決手段】既設の手動バルブの手動操作部に空気圧を駆動源とする空気モータの出力軸を機械的に連結し、前記手動バルブを遠隔操作するように構成されたバルブ遠隔操作装置において、
接点情報端末部と接点情報操作部との間で無線を介して授受される操作信号により操作される空気供給電磁弁と方向選択電磁弁がカスケードに接続され、
前記空気モータを回転駆動する空気圧が前記方向選択電磁弁を介して供給されることを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バルブ遠隔操作装置に関し、既設バルブの遠隔操作に有効な装置に関するものである。

たとえば工場プラントで使用されているタンク元弁は、地震や津波などの災害発生時には、プラント設備の安全維持や、タンク貯蔵危険物の流出を防止するために、迅速に閉じる必要がある。そして、プラント設備の安全が確認できて運転を再開する場合には、タンク元弁を開けることになる。

ところで、タンク元弁として手動バルブが設けられている場合には、作業者が設置現場に出向いて、手動操作で開閉しなければならない。このため、プラントの規模や構成によっては、タンク元弁の手動操作が現実的ではなくなる場合もある。

そこで、たとえば図１０に示すように、既設の手動バルブ１０に空気圧を駆動源とする空気モータを用いた自動開閉器２０を付加することにより、遠隔操作監視を実現することが実用化されている。

図１０において、自動開閉器２０は、空気圧を駆動源とする空気モータ２１と、空気モータ２１を駆動する空気圧の供給回路を切り換えることにより回転方向を切り換える制御切換弁２２とで構成されている。空気モータ２１の出力軸２１ａは、手動バルブ１０の手動操作部１１に機械的に連結されている。

自動開閉器２０には、空気源３０と、自動開閉器２０の操作システム４０を構成する操作パネル４１が接続されている。空気源３０は、これら自動開閉器２０および操作パネル４１に、駆動用空気圧および制御用空気圧を供給する。

さらに、自動開閉器２０には、手動バルブ１０が開側リミット位置に達したら切り換える開側リミットスイッチや、閉側リミット位置に達したら切り換える閉側リミットスイッチ、開側リミットスイッチからの空気圧により空気モータへの回路を切り換える開側切換弁、閉側リミットスイッチからの空気圧により空気モータへの回路を切り換える閉側切換弁などが設けられているが、図示しない。

操作システム４０は、操作パネル４１と、計器室４２と、これら操作パネル４１と計器室４２を接続する制御信号線４３などで構成されている。

操作パネル４１には、計器室４２から入力される電磁弁開信号または電磁弁閉信号により自動開閉器２０の制御切換弁２２を切り換えて空気モータ２１に供給する空気圧の開閉操作を行う電磁弁、レバー操作により手動バルブ１０の設置現場での操作と計器室５３ａからの遠隔操作とを切り換える操作切換バルブ、レバー操作により空気回路を切り換えて空気モータに供給する空気圧の開閉操作を行う開閉操作バルブ、自動開閉器２０の開側切換弁に制御用空気圧を出力する開側シャトルバルブ、自動開閉器２０の閉側切換弁に制御用空気圧を出力する閉側シャトルバルブ、開側リミットスイッチの動作状態を表示する開表示エアーランプ、閉側リミットスイッチの動作状態を表示する閉表示エアーランプなどが設けられているが、図示しない。

このような構成において、操作パネル４１に設けられている操作切換バルブが計器室４２からの遠隔操作に切り換えられて、計器室４２から操作パネル４１に入力される電磁弁開信号がＯＮになって操作パネル４１に設けられている電磁弁が開側に動作すると、空気源３０から操作パネル４１に入力される駆動制御用空気圧が開側シャトルバルブおよび開側切換弁を経由して制御切換弁２２の開側に到達する。この結果、制御切換弁２２が開側に切り換えられて空気源３０から自動開閉器２０に入力される駆動制御用空気圧が空気モータ２１の開側に供給され、空気モータ２１は開側に回り出す。

空気モータ２１が開側リミット位置に達して開側リミットスイッチが切り替わると、リミット制御用空気圧が開側切換弁に伝わって開側切換弁が閉側に切り換わり、駆動制御用空気圧が空気モータ２１に達しなくなる。その後、適当なタイミングで計器室４２から操作パネル４１に入力される電磁弁開信号がＯＦＦになると、電磁弁は開側から中央位置に戻る。

空気モータ２１を閉側に操作する場合には、計器室４２から操作パネル４１に入力される電磁弁閉信号をＯＮにする。これにより、閉側の回路が動作し、空気モータ２１が閉側に回り出し、閉側リミットスイッチが切り替わって動作が停止する。

ところが、図１０に示す従来のバルブ遠隔操作装置では、自動開閉器２０の操作システム４０として、計器室４２からタンク元弁１０の近傍に設けられている操作パネル４１まで制御信号線４３を敷設しなければならず、操作対象となるタンク元弁１０の数が多くなるとそれら制御信号線もタンク元弁１０の数に応じて増加することから、制御信号線が輻輳するとともに、制御信号線の維持管理工数も増大することになる。

そこで、出願人は、これらの問題を解決するものとして、特許文献３に記載されているように、手動バルブに付加される自動開閉器を構成する空気モータを無線信号で駆動制御できるバルブ遠隔操作装置を出願している。

図１１は特許文献３に記載されているバルブ遠隔操作装置の具体例を示す構成図であって、図１０と共通する部分には同一の符号を付けている。

図１１において、既設の手動バルブ１０に付加されている自動開閉器２０は、無線操作システム５０により遠隔操作駆動される。無線操作システム５０は、手動バルブ１０および自動開閉器２０の設置現場から離れた場所で操作される接点情報端末部５１と、手動バルブ１０および自動開閉器２０の設置現場周辺に設けられる接点情報操作部５２および操作弁５３とで構成されている。

接点情報端末部５１は、無線送受信部５１ａと、接点情報入力部５１ｂとを含むものであって、接点情報操作部５２との間で無線を介して操作信号の授受を行う。なお、接点情報端末部５１を駆動する電源部は図示しない。

接点情報操作部５２は、無線送受信部５２ａと、接点情報出力部５２ｂと、接点情報変換部５２ｃと、電源部５２ｄを含むものであって、接点情報端末部５１との間で無線を介して授受される操作信号に基づき、操作弁５３を開閉駆動する。

操作弁５３は、開側電磁弁５３ａと、閉側電磁弁５３ｂとで構成されている。空気源３０から入力される駆動制御用空気圧は、開側電磁弁５３ａを介して制御切換弁２２の開側に供給されるとともに、閉側電磁弁５３ｂを介して制御切換弁２２の閉側に供給される。

このような構成において、空気モータ２１を開側に動かしたい場合は、接点情報端末部５１の接点情報入力部５１ｂから接点情報操作部５２に、接点情報出力部５２ｂから開側電磁弁５３ａに入力される開側電磁弁駆動信号をＯＮにする接点情報を、無線送受信部５１ａおよび無線送受信部５２ａを介して伝送する。

手動バルブ１０および自動開閉器２０の設置現場周辺に設けられている接点情報操作部５２は、無線送受信部５２ａで無線情報を受信すると、接点情報出力部５２ｂが無線情報内における開接点情報のＯＮを認識し、出力する開接点情報をＯＮに遷移させる。

接点情報変換部５２ｃは、開接点情報を開側電磁弁５３ａが駆動できる電圧電流（たとえば直流２４Ｖ／０．３３Ａ）よりなる開側電磁弁駆動信号に変換する。

開側電磁弁駆動信号のＯＮにより開側電磁弁５３ａが駆動されると、空気源３０から入力される駆動制御用空気圧が空気モータ２１の開側に供給されて空気モータ２１が開方向に回り、手動操作部１１が空気モータ２１の出力軸２１ａと機械的に連結されている手動バルブ１０が開側に開いていく。

なお、手動バルブ１０が開き切るまでの時間を予め把握しておき、その時間が経過後、接点情報端末部５１の接点情報入力部５１ｂから開側電磁弁駆動信号をＯＦＦにするように制御信号を伝送する。これにより、開接点情報はＯＦＦになって開側電磁弁駆動信号もＯＦＦになり、空気モータ２１の回転が停止して手動バルブ１０は開状態で止まることになる。

閉側についても、同様の手順で閉接点情報および閉側電磁弁駆動信号を変化させることにより空気モータ２１を閉側に駆動し、手動バルブ１０を閉状態にする。

特許文献１には、弁の開閉制御を無線信号により行う技術が開示されている。
特許文献２には、通信衛星を用いて、山間僻地などに敷設されているバルブアクチュエータを遠隔制御する技術が開示されている。
特許文献３には、手動バルブに付加される自動開閉器を構成する空気モータを無線信号で駆動制御できるバルブ遠隔操作装置の技術が開示されている。

特開平３−１４９８３号公報 特開昭６４−４６０７８号公報 特開２０１４−１８４６号公報

図１２は、図１１の構成部品の一部を実際の部品レベルで示した構成図である。図１２において、制御切換弁２２としては、たとえば５ポート３位置パイロット式のものを用いる。そして、開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂとしては、たとえばソレノイドコイルの励磁により弁を直接駆動する５ポート直動形のものを用いる。

バルブ自動開閉器２０は、クラッチ付の空気モータ２１、空気モータ２１の開側に接続されたインラインフィルタ２３、空気モータ２１の閉側に接続されたインラインフィルタ２４、インラインフィルタ２３、２４に接続されたたとえば５ポート／３位置／パイロット式の制御切換弁２２、制御切換弁２２のポートで発生する空気音を減衰させるために制御切換弁２２の所定のポートに取り付けられた消音器２５、２６などで構成されている。

制御切換弁２２の中央に設けられているポートは、空気配管ＰＰ１を介して空気源３０に接続されている。左端のポートは空気配管ＰＰ２を介して開側電磁弁５３ａのポートＢに接続され、制御切換弁２２の右端のポートは空気配管ＰＰ３を介して閉側電磁弁５３ｂのポートＢに接続されている。

開側電磁弁５３ａのポートＰは空気配管ＰＰ４と分岐器ＡＳおよび空気配管ＰＰ６を介して空気源３０に接続され、閉側電磁弁５３ｂのポートＰは空気配管ＰＰ５と分岐器ＡＳおよび空気配管ＰＰ６を介して空気源３０に接続されている。

図１３は、開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂの具体的な空気配管例を示す構成図である。これら開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂの上面に設けられているポートＢにはそれぞれ空気配管ＰＰ２、ＰＰ３の一端が接続されて、空気配管ＰＰ２、ＰＰ３の他端は制御切換弁２２の両端に設けられているポートに接続されている。そして、開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂの下面に設けられているポートＲ２には空気配管ＰＰ４、ＰＰ５の一端が接続されて、空気配管ＰＰ４、ＰＰ５の他端は分岐器ＡＳに接続されている。分岐器ＡＳは、空気配管ＰＰ６を介して空気源３０に接続されている。

しかし、図１３の構成によれば、開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂをそれぞれ空気源３０に接続しなければならないことから、空気圧信号を分岐するための分岐器ＡＳを設けなければならず、空気配管が複雑になるという問題がある。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、その目的は、電磁弁に供給する空気圧信号の分岐を不要にして空気配管をコンパクトにまとめることができるバルブ遠隔操作装置を実現することにある。

このような目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
既設の手動バルブの手動操作部に空気圧を駆動源とする空気モータの出力軸を機械的に連結し、前記手動バルブを遠隔操作するように構成されたバルブ遠隔操作装置において、
接点情報端末部と接点情報操作部との間で無線を介して授受される操作信号により操作される空気供給電磁弁と方向選択電磁弁がカスケードに接続され、
前記空気モータを回転駆動する空気圧が前記方向選択電磁弁を介して供給されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバルブ遠隔操作装置において、
前記接点情報操作部は、前記接点情報端末部から伝送される接点情報を前記電磁弁を駆動可能な電気信号に増幅する手段を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のバルブ遠隔操作装置において、
前記電磁弁は、ダブルラッチ形であることを特徴とする。

本発明のバルブ遠隔操作装置によれば、電磁弁に供給する空気圧信号の分岐が不要になり、空気配管をコンパクトにまとめることができる。

本発明に係るバルブ遠隔操作装置の一実施例の構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 従来のバルブ遠隔操作装置の構成例図である。 従来のバルブ遠隔操作装置の構成例図である。 図１１の構成部品の一部を実際の部品レベルで示した構成図である。 図１２における開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂの具体的な空気配管例を示す構成図である。

図１は本発明に係るバルブ遠隔操作装置の一実施例を示す構成図であり、図１１と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、操作弁５３は、カスケード接続された空気供給電磁弁５３ｃと方向選択電磁弁５３ｄとで構成されている。

空気源３０から入力される駆動制御用空気圧は、まず空気供給電磁弁５３ｃを介して方向選択電磁弁５３ｄに供給され、さらに方向選択電磁弁５３ｄを介して制御切換弁２２に供給される。

図２は図１の構成部品の一部を実際の部品レベルで示した構成図であり、図１２と共通する部分には同一の符号を付けている。図２において、空気供給電磁弁５３ｃおよび方向選択電磁弁５３ｄとしては、開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂと同様に、たとえばソレノイドコイルの励磁により弁を直接駆動する５ポート直動形のものを用いる。

制御切換弁２２の左端のポートは空気配管ＰＰ７を介して方向選択電磁弁５３ｄのポートＡに接続され、制御切換弁２２の右端のポートは空気配管ＰＰ８を介して方向選択電磁弁５３ｄのポートＢに接続されている。

方向選択電磁弁５３ｄのポートＰは空気配管ＰＰ９を介して空気供給電磁弁５３ｃのポートＡに接続され、空気供給電磁弁５３ｃのポートＰは空気配管ＰＰ１０を介して空気源３０に接続されている。

図３は、空気供給電磁弁５３ｃおよび方向選択電磁弁５３ｄの具体的な空気配管例を示す構成図である。方向選択電磁弁５３ｄの上面に設けられているポートＢ、Ａには空気配管ＰＰ７、ＰＰ８の一端が接続されて、空気配管ＰＰ７、ＰＰ８の他端は制御切換弁２２の両端に設けられているポートに接続されている。

空気供給電磁弁５３ｃの上面に設けられているポートＢには空気配管ＰＰ９の一端が接続されて、空気配管ＰＰ９の他端は方向選択電磁弁５３ｄの下面に設けられている図示しないポートＰに接続されている。

空気供給電磁弁５３ｃの下面に設けられている図示しないポートＰは、空気配管ＰＰ１０を介して空気源３０に接続されている。

図３から明らかなように、従来の図１３で設けられていた分岐器ＡＳを不要にできるとともに分岐器ＡＳの入力ポートおよび出力ポートに接続されていた合計３本の空気配管ＰＰ４〜ＰＰ６を２本に減らすことができ、電磁弁５３ｃ、５３ｄに関連した空気配管をコンパクトにまとめることができる。

図４は本発明の他の実施例を示す構成図であり、図３における空気供給電磁弁５３ｃの上下を反転させたものである。図４の構成によれば、空気配管の取り出しが上面一方向のみとなり、空気配管のコンパクト化を容易に図ることが可能になる。

図５は、図１の各部における信号の具体例を示すタイミングチャートである。図５において、開接点信号Ｓ１は接点情報出力部５２ｂから接点情報変換部５２ｃに出力されるものであって、時刻ｔ１で立ち上がり、時刻ｔ２で立ち下がる。

方向選択弁駆動信号Ｓ３は接点情報変換部５２ｃから方向選択電磁弁５３ａに出力されるものであり、時刻ｔ３で立ち上がり、時刻ｔ４で立ち下がる。

閉接点信号Ｓ２は方向選択弁駆動信号Ｓ３に同期して接点情報出力部５２ｂから接点情報変換部５２ｃに出力されるものであって、時刻ｔ３で立ち上がり、時刻ｔ４で立ち下がる。

空気供給弁駆動信号Ｓ４は接点情報変換部５２ｃから空気供給弁５３ｂに出力されるものであり、開接点信号Ｓ１に同期して時刻ｔ１で立ち上がって時刻ｔ２で立ち下がり、方向選択弁駆動信号Ｓ３および閉接点信号Ｓ２に同期して時刻ｔ３で立ち上がって時刻ｔ４で立ち下がる。

なお、上記実施例では、自動開閉器２０を駆動する電磁弁５３として直動形を使用しているため、空気モータ２１を動かしている間は空気供給電磁弁駆動信号または方向選択電磁弁駆動信号のＯＮ状態を保ち続ける必要がある。

ところが、これら空気供給電磁弁駆動信号または方向選択電磁弁駆動信号は、前述のようにたとえば２４Ｖ＊０．３３Ａ≒８Ｗの電力を必要とする。これを手動バルブ１０が動作する間（たとえば数秒から長いものでは１分間以上）保つためには、接点情報操作部５２の電源部５２ｄとして電池を用いる場合には、電池寿命の点で問題がある。

このような問題は、操作弁５３として用いる直動形電磁弁を、図６に示すようにダブルラッチ形に変更することで解決できる。操作弁５３としてダブルラッチ形電磁弁５３ｃ、５３ｄを用いる場合には、電磁弁５３ｃ、５３ｄの状態を遷移させるときにのみ所定の駆動電流を流す。たとえば直流２４Ｖタイプの場合では、電流０．２６Ａを０．５秒間流すことで、電磁弁の状態を遷移させることができる。

図６は本発明の他の実施例を示す構成図であって、操作弁５３としてダブルラッチ形電磁弁を用いた例で、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図６において、信号遷移検出部５２ｅは、接点情報がＯＮからＯＦＦまたはＯＦＦからＯＮに遷移する状態を検出し、遷移点から任意の所定時間（本実施例では０．５秒）、空気供給電磁弁駆動信号または方向選択電磁弁駆動信号をＯＮにする。

図７は図６の構成部品の一部を実際の部品レベルで示した構成図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図７において、空気供給電磁弁５３ｃおよび方向選択電磁弁５３ｄとしては、たとえば５ポートダブルラッチ形のものを用いる。

制御切換弁２２の左端のポートは空気配管ＰＰ７を介して方向選択電磁弁５３ｄのポートＡに接続され、制御切換弁２２の右端のポートは空気配管ＰＰ８を介して方向選択電磁弁５３ｄのポートＢに接続されている。

方向選択電磁弁５３ｄのポートＰは空気配管ＰＰ９を介して空気供給電磁弁５３ｃのポートＡに接続され、空気供給電磁弁５３ｃのポートＰは空気配管ＰＰ１０を介して空気源３０に接続されている。

図８は図７の各部における信号の具体例を説明するタイミングチャートであって、シーケンシャル制御のない場合を示したものであり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。図８において、開接点信号Ｓ１が時刻ｔ１で立ち上がると、その立ち上がりに同期して、所定のパルス幅を有する一方の方向選択弁駆動信号Ｓ３と空気供給弁駆動信号Ｓ４が立ち上がる。

時刻t２で開接点信号Ｓ１が立ち下がると、その立ち下がりに同期して、所定のパルス幅を有する他方の空気供給弁駆動信号Ｓ４が立ち上がる。

時刻t３で閉接点信号Ｓ２が立ち上がると、その立ち上がりに同期して、所定のパルス幅を有する一方の空気供給弁駆動信号Ｓ４が再び立ち上がり、所定のパルス幅を有する方向選択弁駆動信号Ｓ３も立ち上がる。

時刻t４で閉接点信号Ｓ２が立ち下がると、その立ち下がりに同期して、所定のパルス幅を有する他方の空気供給弁駆動信号Ｓ４が再び立ち上がる。

このようにシーケンシャル制御が行われない場合には、空気供給電磁弁５３ｃと方向選択電磁弁５３ｄは同時に駆動されることになる。

図９も図７の各部における信号の具体例を説明するタイミングチャートであって、シーケンシャル制御を行う場合を示したものであり、図８と共通する部分には同一の符号を付けている。図９において、開接点信号Ｓ１が時刻ｔ１で立ち上がると、その立ち上がりに同期して、所定のパルス幅を有する一方の方向選択弁駆動信号Ｓ３が立ち上がる。

その後、この一方の方向選択弁駆動信号Ｓ３の立ち下がりに同期して、一方の空気供給弁駆動信号Ｓ４が立ち上がる。すなわち、一方の空気供給弁駆動信号Ｓ４は、方向選択弁駆動信号Ｓ３のパルス幅だけ遅れた時間後に立ち上がる。

時刻t２で開接点信号Ｓ１が立ち下がると、その立ち下がりに同期して、所定のパルス幅を有する他方の空気供給弁駆動信号Ｓ４が立ち上がる。

時刻t３で閉接点信号Ｓ２が立ち上がると、その立ち上がりに同期して、所定のパルス幅を有する他方の方向選択弁駆動信号Ｓ３が立ち上がる。

その後、この他方の方向選択弁駆動信号Ｓ３の立ち下がりに同期して、再び一方の空気供給弁駆動信号Ｓ４が立ち上がる。

時刻t４で閉接点信号Ｓ２が立ち下がると、その立ち下がりに同期して、所定のパルス幅を有する他方の空気供給弁駆動信号Ｓ４が再び立ち上がる。

このようなシーケンシャル制御を行うことにより、空気供給電磁弁５３ｃと方向選択電磁弁５３ｄは方向選択弁駆動信号Ｓ３のパルス幅の時間差で駆動されることになる。

このように時間差駆動することにより、これら空気供給電磁弁５３ｃと方向選択電磁弁５３ｄをたとえば電池で駆動する場合の消費電力を分散させることができるので、電池の小型化が図れるとともに、電池の寿命を延ばすことができる。

なお、危険場所で使用する場合には、接点情報端末部５１、接点情報操作部５２、操作弁５３などを必要に応じて耐圧防爆／本質安全防爆などの防爆対応とする。

また、上記各実施例では、接点情報操作部５２に無線伝送部と接点情報変換部とを組み込み一体化した例を示しているが、必要に応じて無線伝送部と接点情報変換部を分割構成してもよい。

以上説明したように、本発明のバルブ遠隔操作装置によれば、電磁弁に供給する空気圧信号の分岐を不要にして空気配管をコンパクトにまとめることができる。

１０ 手動バルブ（タンク元弁）
２０ 自動開閉器
３０ 空気源
５０ 無線操作システム
５１ 接点情報端末部
５１ａ 無線送受信部
５１ｂ 接点情報入力部
５２ 接点情報操作部
５２ａ 無線送受信部
５２ｂ 接点情報出力部
５２ｃ 接点情報変換部
５２ｄ 電源部
５３ 操作弁
５３ｃ 空気供給電磁弁
５３ｄ 方向選択電磁弁

Claims (3)

1. 既設の手動バルブの手動操作部に空気圧を駆動源とする空気モータの出力軸を機械的に連結し、前記手動バルブを遠隔操作するように構成されたバルブ遠隔操作装置において、
   接点情報端末部と接点情報操作部との間で無線を介して授受される操作信号により操作される空気供給電磁弁と方向選択電磁弁がカスケードに接続され、
   前記空気モータを回転駆動する空気圧が前記方向選択電磁弁を介して供給されることを特徴とするバルブ遠隔操作装置。
2. 前記接点情報操作部は、前記接点情報端末部から伝送される接点情報を前記各電磁弁を駆動可能な電気信号に増幅する手段を有することを特徴とする請求項１記載のバルブ遠隔操作装置。
3. 前記各電磁弁は、ダブルラッチ形であることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ遠隔操作装置。