JP2019028815A - 流量制御弁および開度現在値補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力軸から弁体までの一連の駆動軸のねじれに起因して、出力側開度からなる開度現在値に含まれる誤差を補正する。
【解決手段】開度差分値算出部２８Ｂが、モータ２３を駆動して弁体１２を回動させた際、回動により変化した、出力側センサ出力値Ｓａが示す出力側開度θａの変化量である出力側開度偏差値Δθａと、弁側センサ出力値Ｓｖが示す弁側開度θｖの変化量である弁側開度偏差値Δθｖとの差分を示す開度差分値Δθａｖを算出し、流量制御部２８Ａが、出力側開度からなる開度現在値θにより流体の流量制御を行う際、開度差分値Δθａｖの代表値からなる開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、開度現在値θに含まれる、出力軸から弁体までの一連の駆動軸に生じたねじれによる誤差を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流量制御弁における開度現在値補正技術に関するものである。

流量制御弁は、空調システム等の設備で用いられて、配管を流れる冷温水の流量を制御する電動バルブであり、主に弁本体とアクチュエータとから構成されている。弁本体は、流体が流れる流路が内部に形成された金属管からなり、流路の途中には流体の流量を制御するための弁体が回動自在に取り付けられている。アクチュエータは、この弁体の実際の弁開度を検出し、得られた弁開度に基づいて弁体を回動制御することにより、流量制御を行うものとなっている（例えば、特許文献１など参照）。

特開２０１６−１９４１６６号公報 特開２０１５−１１４１８８号公報 特開２０１５−１２５０３８号公報

このような流量制御弁では、弁体の実際の弁開度を求める方法として、弁本体側に弁側角度センサを設け、弁軸の回動角度を示す弁側センサ出力値を検出し、得られた弁側センサ出力値から弁側開度を求める方法がある。また、アクチュエータ内部に出力側角度センサを設け、弁軸と接続されているモータさらには減速機などの出力軸の回動角度を示す出力側センサ出力値を検出し、得られた出力側センサ出力値から出力側開度を求める方法もある。したがって、弁側角度センサと出力側角度センサの両方を設け、いずれか一方の角度センサで検出された回動角度から求めた弁開度に基づいて流量制御を行うことにより、安定した流量制御を行う構成が考えられる。

一方、流量制御弁では、弁体を回動させる際、流路の口径が大きい場合、差圧が大きい場合、あるいは、流体流量が多い場合には、弁体に大きな負荷トルクが発生する場合がある。このような負荷トルクは、アクチュエータ側の出力軸から弁体までの一連の駆動軸にねじれを生じさせ、流量制御に誤差が生じる原因となる。特に、出力軸、弁軸、弁体の材質のヤング率が低い場合、このようなねじれが発生しやすい。

このため、出力軸から弁体までの一連の駆動軸のねじれにより、弁側角度センサで検出した弁側センサ出力値が示す弁側開度と、出力側角度センサで検出した出力側センサ出力値が示す出力側開度との間に誤差が生じる場合がある。したがって、出力側角度センサを用いた場合、出力側開度からなる開度現在値にも誤差が生じ、結果として流量制御の精度が低下するという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、出力軸から弁体までの一連の駆動軸のねじれに起因して、出力側センサ出力値から計算した開度現在値に含まれる誤差を補正できる開度現在値補正技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる流量制御弁は、流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁開度に基づいて前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御する流量制御部を有するアクチュエータとを備える流量制御弁であって、前記出力軸の回動角度に応じた出力側センサ出力値を出力する出力側角度センサと、前記弁軸の回動角度に応じた弁側センサ出力値を出力する弁側角度センサと、前記モータを駆動して前記弁体を回動させた際、前記回動により変化した、前記出力側センサ出力値が示す出力側開度の変化量である出力側開度偏差値Δθａと、前記弁側センサ出力値が示す弁側開度の変化量である弁側開度偏差値Δθｖとの差分を示す開度差分値Δθａｖを算出する開度差分値算出部とを備え、前記流量制御部は、前記出力側開度からなる開度現在値θにより前記流体の流量制御を行う際、前記開度差分値Δθａｖの代表値からなる開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、前記開度現在値θに含まれる、前記出力軸から前記弁体までの一連の駆動軸に生じたねじれによる誤差を補正するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記流量制御弁の一構成例は、前記流量制御部が、前記回動後に前記出力側開度からなる開度現在値θを補正する際、前記出力側開度偏差値Δθａに基づいて前記弁体の回動方向を判定し、前記回動方向が開方向である場合は、前記回動停止時における出力側開度停止値θａ２から前記開度差分代表値Δθａｖａを減算した値を前記開度現在値θとし、前記回動方向が閉方向である場合は、前記出力側開度停止値θａ２に前記開度差分代表値Δθａｖａを加算した値を前記開度現在値θとするようにしたものである。

また、本発明にかかる上記流量制御弁の一構成例は、前記流量制御部が、前記回動ごとに得られた前記開度差分値Δθａｖを移動平均することにより前記開度差分代表値Δθａｖａを算出するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記流量制御弁の一構成例は、前記流量制御部が、前記開度差分値Δθａｖが新たに算出されるごとに通信回線を介して接続された外部装置へ前記開度差分値Δθａｖを送信し、前記外部装置が前記開度差分値Δθａｖの統計処理して求めた前記開度差分代表値Δθａｖａを、前記外部装置から取得するようにしたものである。

また、本発明にかかる負荷トルク計算方法は、流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁開度に基づいて前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御する流量制御部を有するアクチュエータとを備える流量制御弁で用いられる開度現在値補正方法であって、出力側角度センサが、前記出力軸の回動角度に応じた出力側センサ出力値を出力する出力側角度検出ステップと、弁側角度センサが、前記弁軸の回動角度に応じた弁側センサ出力値を出力する弁側角度検出ステップと、開度差分値算出部が、前記モータを駆動して前記弁体を回動させた際、前記回動により変化した、前記出力側センサ出力値が示す出力側開度の変化量である出力側開度偏差値Δθａと、前記弁側センサ出力値が示す弁側開度の変化量である弁側開度偏差値Δθｖとの差分を示す開度差分値Δθａｖを算出する開度差分値算出ステップと、前記流量制御部が、前記出力側開度からなる開度現在値θにより前記流体の流量制御を行う際、前記開度差分値Δθａｖの代表値からなる開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、前記開度現在値θに含まれる、前記出力軸から前記弁体までの一連の駆動軸に生じたねじれによる誤差を補正する開度現在値補正ステップとを備えている。

本発明によれば、弁側角度センサと出力側角度センサとの間の開度差分値Δθａｖを統計処理して得られた開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、出力側角度センサで得られる開度現在値θが補正されることになる。したがって、出力軸から弁体までの一連の駆動軸のねじれに起因して、出力側開度θａからなる開度現在値θに含まれる誤差を、精度よく補正することができ、出力側角度センサを使用した場合でも、正確な流量制御を実現することが可能となる。

流量制御弁の構成を示す説明図である。 流量制御弁の他の構成を示す説明図である。 流量制御処理（弁側角度センサ）を示すフローチャートである。 センサ出力値と開度現在値との関係を示すグラフである。 流量制御処理（出力側角度センサ）を示すフローチャートである。 開度差分値算出処理を示すフローチャートである。 開度差分値算出動作を示す説明図である。 開度現在値補正処理を示すフローチャートである。 開度現在値補正動作を示す説明図である。 アクチュエータでの開度差分代表値算出過程を示す説明図である。 外部装置の構成を示すブロック図である。

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［流量制御弁］
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態にかかる流量制御弁１について説明する。図１は、流量制御弁の構成を示す説明図である。
この流量制御弁１は、空調システム等の設備で用いられて、配管を流れる冷温水の流量を制御する電動バルブであり、主に弁本体１０とアクチュエータ２０とから構成されている。

［弁本体］
弁本体１０は、流体が流れる流路１１が内部に形成された金属管からなり、流路１１の途中には流体の流量を制御するための弁体１２が回動自在に取り付けられている。弁体１２には、弁本体１０の外部へ一端が導出された弁軸１３が結合されており、この弁軸１３の回動操作により弁体１２が回動し、流路１１の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。

流路１１の内壁１１Ａのうち、弁体１２の一次側（流体上流側）には圧力センサＳ１が配置されており、弁体１２の二次側（流体下流側）には圧力センサＳ２が配置されている。これら圧力センサＳ１，Ｓ２は、それぞれ流路１１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を検出し、得られた検出結果を示す圧力検出信号をアクチュエータ２０へ出力する。これら一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、検出温度Ｔｖに基づき弁側開度θｖを補正して得られた開度現在値θとに基づいて流路１１を流れる流体の流量が計測される。

弁本体１０の外側である本体上面１０Ａには、弁軸１３の回動角度を検出し、回動角度に応じた弁側センサ出力値Ｓｖをアクチュエータ２０へ出力する弁側角度センサ１４が配置されている。弁側角度センサ１４は、断熱材を介して弁本体１０に取り付けられており、流体温度の影響が抑制されている。また、弁側角度センサ１４には温度センサＳ３が取り付けられており、温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｖに基づいて、弁側角度センサ１４の弁側開度θｖが開度現在値θに温度補正される。なお、弁側開度θｖの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ１４のセンサ出力値が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。

弁側角度センサ１４としては、例えば円形差動トランス型角度センサ（特許文献２）や磁気抵抗型角度センサ（特許文献３）を用いればよい。本発明は、これら特許文献２および特許文献３に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、弁側角度センサ１４は、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを弁側角度センサ１４として用いてもよい。

円形差動トランス型角度センサは、弁軸１３の回動に応じて円弧状の管内を移動する可動鉄心の位置を、円弧状の管の外周面に巻回された２つの検出コイルを有する差動トランスで検出出力するセンサである。
また、磁気抵抗型角度センサは、弁軸１３とともに回動するロータと、ロータを囲うように配置された環状のステータとのギャップを、ステータからロータ側に突出して設けられた２つの検出用巻線で検出出力するセンサである。
なお、弁側角度センサ１４は、弁本体１０の外側ではなく本体内部、例えば弁本体１０を構成する管壁内部のうち弁軸１３を支持するガイド部に配置してもよい。

［アクチュエータ］
アクチュエータ２０は、ヨーク３１を介して弁本体１０の本体上面１０Ａに取り付けられて、継手３０を介して弁軸１３と接続されている出力軸２５を回動制御することにより、弁体１２の弁開度を制御して、流体の流量制御を行う機能を有している。
アクチュエータ２０には、主な構成として、流量目標設定部２１、モータ駆動部２２、モータ２３、減速機２４、出力軸２５、出力側角度センサ２６、特性テーブル記憶部２７、および制御部２８が設けられている。

流量目標設定部２１は、上位装置（図示せず）から出力された流量目標信号を受信して、流量目標信号に含まれる流量目標値Ｑｒｅｆを取得し、制御部２８へ出力する機能を有している。
モータ駆動部２２は、制御部２８から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ２３を駆動する機能を有している。

モータ２３は、モータ駆動部２２からの駆動信号により、指定された方向へ指定された角度分だけシャフト２３Ａを回転させる機能を有している。
減速機２４は、端数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスからなり、モータ２３のシャフト２３Ａの回転速度を減速して出力軸２５を回動させる機能を有している。

これにより、制御部２８から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動部２２から駆動信号がモータ２３に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ２３のシャフト２３Ａが回転し、その回転出力が減速機２４で減速されて出力軸２５を回動させ、継手３０および弁軸１３を介して弁体１２が所定の回動角度すなわち弁開度まで回動することになる。

出力側角度センサ２６は、減速機２４または出力軸２５の回動角度を検出し、回動角度に応じた出力側センサ出力値Ｓａを制御部２８へ出力する角度センサである。出力側角度センサ２６としては、弁側角度センサ１４と同様、円形差動トランス型角度センサや磁気抵抗型角度センサを用いればよい。なお、出力側角度センサ２６は、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを出力側角度センサ２６として用いてもよい。

特性テーブル記憶部２７は、不揮発性の半導体メモリからなり、流量現在値Ｑの計算に用いる弁体１２に固有の流量係数Ｃｖを特定するための特性テーブルを記憶する機能を有している。この特性テーブルには、流路１１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２と弁体１２の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体１２に固有の流量係数Ｃｖが予め登録されている。これら特性テーブルの各データは、形状や材質などの弁体１２の特徴に基づいて別途計算されたものである。

制御部２８は、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑと、流量目標設定部２１からの流量目標値Ｑｒｅｆとの偏差ΔＱに基づいて、弁体１２の弁開度を調整することにより流量現在値Ｑを制御する機能を有している。
制御部２８には、主な処理部として、流量制御部２８Ａと開度差分値算出部２８Ｂとが設けられている。これら処理部は、中央処理装置（ＣＰＵ）と予め登録されているプログラムとが協働することにより実現されている。

開度差分値算出部２８Ｂは、モータ２３を駆動して弁体１２を一定角度だけ回動させた際、回動により変化した、出力側センサ出力値Ｓａが示す出力側開度θａの変化量である出力側開度偏差値Δθａと、弁側センサ出力値Ｓｖが示す弁側開度θｖの変化量である弁側開度偏差値Δθｖとの差分を示す開度差分値Δθａｖを算出して、制御部２８内の記憶部（図示せず）に保存する機能を有している。

流量制御部２８Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、弁側センサ出力値Ｓｖまたは出力側センサ出力値Ｓａから計算した開度現在値θとに基づいて、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する機能と、この流量現在値Ｑと流量目標値Ｑｒｅｆとの偏差ΔＱに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、弁体１２の弁開度を調整して流量現在値Ｑを制御する機能を有している。

また、流量制御部２８Ａは、制御部２８内の記憶部に保存されている複数の開度差分値Δθａｖを移動平均処理などの統計処理を行うことにより、これら開度差分値Δθａｖの代表値である開度差分代表値Δθａｖａを算出する機能と、出力側センサ出力値Ｓａから求めた出力側開度θａからなる開度現在値θにより流体の流量制御を行う際、開度差分値Δθａｖの代表値からなる開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、開度現在値θに含まれる、出力軸２５から弁体１２までの一連の駆動軸に生じたねじれによる誤差を補正する機能とを有している。

図２は、流量制御弁の他の構成を示す説明図である。図１では、弁側角度センサ１４を本体上面１０Ａに取り付けた場合を例として説明したが、取り付け位置については弁本体１０の外側である本体底面１０Ｂであってもよい。
弁体１２を弁本体１０内の流路１１に回動自在に取り付ける際、内壁１１Ａの上側部と下側部とで弁軸１３を係止している。このため、弁軸１３の下端を本体底面１０Ｂから弁本体１０の外部へ導出することが可能であり、弁本体１０の外側へ導出した弁軸１３の下端の回動角度を弁側角度センサ１４で検出すればよい。

［流量制御動作（弁側角度センサ）］
次に、図３を参照して、弁側角度センサ１４を用いた、本実施の形態にかかる流量制御弁１の流量制御動作について説明する。図３は、流量制御処理（弁側角度センサ）を示すフローチャートである。
制御部２８は、弁側角度センサ１４を用いて流路１１を流れる流体の流量を制御する場合、図３の流量制御処理を実行する。

なお、弁側角度センサ１４に代えて同じく差動型の出力側角度センサ２６を用いてもよい。この場合の流量制御処理について、図５を参照して後述する。流量制御に弁側角度センサ１４と出力側角度センサ２６のいずれを用いるかについては、例えば弁側角度センサ１４に故障や劣化などの障害が発生した場合に出力側角度センサ２６に切り替える方法が考えられるが、これに限定されるものではなく、任意に切り替えてもよい。

図３の流量制御処理の開始時において、流量目標設定部２１には、予め流量目標値Ｑｒｅｆが設定されているものとする。また、特性テーブル記憶部２７には、弁体１２に関する特性テーブルが予め登録されているものとする。
また、制御部２８内の記憶部（図示せず）には、弁側角度センサ１４の弁側センサ出力値Ｓｖと弁体１２の弁開度との対応関係の基準となる出力基準値Ｓｓが予め設定されているものとする。出力基準値Ｓｓは、弁体１２の５０％開度分のスパンに相当する、弁側角度センサ１４の弁側センサ出力値Ｓｖを示している。

図４は、センサ出力値と開度現在値との関係を示すグラフである。弁側角度センサ１４（出力側角度センサ２６）として用いられる、これら円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサは、前述したように、弁軸１３の中間位置角度すなわち５０％開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となる弁側センサ出力値Ｓｖ（Ｓａ）を出力する構造を有している。したがって、図４に示すように、弁側センサ出力値Ｓｖ（Ｓａ）と弁側開度θｖ（出力側開度θａ）との関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｓ（Ｓｂ）だけ離れた電圧値−Ｓｓ（−Ｓｂ），Ｓｓ（Ｓｂ）となる。

まず、流量制御部２８Ａは、弁側角度センサ１４から弁側センサ出力値Ｓｖを取得し（ステップ１００）、予め設定されている出力基準値Ｓｓに基づいて、Ｓｖから弁側開度θｖ＝５０×（１＋Ｓｖ／Ｓｓ）［％］を計算する（ステップ１０１）。

続いて、流量制御部２８Ａは、温度センサＳ３から検出温度Ｔｖを取得し（ステップ１０２）、Ｔｖに基づいて弁側開度θｖを補正する（ステップ１０３）。温度補正については、予め設定されている弁側角度センサ１４に固有の温度特性式に基づいて補正すればよい。

次に、流量制御部２８Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を取得し（ステップ１０４）、これらＰ１，Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を計算する（ステップ１０５）。
続いて、流量制御部２８Ａは、ΔＰとθに対応する流量係数Ｃｖを特性テーブル記憶部２７の特性テーブルから取得し（ステップ１０６）、ＣｖとΔＰに基づいて、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する（ステップ１０７）。この際、流路１１の口径などによって定まる定数をＡとした場合、流量現在値Ｑは、Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）^1/2で求められる。

この後、流量制御部２８Ａは、ＱとＱｒｅｆの偏差ΔＱ＝Ｑ−Ｑｒｅｆを計算し（ステップ１０８）、ΔＱとゼロとを比較する（ステップ１０９）。
ここで、ΔＱがゼロと等しくΔＱ＝０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＝０）、流量制御部２８Ａは、弁開度を変更することはないが、Ｑｒｅｆが変更にならなくても、管路の状態により流量現在値Ｑが変化するため、ステップ１００に戻る。

一方、ΔＱがゼロより小さくΔＱ＜０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＜０）、流量制御部２８Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、モータ２３をΔＱに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し（ステップ１１０）、ステップ１００に戻る。
また、ΔＱがゼロより大きくΔＱ＞０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＞０）、流量制御部２８Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、モータ２３をΔＱに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し（ステップ１１１）、ステップ１００に戻る。

［流量制御動作（出力側角度センサ）］
次に、図５を参照して、出力側角度センサ２６を用いた、本実施の形態にかかる流量制御弁１の流量制御動作について説明する。図５は、流量制御処理（出力側角度センサ）を示すフローチャートである。

出力側角度センサ２６を用いて流量制御処理を行う場合、前述した図３の弁側角度センサ１４を用いた流量制御処理と比較して、弁側角度センサ１４から弁側センサ出力値Ｓｖに代えて、出力側角度センサ２６からの出力側センサ出力値Ｓａが用いられる。また、弁側角度センサ１４の弁側センサ出力値Ｓｖと弁体１２の弁開度との対応関係の基準となる出力基準値Ｓｓに代えて、制御部２８内の記憶部（図示せず）に予め設定されている、出力側角度センサ２６の出力側センサ出力値Ｓａと弁体１２の弁開度との対応関係の基準となる出力基準値Ｓｂが用いられる。

まず、流量制御部２８Ａは、出力側角度センサ２６から出力側センサ出力値Ｓａを取得し（ステップ１２０）、予め設定されている出力基準値Ｓｂに基づいて、Ｓａから出力側開度θａ＝５０×（１＋Ｓａ／Ｓｂ）［％］を計算する（ステップ１２１）。
続いて、流量制御部２８Ａは、制御部２８内の記憶部から開度差分代表値Δθａｖａを取得し（ステップ１２２）、開度差分代表値Δθａｖａでθａを補正する（ステップ１２３）。
この後、流量制御部２８Ａは、図３のステップ１０４〜１１１に基づいて、弁側角度センサ１４を用いた場合と同様にして、流量制御処理を実行する。

この際、弁側角度センサ１４と同様に、出力側角度センサ２６に温度センサを取り付け、この温度センサで検出された検出温度に基づいて、出力側角度センサ２６の出力側開度θａを温度補正してもよい。なお、出力側開度θａの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、出力側角度センサ２６のセンサ出力値が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。

［開度差分値算出動作］
次に、図６および図７を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１の開度差分値算出動作について説明する。図６は、開度差分値算出処理を示すフローチャートである。図７は、開度差分値算出動作を示す説明図である。

制御部２８の開度差分値算出部２８Ｂは、開度差分値Δθａｖを算出する場合、図６の開度差分値算出処理を実行する。なお、開度差分値算出処理は、弁体１２を回動させるごとに実行されるが、すべての回動について実行する必要はなく、例えば一定角度以上回動させる場合など、有意な開度差分値Δθａｖが得られる場合にのみ実行してもよい。

まず、開度差分値算出部２８Ｂは、弁体１２の回動開始時に出力側角度センサ２６で検出した出力側センサ出力値Ｓａに基づき出力側開度開始値θａ１を計算するとともに、弁側角度センサ１４で検出した弁側センサ出力値Ｓｖに基づき弁側開度開始値θｖ１を計算して記憶しておく（ステップ１５０）。
次に、流量制御部２８Ａは、モータ２３を駆動して弁体１２を回動する（ステップ１５１）。

続いて、開度差分値算出部２８Ｂは、弁体１２の回動停止後に、出力側角度センサ２６で新たに検出した出力側センサ出力値Ｓａに基づき出力側開度停止値θａ２を計算するとともに、弁側角度センサ１４で新たに検出した弁側センサ出力値Ｓｖに基づき弁側開度停止値θｖ２を計算する（ステップ１５２）。

次に、開度差分値算出部２８Ｂは、θａ１とθａ２の偏差を示す出力側開度偏差値Δθａ（＝｜θａ２−θａ１｜，｜ｘ｜はｘの絶対値）を計算するとともに（ステップ１５３）、θｖ１とθｖ２の偏差を示す弁側開度偏差値Δθｖ（＝｜θｖ２−θｖ１｜）を計算する（ステップ１５４）。
この後、開度差分値算出部２８Ｂは、これらΔθａとΔθｖの偏差を示す開度差分値Δθａｖ（＝｜Δθｖ−Δθａ｜）を算出して（ステップ１５５）、制御部２８内の記憶部（図示せず）に保存し（ステップ１５６）、一連の開度差分値算出処理を終了する。

［開度現在値補正動作］
次に、図８および図９を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１の開度現在値補正動作について説明する。図８は、開度現在値補正処理を示すフローチャートである。図９は、開度現在値補正動作を示す説明図である。
制御部２８の流量制御部２８Ａは、出力側センサ出力値Ｓａから求めた出力側開度θａからなる開度現在値θにより流体の流量制御を行う際、弁体１２の回動するごとに、図８の開度現在値補正処理を実行する。

まず、流量制御部２８Ａは、弁体１２の回動開始時に出力側角度センサ２６で検出した出力側センサ出力値Ｓａから計算した出力側開度開始値θａ１と、弁体１２の回動停止後に出力側角度センサ２６で新たに検出した出力側センサ出力値Ｓａから計算した出力側開度停止値θａ２とを計算し（ステップ１７０）、これらθａ１とθａ２の偏差を示す出力側開度偏差値Δθａ（＝θａ２−θａ１）を計算する（ステップ１７１）。

次に、流量制御部２８Ａは、Δθａが０（ゼロ）であるか確認し（ステップ１７２）、Δθａ＝０でありΔθａに変化が認められない場合（ステップ１７２：ＹＥＳ）、一連の開度現在値補正処理を終了する。
一方、Δθａ≠０でありΔθａに変化が認められる場合（ステップ１７２：ＮＯ）、制御部２８内の記憶部から開度差分代表値Δθａｖａを取得し（ステップ１７３）、Δθａの絶対値｜Δθａ｜を値Δθａｖａと比較する（ステップ１７４）。

ここで、｜Δθａ｜≦Δθａｖａである場合（ステップ１７４：ＮＯ）、流量制御部２８Ａは、弁体１２の回動開始時に出力側角度センサ２６で検出した出力側開度開始値θａ１を、新たなθとして設定し（ステップ１７５）、一連の開度現在値補正処理を終了する。
また、｜Δθａ｜＞Δθａｖａである場合（ステップ１７４：ＹＥＳ）、流量制御部２８Ａは、Δθａの正負を確認することにより弁体１２の回動方向を判定する（ステップ１７６）。

ここで、Δθａ＞０である場合（ステップ１７６：Δθａ＞０）、図９（ａ）に示すように、弁体１２が開方向（全開方向）に回動された場合であって、弁体１２への負荷がその逆の閉方向（全閉方向）にかかっており、θａ２が示す開度現在値θが、実際の弁体１２ではΔθａｖａだけ小さい状態であると推定される。このため、流量制御部２８Ａは、θａ２からΔθａｖａを減算することによりθを補正し（ステップ１７７）、一連の開度現在値補正処理を終了する。

一方、Δθａ＜０である場合（ステップ１７６：Δθａ＜０）、図９（ｂ）に示すように、弁体１２が閉方向（全閉方向）に回動された場合であって、弁体１２への負荷がその逆の開方向（全開方向）にかかっており、θａ２が示す開度現在値θが、実際の弁体１２ではΔθａｖａだけ大きい状態であると推定される。このため、流量制御部２８Ａは、開度現在値θに相当するθａ２にΔθａｖａを加算することによりθを補正し（ステップ１７８）、一連の開度現在値補正処理を終了する。

［開度差分代表値の算出］
次に、本実施の形態にかかる流量制御弁１の開度差分代表値Δθａｖａの算出について説明する。
開度差分値算出部２８Ｂで算出される開度差分値Δθａｖには、ある程度のばらつきが含まれる。本実施の形態では、開度差分値Δθａｖに関する開度差分代表値Δθａｖａを求め、このΔθａｖａに基づいて開度現在値θを補正するようにしたものである。

Δθａｖａの算出方法の１つとして、アクチュエータ２０の制御部２８で計算する方法がある。ただし、アクチュエータ２０に搭載可能な記憶部の記憶容量には、回路規模やコストなどの面から制限があるため、本実施の形態では、Δθａｖを統計処理してΔθａｖａを算出する方法として、Δθａｖの移動平均値を求める方法を用いる。なお、Δθａｖａの算出に用いるΔθａｖを直近に得られたいくつかに制限すれば、最大値、最小値、中央値など移動平均値以外の統計処理で得られた代表値を用いてもよい。

図１０は、アクチュエータでの開度差分代表値算出過程を示す説明図である。図１０に示すように、時刻ｎ（ｎは１以上の整数）において、時刻０から時刻ｎまでの開度差分値Δθａｖ（０）〜Δθａｖ（ｎ）が得られており、次の時刻ｎ＋１に新規にθａｖ（ｎ＋１）が得られた場合、過去に得られたΔθａｖのうち直近のｎ個のΔθａｖ（１）〜Δθａｖ（ｎ＋１）に関する移動平均値を、時刻ｎ＋１における開度差分代表値Δθａｖａ（ｎ＋１）として計算する。

したがって、Δθａｖａの算出に用いるΔθａｖの個数をｎとした場合、時刻ｍにおける移動平均値からなる開度差分代表値Δθａｖａ（ｍ）は、次の式（１）で求められる。

流量制御部２８Ａは、開度差分値算出部２８Ｂで新たなΔθａｖが算出されるごとにΔθａｖａを計算し、制御部２８内の記憶部に保存する。
これにより、アクチュエータ２０でΔθａｖを履歴情報として長期間保存しておく必要がなくなり、移動平均処理に用いないΔθａｖを順次削除することができる。このため、記憶容量に制限がある場合でも、一定精度のΔθａｖａを算出することが可能となる。

一方、Δθａｖａの算出方法の１つとして、流量制御弁１とは別個の外部装置５０で計算する方法がある。図１１は、外部装置の構成を示すブロック図である。この外部装置５０は、全体としてサーバ装置などの情報処理装置からなり、通信回線Ｌを介して流量制御弁１の制御部２８とデータ通信可能に接続されている。外部装置５０としては、例えば設備管理システムにおける産業用コントローラなど、流量制御弁１の上位装置を用いてもよい。

外部装置５０は、主な機能部として、通信Ｉ／Ｆ部５１、データ蓄積部５２、および統計処理部５３を備えている。
通信Ｉ／Ｆ部５１は、通信回線Ｌ介して流量制御弁１の制御部２８との間で、開度差分値Δθａｖや開度差分代表値Δθａｖａを送受信する機能を有している。
データ蓄積部５２は、ハードディスクなどの記憶装置からなり、通信Ｉ／Ｆ部５１で受信した流量制御弁１からの開度差分値Δθａｖを順次蓄積する機能を有している。

統計処理部５３は、新たな開度差分値Δθａｖがデータ蓄積部５２に蓄積されるごとに、蓄積されているすべての開度差分値Δθａｖを統計処理することにより、これら開度差分値Δθａｖの代表値である開度差分代表値Δθａｖａを算出し、通信Ｉ／Ｆ部５１を介して流量制御弁１へ送信する機能を有している。具体的な統計処理としては、平均値、最大値、最小値、中央値など、代表値を求める一般的な処理を実行すればよい。また、統計処理の対象となるΔθａｖとしては、蓄積されているすべてのΔθａｖを用いてもよく、外れ値など誤差の要因となるΔθａｖを除外した残りのΔθａｖを用いてもよい。

この場合、流量制御弁１の開度差分値算出部２８Ｂは、新たなΔθａｖを算出するごとに、通信回線Ｌを介して外部装置５０へ新たなΔθａｖを送信し、外部装置５０から通信回線Ｌを介して受信した新たな開度差分代表値Δθａｖａを取得し、制御部２８内の記憶部に保存する。なお、開度差分代表値Δθａｖａは、図８の開度現在値補正動作を実行する時点で流量制御弁１が保持していればよい。このため、開度現在値補正動作の実行に合わせて外部装置５０から開度差分代表値Δθａｖａを取得してもよく、それ以前に外部装置５０から、逐次あるいは間欠的に取得して制御部２８内の記憶部に保存しておいてもよい。

これにより、アクチュエータ２０でΔθａｖを履歴情報として保存しておく必要がなくなり、制御部２８内の記憶部の記憶容量を効率よく省できる。また、外部装置５０では、流量制御弁１に比較して、より大きな記憶容量を容易に備えることができ、より多くのΔθａｖから開度差分代表値Δθａｖａを算出することができる。また、外部装置５０では、流量制御弁１に比較して計算能力が高いため、より高度な統計処理を短時間で実行できる。このため、高い精度のΔθａｖａを効率よく算出することができ、開度現在値θを高い精度で補正することが可能となる。

［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、開度差分値算出部２８Ｂが、モータ２３を駆動して弁体１２を回動させた際、回動により変化した、出力側センサ出力値Ｓａが示す出力側開度の変化量である出力側開度偏差値Δθａと、弁側センサ出力値Ｓｖが示す弁側開度θｖの変化量である弁側開度偏差値Δθｖとの差分を示す開度差分値Δθａｖを算出し、流量制御部２８Ａが、出力側開度からなる開度現在値θにより流体の流量制御を行う際、開度差分値Δθａｖの代表値からなる開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、開度現在値θに含まれる、出力軸２５から弁体１２までの一連の駆動軸に生じたねじれによる誤差を補正するようにしたものである。

具体的には、流量制御部２８Ａが、出力側開度偏差値Δθａに基づいて弁体１２の回動方向を判定し、回動方向が開方向である場合には、回動停止時における出力側開度停止値θａ２から開度差分代表値Δθａｖａを減算したものを開度現在値θとし、回動方向が閉方向である場合には、θａ２にΔθａｖａを加算したものを開度現在値θとするようにしたものである。

これにより、弁側角度センサ１４と出力側角度センサ２６との間の開度差分値Δθａｖを統計処理して得られた開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、出力側角度センサ２６で得られる開度現在値θが補正されることになる。したがって、出力軸２５から弁体１２までの一連の駆動軸のねじれに起因して、出力側開度θａからなる開度現在値θに含まれる誤差を、精度よく補正することができ、出力側角度センサ２６を使用した場合でも、正確な流量制御を実現することが可能となる。

また、本実施の形態において、流量制御部２８Ａが、回動ごとに得られた開度差分値Δθａｖを移動平均することにより開度差分代表値Δθａｖａを算出するようにしてもよい。
これにより、制御部２８内の記憶部に記憶容量に制限がある場合でも、一定精度のΔθａｖａを算出することが可能となる。

また、本実施の形態において、流量制御部２８Ａが、開度差分値Δθａｖが新たに算出されるごとに通信回線Ｌを介して接続された外部装置５０へ開度差分値Δθａｖを送信し、外部装置５０が開度差分値Δθａｖを統計処理して求めた開度差分代表値Δθａｖａを、外部装置５０から取得するようにしてもよい。

これにより、アクチュエータ２０でΔθａｖを履歴情報として保存しておく必要がなくなり、制御部２８内の記憶部の記憶容量を効率よく省できる。また、外部装置５０では、流量制御弁１に比較して、より大きな記憶容量を容易に備えることができ、より多くのΔθａｖから開度差分代表値Δθａｖａを算出することができる。また、外部装置５０では、流量制御弁１に比較して計算能力が高いため、より高度な統計処理を短時間で実行できる。このため、高い精度のΔθａｖａを効率よく算出することができ、開度現在値θを高い精度で補正することが可能となる。

また、出力側角度センサおよび弁側角度センサの両方を備えることにより、流量制御弁１において角度センサの冗長性を得ることができる。したがって、いずれか一方の角度センサで故障や劣化などの障害により精度よく開度現在値θを特定できなくなった場合でも他方の角度センサで特定でき、より安定した流量制御を実現することができる。また、障害ありを流量制御弁１の表示部（図示せず）でアラート表示したり、上位装置へ通知することにより、弁本体１０やアクチュエータ２０の交換を早期に促すことが可能となる。よって、交換時期をメンテナンススケジュールに合わせることができ、次の交換時期まで流量制御を維持できる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１…流量制御弁、１０…弁本体、１０Ａ…本体上面、１０Ｂ…本体底面、１１…流路、１１Ａ…内壁、１２…弁体、１３…弁軸、１４…弁側角度センサ、２０…アクチュエータ、２１…流量目標設定部、２２…モータ駆動部、２３…モータ、２４…減速機、２５…出力軸、２６…出力側角度センサ、２７…特性テーブル記憶部、２８…制御部、２８Ａ…流量制御部、２８Ｂ…開度差分値算出部、３０…継手、３１…ヨーク、Ｓ１，Ｓ２…圧力センサ、Ｓ３…温度センサ、５０…外部装置、５１…通信Ｉ／Ｆ部、５２…データ蓄積部、５３…統計処理部、Ｌ…通信回線、Ｑｒｅｆ…流量目標値、Ｑ…流量現在値、ΔＱ…偏差、Ｓｖ…弁側センサ出力値、Ｓａ…出力側センサ出力値、Ｔｖ…検出温度、Ｐ１…一次側圧力、Ｐ２…二次側圧力、ΔＰ…差圧、θ…開度現在値、θａ…出力側開度、θａ１…出力側開度開始値、θａ２…出力側開度停止値、Δθａ…出力側開度偏差値、θｖ…弁側開度、θｖ１…弁側開度開始値、θｖ２…弁側開度停止値、Δθｖ…弁側開度偏差値、Δθａｖ…開度差分値、Δθａｖａ…開度差分代表値。

特開２０１５−１９４１６６号公報 特開２０１５−１１４１８８号公報 特開２０１５−１２５０３８号公報

Claims (5)

1. 流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁開度に基づいて前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御する流量制御部を有するアクチュエータとを備える流量制御弁であって、
   前記出力軸の回動角度に応じた出力側センサ出力値を出力する出力側角度センサと、
   前記弁軸の回動角度に応じた弁側センサ出力値を出力する弁側角度センサと、
   前記モータを駆動して前記弁体を回動させた際、前記回動により変化した、前記出力側センサ出力値が示す出力側開度の変化量である出力側開度偏差値Δθａと、前記弁側センサ出力値が示す弁側開度の変化量である弁側開度偏差値Δθｖとの差分を示す開度差分値Δθａｖを算出する開度差分値算出部とを備え、
   前記流量制御部は、前記出力側開度からなる開度現在値θにより前記流体の流量制御を行う際、前記開度差分値Δθａｖの代表値からなる開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、前記開度現在値θに含まれる、前記出力軸から前記弁体までの一連の駆動軸に生じたねじれによる誤差を補正する
   ことを特徴とする流量制御弁。
2. 請求項１に記載の流量制御弁において、
   前記流量制御部は、前記回動後に前記出力側開度からなる開度現在値θを補正する際、前記出力側開度偏差値Δθａに基づいて前記弁体の回動方向を判定し、前記回動方向が開方向である場合は、前記回動停止時における出力側開度停止値θａ２から前記開度差分代表値Δθａｖａを減算した値を前記開度現在値θとし、前記回動方向が閉方向である場合は、前記出力側開度停止値θａ２に前記開度差分代表値Δθａｖａを加算した値を前記開度現在値θとすることを特徴とする流量制御弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の流量制御弁において、
   前記流量制御部は、前記回動ごとに得られた前記開度差分値Δθａｖを移動平均することにより前記開度差分代表値Δθａｖａを算出することを特徴とする流量制御弁。
4. 請求項１または請求項２に記載の流量制御弁において、
   前記流量制御部は、前記開度差分値Δθａｖが新たに算出されるごとに通信回線を介して接続された外部装置へ前記開度差分値Δθａｖを送信し、前記外部装置が前記開度差分値Δθａｖの統計処理して求めた前記開度差分代表値Δθａｖａを、前記外部装置から取得することを特徴とする流量制御弁。
5. 流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の弁開度に基づいて前記弁体の弁軸と接続されている出力軸をモータで回動させて前記弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御する流量制御部を有するアクチュエータとを備える流量制御弁で用いられる開度現在値補正方法であって、
   出力側角度センサが、前記出力軸の回動角度に応じた出力側センサ出力値を出力する出力側角度検出ステップと、
   弁側角度センサが、前記弁軸の回動角度に応じた弁側センサ出力値を出力する弁側角度検出ステップと、
   開度差分値算出部が、前記モータを駆動して前記弁体を回動させた際、前記回動により変化した、前記出力側センサ出力値が示す出力側開度の変化量である出力側開度偏差値Δθａと、前記弁側センサ出力値が示す弁側開度の変化量である弁側開度偏差値Δθｖとの差分を示す開度差分値Δθａｖを算出する開度差分値算出ステップと、
   前記流量制御部が、前記出力側開度からなる開度現在値θにより前記流体の流量制御を行う際、前記開度差分値Δθａｖの代表値からなる開度差分代表値Δθａｖａに基づいて、前記開度現在値θに含まれる、前記出力軸から前記弁体までの一連の駆動軸に生じたねじれによる誤差を補正する開度現在値補正ステップと
   を備えることを特徴とする開度現在値補正方法。

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