JP3383968B2 - バルブポジショナ - Google Patents
バルブポジショナInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラントなどに設けら
れ各種流体の流量制御を行う調節弁に用いられるバルブ
ボジショナに係り、特に調節弁の弁開度を入力信号に基
づいて制御する機能のほかに、調節弁の操作部の異常に
対する診断予知をする診断予知機能をも有するように改
良されたバルブボジショナに関する。 【０００２】 【従来の技術】図２は実開昭６３−１７３５０３号に開
示されている従来のバルブボジショナの構成を示す構成
図である。以下、これについて説明する。このトップガ
イド型単座調節弁は、プロセス流体（被制御流体）１の
流量を制御する本体部２と、本体部２に弁プラグ３をそ
の軸方向に往復移動させるダイヤフラム式の操作部４と
から構成されており、さらに入力信号Ｉに応じて弁開度
を調整するバルブボジショナ３０が付加されている。 【０００３】本体部２は上流側通路１０にあるプロセス
流体１が仕切り壁１１の中央部においてシートリング１
２がはめ込まれた開口部を通って下流側通路１３に抜け
るように構成されている。 【０００４】そして、弁プラグ３がガイドリング１４に
沿って上下動することにより、開口部の開度が変化して
プロセス流体１の流量が制御される。弁プラグ３の上部
ロッド３ａは本体上蓋１５のプラグ挿通孔１６にグラン
ドパッキン１７を介して摺動自在に挿通されており、ロ
ッド３ａの上端は操作部４のステム１８とステムコネク
タ１９を介して連結されている。 【０００５】ステム１８はスプリング２０により下方に
付勢されると共にその上端がダイヤフラム２１に固定さ
れており、ダイヤフラムケース２２の圧力室２３内の圧
力に応じて上下動する。 【０００６】圧力室２３の内部圧力が増大すればステム
１８が上方に引き上げられ、ステムコネクタ１９を介し
て連結される弁プラグ３も上方に移動して本体部２に設
けられた開口部の弁開度が大きくなる。逆に、圧力室２
３の内部圧力が減少すれば、弁開度プラグ３が下方に移
動して弁開度が小さくなる。 【０００７】圧力室２３の圧力調整はバルブポジショナ
３０によって行われる。バルブポジショナ３０は弁開度
を示す信号を入力端子７から入力し、ステム１８の上下
動に伴って回動するレバー２４により弁開度を検出し、
その値をフイードバックして実際の弁開度を入力信号の
指示する弁開度と一致させるべく操作部４の圧力室２
３、つまり空気室の圧力調整を行う。 【０００８】このような調節弁において、操作部４はス
テム１８と本体上蓋１５に固定されたスプリングケース
２５と、このスプリングケース２５内に配設されステム
１８を下方に付勢するスプリング２０と、スプリングケ
ース２５上に配設されたダイヤフラムケース２２と、こ
のダイヤフラムケース２２内にその周縁部を保持されて
配設されたダイヤフラム２１などで構成され、このダイ
ヤフラム２１にステム１８の上端が連結されている。 【０００９】そして、ダイヤフラムケース２２とスプリ
ングケース２５との連結部には、空気室２３のシール性
を保ためにオーリング２７を介在させてステム１８を挿
通してなるガイドブッシュ２６が配設され、その外周に
ガスケット２８が装着されている。なお、２９はバルブ
ポジショナ３０から出力する空気圧を空気室２３に供給
するための空気供給経路としての配管である。 【００１０】このバルブポジショナ３０は、入力回路、
制御演算器、空気圧発生器、および弁変位検出器などに
よって構成され、調節弁の弁開度は入力信号Ｉとして与
えられる目標値である目標弁開度に常に追従する。 【００１１】このうち、入力回路は、図示しないコント
ローラから２本の伝送線（図示せず）を介して入力端子
７から電流値の形として与えられる入力信号Ｉをバルブ
ポジショナ３０に内蔵される制御演算器に入力可能なよ
うに電圧値に変換すると共にバルブポジショナ３０の回
路電源をも作成する。 【００１２】一方、弁変位検出器は、ポテンショメータ
或いはロータリーエンコーダなどにより構成されるもの
であり、弁リフトに伴って変化するレバー２４の回転角
度から弁開度を検出し、これを電気信号に変換して制御
演算器に測定弁開度として出力する。 【００１３】そして、制御演算器は、この入力装置から
の目標弁開度とレバー２４に連動する弁リフト検出器か
らの測定弁開度とを比較し、これ等の偏差が零に近づく
ように空気圧発生器に対して空気圧制御信号を出力す
る。 【００１４】さらに、この空気圧発生器は、この制御演
算器からの空気圧制御信号に基づいて出力空気圧を増
加、減少或いは保持して配管２９を介して空気室２３の
中の圧力を制御する。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなバルブポジショナには、次に説明するような問題
点がある。 【００１６】（Ａ）プロセス流体１に含まれる不純物な
どが弁プラグ３とガイドリング１４、或いはグランドパ
ッキン１７とロッド３ａとの間に入り込み、これにより
摩擦力が増して最終的には“かじり”を生じてステム１
８が完全に動かなくなってから、オペレータがこのこと
に気がつくことがある。 【００１７】（Ｂ）グランドパッキン１７が変質・硬化
を起こして弾性を失ったり、摩擦が増加するなどして次
第に緩みが生じるので、定期的に保守者がパッキンの状
況をチエックして液漏れがないか否かを目視により監視
するなど人手を要していた。 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、弁変位検出器により検出さ
れた調節弁の弁開度信号と入力信号が示す目標弁開度と
を一致させるように制御演算器から前記調節弁の操作部
に空気圧を供給することにより前記空気圧に応じて前記
調節弁の弁開度制御を行うバルブポジショナにおいて、
一定時間のあいだ診断信号を出力する診断信号発生手段
と、この診断信号が入力されることによりゲイン変更信
号を出力して前記制御演算器のゲインを変更するゲイン
変更手段と、前記入力信号と前記弁開度信号とが入力さ
れこれ等の信号の変化の差の発生回数が所定時間中に所
定値以上になった変化回数を計数する変化回数演算手段
と、この変化回数が基準値以上になったことを判定する
判定信号を出力する判定信号出力手段と、前記ゲインが
予め設定された基準範囲内で、この判定信号が出力され
たときに異常診断信号を出力する異常検出手段とを具備
し、これにより発振限界を計測して前記調節弁の異常に
対する診断予知を行うようにしたものである。 【００１９】 【作 用】診断信号発生手段は診断を行う一定時間のあ
いだ診断信号を出力する。ゲイン変更手段はこの診断信
号が入力されることによりゲイン変更信号を出力して制
御演算器のゲインを増減して系に発振を起こさせる。 【００２０】変化回数演算手段は目標弁開度を示す入力
信号と弁変位検出器により検出された調節弁の弁開度信
号とが入力されこれ等の信号の変化の発生回数の差が所
定時間中に所定値以上になった変化回数を計数する。そ
して、判定信号出力手段はこの変化回数が基準値以上に
なったことを判定する判定信号を異常検出手段に出力す
る。 【００２１】異常検出手段は、この判定信号が出力され
たときの先のゲインが予め設定された基準範囲を越えた
ときに異常診断信号を出力する。このようにして、発振
限界を計測することにより先の調節弁の異常に対する診
断予知を行う。 【００２２】 【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示すプロック
図である。なお、図２に示す従来のバルブポジショナと
同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜に
その説明を省略する。 【００２３】３１は、入力信号Ｉが図示しない調節計な
どから伝送され、この入力信号Ｉに対応して本体部２と
操作部４とからなる調節弁３２の弁開度を制御するメイ
ン制御回路である。このメイン制御回路３１は主として
入力回路３３、制御演算器３４、空気圧発生器３５、弁
変位検出器３６などから構成されている。 【００２４】入力回路３３は、２本の伝送線から例えば
４〜２０ｍＡの電流信号として入力信号Ｉが入力され、
この入力信号Ｉのベース部分である４ｍＡ以下で内部の
回路を動作させる回路電源Ｅbを作り、残りの０〜１６
ｍＡを弁開度の目標値を与える電圧信号Ｖiに変換す
る。 【００２５】制御演算器３４は、その一方の入力端にこ
の電圧信号Ｖiが印加され、他方の入力端には調節弁３
２のストロークが弁変位検出器３６で検出されこれが弁
開度信号Ｖfとして変換されて印加されている。 【００２６】制御演算器３４はこれらの電圧信号Ｖiと
弁開度信号Ｖfとが一致するように空気圧発生器３５を
介して得た操作信号Ｐ0により操作部４を制御する。こ
の操作信号Ｐ0は本体部２と操作部４を連結するステム
１８を上下させて本体部２の弁開度を調節すると共にこ
の上下動は回動するレバー２４を介して弁変位検出器３
６に出力される。 【００２７】３７は変化回数演算回路であり、この変化
回数演算回路３７は第１の微分演算回路３８、第２の微
分演算回路３９、比較回路４０、計数回路４１などから
構成されている。 【００２８】微分演算回路３８には、入力回路３３から
入力信号Ｉの弁開度を制御する部分に対応する電圧信号
Ｖiが入力され、この電圧信号Ｖiの変化の程度を把握す
るためにこれに微分演算が施されて比較回路４０の入力
の一端に出力される。 【００２９】また、微分演算回路３９には、弁変位検出
器３６を介してステム１８が上下に移動する信号である
弁開度信号Ｖfが入力され、この弁開度信号Ｖfの変化の
程度を把握するためにこれに微分演算が施されて比較回
路４０の入力の他端に出力される。 【００３０】比較回路４０は、これらの電圧信号Ｖiの
変化率と弁開度信号Ｖfの変化率との差を演算して、判
定回路４１に差信号ＳDとして出力する。この差信号ＳD
は弁開度信号Ｖfの変化から入力された電圧信号Ｖiの変
化が消去されているので、純粋に弁開度信号Ｖfの変化
が抽出されている。 【００３１】計数回路４１は、計数開始信号ＳCと差信
号ＳDとが入力され、計数開始信号Ｓ Cで計数が開始さ
れ、この差信号ＳDの変化が予め設定された所定数Ｎを
越えたか否かを計数しその計数結果ＮCを出力する。 【００３２】判定信号出力回路４２は、基準値設定回路
４３と判定回路４４とから構成されており、基準値設定
回路４３は計数結果ＮCの判定基準となる基準値ＮSを判
定回路４４に出力し、判定回路４４は計数結果ＮCと基
準値ＮSとを比較して、計数結果ＮCが基準値ＮSを越え
たか否かを判断して基準値ＮSを越えたときに判定信号
ＪSを出力する。 【００３３】異常検出回路４５には、判定信号ＪS、ゲ
インＧSが入力されており、判定信号ＪSがこの判定信号
ＪSを得たときの後述するゲイン範囲（ＧS(H)〜ＧS(L)
を越えたときに異常診断信号ＳAを出力する。 【００３４】診断回路４６は、タイマ回路４７と診断信
号発生器４８とから構成されている。このうち、タイマ
回路４７は診断開始の際に診断動作時間ＴCを診断信号
発生器４８に設定すると共に計数回路４１に計数開始信
号ＳCを出力する。 【００３５】また、診断信号発生器４８は、この診断動
作時間ＴCがタイマ回路４７から入力されるとゲイン変
更回路４９に一定時間のあいだ所定のレベル状態が続く
診断信号ＴSを出力する。 【００３６】ゲイン変更回路４９は診断信号ＴSが継続
するあいだ制御演算器３４にゲインを所定の値に変更す
るゲイン変更信号ＧVを出力すると共に異常検出回路４
５にゲイン変更信号ＧVに対応するゲイン値ＧSを出力す
る。 【００３７】次に、以上のように構成されたバルブポジ
ショナの動作について説明する。先ず、通常の動作につ
いて説明する。通常の動作においては、制御演算器３４
は予め決められたゲインＧS0に設定されており、また、
タイマ回路４７からは診断動作時間ＴCも計数開始信号
ＳCも出力されず、変化回数演算回路３７とゲイン変更
回路４９は切り離された状態となっている。 【００３８】この状態で、例えば調節器などから４〜２
０ｍＡなどの電流信号として入力信号Ｉが入力回路３３
に伝送されると、入力回路３３はこの入力信号Ｉのベー
ス部分の電流である４ｍＡを用いて回路動作に必要な回
路電源Ｅbを作り、残りの０〜１６ｍＡを弁開度の目標
値を与える電圧信号Ｖiに変換する。 【００３９】制御演算器３４は、この電圧信号Ｖiと弁
変位検出器３６から出力される弁開度信号Ｖfとの偏差
を演算して対応する出力信号を空気圧発生器３５を介し
て操作信号Ｐ0として操作部４のステム１８の変位を制
御する。 【００４０】この変位は、弁変位検出器３６を介して弁
開度信号Ｖfとして制御演算器３４に負帰還される。そ
して、制御演算器３４は、電圧信号Ｖiと弁開度信号Ｖf
との偏差がなくなるように演算するので、系が平衡した
状態では、弁開度信号Ｖfは制御目標値である電圧信号
Ｖiに一致することとなる。 【００４１】次に、調節弁の操作部の異常に対する診断
予知をする場合の動作について説明する。この場合に
は、タイマ回路４７から診断動作時間ＴCと計数開始信
号ＳCとがそれぞれ信号診断発生器４８と計数回路４１
に出力される。信号診断発生器４８は診断動作時間ＴC
が入力されることにより、ゲイン変更回路４９に診断信
号ＴSを出力する。 【００４２】ゲイン変更回路４９は、先ず、制御演算器
３４のゲインを正常な発振限界を示す下限であるＧｖ
（Ｌ）にしてこれを制御演算器３４に設定し、診断信号
Ｔｓが出力されている間これを維持している。同時に異
常検出回路４５にはこのゲインＧｖ（Ｌ）に対応するゲ
イン値Ｇｓ（Ｌ）を設定する。 【００４３】この状態で、微分演算回路３９は弁開度信
号Ｖfを微分することにより弁開度信号Ｖfの変動分を演
算により検出する。また、微分演算回路３８は電圧信号
Ｖiを微分して電圧信号Ｖiの変動分を演算して比較回路
４０に出力する。 【００４４】比較回路４０は、これ等の微分演算回路３
８と微分演算回路３９での演算結果を比較して、これら
の差である差信号ＳD（Ｌ）を出力する。この差信号ＳD
（Ｌ）は弁開度信号Ｖfの変動分から電圧信号Ｖiの変動
分が除去された形となるので、純粋に弁開度信号Ｖfの
変動分のみが出力されることとなる。 【００４５】計数回路４１は、この差信号ＳD（Ｌ）の
変化が予め設定された所定数Ｎを越えたか否かを計数し
所定数Ｎを越えたときに、その計数結果ＮC（Ｌ）を判
定回路４４に出力する。この計数回路４１は判定に必要
な程度に計数結果ＮC（Ｌ）が達したかどうかを判断す
る。 【００４６】判定回路４４は計数結果ＮC（Ｌ）と基準
値ＮSとを比較して、計数結果ＮC（Ｌ）が基準値ＮSを
越えたときに判定信号ＪS（Ｌ）を異常検出回路４５に
出力する。基準値ＮSを越えたことにより調節弁を含む
システムに発振が生じたことが判る。 【００４７】異常検出回路４５は、発振限界に対応する
下限のゲイン値ＧS(L)において判定信号ＪS（Ｌ）が検
知されたことにより、異常診断信号ＳA（Ｌ）を出力す
る。このような下限のゲイン値ＧS(L)において発振が生
じるのは、例えば、次の、のような場合である。 【００４８】弁プラグ３とガイドリング１４との間、
グランドパッキン１７とロッド３ａとの間へ不純物が混
入した場合は、摩擦力が増大するので、発振限界の下限
のゲイン値ＧS(L)より低下する。また、 グランドパッキン１７が変質して硬化した場合は、摩
擦力が増大するので、発振限界の下限のゲイン値ＧS(L)
より低下する。 【００４９】異常検出回路４５は、発振限界に対応する
下限のゲイン値ＧS(L)において判定信号ＪS（Ｌ）が検
知されなければ、一応、調節弁において通常の場合に対
して摩擦力は増大しておらず、正常なものとして異常診
断信号ＳA（Ｌ）を送出しないこととして処理をする。 【００５０】次に、発振限界に対応する下限のゲイン値
ＧS(L)において判定信号ＪS（Ｌ）が検知されない場合
は、制御演算器３４のゲインを正常な発振限界の上限で
あるＧV(H)にゲイン変更回路４９により変更し、これを
制御演算器３４に設定して診断動作時間ＴCが出力され
ている間これを維持している。同時に異常検出回路４５
にもこのゲインＧV(H)に対応するゲイン値ＧS(H)を設定
する。 【００５１】この状態で、微分演算回路３９は弁開度信
号Ｖfを微分することにより弁開度信号Ｖfの変動分を演
算により検出する。この際、微分演算回路３８は電圧信
号Ｖiを微分して電圧信号Ｖiの変動分を演算して比較回
路４０に出力する。 【００５２】比較回路４０は、これ等の微分演算回路３
８と微分演算回路３９での演算結果を比較して、これら
の差である差信号ＳD（Ｈ）を出力する。この差信号ＳD
（ＨＬ）は弁開度信号Ｖfの変動分から電圧信号Ｖiの変
動が除去された形となるので、純粋に弁開度信号Ｖfの
変動分のみが出力されることとなる。 【００５３】計数回路４１は、この差信号ＳD（Ｈ）の
変化が予め設定された所定数Ｎを越えたか否かを計数し
所定数Ｎを越えたときに、その計数結果ＮC（Ｈ）を判
定回路４４に出力する。この計数回路４１は判定に必要
な程度に計数結果ＮC（Ｈ）が達したかどうかを判断す
る。 【００５４】判定回路４４は計数結果ＮC（Ｈ）と基準
値ＮSとを比較して、計数結果ＮC（Ｈ）が基準値ＮSを
越えたときに判定信号ＪS（Ｈ）を異常検出回路４５に
出力する。基準値ＮSを越えたことにより調節弁を含む
システムに発振が生じたことが判る。 【００５５】異常検出回路４５は、発振限界に対応する
上限のゲイン値ＧS(H)において判定信号ＪS（Ｈ）が検
知されたことにより、異常診断信号ＳA（Ｈ）を出力す
る。このような上限のゲイン値ＧS(H)において発振が生
じるのは、例えば、グランドパッキン１７が緩んだ場合
などに生じる。これは、摩擦力が低下することによるも
のである。 【００５６】したがって、異常検出回路４５は、発振限
界に対応する上限のゲイン値ＧS(H)において判定信号Ｊ
S（Ｈ）が検知されなければ、調節弁において通常の場
合に対して摩擦力が低下しておらず、正常なものとして
異常診断信号ＳA（H）を送出しないものとして処理す
る。 【００５７】以上の演算はハードウエアをベースとする
デスクリートな構成を用いて説明したが、これらの機能
はマイクロコンピュータを用いたソウトウエアによって
も実現することができる。 【００５８】 【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、入力信号が導入された状態で、制
御演算器の発振限界のゲインを上限値と下限値に変更し
てこれらにおけるシステムの発振限界の有無を検知する
ことにより、調節弁のステムに加わる摩擦力の変化を知
ることができ、異常の予知又は診断ができる。
れ各種流体の流量制御を行う調節弁に用いられるバルブ
ボジショナに係り、特に調節弁の弁開度を入力信号に基
づいて制御する機能のほかに、調節弁の操作部の異常に
対する診断予知をする診断予知機能をも有するように改
良されたバルブボジショナに関する。 【０００２】 【従来の技術】図２は実開昭６３−１７３５０３号に開
示されている従来のバルブボジショナの構成を示す構成
図である。以下、これについて説明する。このトップガ
イド型単座調節弁は、プロセス流体（被制御流体）１の
流量を制御する本体部２と、本体部２に弁プラグ３をそ
の軸方向に往復移動させるダイヤフラム式の操作部４と
から構成されており、さらに入力信号Ｉに応じて弁開度
を調整するバルブボジショナ３０が付加されている。 【０００３】本体部２は上流側通路１０にあるプロセス
流体１が仕切り壁１１の中央部においてシートリング１
２がはめ込まれた開口部を通って下流側通路１３に抜け
るように構成されている。 【０００４】そして、弁プラグ３がガイドリング１４に
沿って上下動することにより、開口部の開度が変化して
プロセス流体１の流量が制御される。弁プラグ３の上部
ロッド３ａは本体上蓋１５のプラグ挿通孔１６にグラン
ドパッキン１７を介して摺動自在に挿通されており、ロ
ッド３ａの上端は操作部４のステム１８とステムコネク
タ１９を介して連結されている。 【０００５】ステム１８はスプリング２０により下方に
付勢されると共にその上端がダイヤフラム２１に固定さ
れており、ダイヤフラムケース２２の圧力室２３内の圧
力に応じて上下動する。 【０００６】圧力室２３の内部圧力が増大すればステム
１８が上方に引き上げられ、ステムコネクタ１９を介し
て連結される弁プラグ３も上方に移動して本体部２に設
けられた開口部の弁開度が大きくなる。逆に、圧力室２
３の内部圧力が減少すれば、弁開度プラグ３が下方に移
動して弁開度が小さくなる。 【０００７】圧力室２３の圧力調整はバルブポジショナ
３０によって行われる。バルブポジショナ３０は弁開度
を示す信号を入力端子７から入力し、ステム１８の上下
動に伴って回動するレバー２４により弁開度を検出し、
その値をフイードバックして実際の弁開度を入力信号の
指示する弁開度と一致させるべく操作部４の圧力室２
３、つまり空気室の圧力調整を行う。 【０００８】このような調節弁において、操作部４はス
テム１８と本体上蓋１５に固定されたスプリングケース
２５と、このスプリングケース２５内に配設されステム
１８を下方に付勢するスプリング２０と、スプリングケ
ース２５上に配設されたダイヤフラムケース２２と、こ
のダイヤフラムケース２２内にその周縁部を保持されて
配設されたダイヤフラム２１などで構成され、このダイ
ヤフラム２１にステム１８の上端が連結されている。 【０００９】そして、ダイヤフラムケース２２とスプリ
ングケース２５との連結部には、空気室２３のシール性
を保ためにオーリング２７を介在させてステム１８を挿
通してなるガイドブッシュ２６が配設され、その外周に
ガスケット２８が装着されている。なお、２９はバルブ
ポジショナ３０から出力する空気圧を空気室２３に供給
するための空気供給経路としての配管である。 【００１０】このバルブポジショナ３０は、入力回路、
制御演算器、空気圧発生器、および弁変位検出器などに
よって構成され、調節弁の弁開度は入力信号Ｉとして与
えられる目標値である目標弁開度に常に追従する。 【００１１】このうち、入力回路は、図示しないコント
ローラから２本の伝送線（図示せず）を介して入力端子
７から電流値の形として与えられる入力信号Ｉをバルブ
ポジショナ３０に内蔵される制御演算器に入力可能なよ
うに電圧値に変換すると共にバルブポジショナ３０の回
路電源をも作成する。 【００１２】一方、弁変位検出器は、ポテンショメータ
或いはロータリーエンコーダなどにより構成されるもの
であり、弁リフトに伴って変化するレバー２４の回転角
度から弁開度を検出し、これを電気信号に変換して制御
演算器に測定弁開度として出力する。 【００１３】そして、制御演算器は、この入力装置から
の目標弁開度とレバー２４に連動する弁リフト検出器か
らの測定弁開度とを比較し、これ等の偏差が零に近づく
ように空気圧発生器に対して空気圧制御信号を出力す
る。 【００１４】さらに、この空気圧発生器は、この制御演
算器からの空気圧制御信号に基づいて出力空気圧を増
加、減少或いは保持して配管２９を介して空気室２３の
中の圧力を制御する。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなバルブポジショナには、次に説明するような問題
点がある。 【００１６】（Ａ）プロセス流体１に含まれる不純物な
どが弁プラグ３とガイドリング１４、或いはグランドパ
ッキン１７とロッド３ａとの間に入り込み、これにより
摩擦力が増して最終的には“かじり”を生じてステム１
８が完全に動かなくなってから、オペレータがこのこと
に気がつくことがある。 【００１７】（Ｂ）グランドパッキン１７が変質・硬化
を起こして弾性を失ったり、摩擦が増加するなどして次
第に緩みが生じるので、定期的に保守者がパッキンの状
況をチエックして液漏れがないか否かを目視により監視
するなど人手を要していた。 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、弁変位検出器により検出さ
れた調節弁の弁開度信号と入力信号が示す目標弁開度と
を一致させるように制御演算器から前記調節弁の操作部
に空気圧を供給することにより前記空気圧に応じて前記
調節弁の弁開度制御を行うバルブポジショナにおいて、
一定時間のあいだ診断信号を出力する診断信号発生手段
と、この診断信号が入力されることによりゲイン変更信
号を出力して前記制御演算器のゲインを変更するゲイン
変更手段と、前記入力信号と前記弁開度信号とが入力さ
れこれ等の信号の変化の差の発生回数が所定時間中に所
定値以上になった変化回数を計数する変化回数演算手段
と、この変化回数が基準値以上になったことを判定する
判定信号を出力する判定信号出力手段と、前記ゲインが
予め設定された基準範囲内で、この判定信号が出力され
たときに異常診断信号を出力する異常検出手段とを具備
し、これにより発振限界を計測して前記調節弁の異常に
対する診断予知を行うようにしたものである。 【００１９】 【作 用】診断信号発生手段は診断を行う一定時間のあ
いだ診断信号を出力する。ゲイン変更手段はこの診断信
号が入力されることによりゲイン変更信号を出力して制
御演算器のゲインを増減して系に発振を起こさせる。 【００２０】変化回数演算手段は目標弁開度を示す入力
信号と弁変位検出器により検出された調節弁の弁開度信
号とが入力されこれ等の信号の変化の発生回数の差が所
定時間中に所定値以上になった変化回数を計数する。そ
して、判定信号出力手段はこの変化回数が基準値以上に
なったことを判定する判定信号を異常検出手段に出力す
る。 【００２１】異常検出手段は、この判定信号が出力され
たときの先のゲインが予め設定された基準範囲を越えた
ときに異常診断信号を出力する。このようにして、発振
限界を計測することにより先の調節弁の異常に対する診
断予知を行う。 【００２２】 【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示すプロック
図である。なお、図２に示す従来のバルブポジショナと
同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜に
その説明を省略する。 【００２３】３１は、入力信号Ｉが図示しない調節計な
どから伝送され、この入力信号Ｉに対応して本体部２と
操作部４とからなる調節弁３２の弁開度を制御するメイ
ン制御回路である。このメイン制御回路３１は主として
入力回路３３、制御演算器３４、空気圧発生器３５、弁
変位検出器３６などから構成されている。 【００２４】入力回路３３は、２本の伝送線から例えば
４〜２０ｍＡの電流信号として入力信号Ｉが入力され、
この入力信号Ｉのベース部分である４ｍＡ以下で内部の
回路を動作させる回路電源Ｅbを作り、残りの０〜１６
ｍＡを弁開度の目標値を与える電圧信号Ｖiに変換す
る。 【００２５】制御演算器３４は、その一方の入力端にこ
の電圧信号Ｖiが印加され、他方の入力端には調節弁３
２のストロークが弁変位検出器３６で検出されこれが弁
開度信号Ｖfとして変換されて印加されている。 【００２６】制御演算器３４はこれらの電圧信号Ｖiと
弁開度信号Ｖfとが一致するように空気圧発生器３５を
介して得た操作信号Ｐ0により操作部４を制御する。こ
の操作信号Ｐ0は本体部２と操作部４を連結するステム
１８を上下させて本体部２の弁開度を調節すると共にこ
の上下動は回動するレバー２４を介して弁変位検出器３
６に出力される。 【００２７】３７は変化回数演算回路であり、この変化
回数演算回路３７は第１の微分演算回路３８、第２の微
分演算回路３９、比較回路４０、計数回路４１などから
構成されている。 【００２８】微分演算回路３８には、入力回路３３から
入力信号Ｉの弁開度を制御する部分に対応する電圧信号
Ｖiが入力され、この電圧信号Ｖiの変化の程度を把握す
るためにこれに微分演算が施されて比較回路４０の入力
の一端に出力される。 【００２９】また、微分演算回路３９には、弁変位検出
器３６を介してステム１８が上下に移動する信号である
弁開度信号Ｖfが入力され、この弁開度信号Ｖfの変化の
程度を把握するためにこれに微分演算が施されて比較回
路４０の入力の他端に出力される。 【００３０】比較回路４０は、これらの電圧信号Ｖiの
変化率と弁開度信号Ｖfの変化率との差を演算して、判
定回路４１に差信号ＳDとして出力する。この差信号ＳD
は弁開度信号Ｖfの変化から入力された電圧信号Ｖiの変
化が消去されているので、純粋に弁開度信号Ｖfの変化
が抽出されている。 【００３１】計数回路４１は、計数開始信号ＳCと差信
号ＳDとが入力され、計数開始信号Ｓ Cで計数が開始さ
れ、この差信号ＳDの変化が予め設定された所定数Ｎを
越えたか否かを計数しその計数結果ＮCを出力する。 【００３２】判定信号出力回路４２は、基準値設定回路
４３と判定回路４４とから構成されており、基準値設定
回路４３は計数結果ＮCの判定基準となる基準値ＮSを判
定回路４４に出力し、判定回路４４は計数結果ＮCと基
準値ＮSとを比較して、計数結果ＮCが基準値ＮSを越え
たか否かを判断して基準値ＮSを越えたときに判定信号
ＪSを出力する。 【００３３】異常検出回路４５には、判定信号ＪS、ゲ
インＧSが入力されており、判定信号ＪSがこの判定信号
ＪSを得たときの後述するゲイン範囲（ＧS(H)〜ＧS(L)
を越えたときに異常診断信号ＳAを出力する。 【００３４】診断回路４６は、タイマ回路４７と診断信
号発生器４８とから構成されている。このうち、タイマ
回路４７は診断開始の際に診断動作時間ＴCを診断信号
発生器４８に設定すると共に計数回路４１に計数開始信
号ＳCを出力する。 【００３５】また、診断信号発生器４８は、この診断動
作時間ＴCがタイマ回路４７から入力されるとゲイン変
更回路４９に一定時間のあいだ所定のレベル状態が続く
診断信号ＴSを出力する。 【００３６】ゲイン変更回路４９は診断信号ＴSが継続
するあいだ制御演算器３４にゲインを所定の値に変更す
るゲイン変更信号ＧVを出力すると共に異常検出回路４
５にゲイン変更信号ＧVに対応するゲイン値ＧSを出力す
る。 【００３７】次に、以上のように構成されたバルブポジ
ショナの動作について説明する。先ず、通常の動作につ
いて説明する。通常の動作においては、制御演算器３４
は予め決められたゲインＧS0に設定されており、また、
タイマ回路４７からは診断動作時間ＴCも計数開始信号
ＳCも出力されず、変化回数演算回路３７とゲイン変更
回路４９は切り離された状態となっている。 【００３８】この状態で、例えば調節器などから４〜２
０ｍＡなどの電流信号として入力信号Ｉが入力回路３３
に伝送されると、入力回路３３はこの入力信号Ｉのベー
ス部分の電流である４ｍＡを用いて回路動作に必要な回
路電源Ｅbを作り、残りの０〜１６ｍＡを弁開度の目標
値を与える電圧信号Ｖiに変換する。 【００３９】制御演算器３４は、この電圧信号Ｖiと弁
変位検出器３６から出力される弁開度信号Ｖfとの偏差
を演算して対応する出力信号を空気圧発生器３５を介し
て操作信号Ｐ0として操作部４のステム１８の変位を制
御する。 【００４０】この変位は、弁変位検出器３６を介して弁
開度信号Ｖfとして制御演算器３４に負帰還される。そ
して、制御演算器３４は、電圧信号Ｖiと弁開度信号Ｖf
との偏差がなくなるように演算するので、系が平衡した
状態では、弁開度信号Ｖfは制御目標値である電圧信号
Ｖiに一致することとなる。 【００４１】次に、調節弁の操作部の異常に対する診断
予知をする場合の動作について説明する。この場合に
は、タイマ回路４７から診断動作時間ＴCと計数開始信
号ＳCとがそれぞれ信号診断発生器４８と計数回路４１
に出力される。信号診断発生器４８は診断動作時間ＴC
が入力されることにより、ゲイン変更回路４９に診断信
号ＴSを出力する。 【００４２】ゲイン変更回路４９は、先ず、制御演算器
３４のゲインを正常な発振限界を示す下限であるＧｖ
（Ｌ）にしてこれを制御演算器３４に設定し、診断信号
Ｔｓが出力されている間これを維持している。同時に異
常検出回路４５にはこのゲインＧｖ（Ｌ）に対応するゲ
イン値Ｇｓ（Ｌ）を設定する。 【００４３】この状態で、微分演算回路３９は弁開度信
号Ｖfを微分することにより弁開度信号Ｖfの変動分を演
算により検出する。また、微分演算回路３８は電圧信号
Ｖiを微分して電圧信号Ｖiの変動分を演算して比較回路
４０に出力する。 【００４４】比較回路４０は、これ等の微分演算回路３
８と微分演算回路３９での演算結果を比較して、これら
の差である差信号ＳD（Ｌ）を出力する。この差信号ＳD
（Ｌ）は弁開度信号Ｖfの変動分から電圧信号Ｖiの変動
分が除去された形となるので、純粋に弁開度信号Ｖfの
変動分のみが出力されることとなる。 【００４５】計数回路４１は、この差信号ＳD（Ｌ）の
変化が予め設定された所定数Ｎを越えたか否かを計数し
所定数Ｎを越えたときに、その計数結果ＮC（Ｌ）を判
定回路４４に出力する。この計数回路４１は判定に必要
な程度に計数結果ＮC（Ｌ）が達したかどうかを判断す
る。 【００４６】判定回路４４は計数結果ＮC（Ｌ）と基準
値ＮSとを比較して、計数結果ＮC（Ｌ）が基準値ＮSを
越えたときに判定信号ＪS（Ｌ）を異常検出回路４５に
出力する。基準値ＮSを越えたことにより調節弁を含む
システムに発振が生じたことが判る。 【００４７】異常検出回路４５は、発振限界に対応する
下限のゲイン値ＧS(L)において判定信号ＪS（Ｌ）が検
知されたことにより、異常診断信号ＳA（Ｌ）を出力す
る。このような下限のゲイン値ＧS(L)において発振が生
じるのは、例えば、次の、のような場合である。 【００４８】弁プラグ３とガイドリング１４との間、
グランドパッキン１７とロッド３ａとの間へ不純物が混
入した場合は、摩擦力が増大するので、発振限界の下限
のゲイン値ＧS(L)より低下する。また、 グランドパッキン１７が変質して硬化した場合は、摩
擦力が増大するので、発振限界の下限のゲイン値ＧS(L)
より低下する。 【００４９】異常検出回路４５は、発振限界に対応する
下限のゲイン値ＧS(L)において判定信号ＪS（Ｌ）が検
知されなければ、一応、調節弁において通常の場合に対
して摩擦力は増大しておらず、正常なものとして異常診
断信号ＳA（Ｌ）を送出しないこととして処理をする。 【００５０】次に、発振限界に対応する下限のゲイン値
ＧS(L)において判定信号ＪS（Ｌ）が検知されない場合
は、制御演算器３４のゲインを正常な発振限界の上限で
あるＧV(H)にゲイン変更回路４９により変更し、これを
制御演算器３４に設定して診断動作時間ＴCが出力され
ている間これを維持している。同時に異常検出回路４５
にもこのゲインＧV(H)に対応するゲイン値ＧS(H)を設定
する。 【００５１】この状態で、微分演算回路３９は弁開度信
号Ｖfを微分することにより弁開度信号Ｖfの変動分を演
算により検出する。この際、微分演算回路３８は電圧信
号Ｖiを微分して電圧信号Ｖiの変動分を演算して比較回
路４０に出力する。 【００５２】比較回路４０は、これ等の微分演算回路３
８と微分演算回路３９での演算結果を比較して、これら
の差である差信号ＳD（Ｈ）を出力する。この差信号ＳD
（ＨＬ）は弁開度信号Ｖfの変動分から電圧信号Ｖiの変
動が除去された形となるので、純粋に弁開度信号Ｖfの
変動分のみが出力されることとなる。 【００５３】計数回路４１は、この差信号ＳD（Ｈ）の
変化が予め設定された所定数Ｎを越えたか否かを計数し
所定数Ｎを越えたときに、その計数結果ＮC（Ｈ）を判
定回路４４に出力する。この計数回路４１は判定に必要
な程度に計数結果ＮC（Ｈ）が達したかどうかを判断す
る。 【００５４】判定回路４４は計数結果ＮC（Ｈ）と基準
値ＮSとを比較して、計数結果ＮC（Ｈ）が基準値ＮSを
越えたときに判定信号ＪS（Ｈ）を異常検出回路４５に
出力する。基準値ＮSを越えたことにより調節弁を含む
システムに発振が生じたことが判る。 【００５５】異常検出回路４５は、発振限界に対応する
上限のゲイン値ＧS(H)において判定信号ＪS（Ｈ）が検
知されたことにより、異常診断信号ＳA（Ｈ）を出力す
る。このような上限のゲイン値ＧS(H)において発振が生
じるのは、例えば、グランドパッキン１７が緩んだ場合
などに生じる。これは、摩擦力が低下することによるも
のである。 【００５６】したがって、異常検出回路４５は、発振限
界に対応する上限のゲイン値ＧS(H)において判定信号Ｊ
S（Ｈ）が検知されなければ、調節弁において通常の場
合に対して摩擦力が低下しておらず、正常なものとして
異常診断信号ＳA（H）を送出しないものとして処理す
る。 【００５７】以上の演算はハードウエアをベースとする
デスクリートな構成を用いて説明したが、これらの機能
はマイクロコンピュータを用いたソウトウエアによって
も実現することができる。 【００５８】 【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、入力信号が導入された状態で、制
御演算器の発振限界のゲインを上限値と下限値に変更し
てこれらにおけるシステムの発振限界の有無を検知する
ことにより、調節弁のステムに加わる摩擦力の変化を知
ることができ、異常の予知又は診断ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。 【図２】従来のバルブボジショナの構成を示す構成図で
ある。 【符号の説明】 ２ 本体部 ３ 弁プラグ ３ａ ロッド ４ 操作部 １４ ガイドリング １７ グランドパッキン １８ ステム ３０ バルブボジショナ ３１ メイン制御回路 ３２ 調節弁 ３３ 入力回路 ３４ 制御演算器 ３５ 空気圧発生器 ３６ 弁変位検出器 ３７ 変化回数演算回路 ３８、３９ 微分演算回路 ４０ 比較回路 ４１ 判定回路 ４２ 判定信号出力回路 ４３ 基準値設定回路 ４４ 判定回路 ４５ 異常検出回路 ４６ 診断回路 ４７ タイマ回路 ４８ 診断信号発生器 ４９ ゲイン変更回路
る。 【図２】従来のバルブボジショナの構成を示す構成図で
ある。 【符号の説明】 ２ 本体部 ３ 弁プラグ ３ａ ロッド ４ 操作部 １４ ガイドリング １７ グランドパッキン １８ ステム ３０ バルブボジショナ ３１ メイン制御回路 ３２ 調節弁 ３３ 入力回路 ３４ 制御演算器 ３５ 空気圧発生器 ３６ 弁変位検出器 ３７ 変化回数演算回路 ３８、３９ 微分演算回路 ４０ 比較回路 ４１ 判定回路 ４２ 判定信号出力回路 ４３ 基準値設定回路 ４４ 判定回路 ４５ 異常検出回路 ４６ 診断回路 ４７ タイマ回路 ４８ 診断信号発生器 ４９ ゲイン変更回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 土屋 正仁
東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横
河電機株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−187405（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−129403（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−173503（ＪＰ，Ｕ)
特公 平６−43713（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16K 37/00
F16K 31/126
F16K 7/17
F15B 9/07
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】弁変位検出器により検出された調節弁の弁
開度信号と入力信号が示す目標弁開度とを一致させるよ
うに制御演算器から前記調節弁の操作部に空気圧を供給
することにより前記空気圧に応じて前記調節弁の弁開度
制御を行うバルブポジショナにおいて、 一定時間のあいだ診断信号を出力する診断信号発生手段
と、この診断信号が入力されることによりゲイン変更信
号を出力して前記制御演算器のゲインを変更するゲイン
変更手段と、前記入力信号と前記弁開度信号とが入力さ
れこれ等の信号の変化の差の発生回数が所定時間中に所
定値以上になった変化回数を計数する変化回数演算手段
と、この変化回数が基準値以上になったことを判定する
判定信号を出力する判定信号出力手段と、前記ゲインが
予め設定された基準範囲内で、この判定信号が出力され
たときに異常診断信号を出力する異常検出手段とを具備
し、これにより発振限界を計測して前記調節弁の異常に
対する診断予知を行うことを特徴とするバルブポジショ
ナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02161995A JP3383968B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | バルブポジショナ |
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|---|---|
| JPH08219305A JPH08219305A (ja) | 1996-08-30 |
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ID=12060077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| CN107420608B (zh) * | 2017-05-17 | 2024-04-19 | 北京工业大学 | 一种阀门控制系统及控制方法 |
| JP7284024B2 (ja) * | 2019-07-31 | 2023-05-30 | アズビル株式会社 | バルブ異常検出装置および方法 |
-
1995
- 1995-02-09 JP JP02161995A patent/JP3383968B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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| JPH08219305A (ja) | 1996-08-30 |
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