JP3473724B2 - 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】
【発明の属する技術分野】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、特に調節弁の操作部からの漏れ
が検知でき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。この調節弁６
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。 【００１０】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。次に、バルブポジショナ３０の
基本的な構成について図３を用いて説明する。バルブポ
ジショナ３０は、基本的には入力装置３１と、制御演算
装置３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検出装
置３４から構成されている。 【００１１】空気圧出力装置３３は、制御演算装置３２
からの空気圧制御信号に基づいて出力空気圧を増加、減
少或いは保持する機能を有しており、その出力空気圧は
後述する電磁弁３５を介して操作部４の圧力室２３に導
かれている。したがって、出力空気圧が増加すれば弁開
度が増大し、出力空気圧が減少すれば弁開度も小さくな
る。 【００１２】また、入力装置３１は、コントローラ（図
示せず）から２本の伝送線（図示せず）を介して電流値
の変化として与えられる入力信号Ｉを制御演算装置３２
に入力可能なように電圧値に変換する装置である。この
入力信号の電流値は、通常４〜２０ｍＡの値をとり、そ
の内容は目標値としての弁開度が示されると共にバルブ
ポジショナ３０を動作させるための全回路電源をも与え
る。 【００１３】弁リフト検出装置３４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出
力するものである。 【００１４】制御演算装置３２は、入力装置３１からの
目標弁開度と弁リフト検出装置３４からの測定弁開度と
を比較し、偏差が零に近づくように空気圧出力装置３３
に対して空気圧制御信号を出力する。 【００１５】すなわち、「目標弁開度＞測定弁開度」の
関係にあれば、出力空気圧を増大させる空気圧制御信号
を出力し、「目標弁開度＜測定弁開度」の関係にあれ
ば、出力空気圧を減少させる空気圧制御信号を出力し、
「目標弁開度＝測定弁開度」の関係にあれば、出力空気
圧を保持する空気圧制御信号を出力する。 【００１６】このように構成された入力装置３１、制御
演算装置３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検
出装置３４によって、調節弁６の弁開度は入力信号から
与えられる目標値としての弁開度に常に追従することに
なる。なお、制御演算装置３２はマイクロコンピュータ
（ＣＰＵ）により構成されている。 【００１７】次に、バルブポジショナ３０において、調
節弁６における操作部４のリークを検知するための構成
について説明する。なお、ここでは、制御演算装置３２
にＣＰＵを用い、この制御演算装置３２に操作部４のリ
ークの異常判定に必要な処理機能を付加した場合として
説明する。 【００１８】空気圧出力装置３３から出力空気圧を操作
部４の圧力室２３に供給する空気供給経路２９には、そ
の出力空気圧を検出する圧力検出装置３６が設けられる
と共に空気圧供給経路２９を開閉する電磁弁３５が設け
られている。また、圧力検出装置３６で検出される空気
圧信号は電気信号として制御演算装置３２に入力されて
いる。 【００１９】一方、制御演算装置３２には、スタート信
号発生器３８が接続されており、この制御演算装置３２
は操作部４の診断に際し、スタート信号発生器３８から
出力される診断信号としてのスタート信号ＳＴが入力さ
れると、このスタート信号ＳＴによりタイマを作動させ
て一定のパルス信号を作り出し、このパルス信号を電磁
弁駆動信号として電磁弁３５に出力し、これを一定時間
だけ閉成駆動する。 【００２０】そして、電磁弁３５の閉成時に圧力検出装
置３６から出力される空気圧信号が入力されると、この
空気圧の値とあらかじめ設定された設定値との比較を行
い、これが設定値を越えたときは警報装置３７に対して
異常信号を出力する。 【００２１】次に、図３に示すバルブポジショナ３０の
動作、特に操作部４のリーク検知に関する動作を図４に
示すフローチャート図、図５と図６のタイミングチャー
ト図を参照して説明する。ただし、図５はリークがある
場合を、図６はリークがない場合をそれぞれ示してい
る。 【００２２】今、入力信号は一定に保持されているもの
とし、これに伴い弁開度は入力装置３１、制御演算装置
３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検出装置３
４の動作によって一定になっているものとする（図４、
ステップ５１、５２）。このときの出力空気圧をＰ1と
する（図５（ａ））。 【００２３】ここで、操作部４のリークを検知するに際
し、図５に示す時刻ｔ1においてスタート信号発生器３
８から図５（ｂ）に示すスタート信号が制御演算装置３
２に入力されると、制御演算装置３２はこのスタート信
号を取り込み、図５（ｃ）に示すようにタイマをスター
トさせる（図４、ステップ５３）。 【００２４】これと同時にタイマの動作に伴いあらかじ
め決められた一定の時間間隔Ｔを有するパルス信号を電
磁弁駆動信号として電磁弁３５に出力する。これによ
り、電磁弁３５は図５（ｄ）に示すように空気供給経路
２９を閉成し（図４、ステップ５４）、操作部４、つま
り圧力室２３を封じ込める。 【００２５】この封じ込め中、圧力室２３のシール部に
おいてリークがない場合はその空気圧は図６（ａ）に示
すように僅かしか下がらないが、リークがある場合は図
５（ａ）に示すように時間と共に下がり、異常と認めら
れない空気圧の範囲ｘ、すなわち設定値Ｐ2まで下が
る。 【００２６】したがって、制御演算装置３２は圧力検出
装置３６から出力された空気圧信号を入力とし、その値
とあらかじめ設定された規定値（設定値Ｐ2）との比較
判定を行うため（ステップ５５）、時刻ｔ3において圧
力検出装置３６からの測定値がその規定値以下になる
と、図５（ｅ）、（ｆ）に示すように一定の信号と共に
異常信号を出力し、この異常信号により警報装置３７を
作動させて警報を発する（ステップ５７）。 【００２７】さらに、リークが進んで規定値Ｐ2より低
い異常値Ｐ3まで下がると（ｔ4）、これと同時に電磁弁
３５を消勢して開成する。これにより、空気供給経路２
９の空気圧は診断前の定常運転値へ戻る。 【００２８】そして、タイマは一定時間Ｔの経過後（ｔ
5）、初期状態に復帰し、次の診断に備えることとな
る。一方、操作部４にリークがない場合は、タイマの動
作が一定時間経過した後（ステップ５６）、これと同時
に電磁弁３５を消勢して開成する。 【００２９】 【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は、本来のポジショナの機能で
ある弁開度の制御を行うために直接必要としない圧力検
出装置３６及び電磁弁３５を設ける必要があるので、高
価になる欠点を持つ。 【００３０】また、このような４〜２０ｍＡの電流信号
で回路電源をも賄う２線式のポジショナはポジショナ回
路で使用出来る電力が限定される。したがって、圧力検
出装置３６や電磁弁３５を新たに設けると余分な電力を
消費することになるので、２線式でのポジショナの実現
が困難になるか、または実現しても信頼性を確保するの
が困難である。 【００３１】さらに、電磁弁３５を閉じて診断を実行し
ている状態では、ポジショナの制御ループはオープン状
態となるので、ステム１８が少しでも変化するかまたは
外乱が加わると電磁弁３５で閉塞されていたポジショナ
の出力空気圧は、電磁弁３５で封じ込められた操作圧力
と大きくずれていく可能性がある。このため、診断の終
了後に電磁弁３５を開とした際に、一時的にステム１８
が大きく変化する危険があり、運転状態での安全性に問
題が生じる。 【００３２】 【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、スプリングにより付勢され
るステムに設置される弁開度検出装置により検出された
調節弁の弁開度信号と目標弁開度に対応する入力信号と
が一致するように先の調節弁の操作部に空気圧を供給す
るように制御する制御演算装置を有するバルブポジショ
ナにおいて、診断すべきスタート信号を発生するスター
ト信号発生手段と、このスタート信号により先の空気圧
を増減させるための診断信号を前記制御演算装置に出力
する診断信号発生手段と、先の診断信号と同一の参照信
号と先の弁開度信号とが入力され先の空気圧が増加する
時の先のステムの変化速度と先の空気圧が減少する時の
先のステムの変化速度の速度差を演算する速度差演算手
段と、先の速度差が予め設定された設定値を越えたとき
に異常信号を出力する異常判定手段とを具備するように
したものである。 【００３３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図１は本発明の実施の１形態を
示すブロック図である。なお、図２、図３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。 【００３４】入力装置６０には、調節弁６の弁開度を設
定する４〜２０ｍＡの入力信号Ｉが、調節計などから２
本の伝送線を介して伝送され、入力装置６０はこの入力
信号Ｉを対応する電圧信号Ｖiに変換すると共に回路で
使用する回路電源＋ＶCを生成する。 【００３５】制御演算装置６１は、例えばマイクロコン
ピュータなどを内蔵しており、弁開度信号Ｖf1と電圧信
号Ｖiとの偏差を演算して偏差出力Ｖdとして空気圧出力
装置６３に出力する。 【００３６】空気圧出力装置６３は、制御演算装置６１
から出力される偏差出力Ｖdを外部から供給された給気
圧ＰSを用いて出力空気圧Ｐ0に変換して調節弁６の操作
部４に出力する。 【００３７】調節弁６は、この出力空気圧Ｐ0に対応し
てステム１８を変位させ、弁開度検出装置６２はこのス
テム１８の変位を弁開度信号Ｖf1として検出し、制御演
算装置６１に帰還する。 【００３８】制御演算装置６１は、これらの弁開度信号
Ｖf1と電圧信号Ｖiとの偏差がゼロになるように偏差出
力Ｖdを空気圧出力装置６３に出力するので、安定状態
では、電圧信号Ｖiに正確に追従する弁開度が得られ
る。 【００３９】以上は、バルブポジショナの基本的な機能
であるが、この実施の態様ではさらに以下に説明する漏
れ診断機能が付加される。この漏れ診断機能は、必要に
応じて、制御演算装置６１に内蔵されるマイクロコンピ
ュータを用いて機能実現される。 【００４０】スタート信号発生装置６４は、調節弁６の
出力空気圧Ｐ0の空気供給経路２９、ダイヤフラム２
１、圧力室２３などで構成される操作部４から漏洩する
空気漏れを診断を開始するスタート信号ＳTを発生させ
る。 【００４１】診断信号発生装置６５は、このスタート信
号ＳTを受信すると、制御演算装置６１の入力部には診
断信号ＳCを、また速度差演算装置６６にはこの診断信
号ＳCと同一の参照信号ＳRを同時に送出する。 【００４２】この診断信号ＳCは、予め設定された一定
速度でかつ一定変化幅で、最初に増加し、次に所定値で
減少して元に戻るような三角波状の変化をする形式の信
号であり、参照信号ＳRもこれと同一の変化をする。 【００４３】制御演算装置６１は、電圧信号Ｖiに重畳
して、この診断信号ＳCに応じて空気圧出力装置６３を
介して出力空気圧Ｐ0を変化させ、これに応じてステム
１８を変位させる。 【００４４】弁開度検出装置６２は、このステム１８の
変位の変動を検出し、弁開度信号Ｖ f1として制御演算装
置６１に帰還させると共に弁開度信号Ｖf2として速度差
演算装置６６に伝送する。 【００４５】速度差演算装置６６は、空気圧が増加する
ときのステム１８の変化速度Ｖ+と、空気圧が減少する
ときのステム１８の変化速度Ｖ-をそれぞれ微分演算な
どにより算定して内部メモリに格納する。 【００４６】この後、マイクロプロセッサは、所定の演
算プログラムにより、参照信号ＳRをベースとして、増
加のときの変化速度差ΔＶ+、減少するときの変化速度
差ΔＶ-を算定して、所定のメモリ領域に格納する。 【００４７】異常判定装置６７は、操作部４から空気の
漏洩の有無を判断するが、この判断のベースとなるもの
は、以下に説明する知見によるものである。一般的にス
テム１８の動作速度は、操作部４の内部のスプリング２
０に抗して圧力を増加する場合の方が、スプリング力に
よって空気圧を減少する場合に比較して動作速度が遅い
ので、空気圧を増加するときの速度差と減少するときの
速度差に着目して、これをベースとして演算を実行す
る。 【００４８】操作部４から空気の漏洩がある場合に、空
気圧を増加させるときは漏れにより出力空気圧Ｐ0の増
加が妨げられて速度がより遅くなり、逆に空気圧を減少
させる動作のときは漏れにより出力空気圧Ｐ0の減少が
加速されて速度がより早くなるので、漏れのある場合の
速度差は漏れのない場合の速度差に比較して大きくな
る。 【００４９】そこで、異常判定装置６７は、予め設定さ
れた速度差基準値ΔＶSと、空気圧増加のときの変化速
度Ｖ+、及び空気圧減少のときの変化速度Ｖ-との速度差
ΔＶ（＝Ｖ-−Ｖ+）を比較し、ΔＶ＞ΔＶSの関係が成
り立つ場合には、操作部４から空気の漏洩があるものと
判断して外部に異常警報ＶAを出す。 【００５０】なお、図１に示す実施の態様では、診断信
号発生装置６５からの診断信号ＳCの変化速度、或いは
変化幅を適当に設定することにより、プラント操業中の
定常運転状態中に診断動作を実行しても、制御系にはほ
とんど影響を与えることはない。 【００５１】 【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、本発明によれば、診断信号により調節
弁の操作部の出力空気圧を増加してステムを変化させた
ときと出力空気圧を減少してステムを変化させたときの
ステムの変化速度の差が、操作部に空気漏れが生じた場
合に大きくなることを利用して空気漏れの検知をする構
成としたので、オンラインで空気漏れを検知することが
できる。 【００５２】また、本発明によれば、従来のように圧力
検出装置や電磁弁を改めて設ける必要がないので、安価
でかつ消費電流の低減ができ２線式でも容易に実現する
ことができ、かつ信頼性の高いポジショナを実現するこ
とができる。
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、特に調節弁の操作部からの漏れ
が検知でき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。この調節弁６
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。 【００１０】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。次に、バルブポジショナ３０の
基本的な構成について図３を用いて説明する。バルブポ
ジショナ３０は、基本的には入力装置３１と、制御演算
装置３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検出装
置３４から構成されている。 【００１１】空気圧出力装置３３は、制御演算装置３２
からの空気圧制御信号に基づいて出力空気圧を増加、減
少或いは保持する機能を有しており、その出力空気圧は
後述する電磁弁３５を介して操作部４の圧力室２３に導
かれている。したがって、出力空気圧が増加すれば弁開
度が増大し、出力空気圧が減少すれば弁開度も小さくな
る。 【００１２】また、入力装置３１は、コントローラ（図
示せず）から２本の伝送線（図示せず）を介して電流値
の変化として与えられる入力信号Ｉを制御演算装置３２
に入力可能なように電圧値に変換する装置である。この
入力信号の電流値は、通常４〜２０ｍＡの値をとり、そ
の内容は目標値としての弁開度が示されると共にバルブ
ポジショナ３０を動作させるための全回路電源をも与え
る。 【００１３】弁リフト検出装置３４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出
力するものである。 【００１４】制御演算装置３２は、入力装置３１からの
目標弁開度と弁リフト検出装置３４からの測定弁開度と
を比較し、偏差が零に近づくように空気圧出力装置３３
に対して空気圧制御信号を出力する。 【００１５】すなわち、「目標弁開度＞測定弁開度」の
関係にあれば、出力空気圧を増大させる空気圧制御信号
を出力し、「目標弁開度＜測定弁開度」の関係にあれ
ば、出力空気圧を減少させる空気圧制御信号を出力し、
「目標弁開度＝測定弁開度」の関係にあれば、出力空気
圧を保持する空気圧制御信号を出力する。 【００１６】このように構成された入力装置３１、制御
演算装置３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検
出装置３４によって、調節弁６の弁開度は入力信号から
与えられる目標値としての弁開度に常に追従することに
なる。なお、制御演算装置３２はマイクロコンピュータ
（ＣＰＵ）により構成されている。 【００１７】次に、バルブポジショナ３０において、調
節弁６における操作部４のリークを検知するための構成
について説明する。なお、ここでは、制御演算装置３２
にＣＰＵを用い、この制御演算装置３２に操作部４のリ
ークの異常判定に必要な処理機能を付加した場合として
説明する。 【００１８】空気圧出力装置３３から出力空気圧を操作
部４の圧力室２３に供給する空気供給経路２９には、そ
の出力空気圧を検出する圧力検出装置３６が設けられる
と共に空気圧供給経路２９を開閉する電磁弁３５が設け
られている。また、圧力検出装置３６で検出される空気
圧信号は電気信号として制御演算装置３２に入力されて
いる。 【００１９】一方、制御演算装置３２には、スタート信
号発生器３８が接続されており、この制御演算装置３２
は操作部４の診断に際し、スタート信号発生器３８から
出力される診断信号としてのスタート信号ＳＴが入力さ
れると、このスタート信号ＳＴによりタイマを作動させ
て一定のパルス信号を作り出し、このパルス信号を電磁
弁駆動信号として電磁弁３５に出力し、これを一定時間
だけ閉成駆動する。 【００２０】そして、電磁弁３５の閉成時に圧力検出装
置３６から出力される空気圧信号が入力されると、この
空気圧の値とあらかじめ設定された設定値との比較を行
い、これが設定値を越えたときは警報装置３７に対して
異常信号を出力する。 【００２１】次に、図３に示すバルブポジショナ３０の
動作、特に操作部４のリーク検知に関する動作を図４に
示すフローチャート図、図５と図６のタイミングチャー
ト図を参照して説明する。ただし、図５はリークがある
場合を、図６はリークがない場合をそれぞれ示してい
る。 【００２２】今、入力信号は一定に保持されているもの
とし、これに伴い弁開度は入力装置３１、制御演算装置
３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検出装置３
４の動作によって一定になっているものとする（図４、
ステップ５１、５２）。このときの出力空気圧をＰ1と
する（図５（ａ））。 【００２３】ここで、操作部４のリークを検知するに際
し、図５に示す時刻ｔ1においてスタート信号発生器３
８から図５（ｂ）に示すスタート信号が制御演算装置３
２に入力されると、制御演算装置３２はこのスタート信
号を取り込み、図５（ｃ）に示すようにタイマをスター
トさせる（図４、ステップ５３）。 【００２４】これと同時にタイマの動作に伴いあらかじ
め決められた一定の時間間隔Ｔを有するパルス信号を電
磁弁駆動信号として電磁弁３５に出力する。これによ
り、電磁弁３５は図５（ｄ）に示すように空気供給経路
２９を閉成し（図４、ステップ５４）、操作部４、つま
り圧力室２３を封じ込める。 【００２５】この封じ込め中、圧力室２３のシール部に
おいてリークがない場合はその空気圧は図６（ａ）に示
すように僅かしか下がらないが、リークがある場合は図
５（ａ）に示すように時間と共に下がり、異常と認めら
れない空気圧の範囲ｘ、すなわち設定値Ｐ2まで下が
る。 【００２６】したがって、制御演算装置３２は圧力検出
装置３６から出力された空気圧信号を入力とし、その値
とあらかじめ設定された規定値（設定値Ｐ2）との比較
判定を行うため（ステップ５５）、時刻ｔ3において圧
力検出装置３６からの測定値がその規定値以下になる
と、図５（ｅ）、（ｆ）に示すように一定の信号と共に
異常信号を出力し、この異常信号により警報装置３７を
作動させて警報を発する（ステップ５７）。 【００２７】さらに、リークが進んで規定値Ｐ2より低
い異常値Ｐ3まで下がると（ｔ4）、これと同時に電磁弁
３５を消勢して開成する。これにより、空気供給経路２
９の空気圧は診断前の定常運転値へ戻る。 【００２８】そして、タイマは一定時間Ｔの経過後（ｔ
5）、初期状態に復帰し、次の診断に備えることとな
る。一方、操作部４にリークがない場合は、タイマの動
作が一定時間経過した後（ステップ５６）、これと同時
に電磁弁３５を消勢して開成する。 【００２９】 【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は、本来のポジショナの機能で
ある弁開度の制御を行うために直接必要としない圧力検
出装置３６及び電磁弁３５を設ける必要があるので、高
価になる欠点を持つ。 【００３０】また、このような４〜２０ｍＡの電流信号
で回路電源をも賄う２線式のポジショナはポジショナ回
路で使用出来る電力が限定される。したがって、圧力検
出装置３６や電磁弁３５を新たに設けると余分な電力を
消費することになるので、２線式でのポジショナの実現
が困難になるか、または実現しても信頼性を確保するの
が困難である。 【００３１】さらに、電磁弁３５を閉じて診断を実行し
ている状態では、ポジショナの制御ループはオープン状
態となるので、ステム１８が少しでも変化するかまたは
外乱が加わると電磁弁３５で閉塞されていたポジショナ
の出力空気圧は、電磁弁３５で封じ込められた操作圧力
と大きくずれていく可能性がある。このため、診断の終
了後に電磁弁３５を開とした際に、一時的にステム１８
が大きく変化する危険があり、運転状態での安全性に問
題が生じる。 【００３２】 【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、スプリングにより付勢され
るステムに設置される弁開度検出装置により検出された
調節弁の弁開度信号と目標弁開度に対応する入力信号と
が一致するように先の調節弁の操作部に空気圧を供給す
るように制御する制御演算装置を有するバルブポジショ
ナにおいて、診断すべきスタート信号を発生するスター
ト信号発生手段と、このスタート信号により先の空気圧
を増減させるための診断信号を前記制御演算装置に出力
する診断信号発生手段と、先の診断信号と同一の参照信
号と先の弁開度信号とが入力され先の空気圧が増加する
時の先のステムの変化速度と先の空気圧が減少する時の
先のステムの変化速度の速度差を演算する速度差演算手
段と、先の速度差が予め設定された設定値を越えたとき
に異常信号を出力する異常判定手段とを具備するように
したものである。 【００３３】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図１は本発明の実施の１形態を
示すブロック図である。なお、図２、図３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。 【００３４】入力装置６０には、調節弁６の弁開度を設
定する４〜２０ｍＡの入力信号Ｉが、調節計などから２
本の伝送線を介して伝送され、入力装置６０はこの入力
信号Ｉを対応する電圧信号Ｖiに変換すると共に回路で
使用する回路電源＋ＶCを生成する。 【００３５】制御演算装置６１は、例えばマイクロコン
ピュータなどを内蔵しており、弁開度信号Ｖf1と電圧信
号Ｖiとの偏差を演算して偏差出力Ｖdとして空気圧出力
装置６３に出力する。 【００３６】空気圧出力装置６３は、制御演算装置６１
から出力される偏差出力Ｖdを外部から供給された給気
圧ＰSを用いて出力空気圧Ｐ0に変換して調節弁６の操作
部４に出力する。 【００３７】調節弁６は、この出力空気圧Ｐ0に対応し
てステム１８を変位させ、弁開度検出装置６２はこのス
テム１８の変位を弁開度信号Ｖf1として検出し、制御演
算装置６１に帰還する。 【００３８】制御演算装置６１は、これらの弁開度信号
Ｖf1と電圧信号Ｖiとの偏差がゼロになるように偏差出
力Ｖdを空気圧出力装置６３に出力するので、安定状態
では、電圧信号Ｖiに正確に追従する弁開度が得られ
る。 【００３９】以上は、バルブポジショナの基本的な機能
であるが、この実施の態様ではさらに以下に説明する漏
れ診断機能が付加される。この漏れ診断機能は、必要に
応じて、制御演算装置６１に内蔵されるマイクロコンピ
ュータを用いて機能実現される。 【００４０】スタート信号発生装置６４は、調節弁６の
出力空気圧Ｐ0の空気供給経路２９、ダイヤフラム２
１、圧力室２３などで構成される操作部４から漏洩する
空気漏れを診断を開始するスタート信号ＳTを発生させ
る。 【００４１】診断信号発生装置６５は、このスタート信
号ＳTを受信すると、制御演算装置６１の入力部には診
断信号ＳCを、また速度差演算装置６６にはこの診断信
号ＳCと同一の参照信号ＳRを同時に送出する。 【００４２】この診断信号ＳCは、予め設定された一定
速度でかつ一定変化幅で、最初に増加し、次に所定値で
減少して元に戻るような三角波状の変化をする形式の信
号であり、参照信号ＳRもこれと同一の変化をする。 【００４３】制御演算装置６１は、電圧信号Ｖiに重畳
して、この診断信号ＳCに応じて空気圧出力装置６３を
介して出力空気圧Ｐ0を変化させ、これに応じてステム
１８を変位させる。 【００４４】弁開度検出装置６２は、このステム１８の
変位の変動を検出し、弁開度信号Ｖ f1として制御演算装
置６１に帰還させると共に弁開度信号Ｖf2として速度差
演算装置６６に伝送する。 【００４５】速度差演算装置６６は、空気圧が増加する
ときのステム１８の変化速度Ｖ+と、空気圧が減少する
ときのステム１８の変化速度Ｖ-をそれぞれ微分演算な
どにより算定して内部メモリに格納する。 【００４６】この後、マイクロプロセッサは、所定の演
算プログラムにより、参照信号ＳRをベースとして、増
加のときの変化速度差ΔＶ+、減少するときの変化速度
差ΔＶ-を算定して、所定のメモリ領域に格納する。 【００４７】異常判定装置６７は、操作部４から空気の
漏洩の有無を判断するが、この判断のベースとなるもの
は、以下に説明する知見によるものである。一般的にス
テム１８の動作速度は、操作部４の内部のスプリング２
０に抗して圧力を増加する場合の方が、スプリング力に
よって空気圧を減少する場合に比較して動作速度が遅い
ので、空気圧を増加するときの速度差と減少するときの
速度差に着目して、これをベースとして演算を実行す
る。 【００４８】操作部４から空気の漏洩がある場合に、空
気圧を増加させるときは漏れにより出力空気圧Ｐ0の増
加が妨げられて速度がより遅くなり、逆に空気圧を減少
させる動作のときは漏れにより出力空気圧Ｐ0の減少が
加速されて速度がより早くなるので、漏れのある場合の
速度差は漏れのない場合の速度差に比較して大きくな
る。 【００４９】そこで、異常判定装置６７は、予め設定さ
れた速度差基準値ΔＶSと、空気圧増加のときの変化速
度Ｖ+、及び空気圧減少のときの変化速度Ｖ-との速度差
ΔＶ（＝Ｖ-−Ｖ+）を比較し、ΔＶ＞ΔＶSの関係が成
り立つ場合には、操作部４から空気の漏洩があるものと
判断して外部に異常警報ＶAを出す。 【００５０】なお、図１に示す実施の態様では、診断信
号発生装置６５からの診断信号ＳCの変化速度、或いは
変化幅を適当に設定することにより、プラント操業中の
定常運転状態中に診断動作を実行しても、制御系にはほ
とんど影響を与えることはない。 【００５１】 【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、本発明によれば、診断信号により調節
弁の操作部の出力空気圧を増加してステムを変化させた
ときと出力空気圧を減少してステムを変化させたときの
ステムの変化速度の差が、操作部に空気漏れが生じた場
合に大きくなることを利用して空気漏れの検知をする構
成としたので、オンラインで空気漏れを検知することが
できる。 【００５２】また、本発明によれば、従来のように圧力
検出装置や電磁弁を改めて設ける必要がないので、安価
でかつ消費電流の低減ができ２線式でも容易に実現する
ことができ、かつ信頼性の高いポジショナを実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態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。 【図３】図２に示すバルブポジショナの構成を示すブロ
ック図である。 【図４】図３に示す操作部のリーク検知に関する動作を
説明するフローチャート図である。 【図５】図３に示す操作部にリークがあるときの動作を
説明するタイミングチャート図である。 【図６】図３に示す操作部にリークがないときの動作を
説明するタイミングチャート図である。 【符号の説明】 ４ 操作部 ６ 調節弁 １８ ステム ３１、６０ 入力装置 ３２、６１ 制御演算装置 ３４ 弁リフト検出装置 ３５ 電磁弁 ３６ 圧力検出装置 ３７ 警報装置 ６２ 弁開度検出装置 ６３ 空気圧出力装置 ６５ 診断信号発生装置 ６６ 速度差演算装置 ６７ 異常判定装置 Ｉ 入力信号 Ｐ0 出力空気圧 Ｖf1、Ｖf2 弁開度信号 ＳC 診断信号 ＳR 参照信号
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。 【図３】図２に示すバルブポジショナの構成を示すブロ
ック図である。 【図４】図３に示す操作部のリーク検知に関する動作を
説明するフローチャート図である。 【図５】図３に示す操作部にリークがあるときの動作を
説明するタイミングチャート図である。 【図６】図３に示す操作部にリークがないときの動作を
説明するタイミングチャート図である。 【符号の説明】 ４ 操作部 ６ 調節弁 １８ ステム ３１、６０ 入力装置 ３２、６１ 制御演算装置 ３４ 弁リフト検出装置 ３５ 電磁弁 ３６ 圧力検出装置 ３７ 警報装置 ６２ 弁開度検出装置 ６３ 空気圧出力装置 ６５ 診断信号発生装置 ６６ 速度差演算装置 ６７ 異常判定装置 Ｉ 入力信号 Ｐ0 出力空気圧 Ｖf1、Ｖf2 弁開度信号 ＳC 診断信号 ＳR 参照信号
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】スプリングにより付勢されるステムに設置
される弁開度検出装置により検出された調節弁の弁開度
信号と目標弁開度に対応する入力信号とが一致するよう
に前記調節弁の操作部に空気圧を供給するように制御す
る制御演算装置を有するバルブポジショナにおいて、診
断すべきスタート信号を発生するスタート信号発生手段
と、このスタート信号により前記空気圧を増減させるた
めの診断信号を前記制御演算装置に出力する診断信号発
生手段と、前記診断信号と同一の参照信号と前記弁開度
信号とが入力され前記空気圧が増加する時の前記ステム
の変化速度と前記空気圧が減少する時の前記ステムの変
化速度の速度差を演算する速度差演算手段と、前記速度
差が予め設定された設定値を越えたときに異常信号を出
力する異常判定手段とを具備する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 |
|---|---|---|---|
| JP31525395A JP3473724B2 (ja) | 1995-12-04 | 1995-12-04 | バルブポジショナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31525395A JP3473724B2 (ja) | 1995-12-04 | 1995-12-04 | バルブポジショナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09151905A JPH09151905A (ja) | 1997-06-10 |
| JP3473724B2 true JP3473724B2 (ja) | 2003-12-08 |
Family
ID=18063213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31525395A Expired - Fee Related JP3473724B2 (ja) | 1995-12-04 | 1995-12-04 | バルブポジショナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473724B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP5781914B2 (ja) * | 2011-12-21 | 2015-09-24 | アズビル株式会社 | 角度センサの回転軸の固着検知方法および装置 |
| CN105843268B (zh) * | 2015-01-12 | 2020-01-03 | 费希尔控制国际公司 | 具有过压保护能力的阀定位器 |
-
1995
- 1995-12-04 JP JP31525395A patent/JP3473724B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH09151905A (ja) | 1997-06-10 |
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