JP3711268B2 - バルブ用ポジショナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，バルブ開度を調節するバルブ用ポジショナにおいて，実際のバルブ開度と所望の目標設定開度との偏差を抑制するバルブ用ポジショナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に，電動アクチュエータを備えたバルブ用ポジショナは，電動アクチュエータのモータの出力軸に発生した出力トルクを，バルブ用ポジショナ内に設けられる伝達機構を介してバルブに伝達することで，バルブ開度を調節する構成となっている。
また，流体の流量はバルブ開度に応じて決まるものであるので，上記バルブ用ポジショナを用いてバルブ開度を所望の目標設定開度に調節することで，上記流体の流量を所望の流量にすることが可能となる。
しかしながら，上記バルブ用ポジショナを用いてバルブ開度を所望の目標設定開度となるように調節しても，上記電動アクチュエータのモータの慣性の影響によって調節後のバルブ開度は上記所望の目標設定開度とは異なって偏差が生じる。
つまり，バルブ用ポジショナがバルブ開度を調節する際に発生する偏差は，上記モータの特性に依存する。
更に，通常，該モータはバルブ用ポジショナの種別毎に選定されるものでもあるので，上記偏差はバルブ用ポジショナの種別毎に固有に定まるもの（以下，「固有偏差」という）と言え，このような固有偏差はバルブ用ポジショナのカタログ等においては「位置決め精度」等として記載されており，バルブ用ポジショナを選定する際の重要なファクターとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，ユーザが上述のようなカタログ等を用いて，取り扱う流体の種類や流量，若しくは必要とする精度等のバルブ用ポジショナの設置環境等を鑑みてバルブ用ポジショナを選定したとしても，実際のバルブ用ポジショナの設置環境は上記固有偏差が計測された環境とは異なるため，実際に発生する偏差が上記固有偏差よりも大きくなり（位置決め精度が下がり），バルブ開度の調節が正常に行えない可能性がある。
また，上記モータに供給するモータ電圧を可変制御することで出力トルクを制御して該モータの慣性による偏差を抑える技術もあるが，この技術は予め定められたモータ電圧の切替シーケンスに従って行うものであって，上記設置環境に応じて上記切替シーケンスが定められるものではない。
そのため，バルブ用ポジショナの上記設置環境に応じてモータ電圧の切替シーケンスを定めるには，例えば，バルブ用ポジショナを上記設置環境に取り付けた状態で動作させながら調整を行う，若しくは，該動作と上記偏差とを計測し，該計測結果に基づいて製造工場等でモータ電圧の切替シーケンスを設定する等の面倒な作業を人手を用いて行わなければならなかった。
そこで，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，バルブ用ポジショナを実際に設置環境で運用しながら，自動的に最適な切替シーケンスを記憶し，該記憶された切替シーケンスでモータを駆動させることにより，上記環境に応じて偏差を自動的に抑制するバルブ用ポジショナを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，バルブ開度を所望の目標設定開度に調節するための電動アクチュエータを具備するバルブ用ポジショナにおいて，
予め段階的に複数定められた，バルブ開度と上記所望の目標設定開度との複数の偏差のいずれかに上記バルブ開度と上記所望の目標設定開度との差が達した場合における上記電動アクチュエータのモータ電圧の切替シーケンスを上記段階偏差毎に予め記憶する切替シーケンス記憶手段と，
最適なシーケンスを選択設定するためのシーケンス設定時に，上記バルブ開度と上記所望の目標設定開度との差が上記複数の偏差の何れかに達した場合に，該偏差に対応する切替シーケンスを用いて上記モータを制御する第１のモータ制御手段と，
上記第１のモータ制御手段によって上記複数の偏差各々に応じて調節された上記電動アクチュエータのモータ停止後における制御後偏差を検出する制御後偏差検出手段と，
上記シーケンス設定時に上記制御後偏差検出手段によって検出される制御後偏差の中の最小の上記制御後偏差を発生させた唯一の切替シーケンスをその上記制御後偏差と共に記憶する最小制御後偏差記憶手段と，
上記シーケンス設定時以降の通常制御時において，上記所望の目標設定開度に向けてバルブ開度を調節する場合に，上記最小制御後偏差記憶手段に記憶された切替シーケンスに従って上記モータを制御する第２のモータ制御手段とを具備することを特徴とするバルブ用ポジショナとして構成されている。
このように本発明が構成されているので，上記偏差が悪化するような設置環境で本発明のバルブ用ポジショナを用いる場合であっても，上記設置環境における偏差と切替シーケンスとを記憶することによって，該設置環境に応じて偏差を最小にする切替シーケンスを用いてバルブ開度を自動的に制御することが可能となるので，従来のようにバルブ用ポジショナを上記設置環境にて動作させながら人手を介して調整するような面倒な作業を行う必要が無くなる。
また，前記複数の偏差各々は，予め定められた特定の条件下において前記開度調節の制御がなされた後のバルブ開度と前記所望の目標設定開度との偏差であり当該バルブ用ポジショナに固有に備わる偏差である固有偏差に，予め定められた各々異なる所定の係数を乗ずることによって予め段階的に算出されてなるものであっても良い。
この場合，上記固定偏差に応じて段階的に上記偏差を容易に定めることが可能となるので，バルブ用ポジショナの特性に応じた偏差を適切に定めることが可能となる。
前記制御後偏差検出手段が，バルブ開度毎に前記切替シーケンス及び前記制御後偏差の対応を所定数検出するものであっても良い。
このようにバルブ開度毎の制御後偏差と切替シーケンスとを記憶することで，各バルブ開度毎に制御後偏差を最小とすることが可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡの概略構成図，図２はバルブ用ポジショナＡが行う一連の処理の一例を示したフローチャート，図３はモータ電圧の一例図，図４はモータ電圧の切替シーケンスの一例図，図５は偏差Ｆと切替シーケンスの対応概念図，図６は偏差Ｆと切替シーケンスの対応概念図である。
【０００６】
先ず，図１を用いて本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡについて説明する。
バルブ用ポジショナＡは，バルブ用ポジショナＡに内蔵されるモータ６０の出力軸６１の回転角度を検出し，該検出された回転角度に基づいて出力軸６１と同軸上に接続されるバルブ（不図示）のバルブ開度（通常，全閉０％から全開１００％で示される）を制御部１０に出力する角度検出器４０と，バルブの所望の目標設定開度の直接入力や該目標設定開度を通信機器を介して入力するための設定値入力器５０と，データや動作プログラム等を記憶するための機能を有し，例えば書き換え可能な不揮発性のメモリであるメモリ２０と，上記角度検出器４０，設定値入力器５０，及びメモリ２０より取得したデータや情報に基づいて各種判断を行うと共にモータ６０を実際に制御するためのモータ駆動回路３０に指令を出力する制御部１０とを具備して概略構成されている。
また，上記メモリ２０は切替シーケンス記憶手段及び最小制御後偏差記憶手段，上記制御部１０は第１，第２のモータ制御手段の機能を各々具備している。以下，上記各手段の機能について説明する。
切替シーケンス記憶手段とは，バルブ開度と設定値入力器５０に入力された所望の目標設定開度との差を予め段階的に定めた複数の偏差に，実際の上記バルブ開度と上記所望の目標設定開度との差が達した場合における上記電動アクチュエータのモータ６０の駆動電圧（以下，単に「モータ電圧」と称する）の切替シーケンスを上記偏差毎に予め記憶する機能を達成するものである。以下，前記切替シーケンス記憶手段に記憶された，段階的な複数の偏差を段階偏差と呼ぶ。
ここで，上記切替シーケンスの具体例について図４を用いて説明する。
先ず，モータ駆動回路３０によってモータ６０に加えられるモータ電圧は，例えば図３に示すように定格に対して（１）１００％から（６）５０％の間で可変で，モータ電圧を変化させることによって出力軸６１の出力トルクを可変に制御することが可能となる。
更に，上述のように６段階に変化できるモータ電圧を図４に示す切替シーケンスで変化させる。
図４に示す切替シーケンスは，具体的には，予め定められた特定の条件下において前記開度調節の制御がなされた後のバルブ開度と前記所望の目標設定開度との偏差であり当該バルブ用ポジショナに固有に備わる偏差である固有偏差Ｄに，予め定められた各々異なる所定の係数を乗ずることによって予め段階的に複数算出されてなる前記段階偏差の一例である偏差Ｅ（図４では４つ）毎に上記６段階の変化のいずれかを組み合わせて定めたものである。
例えば図４のシーケンスＮｏ１は，実際のバルブ開度と所望の目標設定開度との差（即ち，実際の偏差）が偏差Ｅ＝Ｄ×１．２に達した場合に行うモータ電圧の切替シーケンスを示している。
上記シーケンスＮｏ１の場合，実際の偏差が偏差Ｅの１倍から０．５倍まではモータ電圧を（３）８０％で，実際の偏差が偏差Ｅの０．５倍から０．３倍まではモータ電圧を（４）７０％で，実際の偏差が偏差Ｅの０．３倍から０．１倍まではモータ電圧を（５）６０％で，実際の偏差が偏差Ｅの０．１倍から０まではモータ電圧を（６）５０％でに変化させることを示している。
つまり，図４は，実際の偏差が偏差Ｅと比較して小さくなる（即ち，バルブ開度が所望の目標設定開度に近づく）にしたがって，出力軸６１に対するモータ６０の出力を徐々に小さくすることにより，制御の行き過ぎ量を抑制して偏差を可能な限り抑制する切替シーケンスを偏差Ｅ毎に定めたものである。
【０００７】
次に，第１のモータ制御手段は，後述のシーケンス設定時において，バルブ開度と設定値入力器５０に入力された所望の目標設定開度との差が，上記複数の段階偏差（偏差Ｅ）の何れかに達した場合に，該偏差Ｅに対応する切替シーケンスを用いてモータ６０を制御する機能を達成するものである。
制御後偏差検出手段は，上記第１のモータ制御手段によって用いられた切替シーケンスと，該切替シーケンスで調節され上記モータ６０の停止後の制御後偏差を検出する機能を達成するものである。
上記切替シーケンスと制御後偏差の対応について図５，６を用いて説明する。尚，図５，６において上記制御後偏差は偏差Ｆとしている。
図５は所望の目標設定開度が例えば５０％に設定された場合に，上記モータ制御手段がシーケンスＮｏ４の切替シーケンスを用いてモータ６０を制御した時の最終的な制御後の偏差Ｆが−２％であったことを示している。
つまり，シーケンスＮｏ４でモータ６０の制御を行った結果，実際のバルブ開度の偏差が所望の目標設定開度に対して−２％だったことが記憶されている。その他，シーケンスＮｏ１〜３による制御が行われた場合についても，用いられたシーケンスＮｏによる制御後の偏差Ｆが対応づけて目標設定開度毎にメモリ２０記憶される。
つまり，上記切替シーケンス及び制御後偏差の対応は，所定数（上記の場合４）の切替シーケンスに対する偏差Ｆを所望の目標設定開度毎に記憶するものである。尚，図６は所定数（４つ）の切替シーケンスに対する偏差Ｆをすべて記憶した場合の一例である。このような対応関係は，上記制御後偏差検出手段によって検出される前記制御後偏差の中の最小の上記制御後偏差と，それを発生させた唯一の切替シーケンスとの対応関係も当然に含んでおり，それが前記メモリ２０（最小制御後偏差記憶手段の一例）に記憶されている。
第２のモータ制御手段は，後述のようなシーケンス設定時以降の通常制御時において，上記最小制御後偏差記憶手段に記憶された，対応する制御後偏差が最小である上記切替シーケンスを最適な切替シーケンスとして選択し，該選択された切替シーケンスを用いて上記モータ電圧を制御する機能を達成するものある。
上述のように構成されたバルブ用ポジショナＡが行う一連の処理の一例について図２を用いて説明する。
【０００８】
先ず，制御部１０は，直接ユーザによって設定値入力器５０に入力された，若しくは設定値入力器５０に接続された通信機器（不図示）を介して入力された所望の目標設定開度と，角度検出器４０で検出されたバルブ開度を取得する（Ｓ１０）。
次に，制御部１０は，現状における実際のバルブ開度と，設定値入力器５０に入力された所望の目標設定開度との差（即ち，実際の偏差）が，予め定められた所定の値以上か否かを判断する（Ｓ１３）。この所定の値は，例えば上記固有偏差若しくはユーザ等によって予め定められるものであっても良く，メモリ２０に記憶されているものである。
上記ステップＳ１３で，上記実際の偏差が予め定められた所定の値以上でないと判断された場合は，再びステップＳ１０の処理を行う。
他方，上記ステップＳ１３で，上記実際の偏差が予め定められた所定の値以上であると判断された場合は，ステップＳ１５の処理を行う。
次に，制御部１０は，メモリ２０にアクセスすることにより，上記設定値入力器５０より入力された目標設定開度における切替シーケンスと制御後偏差（偏差Ｆ）との対応が所定数得られたか否かを判断する（Ｓ１５）。
この上記ステップＳ１５における判断は，具体的には上記図５，６に示されるような目標設定開度（例えば，５０％）における偏差Ｆが，全て切替シーケンスについて得られたか否かを制御部１０が判断している。
換言するならば，制御部１０が，目標設定開度５０％における切替シーケンスと偏差Ｆとの対応が，図５の状態（偏差Ｆが全ての切替シーケンスについて得られていない）であるか，若しくは，図６の状態（偏差Ｆが全ての切替シーケンスについて得られた）かを判断している。
上記ステップＳ１５で，上記対応が図５の状態と判断された場合は処理がステップＳ３０へ，他方，上記対応が図６の状態と判断された場合は処理がステップＳ１１０へ各々移行する。
【０００９】
先ず，ステップＳ１５で図５の状態（偏差Ｆが全ての切替シーケンスについて得られていない）と判断された場合について説明する。尚，図５の状態と判断されている状態，つまり図２のステップＳ３０〜ステップＳ６０に示される学習動作フローを行う状態にあるときがシーケンス設定時に相当する。
制御部１０は，上記実際の偏差を縮小するため，モータ駆動回路３０を介してモータ６０にバルブ開度を上記所望の目標設定開度に一致させるための回転駆動制御を行いながら（Ｓ３０），実際の偏差が図４に示される段階偏差（偏差Ｅ）の何れになったかを判断する（Ｓ３５）。
制御部１０は，上記ステップＳ３５の判断で実際の偏差が上記偏差Ｅの何れかになったと判断された場合に，その偏差Ｅに該当するシーケンスＮｏの切替シーケンスに従ってモータ電圧を制御することによってモータ６０を駆動し（Ｓ４０），該切替シーケンスを全て実行した後にモータ６０の動作を停止する（Ｓ５０）。
上記ステップＳ５０でモータ６０を停止させた後に，制御部１０は，上記モータ６０の制御で用いられた切替シーケンスと，該切替シーケンスによる制御後の偏差Ｆとを対応づけて，例えば図５に示すようにメモリ２０記憶する（Ｓ６０）。
上記ステップＳ３０からステップＳ６０の一連の処理を行われることによって，図４に示す各シーケンスＮｏに従ってモータ６０を制御した場合の制御後偏差（偏差Ｆ；図５参照）を，バルブ用ポジショナＡを設置環境で実際に運用しながら自動的に取得することが可能となる。
【００１０】
次に，上記ステップＳ１５で図６の状態（偏差Ｆが全ての切替シーケンスについて得られた）と判断された場合について説明する。尚，図６の状態と判断されている状態，つまり図２のステップＳ１１０〜ステップＳ１４０に示される学習後動作フローを行う状態にあるときがシーケンス設定時以降の通常制御時に相当する。
制御部１０は，上記実際の偏差を縮小するため，モータ駆動回路３０を介してモータ６０にバルブ開度を上記所望の目標設定開度に一致させるための回転駆動制御を行いながら（Ｓ１１０），実際の偏差が上記偏差Ｆを最小にする切替シーケンスに対応する偏差Ｅに一致したか否かを判断する（Ｓ１２０）。
上記ステップＳ１２０の処理は，具体的には，図６の中で偏差Ｆを最小にする切替シーケンス（最小制御後偏差記憶手段に記憶されたシーケンス）はシーケンスＮｏ３であるので，制御部１０が，該シーケンスＮｏ３の切替シーケンスに対応する偏差Ｅを図４より抽出し，モータ駆動回路３０を介してモータ６０にバルブ開度を上記所望の目標設定開度に一致させるための回転駆動制御を行いつつ検出される実際の偏差が，抽出された最小の偏差Ｅに一致したか否かを判断している。
上記ステップＳ１２０の判断で，上記実際の偏差が上記抽出された偏差Ｅに一致したと判断された場合に，制御部１０は，メモリ２０より図６に示すような切替シーケンスの中で制御後偏差（偏差Ｆ）を最小にする唯一の切替シーケンス（図６の場合シーケンスＮｏ３）に従ってモータ電圧を制御することによってモータ６０を駆動し（Ｓ１３０），該切替シーケンスを全て実行した後にモータ６０の動作を停止させる（Ｓ１４０）。
したがって，目標設定開度における切替シーケンスと偏差Ｆとの対応が図６に示すように予め定められた所定数得られた場合に，上記ステップＳ１１０からステップＳ１４０の一連の処理が行われる（シーケンス設定時から通常制御時に移行する）ことによって，バルブ用ポジショナＡの設置環境に応じた上記偏差Ｆを最小にする切替シーケンスでモータ６０を自動制御することが可能となる。
【００１１】
【実施例】
また，バルブ用ポジショナＡにおいて生じる上記偏差Ｆは，該バルブ用ポジショナＡの設置環境（温度，湿度等）の変化や使用頻度に応じて変化するものであるので，定期的に上記ステップＳ３０からＳ６０の処理を行うことによって切替シーケンスと偏差Ｆとの対応を更新するようにしても良い。
この場合，バルブ用ポジショナＡにタイマ等の機能を具備させることによって，定期的に上記ステップＳ３０からＳ６０の処理を行うようにしても良い。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は，バルブ開度を所望の目標設定開度に調節するための電動アクチュエータを具備するバルブ用ポジショナにおいて，
予め段階的に複数定められた，バルブ開度と上記所望の目標設定開度との複数の偏差のいずれかに上記バルブ開度と上記所望の目標設定開度との差が達した場合における上記電動アクチュエータのモータ電圧の切替シーケンスを上記段階偏差毎に予め記憶する切替シーケンス記憶手段と，
最適なシーケンスを選択設定するためのシーケンス設定時に，上記バルブ開度と上記所望の目標設定開度との差が上記複数の偏差の何れかに達した場合に，該偏差に対応する切替シーケンスを用いて上記モータを制御する第１のモータ制御手段と，
上記第１のモータ制御手段によって上記複数の偏差各々に応じて調節された上記電動アクチュエータのモータ停止後における制御後偏差を検出する制御後偏差検出手段と，
上記シーケンス設定時に上記制御後偏差検出手段によって検出される制御後偏差の中の最小の上記制御後偏差を発生させた唯一の切替シーケンスをその上記制御後偏差と共に記憶する最小制御後偏差記憶手段と，
上記シーケンス設定時以降の通常制御時において，上記所望の目標設定開度に向けてバルブ開度を調節する場合に，上記最小制御後偏差記憶手段に記憶された切替シーケンスに従って上記モータを制御する第２のモータ制御手段とを具備することを特徴とするバルブ用ポジショナとして構成されている。
このように本発明が構成されているので，上記偏差が悪化するような設置環境で本発明のバルブ用ポジショナを用いる場合であっても，上記設置環境における偏差と切替シーケンスとを記憶することによって，該設置環境に応じて偏差を最小にする切替シーケンスを用いてバルブ開度を自動的に制御することが可能となるので，従来のようにバルブ用ポジショナを上記設置環境にて動作させながら人手を介して調整するような面倒な作業を行う必要が無くなる。
また，前記複数の偏差各々は，予め定められた特定の条件下において前記開度調節の制御がなされた後のバルブ開度と前記所望の目標設定開度との偏差であり当該バルブ用ポジショナに固有に備わる偏差である固有偏差に，予め定められた各々異なる所定の係数を乗ずることによって予め段階的に算出されてなるものであっても良い。
この場合，上記固定偏差に応じて段階的に上記偏差を容易に定めることが可能となるので，バルブ用ポジショナの特性に応じた偏差を適切に定めることが可能となる。
前記制御後偏差検出手段が，バルブ開度毎に前記切替シーケンス及び前記制御後偏差の対応を所定数検出するものであっても良い。
このようにバルブ開度毎の制御後偏差と切替シーケンスとを検出することで，各バルブ開度毎に制御後偏差を最小とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡの概略構成図。
【図２】バルブ用ポジショナＡが行う一連の処理の一例を示したフローチャート。
【図３】モータ電圧の一例図。
【図４】モータ電圧の切替シーケンスの一例図。
【図５】偏差Ｆと切替シーケンスの対応概念図。
【図６】偏差Ｆと切替シーケンスの対応概念図。
【符号の説明】
Ａ………バルブ用ポジショナ
１０………制御部
２０………メモリ
３０………モータ駆動回路
４０………角度検出器
５０………設定値入力器
６０………モータ
６１………出力軸

Claims (3)

1. バルブ開度を所望の目標設定開度に調節するための電動アクチュエータを具備するバルブ用ポジショナにおいて，
   予め段階的に複数定められた，バルブ開度と上記所望の目標設定開度との複数の偏差のいずれかに上記バルブ開度と上記所望の目標設定開度との差が達した場合における上記電動アクチュエータのモータ電圧の切替シーケンスを上記段階偏差毎に予め記憶する切替シーケンス記憶手段と，
   最適なシーケンスを選択設定するためのシーケンス設定時に，上記バルブ開度と上記所望の目標設定開度との差が上記複数の偏差の何れかに達した場合に，該偏差に対応する切替シーケンスを用いて上記モータを制御する第１のモータ制御手段と，
   上記第１のモータ制御手段によって上記複数の偏差各々に応じて調節された上記電動アクチュエータのモータ停止後における制御後偏差を検出する制御後偏差検出手段と，
   上記シーケンス設定時に上記制御後偏差検出手段によって検出される制御後偏差の中の最小の上記制御後偏差を発生させた唯一の切替シーケンスをその上記制御後偏差と共に記憶する最小制御後偏差記憶手段と，
   上記シーケンス設定時以降の通常制御時において，上記所望の目標設定開度に向けてバルブ開度を調節する場合に，上記最小制御後偏差記憶手段に記憶された切替シーケンスに従って上記モータを制御する第２のモータ制御手段とを具備することを特徴とするバルブ用ポジショナ。
2. 前記複数の偏差各々は，予め定められた特定の条件下において前記開度調節の制御がなされた後のバルブ開度と前記所望の目標設定開度との偏差であり当該バルブ用ポジショナに固有に備わる偏差である固有偏差に，予め定められた各々異なる所定の係数を乗ずることによって予め段階的に算出されてなる請求項１記載のバルブ用ポジショナ。
3. 前記制御後偏差検出手段が，バルブ開度毎に前記切替シーケンス及び前記制御後偏差の対応を所定数検出するものである請求項１又は２のいずれかに記載のバルブ用ポジショナ。

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