JP4118701B2

JP4118701B2 - 自己診断機能を持つバルブアクチュエータ

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Publication number: JP4118701B2
Application number: JP2003045959A
Authority: JP
Inventors: 正和森; 直樹谷
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP2004257419A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，例えば，流路を開閉するのに設けられた水門，扉体，ゲート，弁体等（総称をバルブという）のバルブを上下移動させるバルブアクチュエータに関し，特に，バルブの位置検出，トルク検出等の運転状態，雌ねじの摩耗状態等の駆動系状態を監視することができる自己診断機能を持つバルブアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，水路，浄水場，発電所，河川等の流体が流れる流路には，流路を開閉して流量を制御するためのゲート，水門，扉体，弁体等のバルブが設けられ，該負荷体を作動するためバルブアクチュエータが使用されている。バルブを駆動するためのバルブアクチュエータは，コントローラを用いて制御する中央情報システム化に向かうと共に，バルブ開閉の制御のうち簡単な一部の制御を行うことができるコントローラを設けたものが知られている（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
従来，弁駆動用アクチュエータ装置におけるねじ摩耗量検出装置として，基準ねじを設けて使用するねじとのギャップを検出し，それによって雌ねじの摩耗量を検出していた。或いは，ねじ摩耗量検出装置として，ねじの負荷トルクカーブを検出し，ねじのギャップの増加によるトルクの変化から雌ねじの摩耗量を計算して求めていた。該雌ねじ摩耗量検出装置は，ハウジングに回転可能に取り付けられたスリーブ，該スリーブにスプライン嵌合した雌ねじ部材，該雌ねじ部材に噛合し且つ軸方向に移動可能な雄ねじ付きスピンドル，該スピンドルの負荷がかからない状態で前記スピンドルに回転可能に取り付けられ且つ前記雌ねじ部材と一体に回転すると共に前記雌ねじ部材の摩耗量に対応する軸方向の移動に従って軸方向下向きに移動可能なモデル雌ねじ，該モデル雌ねじの外周に形成された環状溝に嵌入するベアリングを取り付け且つ前記ハウジングに固定されたガイドピンに案内されて前記モデル雌ねじの軸方向の移動に対応して軸方向にのみ移動できる移動ブロック，及び前記雌ねじ部材の雌ねじの摩耗量に対応する前記移動ブロックの移動距離を検出する差動変圧器でなる移動量センサーから構成されているものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００４】
また，従来知られている弁装置に設けた異常診断・劣化予測装置は，運転中に異常の兆候把握と異常箇所の特定化を行い，修理部位の特定，電動弁の点検範囲の限定及び異常兆候の判定を行うものである。該異常診断・劣化予測装置は，駆動部に設けた駆動力センサを診断装置に接続し，駆動部に対する供給エネルギを検出するエネルギセンサ，及び弁装置の振動を検出する振動センサを弁装置に仮設的に取り付け，これらのセンサから出力される検知信号をデータ変換ユニットにおいて所定の信号に変換し，診断項目毎の許容値及び診断結果を含むメンテナンス記録に照らして診断項目毎に診断データ情報の解析診断処理を行って，正常又は異常を判断し，更に劣化予測を行わせるものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１０７２５４号公報（第２，３頁，第６図）
【特許文献２】
実公平８−９６０３号公報（第１頁，第２図）
【特許文献３】
特開２００２−１３０５３１号公報（第１頁，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来のねじ摩耗量検出装置等の異常診断及び劣化予測装置について，例えば，基準ねじを用いてギャップを検出するタイプのものは，基準ねじを高精度に作製しなければならないと共に，該基準ねじを組み込むため複雑な構造を必要とし，コスト高になるという問題があった。又は，ねじの負荷トルクカーブを検出し，ねじのギャップの増加によるトルクの変化から雌ねじの摩耗量を計算するねじ摩耗量検出装置は，雌ねじの摩耗をトルク波形で分析する場合に，正常時のトルク波形との間の相違が分かり難く，高精度に雌ねじの摩耗を検出できないという問題があった。
【０００７】
また，従来のねじ摩耗量検出装置については，主駆動ねじの外にスプリングで張りを与えた副ねじを設け，主駆動ねじとの距離を検出してねじの摩耗量を検出するものであり，主駆動ねじと副ねじとの間の距離を測定するのが困難である上に，機械式では構造が複雑になり，各部材に高加工精度を要求され，また，距離検出によるねじ摩耗検出では，ねじの摩耗粉が部材間にかみ込んで悪影響を受け易く，検出される精度に信頼性が持てないという問題がある。また，上記の弁装置におけるステムブッシュのねじの摩耗量によるガタの量を検出する装置は，トルク曲線からギャップの空転量を推定して算出するものであり，即ち，出力速度は想定であり，正確なねじ摩耗量を検出できないものであり，また，トルクセンサ（距離センサ，歪みゲージ）は，ギヤケース内部に組み込む構成であり，簡単に組み込むことができず，現場での改造作業が困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，水門，扉体，弁体，ゲート等のバルブを操作するスピンドルをステムブッシュによって上下運動可能に駆動するバルブアクチュエータにおいて，例えば，バルブ位置リミット，トルクリミット等のリミット検出，ハウジング内部の温湿度検出，ステムブッシュの雌ねじの摩耗量検出，モータや電子部品の状態データによる劣化予測，駆動系部品等の摩耗劣化，モータの駆動電流の状態データ等を電気的に検出して監視して自己診断すると共に，それらの情報に対応してコントローラによって装置自体を正常化の処理をしたり，上記情報に対応して部品交換処理等を促すことができる自己診断機能を持つバルブアクチュエータを提供することである。
【０００９】
この発明は，流路を開閉するためのバルブが取り付けられ且つ前記バルブによる前記流路を開閉作動させるためハウジングに上下移動可能に支持されたスピンドル，該スピンドルに設けられた雄ねじに螺合する雌ねじを備え且つ前記ハウジングに回転可能に支持されたステムブッシュ，該ステムブッシュを回転駆動して前記スピンドルを上下移動させるため前記ステムブッシュに固定されたウォームホイールと該ウォームホイールに噛み合って駆動手段からの回転が伝達されるウォームとを有する伝達装置を有するバルブアクチュエータにおいて，
状態データの予め決められた所定の設定値を設定する設定器；前記状態データの測定値をそれぞれ検出する各種センサ；前記測定値と前記設定値とを比較判断して前記測定値が前記設定値から外れた情報に応答して部品交換修理，警報等の処理を発する制御回路；前記センサによる前記測定値を表示すると共に前記制御回路から発せられた前記処理を表示する表示装置；前記設定器，前記制御回路，前記表示装置及び前記制御回路に接続された通信ユニットを備えたコントロール基板；並びに前記通信ユニットを通じて前記測定値を表示すると共に前記情報に対応して前記制御回路を通じて前記駆動手段を作動させるコントローラ；を有し，
前記各種センサのうち雌ねじの摩耗を検出する雌ねじ摩耗センサは，前記制御回路において前記スピンドルに負荷されるトルクを検出するトルクセンサによる前記ウォームの軸方向の移動量に従って得られたトルク曲線に基づいて前記雄ねじと前記雌ねじとの間のギャップ量を決定すると共に，前記スピンドルの回転数を検出する回転数センサによる前記ギャップ量に対応する前記ステムブッシュの回転数を検出し，前記ステムブッシュの前記回転数に前記雌ねじのピッチを乗じる演算をして前記雌ねじの摩耗量を検出することを特徴とする自己診断機能を持つバルブアクチュエータに関する。
【００１０】
更に，前記状態データを検出する前記センサは，バルブ位置を検出して前記バルブの前記流路の開度を検出するため前記スピンドルの前記回転数を積算するエンコーダを備えた前記回転数センサ，前記トルクセンサ，前記駆動手段であるモータと前記コントロール基板の領域の温度を検出する温度センサ，前記バルブアクチュエータの内部の湿度を検出する湿度センサ，前記バルブアクチュエータの振動を検出する振動センサ，及び前記モータを駆動する起動電流を検出して運転回数を検出する電流センサを含むものである。
【００１１】
前記制御回路は，前記回転数センサ，前記トルクセンサ，前記温度センサ，前記湿度センサ，前記振動センサ及び前記雌ねじ摩耗センサのそれぞれの測定値，並びに前記電流センサの測定値に応答して異常測定値に対して異常信号を出力すると共に，前記通信ユニットを通じて前記コントローラとの情報交換をして前記コントローラからの指令によって前記制御回路を通じて前記駆動手段を作動させるものである。
【００１２】
前記表示装置は，前記状態データを測定した前記測定値，前記状態データの予め決められた前記設定値，及び部品の故障データや異常の各種の情報を表示するＬＣＤである。
【００１３】
前記コントローラは，客先制御装置，パソコン及び無線式リモコンである。また，前記コントローラは，前記温度センサによる測定値によって前記駆動手段であるモータ，電気部品の劣化を予め決められたデータに基づいて予測制御する。更に，前記コントローラは，前記湿度センサによる測定値によって前記バルブアクチュエータに設けられたヒータの配線不良，カバー取り付け不良，カバー内への浸水状況を予め決められたデータに基づいて予測制御できる。
【００１４】
このバルブアクチュエータは，上記のように構成されているので，各種のセンサにより取り込んだデータにより，状態監視が可能になり，例えば，起動回数検出によって摺動部品，各部分に設けたシールの寿命を予測でき，トルク検出によってバルブやアクチュエータの状態を監視でき，温度検出によって温度状況が原因で発生するモータ，電気部品の劣化を防止でき，湿度検出によって配線不良，カバートルク不良，浸水検出を予測でき，エンコーダとトルクセンサの組み合わせでステムブッシュの雌ねじの摩耗を検出できる。自己診断機能で表示監視したデータに基づいて，客先のコントローラによって状態監視保全即ち対策のための駆動制御，部品交換等を容易に行うことができる。また，このバルブアクチュエータは，コントロール基板を搭載しており，外部との通信が可能になり，動作制御，状態監視が１台のコントローラで複数のバルブアクチュエータを制御することができる。このバルブアクチュエータは，表示装置によってバルブ動作状態，設定状態，故障表示等が容易に監視できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による自己診断機能を持つバルブアクチュエータの実施例を説明する。このバルブアクチュエータは，図１と図３に示すように，例えば，水路，浄水場等の流路に接続したハウジング３に固定された流路管１６，流路管１６の流路４を開閉するため配設されたゲート，水門，扉体，弁体等の負荷体であるバルブ５を取り付け且つハウジング３に上下移動可能に支持されたスピンドル１，スピンドル１に設けられた雄ねじ１０に螺合する雌ねじ１１を備え且つハウジング３に回転可能に支持されたステムブッシュ２，及び雌ねじ１１を回転駆動してスピンドル１を上下移動させるためステムブッシュ２に駆動装置であるモータ１２からの回転をスピンドル１に伝達するギヤ２４Ａ，２４Ｂ，ウォームギヤ，減速機，クラッチ２７等から成る伝達装置２４を有する。伝達装置２４におけるウォームギヤは，雌ねじ１１を回転駆動してスピンドル１を上下移動させるため，ステムブッシュ２に固定されたウォームホイール８と，ウォームホイール８に噛み合って駆動手段からの回転が伝達されるウォーム９を有している。
【００１６】
ハウジング３は，複数のハウジング部材から成り，バルブ５の駆動系を収容するため，例えば，ステムブッシュ２を回転可能に支持するためフランジ部２５や支持段部２６等が設けられている。ハウジング３のフランジ部２５や支持段部２６には，スラスト軸受等の軸受２１が介在され，ハウジング３に軸受２１を介してスリーブ２０が回転可能に配設されている。スリーブ２０の嵌合部１９には，雌ねじ１１を備えたステムブッシュ２がスプラインやキーによって固定されている。また，スリーブ２０の外周部にはウォームギヤを構成するウォームホィール８がスプライン，キー，圧入等によって固定されている。従って，このバルブアクチュエータは，ウォームホィール８，スリーブ２０及びステムブッシュ２が駆動装置から伝達装置２４を通じて回転されるウォーム９によって一体構造で回転される構造に構成されている。ハウジング３には，流路４の水等の流体が伝動装置２４や雌ねじ１１へ侵入しないようにシールするため，スピンドル１が挿通するリング状のグランドパッキン１５がハウジング３の支持段部２３に配設され，グランドパッキン１５が押さえ部材２２でハウジング３に固定されている。このバルブアクチュエータは，上記の構成によって，ステムブッシュ２が回転することに応じて，雌ねじ１１が回転し，雌ねじ１１の回転によって雄ねじ１０が雌ねじ１１に沿って上下移動し，スピンドル１が上下移動する。流路管１６には，バルブ５が嵌合するバルブ嵌入部１８が形成され，バルブ５がバルブ嵌入部１８に嵌合して流路４が閉鎖され，また，図３のように，バルブ５が上昇した位置では流路４は開放状態になる。
【００１７】
このバルブアクチュエータは，図１〜図３に示すように，その状態データを検出するため，各種センサ，即ち，バルブ位置を検出するためスピンドル１の回転数を検出すると共に回転数を積算するエンコーダを備えた回転数センサ７，スピンドル１に負荷されるトルクを検出するトルクセンサ２８，駆動手段であるモータ１２とコントロール基板３０の領域の温度を検出するサーミスタ等から成る温度センサ３３，３４，バルブアクチュエータの内部の湿度を検出する湿度センサ３６，バルブ５の流路４の開度を検出するバルブ開度センサ，バルブアクチュエータの振動を検出する振動センサ３７及びステムブッシュ２の雌ねじ１１の摩耗を検出する雌ねじ摩耗センサ，及びモータ１２を駆動する起動電流を検出して運転回数を検出する電流センサ３２を備えている。
【００１８】
このバルブアクチュエータは，自己診断機能を有するものであり，図１に示すように，コントロール基板３０に制御回路６と表示装置１７を備えている。このバルブアクチュエータは，上記の各種のセンサで検出されたそれぞれの検出値即ち測定値が制御回路６に入力され，制御回路６で処理されて表示装置１７で表示する。制御回路６は，上記状態データのそれぞれの前記測定値を予め設定されたそれぞれの設定値６１における限界値とを比較器６０で比較演算して測定値が設定値６１から外れた情報に応答して部品交換修理，警報等の処理指令を発する。図１に示すように，客先制御装置でなるコントローラ４０Ａは，上記の各種のセンサの測定値に応答して駆動手段であるモータ１２を駆動してバルブ５による流路４の開閉状態を変更する。また，このバルブアクチュエータでは，上記の各種のセンサの測定値に応答してコントローラ４０Ａの指令によって駆動手段であるモータ１２を駆動してバルブ５による流路４の開閉状態を変更する。制御回路６は，上記状態データのそれぞれの測定値を予め設定されたそれぞれの設定値６１における限界値とを比較器６０において比較演算して測定値が設定値６１の範囲内である情報に応答してそのままの運転状態での作動維持処理を表示する。
【００１９】
客先制御装置でなるコントローラ４０Ａは，各種のセンサの測定値に応答して駆動手段であるモータ１２を駆動してバルブ５による流路４の開閉状態を変更する次動作へ続行する作動維持処理指令を発して制御を行なうことができる。コントローラ４０は，客先制御装置４０Ａの他に，パソコンモニタ６５及び／又は電波無線リモコン（リモートコントロール，ワイヤレスモニタ）６４を含むものである。即ち，このバルブアクチュエータは，コントローラ４０や客先制御装置４０Ａによって各種の状態データの設定や調整，或いは駆動手段を作動させることができるものである。コントローラ４０は，複数のバルブアクチュエータにそれぞれ設けられたコントロール基板３０に接続され，各バルブアクチュエータの運転状態をそれぞれ監視したり，設定制御することができる。即ち，１つのコントローラ４０は，複数のバルブアクチュエータを制御することができる。また，表示装置１７は，バルブアクチュエータの状態データ，各種の設定値の設定状態，及びバルブアクチュエータの部品の故障データを表示することができる。また，コントローラ４０は，制御回路６に接続された通信ユニット３８を通じて測定値に応答して設定値６１を監視調整することができる。モータ１２，各センサ及び制御回路６は，コントローラ４０Ａ又は現場に設けたスイッチによってターミナルユニット４５を通じて電源から電力が供給されて駆動するように構成されている。
【００２０】
このバルブアクチュエータでは，例えば，制御回路６は，エンコーダから成る回転数センサ７，トルクセンサ２８，モータ１２の温度を検出する温度センサ３３，コントロール基板３０の温度を検出する温度センサ３４，バルブアクチュエータを構成するハウジング３の内部であるコントロール基板３０の電気部品領域の湿度を検出する湿度センサ３６，バルブ５の流路４に対する開度を検出するバルブ開度センサ，バルブアクチュエータの駆動系の振動を検出する振動センサ３７，スピンドル１の雄ねじ１０と噛み合うステムブッシュ２の雌ねじ１１の摩耗を検出する雌ねじ摩耗センサ，及びモータ１２を駆動する電流センサ３２から所定期間毎のデータ３１が入力されるそれぞれの測定値に応答して，測定値を表示交換手段６２を通じてＬＣＤの表示装置１７に表示し，また，制御回路６に接続された通信ユニット３８を通じてコントローラ４０との情報交換をする。従って，コントローラ４０は，通信ユニット３８を通じてバルブアクチュエータの診断内容を確認できると共に，リモートコントロール６４やパソコン６５等によって適正に設定したり，調整したり，また，客先制御装置４０Ａのコントローラによって診断内容を確認してモータ１２を駆動してバルブ５の開閉状態を運転制御することができる。
【００２１】
バルブ５のポジション設定は，スピンドル１の回転数をウォーム軸２９に設けたねじギヤ６８を通じて回転数センサ７を構成するエンコーダによって検出し，バルブ５の位置を検出し，流路４のバルブ５による開閉リミットを正確に且つ容易に検出して設定することができる。エンコーダは，インクリメント型エンコーダを用いており，スリーブ軸即ちウォーム軸２９内の回転を検出することによってバルブ５の位置を状態出力３５として任意に符号４１に示すように出力即ち表示することができる。
【００２２】
電流センサ３２は，モータ電流を検出して起動回数を測定することができるものであり，トリガ値を任意に設定して起動電流とし，モータ起動時に発生する起動電流をカウントし，カウント値を起動回数とする。この時，起動電流は通常電流より高い値になっている。寿命予測は，予め設定した起動回数をオーバした場合に，状態出力３５にアラームを出力する。通常電流値をデータとして記憶して管理し，それらのデータの範囲外になると経年変化した目安にし，例えば，１Ａに設定しておき，経年変化によって電流値が増加した値，例えば，１．７Ａに増加した場合に，通常電流値が予め決めておいた所定の範囲をオーバしたとしてシールの寿命と判断し，制御回路６（ＣＰＵ）において符号４１に示す出力をアラーム出力として発するように構成されている。
【００２３】
また，トルク検出は，ウォーム軸２９にトルクスプリング６７を介して組み込まれたトルクセンサ２８によって正確に且つ容易に検出して設定することができる。トルクセンサ２８は，図６に示すように，ウォーム９の移動量を電気信号に変換して検出し，バルブ５即ちスピンドル１に負荷されるトルクをリニアに検出できる。即ち，トルク検出は，直線形（又は回転形）ポテンショにより，ウォーム９の移動量を検出し，トルク値に換算する。バルブ５の開閉方向に負荷されるトルクの測定値が，予め設定したトルク値をオーバした場合に，状態出力３５のアラームを出力する。トルクデータを記憶して管理しておき（ロジング），それらのデータ範囲外になると，経年変化等でトルクが増加した場合であり，それをシールの寿命と判断し，状態出力３５のアラーム出力をするように構成されている。
【００２４】
更に，モータ１２の温度センサ３３は，モータ巻線温度を常時検出し，モータ異常を検出して焼損等を防止している。温度センサ３３は，モータ巻線に貼りつけたサーミスタによりモータ巻線温度を測定するものである。温度センサ３３による測定値が，予め設定した所定のモータ巻線温度以上になった場合に，トルク／モータ異常と判断し，状態出力３５のアラーム出力をするように構成されている。
【００２５】
また，コントローラ４０は，湿度センサ３６による測定値によってバルブアクチュエータに設けられたヒータの配線不良，ハウジング３を構成するカバー取り付け不良，カバー内への浸水状況を予め決められたデータに基づいて予測制御することができるものである。湿度検出は，ハウジング３即ちアクチュエータ機内に湿度センサ３６を取り付け，機内の湿度を検出するものである。予め設定した所定の湿度，例えば，７０％以上になった場合に，機内に浸水，パッキン不良であると判断し，状態出力３５のアラーム出力をするように構成されている。
【００２６】
また，表示装置１７は，デジタル表示器であるＬＣＤ即ち液晶表示器で構成され，バルブアクチュエータについての各種の設定値と運転状態を表示することができる。バルブアクチュエータは，トルクスイッチ５０とリミットスイッチ５１を有するスイッチユニット６６を通じてバルブ５の開度を表示する指針付きの開度計５２が設けられている。表示装置１７には，バルブ５の運転回数，バルブ５の流路４を開閉する開閉トルク，モータ１２やコントロール基板３０に設けた電気部品の領域の温度及び湿度，雌ねじ１１の摩耗状態を表示すると共に，それらの上下限界値の設定値６１を表示することができる。また，表示装置１７は，電流センサ３２，温度センサ３３，回転数センサ７及びトルクセンサ２８からの各測定値のデータ３１をサンプリングし，それらのデータ３１を表示変換器６２を通じてＬＣＤで表示するように構成されている。回転数センサ７の測定値はパルス／Ｖの変換器６３を通じてデータ３１がサンプリングされる。
【００２７】
また，雌ねじ摩耗センサは，例えば，後述するように，ウォーム９の軸方向の移動量に従って得られたトルク曲線に基づいて雄ねじ１０と雌ねじ１１との間のギャップ量を決定すると共に，決定されたギャップ量に対応するステムブッシュ２の回転数を検出し，ステムブッシュ２の回転数に雌ねじ１１のピッチを乗じる演算をして雌ねじ１１の摩耗量を検出することができる。即ち，雌ねじ１１をバルブ閉側からバルブ開方向に運転した場合に，ハンマブロー，雌ねじ１１の空転部，次いで実負荷の順番でトルク値が変化するが，この変化する時間を検出することによって雌ねじ１１の摩耗量を検出することができる。この時，エンコーダカウント値をとることによって，より正確な動作点が検出でき，測定精度を向上させることができる。ステムブッシュ２の雌ねじ１１は，所定以上の摩耗が発生すると，状態出力３５のアラームを出力し，雌ねじ１１の交換を促す。雌ねじ１１の異常摩耗が発生すると，弁体即ちスピンドル１が落下し，流路４を閉鎖してしまうという危険な状態になるからである。
【００２８】
また，コントローラ４０は，回転数センサ７による測定値によってバルブアクチュエータの部品の摺動部，及び各シールの寿命を予め決められたデータに基づいて予測制御することができるものである。更に，コントローラ４０は，サーミスタ等から成る温度センサ３３，３４による測定値によって駆動手段であるモータ１２，電気部品の劣化を予め決められたデータに基づいて予測制御することができる。この自己診断機能を持つバルブアクチュエータでは，電流センサ３２による電流の設定値，トルクセンサ２８によるトルクの設定値，雌ねじ摩耗センサによる雌ねじ１１の摩耗量の設定値，温度センサ３３，３４による温度の設定値，及び湿度センサ３６による湿度の設定値は，コントローラ４０の指令で設定器３９によって設定できる。また，状態表示及び記憶データ（ロジングデータ）は，通信ユニット３８を通じてコントローラ４０に出力される。
【００２９】
このバルブアクチュエータの具体的な実施例として，図４に示す横型ハンドル又は図５と図６に示す縦型ハンドルのバルブアクチュエータについて説明する。横型又は縦型ハンドルのバルブアクチュエータは，手動ハンドル４４によってスピンドル１を上下移動させることができるものである。この自己診断機能を持つバルブアクチュエータは，具体的には，リミットスイッチ５１を電気部品であるエンコーダから成る回転数センサ７に換え，また，トルクスイッチ５０をトルクセンサ２８に換えることによって構成することができる。また，縦型の手動ハンドル４４を持つバルブアクチュエータにおける伝達装置２４は，モータ１２又は手動ハンドル４４の駆動手段からの回転を伝達する減速機，ウォームギヤ等を含んでおり，伝達装置２４を通じてステムブッシュ２の雌ねじ１１を回転駆動し，雌ねじ１１に螺合する雄ねじ１０を備えたスピンドル１を上下移動させるものである。
【００３０】
図４の横型の手動ハンドル４４の場合には，手動ハンドル４４を手動で回転させると，手動ハンドル４４に設けたハンドルボス４６が回転し，ハンドルボス４６の回転がクラッチ２７を通じてスプラインでスリーブ４８に伝達され，スリーブ４８の回転によってステムブッシュ２の雌ねじ１１が回転し，それによって雌ねじ１１と噛み合う雄ねじ１０を持つスピンドル１が上下移動し，スピンドル１に固定したバルブ５が流路４を開閉する。また，図５の縦型の手動ハンドル（図示せず）の場合には，手動ハンドルを手動で回転させると，手動ハンドルに設けたハンドルボス４６が回転し，ハンドルボス４６の回転はクラッチ２７を通じてウォーム軸２９が回転し，ウォーム９の回転によってステムブッシュ２の雌ねじ１１を回転させ，それによって雌ねじ１１と噛み合う雄ねじ１０を持つスピンドル１が上下移動し，スピンドル１に固定したバルブ５が流路４を開閉する。
【００３１】
このバルブアクチュエータは，コントローラの指令でモータ１２によって自動的にバルブ５を開閉制御したり，また，現場において手動ハンドル４４の手動による回転によって，上記の伝達系を通じて，バルブ５を手動で開閉できるものである。このバルブアクチュエータは，ウォーム９を設けたウォーム軸２９の一端側に歯車伝達系を通じてモータ１２が取り付けられ，ウォーム軸２９の他端側にウォーム９の移動量を検出する位置センサであるリニヤポテンショメータ４９（図６）が取り付けられている。バルブアクチュエータは，流路４の状況，バルブ５の開閉状態等の種々の情報がコントロールユニットによって処理され，バルブ５を取り付けたスピンドル１のトルクはトルクスイッチ５０で検出され，バルブ５の開閉状態はリミットスイッチ５１で検出され，また，バルブ５の開度は開度計５２で表示される。
【００３２】
このバルブアクチュエータにおいて，雌ねじ摩耗センサについては，本出願人に係る出願である特願２００２−３０９６７９号のねじ摩耗量検出装置として詳細に開示されているので，ここではその説明は省略する。勿論，雌ねじ摩耗センサについては，その外のタイプのセンサを適用することもできることは勿論である。ここで，上記のねじ摩耗量検出装置即ち雌ねじ摩耗センサを，図５と図６を参照して概略を説明すると，次のとおりである。
【００３３】
雌ねじ摩耗センサは，例えば，次のようなものを適用できる。ねじ摩耗量センサは，特に，ウォーム９の軸方向の移動量に従って得られたトルク曲線に基づいて雄ねじ１０と雌ねじ１１との間のギャップ量を決定すると共に，決定されたギャップ量に対応するステムブッシュ２の回転数を検出し，ステムブッシュ２の回転数に雌ねじ１１のピッチを乗じる演算をして雌ねじ１１の摩耗量を検出することを特徴としている。また，ステムブッシュ２の回転数は，ステムブッシュ２の外周側に取り付けられたロータリエンコーダ等の回転センサによって検出される。回転センサは，ステムブッシュ２に固定された摺動接点１３にポテンショメータの検出端子１４を対向させることによってステムブッシュ２に簡単に取り付けることができる。更に，ウォーム９の軸方向の移動量に従う電気信号は，図６に示されている位置センサであるリニヤポテンショメータ４９によって検出される。上記のことを数式で表すと，次のとおりである。ねじ摩耗量をΔＡとし，雌ねじ１１のピッチをＰとし，雌ねじ１１の摩耗による雌ねじ１１と雄ねじ１０との間のギャップ量に対応する雌ねじ１１が固定されたステムブッシュ２の回転数を回転角αで表すと，次式になる。即ち，ΔＡ＝Ｐ×（α／３６０）である。
【００３４】
図６に示すように，位置センサであるリニヤポテンショメータ４９は，ハウジング３に固定されたケース５３とケース５３に固定されたカバー５４内に収容されている。リニヤポテンショメータ４９は，カバー５４とケース５３に固定されたプレート５５とによって支持され，その端部にはジョイント５６が取り付けられている。ジョイント５６に設けた軸受５７によって回転可能に支持されたロータシャフト５８は，ウォーム９のウォーム軸２９の端面に当接している。従って，ウォーム９の移動量は，負荷スライド可能に取り付けられたロータシャフト５８とジョイント５６とを介してリニヤポテンショメータ４９の検出端子５９に伝達される。リニヤポテンショメータ４９の検出端子５９の移動量は，電気信号として出力され，コントローラにウォーム９の移動量の情報として入力される。
【００３５】
このバルブアクチュエータは，各種のセンサ７，２８，３２，３３，３４，３６，３７からの測定値の情報が制御回路６に入力され，これらの情報は制御回路６で処理され，所定の字数でデジタル表示する表示装置１７を備えている。また，このバルブアクチュエータでは，本体内にはトランスや可逆器が組み込まれていないが，それらは客先制御装置４０Ａに設けられており，各検出された測定値を判断して客先制御装置４０Ａのコントローラの指示によってバルブ５の制御を行うことができる。この発明でいう自己診断機能は，それ自体ではアクチュエータを作動する機能は有しておらず，自己診断機能で得られた情報によって客先制御装置４０Ａに設けられたトランスや可逆器等によって操作者の指示によってアクチュエータを作動制御するものである。
【００３６】
次に，このバルブアクチュエータの自己診断機能について機器の設定方法を説明する。このバルブアクチュエータは，電源スイッチをＯＮする。バルブアクチュエータの表示装置１７の通常表示を確認する。バルブ５の位置を設定するポジション設定モードについて，バルブ５のポジションの上下限値を設定値６１として設定する。バルブ５の流路４に対する上限値即ち開限値を設定値６１として設定すると共に，バルブ５の流路４に対する下限値即ち閉限値を設定値６１として設定する。これらの開限値と閉限値との設定値６１は，エンコーダやポテンショメータでなる回転数センサ７で検出される。回転数センサ７は，スピンドル１の回転数を累積即ち積算し，バルブアクチュエータの回転数を検出し，摺動部や各部のシールの寿命を予測する状態データとする。また，スピンドル１に設けたバルブ５に掛かるトルクの上限値と下限値を所定の値の設定値６１として設定する。バルブ５を取り付けたスピンドル１の伝達装置２４にかかるバルブ開放時のトルク値とバルブ閉鎖時のトルク値の上限値と下限値を所定の値の設定値６１として設定する。また，モータ１２の温度とコントロール基板３０の領域の温度との上限値と下限値を所定の値の設定値６１として設定する。周囲温度によってモータ１２の焼きつきや電気部品の温度による誤動作等の悪影響を防止するため，上限値と下限値とで所定の温度範囲内に設定値６１として設定する。このバルブアクチュエータでは，ポジション設定，トルク設定及び温度設定にあたっては，例えば，下限設定値が上限設定値を越えないように，下限設定値は，上限設定値の−１００パルスを上限とする制御を行う。このバルブアクチュエータにおいて，表示装置１７で通常表示を確認して所定の設定値６１になっているのであれば，それらの設定を確定し，表示装置１７を通常表示へ戻す。
【００３７】
このバルブアクチュエータでは，表示装置１７に異常表示を表示することができる。例えば，トルク異常が発生すると，バルブ５による流路４の開度表示を継続し且つバルブ５の開閉作動を停止した状態で，異常ＬＥＤを点灯し，異常出力リレーがＯＮし，それによってトルク異常を警報することができ，異常解除時には異常ＬＥＤを消灯し，異常出力リレーがＯＦＦする。モータ１２や電気部品に温度異常が発生すると，トルク異常の場合と同様に，バルブ５による流路４の開度表示を継続し且つバルブ５の開閉作動を停止した状態で，異常ＬＥＤを点灯し，異常出力リレーがＯＮし，それによって温度異常を警報することができ，異常解除時には異常ＬＥＤを消灯し，異常出力リレーがＯＦＦする。このバルブアクチュエータでは，上記の他に，欠相異常，電源の不足電圧，ねじ摩耗の表示，バッテリやエンコーダの異常，通信異常についても同様である。
【００３８】
【発明の効果】
この発明による自己診断機能を持つバルブアクチュエータは，上記のように構成されているので，異常や寿命を事前に検出表示でき，アクチュエータの故障の防止ができ，故障による事故の発生を防止でき，また，摩耗部品の交換では異常の有る部品のみを交換すればよく，定期点検の回数を低減でき，ランニングコストを低減でき，また，自己診断機能により保守メンテナンス時期が確認でき，各センサ等の機器の各種の設定が容易にでき，各種の状態データを確実に設定できるようになり，また，客先のコントローラによるバルブの状態を駆動制御でき，管理費の削減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による自己診断機能を持つバルブアクチュエータの一実施例を示す概略ブロック図である。
【図２】図１のこのバルブアクチュエータの駆動系である制御回路の要部を示す断面図である。
【図３】図１のこのバルブアクチュエータの外観を示す概略図である。
【図４】この発明による横型の手動ハンドルの駆動系を持つバルブアクチュエータを示す概略図である。
【図５】この発明による縦型の手動ハンドルの駆動系を持つバルブアクチュエータを示す概略図である。
【図６】このバルブアクチュエータに設けられたトルクセンサの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１スピンドル
２ステムブッシュ
３ハウジング
４流路
５バルブ
６制御回路
７回転数センサ
８ウォームホィール
９ウォーム
１０雄ねじ
１１雌ねじ
１２モータ
１６流路管
１７表示装置
２８トルクセンサ
２９ウォーム軸
３０コントロール基板
３１データサンプリング
３２電流センサ
３３，３４温度センサ
３５状態出力
３６湿度センサ
３７振動センサ
３８通信ユニット
３９設定器
４０コントローラ
４０Ａ客先制御装置
４１出力
６０比較器
６１設定値
６２表示変換器
６４ワイヤレスモニタ
６５パソコン

Claims

流路を開閉するためのバルブが取り付けられ且つ前記バルブによる前記流路を開閉作動させるためハウジングに上下移動可能に支持されたスピンドル，該スピンドルに設けられた雄ねじに螺合する雌ねじを備え且つ前記ハウジングに回転可能に支持されたステムブッシュ，該ステムブッシュを回転駆動して前記スピンドルを上下移動させるため前記ステムブッシュに固定されたウォームホイールと該ウォームホイールに噛み合って駆動手段からの回転が伝達されるウォームとを有する伝達装置を有するバルブアクチュエータにおいて，
状態データの予め決められた所定の設定値を設定する設定器；前記状態データの測定値をそれぞれ検出する各種センサ；前記測定値と前記設定値とを比較判断して前記測定値が前記設定値から外れた情報に応答して部品交換修理，警報等の処理を発する制御回路；前記センサによる前記測定値を表示すると共に前記制御回路から発せられた前記処理を表示する表示装置；前記設定器，前記制御回路，前記表示装置及び前記制御回路に接続された通信ユニットを備えたコントロール基板；並びに前記通信ユニットを通じて前記測定値を表示すると共に前記情報に対応して前記制御回路を通じて前記駆動手段を作動させるコントローラ；を有し，
前記各種センサのうち雌ねじの摩耗を検出する雌ねじ摩耗センサは，前記制御回路において前記スピンドルに負荷されるトルクを検出するトルクセンサによる前記ウォームの軸方向の移動量に従って得られたトルク曲線に基づいて前記雄ねじと前記雌ねじとの間のギャップ量を決定すると共に，前記スピンドルの回転数を検出する回転数センサによる前記ギャップ量に対応する前記ステムブッシュの回転数を検出し，前記ステムブッシュの前記回転数に前記雌ねじのピッチを乗じる演算をして前記雌ねじの摩耗量を検出することを特徴とする自己診断機能を持つバルブアクチュエータ。
前記状態データを検出する前記センサは，バルブ位置を検出して前記バルブの前記流路の開度を検出するため前記スピンドルの前記回転数を積算するエンコーダを備えた前記回転数センサ，前記トルクセンサ，前記駆動手段であるモータと前記コントロール基板の領域の温度を検出する温度センサ，前記バルブアクチュエータの内部の湿度を検出する湿度センサ，前記バルブアクチュエータの振動を検出する振動センサ，及び前記モータを駆動する起動電流を検出して運転回数を検出する電流センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の自己診断機能を持つバルブアクチュエータ。
前記制御回路は，前記回転数センサ，前記トルクセンサ，前記温度センサ，前記湿度センサ，前記振動センサ，前記雌ねじ摩耗センサ及び前記電流センサの前記測定値と前記設定値とを比較判断し，異常情報に対して異常信号を出力すると共に，前記通信ユニットを通じて前記コントローラとの情報交換をして前記コントローラからの指令によって前記制御回路を通じて前記駆動手段を作動させることを特徴とする請求項２に記載の自己診断機能を持つバルブアクチュエータ。
前記表示装置は，前記状態データを測定した前記測定値，前記状態データの予め決められた前記設定値，及び部品の故障データや異常の各種の情報を表示するＬＣＤであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自己診断機能を持つバルブアクチュエータ。
前記コントローラは，客先制御装置，パソコン及び無線式リモコンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自己診断機能を持つバルブアクチュエータ。
前記コントローラは，前記温度センサによる前記測定値によって前記駆動手段であるモータ，電子素子等の部品の劣化の各種情報を予め決められた前記状態データに基づいて予測制御することを特徴とする請求項５に記載の自己診断機能を持つバルブアクチュエータ。
前記コントローラは，前記湿度センサによる前記測定値によってヒータの配線不良，カバー取り付け不良，カバー内への浸水の各種情報を予め決められた前記状態データに基づいて予測制御できることを特徴とする請求項５又は６に記載の自己診断機能を持つバルブアクチュエータ。