JP4118702B2

JP4118702B2 - Intelligent valve actuator

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Publication number: JP4118702B2
Application number: JP2003045965A
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: JP2004257420A

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と共に自己診断するインテリジェント型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，従来の電動バルブアクチュエータは，位置リミットやトルクリミット等のリミット検出をギヤ，カム等を組み込んだ機械的な伝動手段を用いて達成しており，また，バルブの流路の位置を示す開度計もギヤ伝達機構を用いているのが現状である。従って，従来の電動バルブアクチュエータは，リミットスイッチ，トルクスイッチ等のスイッチユニットを採用するため，スイッチユニットの伝達部，バルブ開度の伝達部等を構成するための部品が多くなり，部品点数の多いことによる故障率がアップするという問題があった。また，これらのスイッチユニットの調整に特殊な技術が要求され，また，部品の調整のためケースを開けたりするため，関連する事故や故障が発生していた。また，バルブの開度計は，スリーブ軸の総回転数（３６０°×ｎ回転）を，例えば，０°〜２７０°の動きに変換するため，減速ギヤの組み合わせが，数とおりあり，バルブアクチュエータの納入後における変更が困難であった。
【０００７】
また，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。
【０００８】
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。
【０００９】
【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内蔵する制御回路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，警報等の表示を行うことができるインテリジェント型バルブアクチュエータを提供することである。
【００１０】
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前記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；
前記駆動手段を構成するモータに設けられた可逆器；状態データの適正な設定値を予め設定する設定器；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；前記センサによる前記測定値に応答して前記測定値と前記設定値とを比較演算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前記駆動手段を作動してプログラム動作をして前記バルブによる前記流路の開閉状態を適正に自己制御する制御回路；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情報に応答して部品交換修理，警報等の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と前記情報の表示と前記設定値を入力変更をすると共に前記駆動手段を操作して前記バルブによる前記流路の開閉状態を適正に制御するコントローラ；を有し，
前記各種センサのうち前記ステムブッシュの雌ねじの摩耗量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で測定された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し，前記スピンドルの回転数を検出する回転数センサが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インテリジェント型バルブアクチュエータに関する。
【００１１】
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アブソリュート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。
【００１２】
前記コントローラは，複数の前記バルブアクチュエータにそれぞれ設けられた前記コントロール基板の前記制御回路をそれぞれ制御する。また，前記コントローラは，パソコン及び無線式リモコンである。更に，前記表示装置は，前記状態データ，各種の前記設定値の設定状態，及び部品の故障データや異常の各種情報を表示するＬＣＤである。
【００１３】
また，前記コントローラは，前記回転数センサによる前記測定値によって部品の摺動部，及び各シールの寿命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。また，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。また，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，カバー内への浸水状況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。
【００１４】
このインテリジェント型バルブアクチュエータは，上記のように，アブソリュートエンコーダを搭載することによって制御電源の有無にかかわらずバルブ位置が検出され，従来の機械的な伝達手段による開度計を使用しないので，部品点数を低減でき，コスト，故障率を低減でき，また，各種のセンサによってバルブ位置，可逆器を備えたモータの電流，トルク，温度，湿度，振動等を検出でき，制御回路において検出された測定値の情報に応じて予め決められたプログラム動作に従って駆動手段を駆動して適正な状態に自己制御することができ，各種の状態データの予め決められた設定値を安全に，容易に且つ確実に設定でき，自己診断機能による状態監視をして装置そのものの保全を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明によるインテリジェント型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に駆動装置である可逆器（可逆電磁接触器）４３を備えたモータ１２からの回転をスピンドル１に伝達するギヤ２４Ａ，２４Ｂ，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は，雌ねじ１１を回転させてスピンドル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及び図３に示すように，その状態データを検出するため設けられた各種センサ，即ち，バルブ位置を検出するためスピンドル１の回転数をウォーム軸２９に設けたねじギヤ６８を通じて検出すると共に回転数を積算するアブソリュート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，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，特に，アブソリュートエンコーダから成る回転数センサ７及び可逆器４３を備えたモータ１２を搭載し，制御回路６によって自己制御できるインテリジェント型バルブアクチュエータであり，自己診断機能を達成すると共に，各種の状態データを検出した測定値と予め決められた設定器３９で設定された設定値とを比較判断し，駆動手段のモータ１２を駆動してプログラム動作を行うことができることを特徴としている。このバルブアクチュエータは，図２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を備えており，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で表示するものである。また，このバルブアクチュエータは，アブソリュートエンコーダから成る回転数センサ７を備えているので，従来のようなリミットスイッチやトルクスイッチから成る機械式スイッチユニットを設ける必要が無く，制御電源の有無にかかわらずバルブ５の位置を検出することができ，また，位置リミットやトルクリミットの調整をカバーやハウジング７１を開けることなく，外部より容易に設定できる。更に，バルブ５のポジション設定は，回転数センサ７を構成するアブソリュートエンコーダによってスピンドル１の回転数を検出し，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器３９に入力して設定することができる。また，バルブアクチュエータを納入した客先操作者において，バルブ５の位置表示のための総回転数が変更になった場合にも容易に調整することができ，コスト低減に貢献できる。モータ１２には，操作スイッチとして磁気スイッチである可逆器４３を設けたので，スイッチ部７２を覆うハウジング７１を無貫通化の構造に構成でき，スイッチ部７２への水の侵入を防止できる。
【００１９】
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と共に，プログラム動作に従って駆動手段である可逆器４３を通じてモータ１２を駆動してバルブ５による流路４の開閉状態を適正に制御することができる。また，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指令を発する等の自己制御を行うことができる。
【００２０】
パソコン（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で構成されるコントローラ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制御することができる。即ち，１つのコントローラ４０が，複数のバルブアクチュエータをそれぞれ独立して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。コントローラ４０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するように構成されている。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を制御すると共に測定値に対応して次動作を制御することができる。モータ１２，各センサ及び制御回路６は，コントローラ４０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（図４）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。
【００２１】
このバルブアクチュエータでは，例えば，制御回路６は，アブソリュート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。また，制御回路６は，コントローラ４０からの指令値に応答してバルブアクチュエータを駆動制御するものである。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等によって制御回路６への各種の状態データを適正に設定したり，モータ１２を駆動して運転することができる。
【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の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，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，リニアポテンショメータ４９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】
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確認することができる。インテリジェント型バルブアクチュエータは，電子開度計のため従来のような歯車伝動による指針付きの開度計が不要である。表示装置１７には，特に，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を表示変換手段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にアラーム出力し，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，制御回路６に指示をだすことによって制御回路６自体が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し自己制御することができる。このインテリジェント型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】
このインテリジェゼント型バルブアクチュエータは，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がモータ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。手動ハンドル４４を手動で回転させると，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。このバルブアクチュエータは，コントローラ４０の指示又は制御回路６の自己制御によって可逆器４３を備えたモータ１２の駆動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５）を備えている。
【００３０】
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を参照して概略を説明すると，次のとおりである。
【００３１】
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の外周側にねじギヤ６８を通じて取り付けられたアブソリュートエンコーダで構成された回転数センサ７によって検出される。回転数センサ７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，位置センサであるリニヤポテンショメータ４９（図５）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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は，図示していないが，トランスを備えた電源装置の電源スイッチ，バルブアクチュエータを非常時に停止させる非常停止スイッチ，中央制御装置との情報の交換を行うための遠方通信スイッチ等を備え，三相交流で作動されるモータ１２に設けられた可逆器４３を備えている。このバルブアクチュエータでは，自己診断機能で得られた情報によって本体内に設けられたトランスや可逆器４３によってアクチュエータを作動制御するものであり，データバックアップ用バッテリー６９，表示用バッテリー７０等をハウジング７１内に備えている。
【００３４】
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。即ち，バルブアクチュエータのバルブ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，アブソリュートエンコーダ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，スピンドル１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は，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する。スピンドル１の回転方向即ちバルブ５の流路４を開放方向に回転させるか，又は閉鎖方向に回転させるかを設定する。次いで，ＬＳ動作モードを設定する。更に，遠方通信を設定する。これらの操作を行って各種の状態データの設定処理を終了し，表示装置１７を通常表示へ戻す。
【００３５】
このバルブアクチュエータは，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。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によるインテリジェント型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，コントロール基板に内蔵した制御回路によるプログラム動作を行い，自己診断機能により状態監視保全，即ち保守メンテナンス時期等が確認でき，各センサ等の機器の各種の設定が容易にでき，確実に設定できる。また，このバルブアクチュエータは，アブソリュートエンコーダや可逆器を設けて部品点数を低減し，コストを低減できると共に故障率が低減し，しかもケース等を開けることなく，外部から位置リミットやトルクリミットの調整を容易に行うことができ，ケースを無貫通化した構造に構成でき，スイッチ部への水の侵入を防止でき，故障率を低減できる。また，このバルブアクチュエータについては，従来のバルブアクチュエータがリミットスイッチ伝達部，指針による開度計への伝達部が機械的な歯車伝動で構成され，部品点数が多くなり，各リミット即ち設定値の調整に特殊技術を要しており，定期点検を行って異常の有無を確認しなければならなかったが，上記のような部品や作業が不要になる。更に，従来のバルブアクチュエータにおける開度計では，スリーブ軸の総回転数を０〜２７０°の動きに変換するため，減速機の歯車の組み合わせが複雑であったが，このバルブアクチュエータは，デジタル液晶表示であるので，従来のような歯車装置を不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるインテリジェント型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の制御回路の要部を示すブロック図である。
【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】この発明によるインテリジェント型バルブアクチュエータを示す概略図である。
【図５】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（アブソリュートエンコーダ）
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（デジタル）
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
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
４１出力
４３可逆器
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to, for example, a valve actuator for moving a valve of a sluice, a door body, a gate, a valve body, etc. (generically referred to as a valve) provided to open and close a flow path. The present invention relates to an intelligent valve actuator that monitors a driving system state such as a detection state and a wear state of a female screw and performs self-diagnosis.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, a flow path through which a fluid such as a waterway, a water purification plant, a power plant, and a river is provided with a valve such as a gate, a sluice, a door body, and a valve body for opening and closing the flow path to control the flow rate. Valve actuators are used to actuate the load. Valve actuators for driving valves are known to have a controller that can perform a simple part of the valve opening / closing control as well as to the central information system control using a controller. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
  Conventionally, as a screw wear amount detection device in a valve drive actuator device, a gap with a screw used by providing a reference screw is detected, thereby detecting the wear amount of a female screw. Alternatively, as a device for detecting the amount of screw wear, the load torque curve of the screw was detected, and the amount of wear of the female screw was calculated from the change in torque due to an increase in the screw gap. The internal thread wear amount detecting device includes a sleeve rotatably attached to a housing, an internal thread member that is spline-fitted to the sleeve, an externally threaded spindle that meshes with the internal thread member and is movable in the axial direction, and the load on the spindle is A model female screw that is rotatably attached to the spindle without being applied and rotates integrally with the female screw member and can move downward in the axial direction in accordance with the axial movement corresponding to the wear amount of the female screw member, and the outer periphery of the model female screw A moving block which is attached to a circular groove formed in the guide and which is guided by a guide pin fixed to the housing and can move only in the axial direction corresponding to the axial movement of the model female screw, and the female screw member Differential transformer for detecting the moving distance of the moving block corresponding to the wear amount of the female screw Are those composed of moving amount sensor made of (for example, see Patent Document 2).
[0004]
  In addition, a conventionally known abnormality diagnosis / deterioration prediction device provided for valve devices grasps signs of abnormalities and identifies abnormalities during operation, identifies repair parts, limits the inspection range of motorized valves, and abnormalities. The signs are determined. The abnormality diagnosis / deterioration prediction device is configured by connecting a driving force sensor provided in a drive unit to the diagnosis device, and temporarily installing an energy sensor for detecting supply energy to the drive unit and a vibration sensor for detecting vibration of the valve device in the valve device. The detection signal output from these sensors is converted into a predetermined signal in the data conversion unit, and the diagnosis data information is analyzed for each diagnosis item in light of the maintenance record including the tolerance value and diagnosis result for each diagnosis item. Diagnosis processing is performed to determine normality or abnormality, and further deterioration prediction is performed (for example, see Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 1]
            Japanese Patent Laid-Open No. 11-107254 (pages 2, 3 and 6)
[Patent Document 2]
            Japanese Utility Model Publication No. 8-9603 (first page, Fig. 2)
[Patent Document 3]
            JP 2002-130531 A (first page, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  However, conventional electric valve actuators have achieved limit detection such as position limit and torque limit by using mechanical transmission means incorporating gears, cams, etc., and are open to indicate the position of the valve flow path. At present, the meter also uses a gear transmission mechanism. Therefore, since the conventional electric valve actuator employs a switch unit such as a limit switch or torque switch, the number of parts for configuring the transmission unit of the switch unit, the transmission unit of the valve opening, and the like is large. There was a problem that the failure rate due to this increased. In addition, special techniques are required to adjust these switch units, and related accidents and failures have occurred because the case is opened to adjust parts. The valve opening meter has several combinations of reduction gears to convert the total rotation speed (360 ° × n rotation) of the sleeve shaft into, for example, 0 ° to 270 ° movement. It was difficult to change after delivery.
[0007]
  Also, with regard to abnormality diagnosis and deterioration prediction devices such as a conventional screw wear amount detection device, for example, a type in which a gap is detected using a reference screw, the reference screw must be manufactured with high precision, and the reference screw In order to incorporate screws, there was a problem that a complicated structure was required and the cost was high. Alternatively, the screw wear amount detection device that detects the load torque curve of a screw and calculates the wear amount of the internal thread from the change in torque due to an increase in the gap of the screw is used when analyzing the internal thread wear with a torque waveform. The difference between the torque waveform is difficult to understand, and there is a problem that the internal thread wear cannot be detected with high accuracy.
[0008]
  In addition, the conventional screw wear amount detection device is provided with a secondary screw tensioned by a spring outside the main drive screw, and detects the screw wear amount by detecting the distance from the main drive screw. It is difficult to measure the distance between the main drive screw and the auxiliary screw, and the mechanical structure is complicated, requiring high machining accuracy for each member. , There is a problem that the abrasion powder of the screw is caught between the members and easily affected, and the accuracy of detection is not reliable. Moreover, the device for detecting the amount of play due to the amount of wear of the stem bushing screw in the above valve device calculates and calculates the idling amount of the gap from the torque curve, that is, the output speed is assumed. Accurate screw wear cannot be detected, and torque sensors (distance sensors, strain gauges) are built into the gear case and cannot be easily assembled, making it difficult to modify on-site. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  An object of the present invention is a valve actuator for driving a spindle for operating valves such as a sluice, a door, a valve body, a gate and the like so as to be movable up and down by a stem bush, for example, limit detection of a valve position limit, torque limit, etc., housing Internal temperature / humidity detection, stem bush female thread wear detection, motor / electronic component status data deterioration prediction, drive system component wear deterioration, motor drive current status data, etc. Intelligent type that can perform self-diagnosis, normalize the device itself with the built-in control circuit corresponding to the information, and display parts replacement, alarms, etc. according to the above information It is to provide a valve actuator.
[0010]
  The present invention includes a spindle mounted with a valve for opening and closing a flow path and supported in a housing so as to be movable up and down, a female screw that is screwed into a male screw provided in the spindle, and is rotatably supported in the housing. Stem bush, and a transmission device having a worm wheel fixed to the stem bush and a worm that is engaged with the worm wheel and transmits the rotation from the drive means to rotationally drive the stem bush to move the spindle up and down A valve actuator having:
  A reversing device provided in a motor constituting the driving means; a setting device for presetting appropriate setting values of state data; various sensors for detecting the measurement values of the state data; and responding to the measurement values by the sensors The measured value and the set value are compared and calculated, and the driving means is operated in response to information that the measured value deviates from the set value, and the valve is opened and closed by the valve. A control circuit that appropriately self-controls; a display device that displays the measured value and displays processing such as parts replacement repair and alarm in response to the information issued from the control circuit; the setter, the control circuit , A control board comprising a communication unit connected to the display device and the control circuit; and display of the measurement value, the information and the set value through the communication unit Yes; the controller by operating the drive means to properly control the opening and closing state of the flow path by the valve as well as a furtherAnd
  Among the various sensors, the internal thread wear sensor for detecting the wear amount of the internal thread of the stem bush is in accordance with the axial movement amount of the worm measured by the torque sensor for detecting the torque applied to the spindle in the control circuit. A gap amount between the male screw and the female screw is determined based on the obtained torque curve, and a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the spindle detects the rotational speed of the stem bush corresponding to the gap amount. The amount of wear of the female screw is detected by calculating by multiplying the rotational speed of the stem bush by the pitch of the female screw.The present invention relates to an intelligent valve actuator.
[0011]
  In addition,The sensor that detects the status data detects the valve position and detects the opening of the flow path of the valve.SaidRotational speedMultiplyEquipped with an absolute encoder to calculateSaidRotational speed sensor, frontNoteLux sensor, temperature sensor for detecting the temperature of the motor as the driving means and the area of the control board, humidity sensor for detecting the humidity inside the valve actuator, vibration sensor for detecting the vibration of the valve actuator, AndAnd a current sensor for detecting the number of operations by detecting a starting current for driving the motor.
[0012]
  The controller controls the control circuits of the control board respectively provided in the plurality of valve actuators. The controller is a personal computer and a wireless remote controller. Further, the display device is an LCD that displays the state data, the setting states of various set values, and various pieces of failure data and abnormality information.
[0013]
  Further, the controller predictively controls various information on the sliding parts of the parts and the lifetimes of the seals based on the state data determined in advance based on the measured value by the rotation speed sensor. Further, the controller predictively controls various kinds of information on deterioration of components such as a motor and an electronic element which are the driving means based on the measured value based on the state data determined in advance. Further, the controller performs predictive control based on the state data determined in advance, based on the measurement value obtained by the humidity sensor, various information on heater wiring failure, cover attachment failure, and water immersion in the cover.
[0014]
  This intelligent valve actuator is equipped with an absolute encoder as described above, so that the valve position is detected regardless of the presence or absence of the control power supply, and the conventional position meter by mechanical transmission means is not used. Measures the value detected by the control circuit, which can detect the valve position, current, torque, temperature, humidity, vibration, etc. of the motor equipped with various sensors using various sensors. It is possible to drive the driving means according to the program operation determined in advance according to the information and to self-control to the appropriate state, and to set the predetermined setting values of various state data safely, easily and reliably It is possible to monitor the status with the self-diagnosis function and maintain the device itself.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of an intelligent valve actuator according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 3, this valve actuator opens and closes a flow path pipe 16 fixed to a housing 3 connected to a flow path such as a water channel or a water purification plant, and a flow path 4 of the flow path pipe 16. Therefore, a valve 5 which is a load body such as a gate, a sluice gate, a door body, and a valve body provided for the purpose is attached and screwed into a spindle 1 supported on the housing 3 so as to be vertically movable and a male screw 10 provided on the spindle 1. A stem bush 2 provided with a female screw 11 and rotatably supported by the housing 3 and a reversing device (reversible electromagnetic contactor) 43 as a driving device for the stem bush 2 to drive the female screw 11 to rotate and move the spindle 1 up and down. The transmission device 24 includes gears 24 </ b> A and 24 </ b> B, a reduction gear, a clutch 27, and the like that transmit the rotation from the motor 12 including The transmission device 24 has a worm wheel 8 fixed to the stem bush 2 and a worm 9 that meshes with the worm wheel 8 and transmits the rotation from the driving means in order to rotate the female screw 11 to move the spindle 1 up and down. is doing.
[0016]
  The housing 3 is composed of a plurality of housing members, and is provided with, for example, a flange portion 25 and a support step portion 26 for rotatably supporting the stem bush 2 to accommodate the drive system of the valve 5. A bearing 21 such as a thrust bearing is interposed in the flange portion 25 and the support step portion 26 of the housing 3, and the sleeve 20 is rotatably disposed in the housing 3 via the bearing 21. A stem bush 2 having an internal thread 11 is fixed to the fitting portion 19 of the sleeve 20 by a spline or a key. A worm wheel 8 constituting a worm gear is fixed to the outer peripheral portion of the sleeve 20 by a spline, a key, press-fitting, or the like. Therefore, this valve actuator is configured to have a structure in which the worm wheel 8, the sleeve 20 and the stem bush 2 are integrally rotated by the worm 9 which is rotated from the driving device through the transmission device 24. In the housing 3, a ring-shaped gland packing 15 through which the spindle 1 is inserted is arranged on the support step portion 23 of the housing 3 so that a fluid such as water in the flow path 4 does not enter the transmission device 24 or the internal thread 11. The gland packing 15 is fixed to the housing 3 by a pressing member 22. In the valve actuator, the female screw 11 is rotated according to the rotation of the stem bush 2 by the above-described configuration, and the male screw 10 is moved up and down along the female screw 11 by the rotation of the female screw 11, and the spindle 1 is moved up and down. . The channel pipe 16 is formed with a valve insertion portion 18 into which the valve 5 is fitted, the valve 5 is fitted into the valve insertion portion 18 and the channel 4 is closed, and as shown in FIG. The channel 4 is in an open state at a position where is raised.
[0017]
  As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the valve actuator includes various sensors provided for detecting the state data, that is, a screw gear provided with the rotation speed of the spindle 1 on the worm shaft 29 for detecting the valve position. Rotation speed sensor 7 provided with an absolute encoder for detecting through 68 and accumulating the rotation speed, torque sensor 28 for detecting torque applied to spindle 1, temperature in the region of motor 12 as a driving means and control board 30 is detected. Temperature sensors 33 and 34 comprising a thermistor or the like, a humidity sensor 36 for detecting the humidity inside the valve actuator, a valve opening sensor for detecting the opening degree of the flow path 4 of the valve 5, and a vibration sensor for detecting vibration of the valve actuator. 37, a female thread wear sensor for detecting the wear of the female thread 11 of the stem bush 2; By detecting the starting current for driving the fine motor 12 and a current sensor 32 for detecting the number of times operation.
[0018]
  This valve actuator is an intelligent valve actuator that can be self-controlled by the control circuit 6 and is equipped with a rotation speed sensor 7 comprising an absolute encoder and a reversing device 43, and achieves a self-diagnosis function. It is characterized in that a program value can be executed by comparing and determining a measured value obtained by detecting various state data and a set value set by a predetermined setting device 39, and driving the motor 12 of the driving means. As shown in FIG. 2, the valve actuator includes a control circuit 6 and a display device 17 on the control board 30, and the detection values, that is, measured values detected by the various sensors described above are input to the control circuit 6. Then, it is processed by the control circuit 6 and displayed on the display device 17. In addition, since this valve actuator is provided with a rotational speed sensor 7 consisting of an absolute encoder, there is no need to provide a mechanical switch unit consisting of a limit switch or torque switch as in the prior art. 5 can be detected, and the position limit and torque limit can be easily adjusted from the outside without opening the cover or the housing 71. Further, the position of the valve 5 is set by detecting the rotational speed of the spindle 1 by an absolute encoder constituting the rotational speed sensor 7, detecting the position of the valve 5, and accurately opening and closing the opening / closing limit of the flow path 4 by the valve 5. Can be detected and input to the setting device 39 for setting. In addition, the customer operator who delivered the valve actuator can easily adjust the total number of rotations for displaying the position of the valve 5 and contribute to cost reduction. Since the motor 12 is provided with the reversible device 43, which is a magnetic switch, as an operation switch, the housing 71 that covers the switch portion 72 can be configured to be non-penetrating, and water can be prevented from entering the switch portion 72.
[0019]
  The control circuit 6 compares the measured values of the state data with the limit values of the set values 61 set in advance by the comparator 60, and responds to information that the measured values deviate from the set values 61. Thus, processing instructions such as parts replacement repair and warning can be issued, and the motor 12 can be driven through the reversing device 43 serving as driving means in accordance with the program operation to appropriately control the open / closed state of the flow path 4 by the valve 5. In addition, the control circuit 6 compares the measured values of the state data with the limit values of the preset set values 61 in the comparator 60, and information indicating that the measured values are within the set value 61 range. In response to this, it is possible to perform self-control such as issuing an operation maintenance processing command in the same operating state.
[0020]
  A controller 40 composed of a personal computer (PC monitor) 65 and / or a radio remote controller (remote control, wireless monitor) 64 is connected to a control board 30 provided in each of a plurality of valve actuators, and the operating state of each valve actuator. Can be controlled individually. That is, one controller 40 can independently control a plurality of valve actuators. Further, the display device 17 can display valve actuator state data, various setting value setting states, and valve actuator component failure data. The controller 40 controls the operation by issuing an operation maintenance process command to continue to the next operation of changing the open / close state of the flow path 4 by the valve 5 by driving the motor 12 as a driving means in response to the measurement values of various sensors. It is configured as follows. Further, the controller 40 can control the set value 61 in response to the measured value through the communication unit 38 connected to the control circuit 6, and can control the next operation corresponding to the measured value. The motor 12, each sensor, and the control circuit 6 are configured to be driven by power supplied from a power source through a terminal unit 45 (FIG. 4) by a controller 40 or a switch provided in the field.
[0021]
  In this valve actuator, for example, the control circuit 6 includes a rotation speed sensor 7 comprising an absolute encoder, a torque sensor 28, a temperature sensor 33 for detecting the temperature of the motor 12, a temperature sensor 34 for detecting the temperature of the control board 30, and a valve actuator. The humidity sensor 36 for detecting the humidity of the electric component region of the control board 30 inside the housing 3 constituting the valve, the valve opening sensor for detecting the opening of the valve 5 relative to the flow path 4, and the vibration of the drive system of the valve actuator. Data 31 for each predetermined period is input from a vibration sensor 37 to be detected, a female screw wear sensor for detecting wear of the female screw 11 of the stem bush 2 that meshes with the male screw 10 of the spindle 1, and a current sensor 32 that drives the motor 12. Displays the measured value in response to the measured value. It is displayed on the LCD of the display device 17 through 62, also the information exchange with the controller 40 through the communication unit 38 connected to the control circuit 6. The control circuit 6 controls the drive of the valve actuator in response to a command value from the controller 40. Therefore, the controller 40 can confirm the diagnosis contents of the valve actuator through the communication unit 38, and appropriately set various state data to the control circuit 6 by the remote control 64, the personal computer 65, etc., or drive the motor 12. You can drive.
[0022]
  The current sensor 32 can detect the motor current and measure the number of start-ups. The trigger value can be arbitrarily set as the start-up current, the start-up current generated at the start-up of the motor is counted, and the count value is started up. Number of times. At this time, the starting current is higher than the normal current. In the life prediction, when the preset number of activations is exceeded, an alarm of status output 35 is output. Normally, current values are stored and managed as data, and when they are out of the range of those data, they are used as a guideline that has changed over time, for example, set to 1A, and the current value has increased due to changes over time, for example, 1.7A. If the normal current value exceeds a predetermined range, it is determined that the life of the seal has been reached, and the control circuit 6 (CPU) issues an output indicated by reference numeral 41 as an alarm output. ing.
[0023]
  The torque detection can be accurately and easily detected and set by the torque sensor 28 incorporated in the worm shaft 29 via the torque spring 67. The torque sensor 28 detects the amount of movement of the worm 9 by converting it into an electric signal, and can linearly detect the torque applied to the valve 5, that is, the spindle 1. That is, the torque is detected by detecting the amount of movement of the worm 9 by the linear potentiometer 49 and converting it to a torque value. When the measured value of the torque applied in the opening / closing direction of the valve 5 exceeds a preset torque value, an alarm of a status output 35 is output. Torque data is stored and managed (logging), and when it is out of the data range, it is a case where the torque increases due to secular change, etc., and it is determined that the seal life is reached. Is configured to do.
[0024]
  The temperature sensor 33 of the motor 12 constantly detects the motor winding temperature, detects a motor abnormality, and prevents burnout and the like. The temperature sensor 33 measures the motor winding temperature with a thermistor attached to the motor winding. When the measured value by the temperature sensor 33 is equal to or higher than a predetermined motor winding temperature set in advance, it is determined that the torque / motor is abnormal and an alarm output of the status output 35 is made.
[0025]
  Further, the controller 40 predicts and controls the heater wiring provided in the valve actuator according to the measurement value of the humidity sensor 36, the attachment of the cover constituting the housing 3 and the inundation status in the cover based on predetermined data. Is something that can be done. In the humidity detection, a humidity sensor 36 is installed in the housing 3, that is, in the actuator machine, and the humidity in the machine is detected. When a predetermined humidity set in advance, e.g., 70% or more is reached, it is determined that the inside of the machine is inundated or packing is defective, and an alarm output of the status output 35 is output.
[0026]
  The display device 17 is composed of a digital display LCD, ie, a liquid crystal display, and can check various set values and operating states of the valve actuator. Since the intelligent valve actuator is an electronic position meter, it does not require a conventional position meter with a gear transmission. The display device 17 includes, in particular, the number of operations of the valve 5, the opening / closing torque for opening and closing the flow path 4 of the valve 5, the temperature and humidity of the electric component region provided on the motor 12 and the control board 30, and the wear state of the internal thread 11. At the same time, the set values 61 of the upper and lower limit values can be displayed. The display device 17 samples the data 31 of each measured value from the current sensor 32, the temperature sensor 33, the rotational speed sensor 7 and the torque sensor 28, and displays the data 31 on the LCD through the display conversion means 62. It is configured. The measured value of the rotational speed sensor 7 is sampled as data 31 through a pulse / V converter 63.
[0027]
  The female thread wear sensor determines, for example, the gap amount between the male screw 10 and the female screw 11 based on a torque curve obtained according to the axial movement amount of the worm 9 as described later. The amount of wear of the internal thread 11 can be detected by detecting the rotational speed of the stem bush 2 corresponding to the gap amount and multiplying the rotational speed of the stem bush 2 by the pitch of the internal thread 11. That is, when the female screw 11 is operated in the valve opening direction from the valve closing side, the torque value changes in the order of the hammer blow, the idling portion of the female screw 11, and then the actual load. By detecting this changing time, the female screw 11 is detected. The amount of wear can be detected. At this time, by taking the encoder count value, a more accurate operating point can be detected and the measurement accuracy can be improved. When the internal thread 11 of the stem bush 2 is worn more than a predetermined amount, an alarm is output to the status output 35 to prompt replacement of the internal thread 11. This is because when the abnormal wear of the female screw 11 occurs, the valve body, that is, the spindle 1 falls, and the flow path 4 is closed.
[0028]
  Further, the controller 40 can predictively control the sliding portions of the valve actuator components and the lifetimes of the respective seals based on the measured values by the rotation speed sensor 7 based on predetermined data. Further, the controller 40 instructs the control circuit 6 so that the control circuit 6 itself has predetermined data on the deterioration of the motor 12, which is the driving means, and the deterioration of the electrical components based on the measured values by the temperature sensors 33, 34 including thermistors. Based on the prediction and self-control. In this intelligent valve actuator, the current set value by the current sensor 32, the torque set value by the torque sensor 28, the wear amount set value of the internal thread 11 by the internal thread wear sensor, the temperature set value by the temperature sensors 33 and 34, and The set value of humidity by the humidity sensor 36 can be set by a setter 39 according to a command from the controller 40. Further, the status display and stored data (logging data) are output to the controller 40 through the communication unit 38.
[0029]
  This intelligent valve actuator includes a reduction gear, a worm gear, and the like in which the transmission device 24 in the valve actuator having the manual handle 44 transmits rotation from the motor 12 or the driving means of the manual handle 44. The internal thread 11 of the stem bush 2 is rotationally driven, and the spindle 1 provided with the external thread 10 screwed to the internal thread 11 is moved up and down. When the manual handle 44 is manually rotated, the internal thread 11 of the stem bush 2 rotates, whereby the spindle 1 having the external thread 10 meshing with the internal thread 11 moves up and down, and the valve 5 fixed to the spindle 1 opens and closes the flow path 4. To do. This valve actuator automatically controls the opening and closing of the valve 5 by driving the motor 12 having the reversing device 43 by the instruction of the controller 40 or by the self-control of the control circuit 6, and manually rotating the manual handle 44 in the field. Thus, the valve 5 can be manually opened and closed. In this valve actuator, a motor 12 is attached to one end side of a worm shaft 29 provided with a worm 9 through a gear transmission system, and a linear potentiometer 49 which is a position sensor for detecting the amount of movement of the worm 9 on the other end side of the worm shaft 29. (FIG. 5).
[0030]
  Since the female thread wear sensor is disclosed in detail as the thread wear amount detection device of Japanese Patent Application No. 2002-309679, which is an application related to the present applicant, the description thereof is omitted here. Of course, other types of sensors can be applied to the female thread wear sensor. Here, the outline of the above-described screw wear amount detecting device, that is, the female screw wear sensor, will be described with reference to FIG.
[0031]
  As the internal thread wear sensor, for example, the following can be applied. In particular, the screw wear amount sensor determines a gap amount between the male screw 10 and the female screw 11 based on a torque curve obtained in accordance with an axial movement amount of the worm 9 and a stem corresponding to the determined gap amount. A feature is that the amount of wear of the female screw 11 is detected by calculating the number of rotations of the bush 2 and multiplying the number of rotations of the stem bush 2 by the pitch of the female screw 11. Further, the rotational speed of the stem bush 2 is detected by a rotational speed sensor 7 constituted by an absolute encoder attached to the outer peripheral side of the stem bush 2 through a screw gear 68. The rotation speed sensor 7 can be easily attached to the stem bush 2 by making the detection terminal 14 of the potentiometer face the sliding contact 13 fixed to the stem bush 2. Furthermore, an electrical signal according to the amount of movement of the worm 9 in the axial direction is detected by a linear potentiometer 49 (FIG. 5) which is a position sensor. The above can be expressed by mathematical formulas as follows. The amount of wear of the screw is ΔA, the pitch of the female screw 11 is P, and the rotational speed of the stem bush 2 to which the female screw 11 corresponding to the gap amount between the female screw 11 and the male screw 10 due to the wear of the female screw 11 is fixed is the rotation angle α. Is represented by the following equation. That is, ΔA = P × (α / 360).
[0032]
  A linear potentiometer 49 as a position sensor is housed in a case 53 fixed to the housing 3 and a cover 54 fixed to the case 53. The linear potentiometer 49 is supported by a cover 54 and a plate 55 fixed to the case 53, and a joint 56 is attached to the end thereof. A rotor shaft 58 rotatably supported by a bearing 57 provided on the joint 56 is in contact with the end surface of the worm shaft 29 of the worm 9. Accordingly, the amount of movement of the worm 9 is transmitted to the detection terminal 59 of the linear potentiometer 49 via the rotor shaft 58 and the joint 56 that are attached so as to be slidable. The amount of movement of the detection terminal 59 of the linear potentiometer 49 is output as an electrical signal and input to the controller as information on the amount of movement of the worm 9.
[0033]
  In this valve actuator, information on measured values from various sensors 7, 28, 32, 33, 34, 36, and 37 is input to the control circuit 6, and the information is processed by the control circuit 6 and is processed in a predetermined number of characters. A display device 17 for digital display is provided. In addition, this valve actuator is not shown, but the power switch of the power supply device provided with the transformer, the emergency stop switch for stopping the valve actuator in an emergency, the remote communication switch for exchanging information with the central control device, etc. And a reversing device 43 provided in the motor 12 operated by three-phase alternating current. In this valve actuator, the operation of the actuator is controlled by a transformer or a reversing device 43 provided in the main body based on information obtained by the self-diagnosis function. The data backup battery 69, the display battery 70, etc. are stored in the housing 71. In preparation.
[0034]
  Next, a device setting method for the self-diagnosis function of the valve actuator will be described. This valve actuator turns on the power switch. The normal display on the valve actuator display device 17 is confirmed. In the position setting mode for setting the position of the valve 5, the upper and lower limit values of the position of the valve 5 are set as the set value 61. That is, the upper limit value, that is, the open limit value for the flow path 4 of the valve 5 of the valve actuator is set as the set value 61, and the lower limit value, that is, the close limit value for the flow path 4 of the valve 5 is set as the set value 61. The set value 61 of the open limit value and the close limit value is detected by the rotation speed sensor 7 formed of an absolute encoder. The rotational speed sensor 7 accumulates or integrates the rotational speeds of the spindle 1, detects the rotational speed of the spindle 1, and uses it as state data for predicting the life of the sliding parts and the seals of each part. Further, the upper limit value and the lower limit value of the torque applied to the valve 5 provided on the spindle 1 are set as predetermined set values 61. A torque value when the valve is opened and an upper limit value and a lower limit value of the torque value when the valve is closed, which are applied to the transmission device 24 of the spindle 1 to which the valve 5 is attached, are set as predetermined set values 61. Further, an upper limit value and a lower limit value of the temperature of the motor 12 and the temperature of the area of the control board 30 are set as the set value 61 of a predetermined value. In order to prevent adverse effects such as seizure of the motor 12 and malfunction due to the temperature of the electrical components due to the ambient temperature, the upper limit value and the lower limit value are set as a set value 61 within a predetermined temperature range. In this valve actuator, for position setting, torque setting, and temperature setting, for example, the lower limit set value is controlled with the upper limit set value of −100 pulses as the upper limit so that the lower limit set value does not exceed the upper limit set value. . The valve actuator confirms the normal display on the display device 17 and if the predetermined set value 61 is reached, the setting is confirmed. The rotation direction of the spindle 1, that is, whether the flow path 4 of the valve 5 is rotated in the opening direction or the closing direction is set. Next, the LS operation mode is set. In addition, remote communication is set. By performing these operations, the setting process of various state data is terminated, and the display device 17 is returned to the normal display.
[0035]
  This valve actuator can display an abnormality display on the display device 17. For example, when a torque abnormality occurs, the abnormality LED is turned on while the opening of the flow path 4 by the valve 5 is stopped and the opening / closing operation of the valve 5 is stopped. Can be alarmed, the error LED is turned off when the error is cleared, and the error output relay is turned off. When a temperature abnormality occurs in the motor 12 or an electrical component, the abnormality LED is turned on in a state where the opening indication of the flow path 4 by the valve 5 is continued and the opening / closing operation of the valve 5 is stopped as in the case of the torque abnormality. The abnormal output relay is turned on, so that a temperature abnormality can be alarmed. When the abnormality is canceled, the abnormal LED is turned off and the abnormal output relay is turned off. In this valve actuator, in addition to the above, the same applies to the phase failure, power supply undervoltage, screw wear display, battery or encoder error, and communication error.
[0036]
【The invention's effect】
  Since the intelligent valve actuator according to the present invention is configured as described above, the program operation is performed by the control circuit built in the control board, and the self-diagnosis function can check the status monitoring maintenance, that is, the maintenance time, etc. Various settings for devices such as sensors can be made easily and reliably. This valve actuator is also equipped with an absolute encoder and reversing device to reduce the number of parts, reduce costs, reduce the failure rate, and adjust the position limit and torque limit from the outside without opening the case. This can be done easily, and can be constructed with a non-penetrating case, preventing water from entering the switch section and reducing the failure rate. In addition, this valve actuator consists of a limit valve transmission part for the conventional valve actuator and a mechanical gear transmission for the opening meter by the pointer, which increases the number of parts and adjusts each limit, that is, the set value. Special technology is required, and periodic inspections must be performed to check for abnormalities, but the parts and operations described above are no longer necessary. Furthermore, in the conventional valve actuator opening degree meter, the total speed of the sleeve shaft is converted into a movement of 0 to 270 °, so that the combination of the gears of the speed reducer is complicated. Because of the display, a conventional gear device can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of an intelligent valve actuator according to the present invention.
2 is a block diagram showing a main part of a control circuit of a drive system of this valve actuator in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing the external appearance of the valve actuator of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic view showing an intelligent valve actuator according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a torque sensor provided in the valve actuator.
[Explanation of symbols]
  1 spindle
  2 Stem bush
  3 Housing
  4 Channel
  5 Valve
  6 Control circuit
  7 Speed sensor (absolute encoder)
  8 Warm wheels
  9 Warm
  10 Male thread
  11 Female thread
  12 Motor
  16 Channel pipe
  17 Display device (digital)
  28 Torque sensor
  29 Worm shaft
  30 Control board
  31 data
  32 Current sensor
  33, 34 Temperature sensor
  35 Status output
  36 Humidity sensor
  37 Vibration sensor
  38 Communication unit
  39 Setting device
  40 controller
  41 outputs
  43 Reversing device
  60 comparator
  61 Set value
  62 Display converter
  64 wireless monitor
  65 PC

Claims

A spindle to which a valve for opening and closing the flow path is attached and supported by the housing so as to be movable up and down; a stem bush provided with a female screw that engages with a male screw provided on the spindle and rotatably supported by the housing; A valve actuator comprising a worm wheel fixed to the stem bush and a worm gear that meshes with the worm wheel and transmits the rotation from the drive means to drive the stem bush to rotate and move the spindle up and down. In;
A reversing device provided in a motor constituting the driving means; a setting device for presetting appropriate setting values of state data; various sensors for detecting the measurement values of the state data; and responding to the measurement values by the sensors The measured value and the set value are compared and calculated, and the driving means is operated in response to information that the measured value deviates from the set value, and the valve is opened and closed by the valve. A control circuit that appropriately self-controls; a display device that displays the measured value and displays processing such as parts replacement repair and alarm in response to the information issued from the control circuit; the setter, the control circuit , A control board comprising a communication unit connected to the display device and the control circuit; and display of the measurement value, the information and the set value through the communication unit Have a; with the further by operating the drive means controller to properly control the opening and closing state of the flow path by the valve
Among the various sensors, the internal thread wear sensor for detecting the wear amount of the internal thread of the stem bush is in accordance with the axial movement amount of the worm measured by the torque sensor for detecting the torque applied to the spindle in the control circuit. A gap amount between the male screw and the female screw is determined based on the obtained torque curve, and a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the spindle detects the rotational speed of the stem bush corresponding to the gap amount. An intelligent valve actuator characterized in that the wear amount of the female screw is detected by calculating by multiplying the rotational speed of the stem bush by the pitch of the female screw .

The sensor for detecting the state data, the rotational speed sensor with an absolute encoder for totalized the rotational speed of the spindle for detecting a valve position detecting an opening degree of the flow path of the valve, before Quito Rukusensa, a temperature sensor for detecting the temperature of the area of the motor and the control board which is the driving means, the humidity sensor for detecting the humidity inside of the valve actuator, a vibration sensor for detecting vibration of said valve actuator,及 beauty The intelligent valve actuator according to claim 1, further comprising a current sensor that detects a starting current for driving the motor to detect the number of operations.

Wherein the controller is intelligent valve actuator according to claim 1 or 2, wherein the controller controls the control circuit of the control board provided in each of a plurality of said valve actuator, respectively.

The intelligent valve actuator according to any one of claims 1 to 3 , wherein the controller is a personal computer and a wireless remote controller.

The display device, the status data, the setting state of various the set value, and in any one of claims 1 to 4, characterized in that an LCD for displaying various information component failure data or abnormal The intelligent valve actuator described.

The controller performs predictive control based on the state data determined in advance, based on the state data determined in advance, based on the measurement value obtained by the rotation speed sensor. 6. The intelligent valve actuator according to any one of 5 above.

The controller performs predictive control on the basis of the state data determined in advance, based on the state data determined in advance, based on the measured value by the temperature sensor. The intelligent valve actuator according to any one of 1 to 6 .

The controller performs predictive control based on the state data determined in advance, based on the state data determined in advance, based on the measurement value obtained by the humidity sensor, heater wiring failure, cover attachment failure, and inundation status in the cover. Item 8. The intelligent valve actuator according to any one of Items 1 to 7 .