JP4805519B2 - 流体制御弁に適用される電気式アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に流量制御弁に適用されるアクチュエータに関し、特に電気機械式アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来技術】
種々の流量制御弁およびこれに対応するアクチュエータは、ガスまたはオイルのパイプラインシステム内またはその他のプロセス流体システム内のように流体の流れをＯＮ／ＯＦＦ制御したり絞るために使用されている。該流量制御弁は、一般的に、ステムスライド式制御弁またはロータリ式制御弁であり、ピストンまたはダイヤフラムを有する電気空気式のアクチュエータのようなバルブアクチュエータにより駆動されている。このアクチュエータは、流体制御弁の絞り制御を精度良くするためにバルブポジショナーまたはバルブコントローラの出力信号に基づいて流量の流れが制御されている。他の型式のアクチュエータとして電気機械式弁アクチュエータが挙げられる。このアクチュエータは、電気モータと、モータ制御装置と、バルブシャフトに作用するトルクを制御するためのトルクリミット装置を備える駆動ギアコンフィギュレーションとを有する。このようなアクチュエータは、速度制御器、調整ユニット、ポジショントランスミッターなどいくつかの付属品を備えることができる。
【０００３】
このようなプロセス流体システムでは、種々のバルブアクチュエータ、ポジショナー、制御器など（以下、現場計装機器という）が、流体の流れを制御する、及び／または、流体の流れに応答するためにパイプラインシステムに接続されている。現在の現場計装機器のうちいくつかは、適正な流量制御のために遠隔地から制御されるとともに、診断情報だけでなく種々の流量特性を提供することができるようなマイクロプロセッサを有するいわゆる「スマート」計装機器である。しかし、マイクロプロセッサを有しない標準現場計装機器は「スマート」計装機器に比べて安価であるので、まだ実際には使用されており、その需要もある。それゆえ、多くの例では、プロセス流体システムが標準計装機器と「スマート」計装機器との両方を有する。一般的に、このような現場計装機器はコントローラからのバスに接続されており、標準電流４−２０ｍＡまたは標準電圧による制御信号形式でバスから引き出されるパワーを受けている。
【０００４】
このようなプロセス流体システムでは、高価な「スマート」計装機器の使用を減らし、その代わりに適用可能性のあるところに標準計装機器を使用することが、時々望まれる。一例として、他の標準計装機器を制御するために一つの高価な「スマート」計装機器を使用することが望まれるであろう。特に、この「スマート」計装機器を経由して異なる種類の標準計装機器、すなわち電気機械式アクチュエータ、電気空気式アクチュエータ、バルブ制御器などを制御することが望まれるであろう。さらに、種々の現場計装機器が、通常の制御信号に接続されたバスを必要とすることなく、送電容量が多少制限されたバスから相当量の電力を取り出して制御されることが望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理によれば、流体制御弁を駆動したり一または複数の現場計装機器の駆動を制御する電気機械式のアクチュエータが提供される。特に、本発明は、他の電気空気式または電気機械式アクチュエータに接続される出力を有する駆動ギアを備える電気機械式アクチュエータを提供する。コントロールユニットは電源に接続されており、制御信号の形式で、電気モータに開および閉のパワーレベルを供給して、バルブを開閉する。コントロールユニットは、一または複数の他の現場計装機器の駆動を制御するための補助入力および補助出力を備える。
【０００６】
本発明の電気機械式アクチュエータの補助制御出力は、関連する流体制御弁のＯＮ／ＯＦＦ制御のための標準電気機械式アクチュエータに接続されてもよい。さらに、補助制御出力は電気空気式のポジショナーに連結されてもよい。これにより、このポジショナーを起動し、適切なＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、関連する流体制御弁を開閉することができる。
【０００７】
さらに、それぞれの開閉センサが現場計装機器の開閉状態を監視したりそれに関する適切な信号指示を提供するようになしてもよい。パーソナルコンピュータまたはホストコンピュータが本発明の電気機械式アクチュエータに接続される。これらのコンピュータは、この第１の電気機械式アクチュエータを制御するだけでなく、この第１の電気機械式アクチュエータからの適正な補助制御信号を通じて電気空気式アクチュエータまたは他の形式の現場計装機器と同様に第２の電気機械式アクチュエータをＯＮ／ＯＦＦ制御するために使用可能である。従って、各現場計装機器に対応する各開閉リミット装置は、第１の電気機械式アクチュエータを通じてこれに関連するバルブの開閉位置をパーソナルコンピュータまたはホストコンピュータに提供する。
【０００８】
以上より、本発明は、第１の電気機械式アクチュエータが他の現場計装機器を作動させるための補助制御信号を提供する能力を備えることを可能にするという重要な利点を提供する。
【０００９】
新規であると確信する本発明の特徴は、添付請求項に詳細に示されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、他の現場計装機器の動作を制御するプロセス制御システムに適用される本発明の電気機械式アクチュエータについて示す。
【００１１】
図１は、パイプライン１４内の流体の流れを制御するプロセス流体システム内の流体制御弁１２を制御する本発明の電気機械式アクチュエータ１０を示している。電気機械式アクチュエータ１０は、適正な電圧源から入力ライン１８を介して電力が供給され、駆動ギア装置２２に駆動継ぎ手２０を介して連結される電気モータ１６を備える。この駆動ギア装置２２として、ハーモニック駆動ギア装置または他の適当な駆動ギア装置を用いることができる。駆動ギア装置２２の出力は、この流体制御弁１２を開閉するための流体制御弁１２の回転軸２３に連結されている。これにより、パイプライン１４内の流体の流れが制御される。
【００１２】
コントロールユニット２４はマイクロコンピュータを備える。パワー変換器２６は、入力ライン２８を介して上記アクチュエータ１０に電力を供給する。このコントロールユニット２４は、相互接続ライン３２を介して、パーソナルコンピュータまたはホストコンピュータのようなコンピュータ３０から制御信号を受信する。このコンピュータ３０からの適正な制御信号に応じてコントロールユニット２４は電気モータ１６に適正な駆動電力をライン３３を介して供給し、駆動ギア装置２２を駆動する。これによって、流体制御弁１２を開閉する。電気モータ１６に関連する移動位置データがライン３５を介してコントロールユニット２４に戻されるように接続されている。電気機械式アクチュエータ１０は、そのコントロールユニット２４内に、起動時にモータ１６に高電流が発生しないように電子的に緩やかに起動するための公知の回路およびソフトウエア、並びに、駆動ギア装置２６を介して流体制御弁１２の回転軸２３に作用する最大トルクを制御するための公知の回路およびソフトウエアを備える。
【００１３】
電気機械式アクチュエータ１０の作動では、入力ライン３２を介して起動信号がコントロールユニット２４に発せられ、これによりパワーレベルがライン３３を介して電気モータ１６に供給され、流体制御弁１２が例えば全開の位置まで移動し始める。リミットオープンセンサは、弁の開き状態を監視するとともに、弁がオープンリミットの位置になったときにライン３４を介してリミットオープン信号をコントロールユニット２４に供給する。同様に、リミットクローズセンサは、弁の閉まり状態を監視しており、弁がクローズリミットの位置になったときにライン３６を介してリミットクローズ信号をコントロールユニット２４に供給する。
【００１４】
図１に示されるように、プロセス流体システムは、第２の電気機械式アクチュエータ４０およびこれに接続される流体制御弁４２、電気空気式アクチュエータ４４およびこれに接続される流体制御弁４６、並びに電気空気式ポジショナー、バルブ制御器などのような他の現場計装機器４８を備える。前記システムの構成要素は同じパイプラインに示されているが、これらを異なるパイプライン、または、分岐ラインなどに設けても構わない。本発明の電気機械式アクチュエータ１０の重要な利点は、補助制御ライン５０を介して他の計装機器およびアクチュエータを制御することができることと、補助移動入力ライン５２を介してこのような制御動作を監視することができることである。それぞれ一対の補助移動入力ライン５２は、ライン３４、３６同様、リミットオープンライン５２ａとリミットクローズライン５２ｂとを備える。
【００１５】
従って、コンピュータ３０からコントロールユニット２４への制御信号に応じて、補助制御出力が各ライン５０を介して例えば電気機械式アクチュエータ４０を作動させる。このように、電気機械式アクチュエータ１０は、このシステム内の他の電気機械式アクチュエータ、例えばアクチュエータ４０または電気空気式アクチュエータ４４および現場計装機器４８のような他の型式の計装機器を作動させるために使用される。同様に、電気機械式アクチュエータ１０は、これらの機器が制御信号に応じて例えばバルブ全開またはバルブ全閉のような所望の制御状態になったときを補助移動入力ライン５２を介して監視するために使用される。
【００１６】
図２を参照して、コンピュータ３０がコントロールユニット２４内の通信バスのような通信インターフェース６０に制御信号を供給している。入出力コントローラ６２は、通信インターフェース６０から適正なフィルター６４または他の型式の信号処理装置へ制御信号を送り、リレーまたは他の適正なスイッチ６６を作動させる。電気機械式アクチュエータ１０に各制御ライン５０を介して送られた制御信号は、関連するバルブ４２、４６、５４を開閉するための、例えば、電気機械式アクチュエータ４０、または、電気空気式アクチュエータ４４若しくは他のアクチュエータ４８のような他の現場計装機器の１つに接続されている。各補助制御ライン５０は各計装機器に接続されている。
【００１７】
例えばバルブ４６の全開または全閉状態が各一対の補助移動入力ライン５２を通して監視されており、これらの情報が電気機械式アクチュエータ１０のコントロールユニット２４へ送られている。例えば、バルブ４６のリミットオープンの状態が補助移動入力ライン５２ａを介してリミットオープンセンサの状態または情況を検知するコンパレータ６８に送られる。所望であれば、さらに、バルブ４６のリミットオープンの状態は上記信号処理装置７０を介して入出力コントローラ６２に送られる。バルブ４６がリミットオープン状態になった場合には、このバルブ内の汎用リミットセンサがライン５２ａを介してリミットオープンの信号を入出力コントローラ６２に送信する。これにより、電気空気式アクチュエータ４４に補助制御ライン５０を介して送信されるバルブを開く制御信号の送信が中断される。一対の補助移動入力ライン５２ａ、５２ｂはそれぞれの現場計装機器に接続されている。
【００１８】
同様に、バルブ４６のリミットクローズ状態の監視では、例えば、このバルブの汎用リミットセンサから各補助移動入力ライン５２ｂを介してクローズリミット信号が入出力コントロラ６２に送信されている。その結果、バルブ４６がクローズリミット状態になったときに電気空気式アクチュエータ４４に各補助制御ライン５０を介して送られる弁を閉める信号の送信が中断される。
【００１９】
以上より、本発明特有の電気機械式アクチュエータ１０の重要な利点は、本発明特有の電気機械式アクチュエータを介して複数の他の現場計装機器およびアクチュエータを制御したり監視したりすることができる点である。
【００２０】
上記の詳細説明は、明確な理解を得るためのものであり、変更が当業者にとって明かであるような不要な限定は詳細説明から解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付図面とともに次の記載を参考とすることにより最も良く理解され得る。参照符号は各図面内の参照構成要素を識別している。
【図１】 各種の現場計装機器を有するプロセス流体システム内に適用される本発明の電気機械式アクチュエータを示す概略ブロック図である。
【図２】 少なくとも２つの他の現場計装機器を制御するパーソナルコンピュータまたはホストコンピュータに対応する図１の電気機械式アクチュエータに供される補助制御信号ラインと、上記他の現場計装機器のオープンリミットおよびクローズリミットの移動位置を監視する補助移動入力ラインを示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０ 電気空気式アクチュエータ
１２ 流体制御弁
１４ パイプライン
１６ 電気モータ
２２ 駆動ギア装置
２４ コントロールユニット
３０ コンピュータ
４０ 電気機械式アクチュエータ
４２ バルブ
５０ 補助制御ライン
５２ 補助移動入力ライン
５２ａ リミットオープンライン
５２ｂ リミットクローズライン

Claims (7)

1. 流体制御弁を駆動するとともに、関連する流体制御弁を有する一または複数の現場計装機器の駆動を制御する電気アクチュエータであって、
   上記流体制御弁に結合されて、該流体制御弁を開閉するための出力を有する駆動装置と、
   上記駆動装置に接続され、開および閉のパワーレベルに応じて上記駆動装置を駆動する電気モータと、
   電源に接続されて、上記流体制御弁を開閉するために、上記電気モータに上記開および閉のパワーレベルを送信するコントロールユニットとを備えており、
   該コントロールユニットは、補助制御手段を備え、該補助制御手段は、制御信号に応答して、一または複数の現場計装機器に補助制御パワーレベルを供給して、関連する流体制御バルブの開閉時に、上記現場計装機器の動作を制御する、電気式アクチュエータ。
2. 上記補助制御手段は、補助監視手段を備え、該補助監視手段は、前記補助制御パワーレベルに対する現場計装機器の応答を監視し、上記コントロールユニットに関連する流体制御弁の開閉状態を連絡する補助入力手段を備える、請求項１記載の電気式アクチュエータ。
3. 上記現場計装機器が、それぞれの関連する流体制御弁に設けられた複数の電気機械式アクチュエータおよび電気空気式アクチュエータである、請求項２記載の電気式アクチュエータ。
4. 上記補助制御手段は、補助制御出力ラインを備えて、現場計装機器に補助制御パワーレベルを供給して、現場計装機器に関連した流体制御弁の開閉を制御する、請求項１記載の電気式アクチュエータ。
5. 上記補助制御手段は、上記現場計装機器に関連する流体制御弁の閉状態および開状態を監視し、現場計装機器に関連した流体制御弁の閉状態および開状態を示す信号を供給する一対の補助移動入力ラインを含み、該一対の補助移動入力ラインは夫々上記開閉状態の信号を上記コントロールユニットに連絡し、
   上記流体制御弁が開状態または閉状態になったことを検知したときに、補助制御パワーレベルが上記現場計装機器に送信されることを中断する、請求項４記載の電気式アクチュエータ。
6. 上記現場計装機器が、関連する流体制御弁にそれぞれ設けられた複数の電気機械式アクチュエータまたは電気空気式アクチュエータである、請求項５記載の電気式アクチュエータ。
7. それぞれの上記現場計装機器が、各補助制御出力ラインおよび各一対の補助入力ラインに接続される、請求項６記載の電気式アクチュエータ。

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