JP4974226B2 - Actuator - Google Patents
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Description
この発明は、回転弁や直動弁など流体の流量を規制する流量規制機構を駆動するアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator that drives a flow rate regulating mechanism that regulates the flow rate of a fluid, such as a rotary valve or a direct acting valve.
従来より、この種のアクチュエータは、流量制御用のバルブや風量制御用のダンパなどの流量規制機構に組み付けられて用いられている。このアクチュエータでは、モータの回転力を減速機構を介して駆動軸へ伝達することにより、トルクを増加させてバルブやダンパなどの流量規制機構の開度制御を行う。なお、アクチュエータには、駆動軸にリターンスプリングを設けたタイプ(スプリングリターン型アクチュエータ)と、リターンスプリングの無いタイプ(ノンスプリングリターン型アクチュエータ)がある。スプリングリターン型アクチュエータでは、停電などによりアクチュエータへの電源が遮断された場合、モータと減速機構との間に設けられた電磁クラッチが切れ、リターンスプリングの復帰力によって強制的に駆動軸が回転され、流量規制機構が全閉又は全開とされる。 Conventionally, this type of actuator is used by being assembled in a flow rate regulating mechanism such as a flow rate control valve or an air flow rate control damper. In this actuator, the rotational force of the motor is transmitted to the drive shaft via the speed reduction mechanism, thereby increasing the torque and controlling the opening degree of the flow rate regulating mechanism such as a valve or a damper. There are two types of actuators: a type in which a return spring is provided on the drive shaft (spring return type actuator) and a type without a return spring (non-spring return type actuator). In the spring return type actuator, when the power to the actuator is cut off due to a power failure etc., the electromagnetic clutch provided between the motor and the speed reduction mechanism is disconnected, and the drive shaft is forcibly rotated by the return force of the return spring, The flow regulating mechanism is fully closed or fully opened.
図8に従来のスプリングリターン型アクチュエータを備えた電動弁の一例を示す(例えば、特許文献1参照)。同図において、1は駆動軸、2は駆動軸1に付設されたリターンスプリング、3は減速機構、4は電磁クラッチ、5はモータ、6’は制御部、7は駆動軸1の動作位置に応じて流体の流量を規制する弁体(流量規制機構)、8は駆動軸1の動作位置を弁体7の現在の開度θpvとして検出する開度センサである。
FIG. 8 shows an example of a motor-operated valve provided with a conventional spring return type actuator (for example, see Patent Document 1). In the figure, 1 is a drive shaft, 2 is a return spring attached to the
この電動弁100’において、制御部6’は電源(例えば、AC24V)の供給を受けて動作し、モータ5に正転指令や逆転指令を送る。また、電磁クラッチ4へは制御部6’への電源が分岐して常時供給され、クラッチ接となり、モータ5の出力軸を減速機構3を介して駆動軸1に常時回転結合する。
In the motor-operated
これにより、モータ5の回転力が電磁クラッチ4および減速機構3を介して駆動軸1に伝達され、弁体7の開度制御が行われる。この場合、制御部6’は、弁体7の現在の開度θpvを指示される開度指令値(設定開度)θspに一致させるように、モータ5に正転指令や逆転指令を送る。なお、正転指令や逆転指令を受けた後、モータ5が停止すると、モータ5の保持トルクにより、駆動軸1は現在の動作位置を維持する。
Thereby, the rotational force of the
停電などにより、電動弁100’への電源の供給が遮断されると、電磁クラッチ4への電源も断たれる。このため、電磁クラッチ4が断となり、モータ5のトルクが駆動軸1へ伝達されなくなり、リターンスプリング2の復帰力によって駆動軸1が閉方向あるいは開方向に動作し、弁体7が強制的に全閉(θ0 )あるいは全開(θ100 )とされる。この機能をスプリングリターン機能と呼んでいる。
When the power supply to the
この電動弁100’では、設定開度を指示した後に、一定時間経過しても実開度θpvが開度指令値θspに到達しないという現象が生じることがある。以下、この現象を「開度不一致」と呼ぶ。この開度不一致の原因としては、「異物噛み込み」、「弁固着」、「モータ駆動不良」などが考えられる。
In the motor-operated
例えば、「異物噛み込み」が生じた場合、途中まで動くが、閉方向か開方向のどちらかにおいて、実開度θpvが開度指令値θspに到達しない状態となる。このような現象を「故障A(第1の故障)」と呼ぶことにする。また、弁固着が生じたような場合、動作不能となり、閉方向と開方向の両方において、実開度θpvが開度指令値θspに到達しない状態となる。このような現象を「故障B(第2の故障)」と呼ぶことにする。故障Aや故障Bはモータ駆動不良によって生じることもある。 For example, when “foreign matter biting” occurs, it moves halfway, but the actual opening θpv does not reach the opening command value θsp in either the closing direction or the opening direction. Such a phenomenon is referred to as “failure A (first failure)”. Further, when the valve is stuck, the operation becomes impossible and the actual opening θpv does not reach the opening command value θsp in both the closing direction and the opening direction. Such a phenomenon is referred to as “failure B (second failure)”. Failure A and failure B may be caused by motor drive failure .
このような「開度不一致」に対し、例えば、特許文献2では、弁体が全閉位置または全開位置とならない場合を異常と検知するようにしている。また、特許文献3では、電動弁内の異物噛み込みを過トルク検出スイッチで検知するようにしている。また、特許文献4では、「開度不一致」に類似する異常動作検出後に、開度調整動作を緊急停止を行うようにしている。
For such “opening disagreement”, for example, in
しかしながら、特許文献2では、全閉全開制御しか適用できず、比例制御の中間開度の異常は検知できない。また、特許文献3では、噛み込みのように過トルクが生じる場合の異常しか検知できない。このように、特許文献2や特許文献3では、何れも正常でない状態を一律に異常と判断するのみで、上述した故障A(第1の故障)や故障B(第2の故障)の区別がなされず、現場に出向かないと故障種別の特定ができなかった。また、異常が生じてから本格的な対応処置までの応急処置としては、全ての異常に対して一律の応急処置しかとれなかった。
However, in
また、特許文献4では、異常動作が検出されると、開度調整動作が緊急停止されてしまう。異常には様々な種類があり、異常の種類ごとに望ましい対応策が異なるにも拘わらず、特許文献4では、一律的に弁開度を保持して制御が停止されてしまい、そのことがかえって安全な制御を妨げる場合もある。
Further, in
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、正常でない状態を一律に異常と診断するのではなく、故障の種別を区別して診断することができ、重故障の場合、安全を確保したうえで、弁開度制御を中止することが可能なアクチュエータを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is not to diagnose an abnormal state uniformly as an abnormality, but to distinguish and diagnose a failure type. An object of the present invention is to provide an actuator capable of stopping valve opening control while ensuring safety in the case of a serious failure.
このような目的を達成するために、第1発明(請求項1に係る発明)は、流体の流量を規制する流量規制機構と、この流量規制機構の実開度を検出する実開度検出手段と、この実開度検出手段が検出する実開度を開度指令値に一致させるように流量規制機構の開度を制御する制御部と、流量規制機構を予め定められた所定の開度位置に強制的に到達させる強制駆動手段とを備えたアクチュエータにおいて、制御部に、開度指令値への流量規制機構の開度制御の開始から終了までの所要の動作時間以上の所定時間経過後、流量規制機構の現在の実開度を故障診断動作開度としてチェックし、この故障診断動作開度が開度指令値の許容範囲内に到達していれば正常と診断し、開度指令値の許容範囲内に到達しておらず、開度制御の開始時の開度と故障診断動作開度との開度差が所定の開度幅を超えていた場合には、故障診断動作開度より先には動かない状態あるいは動作速度が遅くなり開度指令値に到達する前に前記所定時間が経過した状態として定義される第1の故障と診断し、所定の開度幅を超えていなかった場合には、現時点より閉方向にも開方向にも動作しない状態として定義される第2の故障と診断する故障診断手段と、故障診断手段が第2の故障と診断した場合に流量規制機構を所定の開度位置に強制的に到達させるべく強制駆動手段を作動させる強制駆動手段作動手段とを設けたものである。 In order to achieve such an object, a first invention (invention according to claim 1) includes a flow rate regulating mechanism for regulating the flow rate of fluid, and an actual opening degree detecting means for detecting the actual opening degree of the flow rate regulating mechanism. A control unit for controlling the opening degree of the flow rate regulating mechanism so that the actual opening degree detected by the actual opening degree detecting means coincides with the opening degree command value, and a predetermined opening position at which the flow rate regulating mechanism is set in advance. In the actuator provided with the forced drive means to forcibly reach the control unit, after the elapse of a predetermined time more than the required operation time from the start to the end of the opening degree control of the flow rate regulating mechanism to the opening degree command value, The current actual opening of the flow regulating mechanism is checked as the failure diagnosis operation opening, and if this failure diagnosis operation opening reaches the allowable range of the opening command value, it is diagnosed as normal and the opening command value The opening at the start of opening control is not reached. When the opening difference between the disability diagnosis operation opening exceeds the predetermined opening width, the failure diagnosis operation before state or operating speed does not move before the opening reaches slows down opening command value When the first failure defined as the state where the predetermined time has passed is diagnosed and the predetermined opening width is not exceeded, it is defined as a state in which neither the closed direction nor the open direction is operated from the present time. that a failure diagnosis means for diagnosing a second failure, the forced failure diagnosis means actuates the forced driving means to forcibly reach the flow regulating mechanism in a predetermined opening position when diagnosed second fault drive Means actuating means are provided.
この発明によれば、例えば、設定開度θspが変更されると、制御部は、変更指示された開度指令値θspnew への流量規制機構の開度制御を開始し、開度制御の開始から終了までの所要の動作時間(変更前の流量規制機構の開度θSTを開度指令値θspnew に合わせ込むまでに必要とされる動作時間)以上の所定時間TX経過後、流量規制機構の現在の実開度θpvを故障診断動作開度θXとしてチェックする。ここで、故障診断動作開度θXが開度指令値θspの許容範囲内に到達していれば、正常と診断する。開度指令値θspの許容範囲内に到達しておらず、開度制御の開始時の開度θSTと故障診断動作開度θXとの開度差Δθ(Δθ=|θX−θST|)が所定の開度幅θwを超えていた場合には、故障診断動作開度より先には動かない状態あるいは動作速度が遅くなり開度指令値に到達する前に所定時間TXが経過した状態として定義される第1の故障(故障A)と診断し、所定の開度幅θwを超えていなかった場合には、現時点より閉方向にも開方向にも動作しない状態として定義される第2の故障(故障B)と診断する。 According to the present invention, for example, when the set opening degree θsp is changed, the control unit starts the opening degree control of the flow regulating mechanism to the opening degree command value θspnew instructed to change, and from the start of the opening degree control. After the elapse of a predetermined time TX that is longer than the required operation time (the operation time required to adjust the opening degree θST of the flow restriction mechanism before the change to the opening instruction value θspnew), the current flow restriction mechanism The actual opening θpv is checked as the failure diagnosis operation opening θX. Here, if the failure diagnosis operation opening degree θX has reached the allowable range of the opening degree command value θsp, it is diagnosed as normal. The opening degree difference Δθ (Δθ = | θX−θST |) between the opening degree θST at the start of the opening degree control and the failure diagnosis operation opening degree θX does not reach the allowable range of the opening degree command value θsp. Is defined as a state that does not move before the failure diagnosis operation opening, or a state in which a predetermined time TX has elapsed before the opening speed command value is reached because the operation speed becomes slow. If the predetermined opening width θw is not exceeded, the second failure (defined as a state that does not operate in the closing direction or the opening direction from the present time) Diagnose fault B) .
第2の故障(故障B)と診断した場合、制御部は、強制駆動手段を作動させ、流量規制機構を所定の開度位置に強制的に到達させるように試みる。例えば、強制的にスプリングリターン動作を行わせる。第2の故障(故障B)の場合、強制的にスプリングリターン動作を行わせることにより、異物を粉砕するなどして、流量規制機構を強制的にスプリングリターン位置に動かすことが可能である。 When diagnosing the second failure (failure B), the control unit activates the forcible drive means and attempts to force the flow rate regulating mechanism to reach a predetermined opening position. For example, a spring return operation is forcibly performed. In the case of the second failure (failure B), the flow restricting mechanism can be forcibly moved to the spring return position by forcibly performing the spring return operation, for example, by crushing foreign matter.
第2発明(請求項2に係る発明)は、第1発明において、制御部に、強制駆動手段の作動によって流量規制機構が前記所定の開度位置へ強制的に到達させられたことを検知して流量規制機構を駆動するモータへの電源の供給を遮断する手段を設けたものである。この発明によれば、強制駆動手段が作動し、流量規制機構が所定の開度位置へ強制的に到達すると、流量規制機構を駆動するモータへの電源の供給が遮断される。 According to a second invention (invention according to claim 2), in the first invention, the control unit detects that the flow regulating mechanism has been forced to reach the predetermined opening position by the operation of the forced drive means. And means for shutting off the supply of power to the motor that drives the flow rate regulating mechanism. According to the present invention, when the forcible drive means is activated and the flow rate regulating mechanism forcibly reaches the predetermined opening position, the supply of power to the motor that drives the flow rate regulating mechanism is cut off.
なお、本発明では、通常の開度制御において、流量規制機構の設定開度が変更される毎に、故障診断結果を得るようにしてもよいし、外部より故障診断指令を与え、その時の開度指令値を100%としたり、0%とするなどして、上述した診断結果を得るようにしてもよい。 In the present invention, in normal opening control, a failure diagnosis result may be obtained every time the set opening of the flow rate regulating mechanism is changed, or a failure diagnosis command is given from the outside, and the opening at that time is opened. The above-described diagnosis result may be obtained by setting the degree command value to 100% or 0%.
第1発明によれば、開度指令値への流量規制機構の開度制御の開始から終了までの所要の動作時間以上の所定時間経過後、流量規制機構の現在の実開度を故障診断動作開度としてチェックし、この故障診断動作開度が開度指令値の許容範囲内に到達していれば正常と診断し、開度指令値の許容範囲内に到達しておらず、開度制御の開始時の開度と故障診断動作開度との開度差が所定の開度幅を超えていた場合には、故障診断動作開度より先には動かない状態あるいは動作速度が遅くなり開度指令値に到達する前に前記所定時間が経過した状態として定義される第1の故障と診断し、所定の開度幅を超えていなかった場合には、現時点より閉方向にも開方向にも動作しない状態として定義される第2の故障と診断し、第2の故障と診断した場合に強制駆動手段を作動させて流量規制機構を予め定められた所定の開度位置に強制的に到達させるようにしたので、正常でない状態を一律に異常と診断するのではなく、故障の種別を区別して診断することができ、重故障である場合、安全を確保したうえで、弁開度制御を中止することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the current actual opening of the flow restriction mechanism is determined as a failure diagnosis operation after a predetermined time has elapsed from the start to the end of the opening control of the flow restriction mechanism to the opening command value. Check as the opening, and if this failure diagnosis operation opening reaches the allowable range of the opening command value, it is diagnosed as normal, and does not reach the allowable range of the opening command value, and the opening control If the opening difference between the opening at the start of the operation and the failure diagnosis operation opening exceeds a predetermined opening width, the state that does not move before the failure diagnosis operation opening or the operation speed slows down and opens. When the first failure defined as a state in which the predetermined time has elapsed before reaching the degree command value is determined, and the predetermined opening width is not exceeded, the closing direction is opened in the closing direction from the present time. diagnosis of second failure also be defined as a state in which no operation, when a diagnosis of second failure Since the forcible drive means is operated to force the flow rate regulating mechanism to reach a predetermined opening position that is determined in advance, abnormal conditions are not diagnosed uniformly, but the type of failure is defined. Diagnosis can be made separately, and in the case of a serious failure, it is possible to stop the valve opening control after ensuring safety.
第2発明によれば、強制駆動手段が作動し、流量規制機構が所定の開度位置へ強制的に到達すると、流量規制機構を駆動するモータへの電源の供給が遮断されるものとなり、安全を確保したうえで、モータへの電源の供給を遮断して、電力の無駄な消費を防ぐことができる。 According to the second aspect of the present invention, when the forcible drive means is activated and the flow rate regulation mechanism forcibly reaches the predetermined opening position, the supply of power to the motor that drives the flow rate regulation mechanism is interrupted, and safety is ensured. In addition, the power supply to the motor can be cut off to prevent wasteful consumption of power.
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るアクチュエータの一実施の形態を含む電動弁故障診断システムの概略を示す図である。同図において、図8と同一符号は図8を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of a motor-operated valve failure diagnosis system including an embodiment of an actuator according to the present invention. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG.
この実施の形態において、アクチュエータを備えた電動弁100の制御部6は、図8に示した従来の電動弁100’の制御部6’とはその機能が一部異なっており、ネットワーク200を介して接続される遠隔監視装置300との通信機能を備えている。
In this embodiment, the
また、この実施の形態において、電動弁100の流量規制機構である弁体7の通常の開度制御範囲は全閉(θ0 )〜全開(θ100 )までの開度範囲とされ、フェールセーフ方向を全閉方向とし、全閉位置θ0 がフェールセーフ位置θFSとされている。また、全閉位置θ0 がリターン動作終点位置θSRとして定められている。
In this embodiment, the normal opening control range of the
なお、全閉位置θ0 よりも下位の位置にリターン動作終点位置θSRを定めたり、全開位置θ100 がフェールセーフ位置θFSとされたり、全開位置θ100 をリターン動作終点位置θSRとしたり、また、全開位置θ100 よりも上位の位置にリターン動作終点位置θSRを定めたりすることもある。 The return operation end position θSR is set at a position lower than the fully closed position θ0, the fully open position θ100 is set as the fail safe position θFS, the fully open position θ100 is set as the return operation end position θSR, or the fully open position θ100 is set. The return operation end point position θSR may be set at a higher position than that.
本実施の形態では、フェールセーフ位置θFS(リターン動作終点位置θSR)に弁体7の到達したことを検知するリミットスイッチLS1を設け、このリミットスイッチLS1の検知信号を制御部6へ送るようにしている。なお、全開位置θ100 をリターン動作終点位置θSRとしたり、フェールセーフ位置θFSとする場合には、全閉位置θ100 に弁体7が到達したことを検知するリミットスイッチ(図示せず)を設ける。
In the present embodiment, a limit switch LS1 for detecting the arrival of the
図2に電動弁100における制御部6のハードウェア構成の概略を示す。同図において、6−1はCPU、6−2はRAM、6−3はROM、6−4はAC/DC変換器、6−5〜6−8はインターフェイス、6−9はEEPROMなどの再書き込みが可能な不揮発性のメモリである。AC/DC変換器6−4は、電磁クラッチ4やモータ5への電源(AC24V)を分岐入力とし、この電源を直流電圧に変換して、CPU6−1,RAM6−2,ROM6−3,インタフェース6−5〜6−8、不揮発性のメモリ6−9に供給する。
FIG. 2 shows an outline of the hardware configuration of the
CPU6−1は、RAM6−2や不揮発性のメモリ6−9にアクセスしながら、ROM6−3に格納されたプログラムに従って動作し、モータ5へ正転指令や逆転指令を送り、電磁クラッチ4にON指令やOFF指令を送る。ROM6−3には、本実施の形態特有のプログラムとして、故障診断プログラムが格納されている。
The CPU 6-1 operates in accordance with a program stored in the ROM 6-3 while accessing the RAM 6-2 and the nonvolatile memory 6-9, sends a forward rotation command and a reverse rotation command to the
〔実施の形態1〕
以下、故障診断プログラムに従う故障診断処理動作の第1例(実施の形態1)について、図3および図4に分割して示したフローチャートを参照して説明する。なお、この故障診断処理動作に入る前の状態として、CPU6−1は、電磁クラッチ4をクラッチ接の状態として、弁体7の開度θpvを設定開度(前回の開度指令値)θspに一致させているものとする。
[Embodiment 1]
Hereinafter, a first example (first embodiment) of the failure diagnosis processing operation according to the failure diagnosis program will be described with reference to the flowcharts shown in FIG. 3 and FIG. As a state before entering the failure diagnosis processing operation, the CPU 6-1 sets the
CPU6−1は、設定開度θspが所定幅以上変更されると(図3に示すステップ101のYES)、弁体7の現在の開度θpvを変更前の開度θSTとし(ステップ102)、また変更指示された開度指令値θspをθspnew とし(ステップ103)、変更前の開度θSTと変更指示された開度指令値θspnew との関係から開度指令値θspnew への弁体7の開度制御の開始から終了までの所要の動作時間TS以上の所定時間TXを定める(ステップ104)。この例では、所要の動作時間TSに一定時間αをプラスした時間を所定時間TXとする。
When the set opening degree θsp is changed by a predetermined width or more (YES in
次に、CPU6−1は、弁体7の現在の開度θpvを開度指令値θspnew へ一致させるように、モータ5に正転指令や逆転指令を送る(ステップ105)。これにより、モータ5の回転力が電磁クラッチ4および減速機構3を介して駆動軸1に伝達され、弁体7の開度指令値θspnew への開度制御が開始される。
Next, the CPU 6-1 sends a forward rotation command or a reverse rotation command to the
また、CPU6−1は、この弁体7の開度指令値θspnew への開度制御の開始と同時に、タイマの計時を開始する(ステップ106)。そして、このタイマのタイマ時間TMがステップ104で定めた所定時間TXを超えた時点で(ステップ107のYES)、すなわち弁体7の開度指令値θspnew への開度制御の開始から所定時間TX経過後、その時の弁体7の開度θpvを故障診断動作開度θXとして読み取る(ステップ108)。
Further, the CPU 6-1 starts measuring the timer simultaneously with the start of the opening degree control to the opening degree command value θspnew of the valve body 7 (step 106). When the timer time TM of the timer exceeds the predetermined time TX determined in step 104 (YES in step 107), that is, the predetermined time TX from the start of the opening control to the opening command value θspnew of the
そして、この読み取った故障診断動作開度θXと開度指令値θspnew との差の絶対値が開度指令値θspnew を中心とした開方向及び閉方向の許容範囲β以下であるか比較し(ステップ109)、この条件を満たしていれば(ステップ109のYES、図5に示す矢印(1)参照)、「正常」と診断し(ステップ110)、故障診断処理を終了する。
Then, it is compared whether the absolute value of the difference between the read failure diagnosis operation opening degree θX and the opening degree command value θspnew is equal to or smaller than an allowable range β in the opening direction and the closing direction around the opening degree command value θspnew (step 109) If this condition is satisfied (YES in
一方、ステップ109の条件を満たしていなければ(ステップ109のNO)、開度指令値θspnew が変更前の開度θSTより大きいか比較し(ステップ111)、この条件を満たす場合(ステップ111のYES)、ステップ112に進み、θspnew −θXが許容範囲βを超えているか比較する。
On the other hand, if the condition of
ステップ112の条件を満たさない場合(ステップ112のNO)は、故障診断動作開度θXが開度指令値θspnew を中心とした開方向の許容範囲βを超えてオーバーシュートした場合であるので(図5に示す矢印(4)参照)、「正常」とは区別して「オーバーシュート」と診断し(ステップ113)、故障診断処理を終了する。ただし、この「オーバーシュート」は制御パラメータ等が不適切で生じたものであって、制御パラメータを適切に調節することで容易に「正常」に復帰させることが可能であり、また、開度指令値θspnew には到達したのであるから、故障扱いにする必要はない。
The case where the condition of
一方、ステップ112の条件を満たす場合は、CPU6−1は「開度不一致」と判断し、後述のステップ116に進む。
On the other hand, if the condition of
遡って、ステップ111の条件を満たさない場合(ステップ111のNO)は、ステップ114に進み、θX−θspnew が許容範囲βを超えているか比較する。
Going back to step 111, if the condition of
ステップ114の条件を満たさない場合(ステップ114のNO)は、故障診断動作開度θXが開度指令値θspnew を中心とした閉方向の許容範囲βを超えてオーバーシュートした場合であるので、「正常」とは区別して「オーバーシュート」と診断し(ステップ115)、故障診断処理を終了する。ただし、この「オーバーシュート」は制御パラメータ等が不適切で生じたものであって、制御パラメータを適切に調節することで容易に「正常」に復帰させることが可能であり、また、開度指令値θspnewには到達したのであるから、故障扱いにする必要はない。
The case where the condition of
一方、ステップ114の条件を満たす場合は、CPU6−1は「開度不一致」と判断し、後述のステップ116に進む。
On the other hand, if the condition of
なお、「開度不一致」の原因としては、「異物噛み込み」、「弁固着」、「モータ駆動不良」などが考えられ、その故障の種別として「故障A(第1の故障)」と「故障B(第2の故障)」が挙げられる。故障Aでは、弁体7は途中まで動くが、実開度θpvが開度指令値θspnew に到達しない。故障Bでは弁体7が殆ど動かない。
Note that the causes of the “opening disagreement” may be “foreign object biting”, “valve stuck”, “motor drive failure”, etc., and the types of failure are “failure A (first failure)” and “ Failure B (second failure) ”. In failure A, the
そこで、本実施の形態では、故障Aと故障Bとを区別するための所定の開度幅θwを定め、この開度幅θwと開度制御の開始時の開度θSTと故障診断動作開度θXとの開度差Δθ(Δθ=|θX−θST|)とを比較する(ステップ116)ことにより、「開度不一致」の状態が故障Aであるのか、故障Bであるのかを判断するようにする。 Therefore, in the present embodiment, a predetermined opening width θw for distinguishing between the failure A and the failure B is determined, the opening width θw, the opening θST at the start of the opening control, and the failure diagnosis operation opening By comparing the opening difference Δθ (Δθ = | θX−θST |) with θX (step 116), it is determined whether the state of “opening mismatch” is failure A or failure B. To.
この場合、CPU6−1は、開度差Δθが所定の開度幅θwを超えていれば(ステップ116のYES、図5に示す矢印(2)参照)、「故障A」と診断し、その診断結果をインタフェース6−8を介し、ネットワーク200を経由して、遠隔監視装置300へ通知する(ステップ117)。
In this case, if the opening degree difference Δθ exceeds the predetermined opening width θw (YES in
これに対し、開度差Δθが所定の開度幅θwを超えていなければ(ステップ116のNO、図5に示す矢印(3)参照)、CPU6−1は、「故障B」と診断し、その診断結果をインタフェース6−8を介し、ネットワーク200を経由して、遠隔監視装置300へ通知する(ステップ118)。
On the other hand, if the opening degree difference Δθ does not exceed the predetermined opening width θw (NO in
これにより、遠隔監視装置300側では、電動弁100の「開度不一致」の状態を故障Aと故障Bに区別して知ることができ、その状況に応じた対処をすることが可能となる。
As a result, the
〔故障Aと診断した場合〕
CPU6−1は、故障Aと診断すると(ステップ116のYES)、その診断結果を遠隔監視装置300へ通知するとともに(ステップ117)、その時の故障診断動作開度θXを開度指令値θspnew の方向への限界値として弁体7の開度制御範囲を変更する(図4に示すステップ119)。
[If diagnosed as fault A]
When the CPU 6-1 diagnoses the failure A (YES in step 116), it notifies the
例えば、開度指令値θspnew が開方向への指令値であった場合、CPU6−1は、その時の故障診断動作開度θXを開方向への限界値とし、全閉位置θ0 から故障診断動作開度θXまでの開度範囲を弁体7の開度制御範囲とする(図6(a)参照)。開度指令値θspnew が閉方向への指令値であった場合、CPU6−1は、その時の故障診断動作開度θXを閉方向への限界値とし、全開位置θ100 から故障診断動作開度θXまでの開度範囲を弁体7の開度制御範囲とする(図6(b)参照)。 For example, when the opening command value θspnew is a command value in the opening direction, the CPU 6-1 sets the failure diagnosis operation opening θX at that time as a limit value in the opening direction, and starts the failure diagnosis operation from the fully closed position θ0. The opening range up to the degree θX is set as the opening control range of the valve body 7 (see FIG. 6A). When the opening command value θspnew is a command value in the closing direction, the CPU 6-1 sets the failure diagnosis operation opening θX at that time as a limit value in the closing direction, and from the fully open position θ100 to the failure diagnosis operation opening θX. Is set as the opening control range of the valve body 7 (see FIG. 6B).
なお、開方向、閉方向ともに故障Aと診断された場合には、図6(c)に示すように、開方向の故障診断動作開度θX1と閉方向の故障診断動作開度θX2とによって、弁体7の開度制御範囲が規制される。
When the failure A is diagnosed in both the opening direction and the closing direction, as shown in FIG. 6C, the failure diagnosis operation opening degree θX1 in the opening direction and the failure diagnosis operation opening degree θX2 in the closing direction are The opening control range of the
CPU6−1は、開度制御範囲を変更した場合、その開度制御範囲内における設定開度の指定については、通常通り弁体7の開度制御を行う。これに対し、開度制御範囲外における設定開度の指定については、弁体7を動作させないことで、モータ5の電力消費を抑える。
When the opening degree control range is changed, the CPU 6-1 controls the opening degree of the
本実施の形態において、故障Aと診断される状態として、次の2つの場合がある。
(1)異物により故障診断動作開度θXより先には全く動かず、開度指令値θspnew に到達しない場合.
(2)動いているのだが、異物により動作速度が遅くなり、開度指令値θspnew に到達する前に所定時間TXが経過する場合.
In the present embodiment, there are the following two cases as the state diagnosed as the failure A.
(1) The case does not move at all before the failure diagnosis operation opening θX due to a foreign object and does not reach the opening command value θspnew.
(2) When moving, but the operating speed is slowed down by a foreign object, and the predetermined time TX has passed before the opening command value θspnew is reached.
上記(1),(2)の何れの状態においても、運用に耐え得る動作範囲が残されている状態であるので、緊急停止や強制全閉/全開動作をさせる状況に至っていない。本実施の形態では、故障Aと診断した場合、即時に緊急停止や強制全閉/全開をするのではなく、開度制御範囲を変更することにより、残されている運用可能な動作範囲にて、現状保持する能力を最大限に利用する。 In any of the above states (1) and (2), the operating range that can withstand the operation is left, so that an emergency stop or forced fully closed / fully opened operation has not been reached. In the present embodiment, when a failure A is diagnosed, an emergency stop or forced full closing / full opening is not performed immediately, but by changing the opening control range, the remaining operable operating range , Make full use of the ability to maintain the status quo.
開度制御範囲を変更した後、CPU6−1は、不揮発性のメモリ6−9から故障Aの発生回数NAを読み出し、この故障Aの発生回数NAを1カウントアップし(ステップ120)、このカウントアップした故障Aの発生回数NAを不揮発性のメモリ6−9に更新保持する(ステップ121)。なお、この場合、不揮発性のメモリ6−9には、工場出荷段階で故障Aの発生回数NAとして0が格納されているものとする。これにより、故障Aの発生回数NAをメンテナンス情報として、定量的に取り扱うことが可能となる。 After changing the opening control range, the CPU 6-1 reads out the number of occurrences NA of the failure A from the non-volatile memory 6-9, and increments the number of occurrences NA of the failure A by 1 (step 120). The number NA of occurrences of the failure A that has been updated is updated and held in the nonvolatile memory 6-9 (step 121). In this case, it is assumed that 0 is stored in the nonvolatile memory 6-9 as the number of occurrences NA of the failure A at the factory shipment stage. As a result, the number of occurrences NA of the failure A can be handled quantitatively as maintenance information.
〔故障A解消動作〕
図3および図4に分割して示したフローチャートでは、開度指令値θspnew への開度制御の開始から所定時間TX経過後に故障診断動作開度θXを読み取り、この読み取った故障診断動作開度θXが開度指令値θspnew に到達しておらず(ステップ112のYESまたはステップ114のYES)、その時の開度差Δθが所定の開度幅θwを超えていれば(ステップ116のYES)、故障Aと診断し、直ちにその診断結果を遠隔監視装置300に通知するようにした。
[Failure A elimination operation]
3 and FIG. 4, the failure diagnosis operation opening θX is read after a predetermined time TX has elapsed from the start of the opening control to the opening command value θspnew, and the read failure diagnosis operation opening θX is read. Does not reach the opening command value θspnew (YES in
しかし、故障Aの場合、例えば異物を取り除くことによって、その異常状態が解消されることがある。そこで、別の方法として、故障Aと診断した場合、一旦制御動作方向と逆に動作させて再度制御方向へ動作させることにより、故障Aの解消を図るように試みるようにすることが考えられる。 However, in the case of the failure A, for example, the abnormal state may be eliminated by removing foreign matter. Therefore, as another method, when a failure A is diagnosed, it is conceivable to try to solve the failure A by once operating in the direction opposite to the control operation direction and again in the control direction.
例えば、図7に矢印(0)で示すように、最初の制御動作により故障Aと診断された場合、開度指令値θspnew への方向とは逆方向に弁体7をある一定量戻す(矢印(1))。その後、再度、開度指令値θspnew へ向けて制御動作を開始する。再度、故障Aと診断される場合は、開度指令値θspnew への方向とは逆方向に弁体7をある一定量戻す(矢印(2))。このような動作をn回まで繰り返す。
For example, as shown by the arrow (0) in FIG. 7, when the failure is diagnosed by the first control operation, the
ここで、弁体7を開度指令値θspnew の方向とは逆方向へ動作させることを「解消動作」と定義した場合、最大n回の解消動作における解消動作時間(逆方向へ動作させる時間)をそれぞれ設定可能とし、故障Aの状況に応じてn種類の解消動作を試みる。この解消動作によって、異物が動いたり、異物が粉砕されたりして、故障Aが解消されることがある。この解消動作によって、故障Aが解消された場合には、効果があったことを不揮発性のメモリ6−9に記録する。効果が現れず、故障Aの状態が継続する場合には、弁体7の開度制御範囲を変更する。
Here, when the operation of the
〔故障Bと診断した場合〕
本実施の形態において、異物噛み込み、弁固着、モータ駆動不能(断線)などにより、現時点より閉方向にも開方向にも動作しない場合、故障Bと診断される。
[If diagnosed as failure B]
In the present embodiment , failure B is diagnosed when there is no operation in the closing direction or the opening direction from the present time due to foreign object biting, valve sticking, motor drive inability (disconnection), or the like.
この場合は、アクチュエータがスプリングリターン型であれば、スプリングリターン動作をさせることによって、弁体7を動かすことが可能な場合がある。また、アクチュエータがノンスプリングリターン型の場合は別途駆動装置を用意して、この駆動装置により強制動作させることで弁体7を動かすことが可能な場合がある。
In this case , if the actuator is a spring return type, it may be possible to move the
CPU6−1は、故障Bと診断すると(ステップ116のNO)、その診断結果を遠隔監視装置300へ通知するとともに(ステップ118)、先ず、フェールセーフ方向にモータ5を駆動する(ステップ122)。
When CPU 6-1 diagnoses failure B (NO in step 116), it notifies the
この駆動によって、モータ5が回転し、弁体7が動き、フェールセーフ位置θFSに達すると、リミットスイッチLS1がONとなる。この場合、CPU6−1は、リミットスイッチLS1がONとなった時点で(ステップ123のYES)、モータ5への電源の供給を遮断する(ステップ128)。これにより、モータ5の駆動が停止され、以降の電力の無駄な消費が防がれる。
By this drive, the
これに対し、ステップ122でモータ5を駆動しても、弁体7が動かなければ、所定時間T1が経過してもリミットスイッチLS1がONとならないことを確認して(ステップ124のYES)、電磁クラッチ4を断とする(ステップ125)。なお、この場合、アクチュエータはスプリングリターン型であるとする。これにより、モータ5のトルクが駆動軸1へ伝達されなくなり、スプリングリターン動作が開始される。
On the other hand, even if the
このスプリングリターン動作によって、弁体7が強制的に動かされ、リターン動作終点位置θSR(フェールセーフ位置θFS)に達すると、リミットスイッチLS1がONとなる。この場合、CPU6−1は、リミットスイッチLS1がONとなった時点で(ステップ126のYES)、モータ5への電源の供給を遮断する(ステップ128)。これにより、モータ5の駆動が停止され、以降の電力の無駄な消費が防がれる。
The
スプリングリターン動作の開始後、所定時間T2が経過してもリミットスイッチLS1がONとならない場合(ステップ127のYES)、CPU6−1は、弁体7を動かすことは困難であると判断し、モータ5への電源の供給を遮断する(ステップ128)。これにより、モータ5の駆動が停止され、以降の電力の無駄な消費が防がれる。
If the limit switch LS1 is not turned on after the predetermined time T2 has elapsed after the start of the spring return operation (YES in step 127), the CPU 6-1 determines that it is difficult to move the
なお、この実施の形態では、リターン動作終点位置θSRとフェールセーフ位置θFSとを同じとしたが、リターン動作終点位置θSRとフェールセーフ位置θFSとが異なる場合もあり、この場合はそれぞれの位置を検出するためのリミットスイッチを設けて、上述したと同様の処理動作を行わせるようにする。 In this embodiment, the return operation end point position θSR and the fail safe position θFS are the same. However, the return operation end point position θSR and the fail safe position θFS may be different. In this case, the respective positions are detected. A limit switch is provided to perform the same processing operation as described above.
また、故障Aや故障Bと診断された場合、その時の故障診断動作開度θXと開度指令値θspnew を対応して不揮発性のメモリ6−9に記録するようにしてもよい。これにより、故障Aと診断した際の動作方向を把握したり、故障Aや故障Bの履歴を確認したりすることができる。 Further, when a failure A or a failure B is diagnosed, the failure diagnosis operation opening θX and the opening command value θspnew at that time may be recorded in the nonvolatile memory 6-9 in a corresponding manner. As a result, it is possible to grasp the operation direction when diagnosing the failure A and to check the history of the failure A and the failure B.
また、上述した実施の形態1では、設定開度θspが所定幅以上変更される毎に故障診断を行うようにしたが、遠隔監視装置300から故障診断指令を電動弁100へ与え、その時の開度指令値を100%としたり、0%とするなどして、故障診断結果を得るようにしてもよい。
In
また、上述した実施の形態1では、所要の動作時間TSに一定時間αをプラスした時間を所定時間TXとして定めたが、所要の動作時間TSを所定時間TXとして定めるようにしてもよく、弁体7の開度を全閉位置θ0 から全開位置θ100 とするまでに要する最大動作時間を所定時間TXとして定めたりするようにしてもよい。
In
また、上述した実施の形態1では、電磁クラッチ4を断とし、リターンスプリング2の復帰力によって、弁体7をリターン動作終点位置θSRに戻すようにしたが、リターンスプリング2の復帰力ではなく、例えば油圧や空気圧などによって弁体7をリターン動作終点位置θSRに戻すようにしてもよい。
Further, in the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1では、電動弁100の故障診断を行うものとして説明したが、油圧によって弁体を駆動する油圧弁、空気圧によって弁体を駆動する空気圧弁、回転弁や直動弁など、流体の流量を規制する弁体を駆動する多種多様のアクチュエータについて、同様にして故障診断を行うことが可能である。
Further, in the first embodiment described above, the failure diagnosis of the motor-operated
また、上述した実施の形態1では、電動弁100をネットワーク200を介して遠隔監視装置300と接続した構成としたが、電動弁100に表示部を設け、この表示部に故障診断結果を表示するようにしてもよい。
Moreover, in
1…駆動軸、2…リターンスプリング、3…減速機構、4…電磁クラッチ、5…モータ、6…制御部、6−1…CPU、6−2…RAM、6−3…ROM、6−4…AC/DC変換器、6−5〜6−8…インターフェイス、6−9…不揮発性のメモリ、7…弁体、8…開度センサ、100…電動弁、200…ネットワーク、300……遠隔監視装置。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記制御部は、
前記開度指令値への前記流量規制機構の開度制御の開始から終了までの所要の動作時間以上の所定時間経過後、前記流量規制機構の現在の実開度を故障診断動作開度としてチェックし、この故障診断動作開度が前記開度指令値の許容範囲内に到達していれば正常と診断し、前記開度指令値の許容範囲内に到達しておらず、前記開度制御の開始時の開度と前記故障診断動作開度との開度差が所定の開度幅を超えていた場合には、前記故障診断動作開度より先には動かない状態あるいは動作速度が遅くなり前記開度指令値に到達する前に前記所定時間が経過した状態として定義される第1の故障と診断し、所定の開度幅を超えていなかった場合には、現時点より閉方向にも開方向にも動作しない状態として定義される第2の故障と診断する故障診断手段と、
前記故障診断手段が第2の故障と診断した場合に前記流量規制機構を前記所定の開度位置に強制的に到達させるべく前記強制駆動手段を作動させる強制駆動手段作動手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。 A flow rate regulating mechanism that regulates the flow rate of fluid, an actual opening degree detecting unit that detects an actual opening degree of the flow rate regulating mechanism, and an actual opening degree that is detected by the actual opening degree detecting unit is made to coincide with the opening degree command value. In an actuator comprising: a controller for controlling the opening degree of the flow rate regulating mechanism; and a forcible drive means for forcibly reaching the predetermined opening degree position of the flow rate regulating mechanism,
The controller is
After the elapse of a predetermined time longer than the required operation time from the start to the end of the opening control of the flow rate regulating mechanism to the opening command value, the current actual opening of the flow rate regulating mechanism is checked as a failure diagnosis operation opening If the opening position of the failure diagnosis operation is within the allowable range of the opening command value, it is diagnosed as normal, has not reached the allowable range of the opening command value, and If the opening difference between the opening at the start and the failure diagnosis operation opening exceeds a predetermined opening width, the state that does not move or the operation speed becomes slower than the failure diagnosis operation opening. When the first failure defined as the state where the predetermined time has passed before reaching the opening command value is diagnosed and the predetermined opening width is not exceeded, the first opening is also opened in the closing direction from the present time. diagnosis fault diagnoses that second failure, defined as a state that does not work in the direction And means,
Forcibly driving means actuating means for actuating the forcible driving means to forcibly reach the predetermined opening position when the failure diagnosing means diagnoses the second failure. Actuator.
前記制御部は、
前記強制駆動手段の作動によって前記流量規制機構が前記所定の開度位置へ強制的に到達させられたことを検知して前記流量規制機構を駆動するモータへの電源の供給を遮断する手段
を備えることを特徴とするアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein
The controller is
And means for detecting that the flow restricting mechanism has been forced to reach the predetermined opening position by the operation of the forcible driving means, and shutting off the supply of power to the motor that drives the flow restricting mechanism. An actuator characterized by that.
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