JP5339152B2 - 電空変換器 - Google Patents

Description

本発明は、圧力増幅部を備える電空変換器に関し、特に圧力増幅部内部の部品磨耗等に起因する性能劣化を検知する構成を備えた電空変換器に関する。

電空変換器は、例えばプラント等において用いられる装置で、目標とする空気圧力を出力して、空気圧によって駆動されるバルブなどの空気駆動式装置を制御する。
このような従来の装置を、図面を用いて詳細に説明する。図３は従来の電空変換器の構成例を示した図である。
図３において、電空変換器１は、制御部１１と圧力増幅部１２と圧力センサ１３とを備えている。
制御部１１は、電流出力手段１１１と電空変換部１１２を有しており、電流出力手段１１１が電流を出力し、電空変換部１１２がこの電流に応じた入力空気圧を発生する。圧力増幅部１２は電空変換部１１２と接続されており、電空変換部１１２からの入力空気圧を増幅して出力空気圧を出力する。
空気圧によって駆動されるバルブ２は、圧力増幅部１２と接続されている。
圧力センサ１３は、圧力増幅部１２の出力部に接続されており、出力空気圧を検出する。
圧力センサ１３が検出する出力空気圧値は、制御部１１へ帰還される。

このような装置の動作例を、図面を用いて説明する。
制御部１１の電流出力手段１１１が電流を出力し、電空変換部１１２がこの電流に応じた入力空気圧を発生する。圧力増幅部１２が、電空変換部１１２からの入力空気圧を入力し、増幅して出力空気圧を出力する。
外部のバルブ２は、この出力空気圧によりバルブ弁開度が調節される。
圧力増幅部１２の出力空気圧は、圧力センサ１３によって出力空気圧値として検出され、この出力空気圧値は制御部１１に帰還される。制御部１１の電流出力手段１１１は、この出力空気圧値と、目標とする出力空気圧値との差異を解消するよう出力電流の制御を行い、電空変換部１１２がその出力電流に応じた入力空気圧を出力する。
特許文献１には、入力信号に対応して、空気圧力を加減し、バルブを制御する従来の電空変換器の構成が記載されている。

特開２００９−２５７３６３号公報

従来の電空変換器１に備えられる圧力増幅部１２は、入力空気圧に応じて図示しない内部の排気弁が上下動することで、入力空気圧を増幅し出力空気圧を発生する。そして、この排気弁の上下動等を重ねることにより、排気弁を含む圧力増幅部１２の内部の部品が次第に磨耗し部品の形状が変化する。その結果、圧力増幅部１２の性能が劣化し、結果として入力空気圧に対する出力空気圧の関係（入出力特性）が変化する。
性能の劣化が軽度である場合には、制御部１１が圧力増幅部１２に入力する入力空気圧を適切に調整することで、必要な性能を確保することが可能であるが、劣化が重度になると、制御部１１による制御では性能劣化を補うことができない状態となる。使用中に電空変換器１を十分に制御できない状態となることは、プラントの運転中に、バルブ２を十分に制御できない状態に陥るということであり、非常に危険である。

そこで、本発明の目的は、内部に備えられた圧力増幅器の入出力特性を監視する自己診断部を設け、圧力増幅器の性能劣化を検知することで、圧力増幅器の交換時期の特定を可能とし、高メンテナンス性、高信頼性を有する電空変換器を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
信号に基づいて目標とする入力空気圧を発生する制御部と、
この制御部が発生する入力空気圧に応じて増幅した出力空気圧を発生する圧力増幅部と、
この圧力増幅部が発生する出力空気圧値を検出し、前記制御部に帰還させる圧力センサとを有し、
前記制御部は前記圧力センサから帰還された出力空気圧値に基づいて入力空気圧を制御する、
電空変換器において、
前記制御部における信号から推定される前記入力空気圧値と、前記圧力センサが検出する出力空気圧値と、の相関関係に基づいて自己診断を行う自己診断部を有することを特徴とする電空変換器。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であって、
前記自己診断部は、前記入力空気圧値と前記出力空気圧値との相関関係を示す入出力特性データを、予め定める基準データと比較し、前記入出力特性データと前記基準データとの差が、予め定める閾値を超えたか否かで自己診断を行うことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明であって、
前記基準データは、前記自己診断部が予め取得したデータであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明であって、
前記入出力特性データは、
前記出力空気圧が増加を開始する増加開始圧に対する前記入力空気圧、
前記出力空気圧が増加を開始した後における、前記入力空気圧に対する前記出力空気圧の増加割合、
または、前記出力空気圧の最大値、
のいずれか１つ以上であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の発明であって、
前記自己診断部は、前記比較結果に基づいてアラームを送出するアラーム手段を有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明であって、
空気圧によって駆動される空気駆動式装置に接続されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明であって、
バルブに接続されることを特徴とする。

本発明によれば、圧力センサが、圧力増幅器の出力部に接続され、出力部の空気圧である出力空気圧値を検出し、自己診断部が、制御部における信号から推定される入力空気圧値と出力空気圧値とに基づき、圧力増幅器の入出力特性を算出し、更に、この入出力特性と、入出力特性の基準値と比較する。そして、その比較結果が予め定められた閾値を超えた場合には、アラーム手段がアラームを送出する。
したがって、圧力増幅器の内部部品の磨耗等による性能の劣化を検知することができ、圧力増幅器の交換時期が特定可能となり、高メンテナンス性、高信頼性を有する電空変換器を実現することができる。

本発明の一実施例の構成を示した図である。 図１の装置の入出力特性の例を示した図である。 従来の電空変換器の構成例を示した図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示した図である。ここで、図３と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、電空変換器３は、制御部１１と圧力増幅部１２と圧力センサ１３と自己診断手段３１とを備えている。
圧力センサ１３は、圧力増幅部１２の入力部と出力部に接続されており、それぞれ圧力増幅部１２の入力空気圧値と出力空気圧値を検出する。

自己診断手段３１は、比較手段３１１、記憶手段３１２とを備え、圧力センサ１３の出力である入力空気圧値と出力空気圧値とを入力する。
比較手段３１１は、圧力増幅部１２の入力空気圧と出力空気圧とに基づき、圧力増幅部１２の入出力特性を算出する。記憶手段３１２には、圧力増幅部１２の入出力特性の基準値（未使用時の部品磨耗がない状態での入出力特性値）と、閾値（基準値に対して許容される性能劣化量）とが予め格納されている。
比較手段３１１は、算出される入出力特性と、記憶手段に格納されている基準値との差異が、格納されている閾値を超えるか否かを判断し、超える場合には、アラーム手段にその旨を通知する。アラーム手段には、外部の図示しない表示部等が接続されている。

このような装置の動作例を、図面を用いて説明する。
制御部１１の電流出力手段１１１が電流を出力し、電空変換部１１２がこの電流に応じた入力空気圧を発生し、圧力増幅部１２が、制御部１１からの入力空気圧を入力し、増幅して出力空気圧を出力する。
外部のバルブ２は、この出力空気圧によりバルブ弁開度が調節される。
圧力増幅部１２の入力空気圧値と出力空気圧値は、圧力センサ１３によって検出され、この出力空気圧値が制御部１１に帰還される。制御部１１の電流出力手段１１１は、この出力空気圧値と、目標とする出力空気圧値との差異を解消するよう出力電流の制御を行い、電空変換部１２がその出力電流に応じた入力空気圧を出力する。

自己診断手段３１の比較手段３１１は、圧力センサ１３の出力である、圧力増幅部１２の入力空気圧と出力空気圧とに基づいて入出力特性を算出し、この入出力特性を記憶手段３１２の基準値と比較する。

ここで、比較対象となる出力特性は主として以下の（１）〜（３）が挙げられる。
（１）出力空気圧が増加を開始する空気圧
（２）出力空気圧が増加を開始した後における、入力空気圧に対する出力空気圧の増加率
（３）出力空気圧の最大値

これら、（１）〜（３）の入出力特性を図２を用いて説明する。
ここで、図２は圧力増幅部１２の入出力特性を示した図であり、この図において、縦軸は圧力増幅部１２の出力空気圧、横軸は入力空気圧を表しており、（Ｌ１）は使用開始時の基準となる入出力特性のラインを、また、（Ｌ２）は使用に際して劣化した後の入出力特性のラインを示している。
上記「（１）出力空気圧が増加を開始する空気圧」の変化は、
「圧力増幅部１２の内部の排気弁が、入力される入力空気圧の増加に伴って、弁プラグ方向へ移動後に接触し、この接触を繰り返すうちに排気弁または弁プラグが磨耗によって磨り減り、排気弁と弁プラグとが接触するまでの距離が長くなる」ことに起因すると考えられ、図２における（Ａ）から（Ａ’）への変化に相当する。
上記「（２）出力空気圧が増加を開始した後における、入力空気圧に対する出力空気圧の増加割合の変化」は、圧力増幅部１２の排気弁等が磨耗によって変形し、排気弁と弁プラグの密着性が低下し、弁からの空気圧漏れの発生等によることに起因すると考えられ、図２における（Ｌ１）と（Ｌ２）の傾きの変化に相当する。
上記「（３）出力空気圧の最大値の変化は、圧力増幅部１２の排気弁等が磨耗によって変形し、排気弁と弁プラグの密着性が低下し、弁からの空気圧漏れの発生等によることに起因すると考えられ、図２における（Ｂ）から（Ｂ’）への変化に相当する。

これらの入出力特性について、（１）〜（３）の少なくとも１つの予めそれぞれ劣化が許容される閾値を定めておき、得られた入出力特性と基準の入出力特性との差異が閾値を越えている場合には、比較手段３１１が、アラーム手段３１３にその旨を通知し、アラーム手段３１３が、圧力増幅部１２の交換を促す旨の情報を外部の図示しない表示部等に送出することで、ユーザは圧力増幅部１２の交換時期を特定することができる。

このように、圧力センサ１３が、圧力増幅器１２の入力部と出力部に接続され、入力部の空気圧である入力空気圧値と、出力部の空気圧である出力空気圧値を検出し、自己診断部３１が、これら入力空気圧値と出力空気圧値とに基づき、圧力増幅器１２の入出力特性を算出し、更に、この入出力特性と、入出力特性の基準値と比較する。
入出力特性としては、
（１）出力空気圧が増加を開始する空気圧
（２）出力空気圧が増加を開始した後における、入力空気圧に対する出力空気圧の増加割合
（３）出力空気圧の最大値
などを使用する。
そして、その比較結果が予め定められた閾値を超えた場合には、アラーム手段３１３がアラームを送出する。
したがって、圧力増幅器１２の内部部品の磨耗等による性能の劣化を検知することができ、圧力増幅器１２の交換時期が特定可能となり、高メンテナンス性、高信頼性を有する電空変換器３を実現することができる。

本発明では、圧力センサ１３が、圧力増幅部１２の入力部および出力部に接続され、それぞれから入力空気圧値と出力空気圧値を検知する構成を示したが、圧力センサ１３が、圧力増幅部１２の出力部のみに接続される構成でもよい。
この場合は、自己診断手段は、電流出力手段が出力する信号に基づいて入力空気圧値を推定する。そして、自己診断手段は、この推定入力空気圧値と、圧力センサ１３が検出する出力空気圧値と、に基づき、圧力増幅器１２の入出力特性を算出することになる。

尚、入出力特性の基準値は、圧力増幅部１２の製品仕様等に基づいて定めてもよいし、実際に電空変換器１を動作させデータを取得してもよい。

３ 電空変換器
１１ 制御部
１２ 圧力増幅部
１３ 圧力センサ
３１ 自己診断手段
３１３ アラーム手段
３１１ 比較手段

Claims (7)

1. 信号に基づいて目標とする入力空気圧を発生する制御部と、
   この制御部が発生する入力空気圧に応じて増幅した出力空気圧を発生する圧力増幅部と、
   この圧力増幅部が発生する出力空気圧値を検出し、前記制御部に帰還させる圧力センサとを有し、
   前記制御部は前記圧力センサから帰還された出力空気圧値に基づいて入力空気圧を制御する、
   電空変換器において、
   前記制御部における信号から推定される前記入力空気圧値と、前記圧力センサが検出する出力空気圧値と、の相関関係に基づいて自己診断を行う自己診断部を有することを特徴とする電空変換器。
2. 前記自己診断部は、前記入力空気圧値と前記出力空気圧値との相関関係を示す入出力特性データを、予め定める基準データと比較し、前記入出力特性データと前記基準データとの差が、予め定める閾値を超えたか否かで自己診断を行うことを特徴とする請求項１記載の電空変換器。
3. 前記基準データは、前記自己診断部が予め取得したデータであることを特徴とする請求項２記載の電空変換器。
4. 前記入出力特性データは、
   前記出力空気圧が増加を開始する増加開始圧に対する前記入力空気圧、
   前記出力空気圧が増加を開始した後における、前記入力空気圧に対する前記出力空気圧の増加割合、
   または、前記出力空気圧の最大値、
   のいずれか１つ以上であることを特徴とする請求項２または３記載の電空変換器。
5. 前記自己診断部は、前記比較結果に基づいてアラームを送出するアラーム手段を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電空変換器。
6. 空気圧によって駆動される空気駆動式装置に接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電空変換器。
7. バルブに接続されることを特徴とする請求項６記載の電空変換器。

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