JP6088457B2 - ポジショナ - Google Patents

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Description

この発明は、入力電気信号を空気圧に変換する電空変換部を有し、その変換した空気圧を調節弁の操作器へ与え、この操作器を介して調節弁の弁開度を制御するポジショナに関するものである。
従来より、この種のポジショナにおいては、現場に設置(新規あるいは交換)して実際に調節弁(バルブ)の弁開度を制御する前に、オートセットアップとして、各種の設定、ゼロ/スパン調整、制御パラメータのチューニングを自動的に行わせるようにしている。なお、ゼロ/スパン調整や制御パラメータのチューニングは、定期のメンテナンス時にも行われる。
このオートセットアップ中、制御パラメータのチューニングのために、バルブ全開閉ストロークを行う過程があり、このバルブ全開閉ストロークにおいてバルブの10%位置〜90%位置間を通過する平均応答時間TRESを求め、この平均応答時間TRESから操作器サイズを決定し、この決定した操作器サイズと操作器のヒステリシスレベルとから制御パラメータを決定する(例えば、特許文献1参照)。
図9に示すフローチャートを用いて従来の平均応答時間TRESを求める手順について説明する。
(1)入力電気信号を空気圧に変換する際の駆動信号(制御出力)IMをIMMIN(最小)とする(ステップS101)。これにより、図10に示すように、バルブが全閉位置(0%位置)に向かって動く。なお、駆動信号IMをIMMINとした場合、バルブが全開位置(100%位置)に向かって動くタイプのものもあるが、ここでは全閉位置に向かって動くものとして説明する。
(2)その後、バルブの動きが止まり、整定したことを検出したら(ステップS102のYES)、そのときの弁開度位置Aを記憶する(ステップS103)。
(3)次に、駆動信号IMをIMMAX(最大)とする(ステップS104)。これにより、バルブは、全開位置に向かって動く(全開動作)。
(4)その後、バルブの動きが止まり、整定したことを検出したら(ステップS105のYES)、そのときの弁開度位置Bを記憶する(ステップS106)。
(5)次に、駆動信号IMをIMMINにする(ステップS107)。これにより、バルブは弁開度位置Bから弁開度位置Aへと動く(全閉動作)。
(6)この間、弁開度位置の監視と時間計測を行い、バルブの弁開度が弁開度位置AとBとの間の90%位置から10%位置に達するまでの時間を第1の応答時間Tdownとして計測し、記憶する(ステップS108)。
(7)弁開度位置Aに達した後、駆動信号IMをIMMAXにする(ステップS109)。これにより、バルブは弁開度位置Aから弁開度位置Bへと動く(全開動作)。
(8)この間、弁開度位置の監視と時間計測を行い、バルブの弁開度が弁開度位置AとBとの間の10%位置から90%位置に達するまでの時間を第2の応答時間Tupとして計測し、記憶する(ステップS110)。
(9)そして、ステップS108で計測した第1の応答時間TdownとステップS110で計測した第2の応答時間Tupとの平均として、バルブの10%位置〜90%位置間の平均応答時間TRES(TRES=(Tdown+Tup)/2)を求める(ステップS111)。
この場合、TdownとTupを平均するのは、Tdown≠Tupの場合もあるからである。すなわち、操作器には弁開度が大きくなる方向と小さくなる方向でスピードの差があるものもあり、両者の平均をとることによってより正確とすることができる。
特許第3511458号公報(特開平11−166655号公報)
しかしながら、上述した従来の平均応答時間TRESを求める手順では、バルブを端から端まで動かす操作(フルストローク操作)が3回(手順(3),(5),(7))もあり、平均応答時間TRESが求められるまでに非常に時間がかかるという問題があった。
ポジショナのオートセットアップ全体にかかる時間は、その大半がバルブのフルストローク操作時間で占められており、したがって、フルストローク操作回数が多いことは、オートセットアップに要する時間が長くなるということを意味している。
なお、手順(1)で駆動信号IMをIMMAXとした場合には、図10に示したバルブの弁開度位置の変化を示す動作図は図11に示すような動作図に置き換えられる。特許文献1に示されている図7は、この図11に示した動作図において、手順(5)以降の内容が示されているに過ぎない。すなわち、特許文献1に示された図7の動作は、この動作に入る前に、バルブの弁開度位置A,Bが求められていることを前提としている。
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、オートセットアップに要する時間をより短くすることが可能なポジショナを提供することにある。
このような目的を達成するために本発明は、入力電気信号を空気圧に変換する電空変換部を有し、その変換した空気圧を調節弁の操作器へ与え、この操作器を介して調節弁の弁開度を制御するポジショナにおいて、入力電気信号を空気圧に変換する際の駆動信号を最小信号および最大信号の何れか一方に設定し、その後調節弁が整定したときの弁開度位置を第1の弁開度位置として記憶する第1の弁開度位置記憶手段と、第1の弁開度位置が記憶された後、駆動信号を最小信号および最大信号の何れか他方に設定し、その後調節弁が整定したときの弁開度位置を第2の弁開度位置として記憶すると共に、調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置に達するまでの弁開度位置を経過時間と共に時系列位置情報として記憶する第1の時系列位置情報記憶手段と、第1の時系列位置情報記憶手段によって記憶された時系列位置情報に基づいて調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置までの間に定められる2点の所定弁開度位置間を通過する時間を第1の応答時間として求める第1応答時間算出手段とを備えることを特徴とする。
本発明では、例えば、入力電気信号を空気圧に変換する際の駆動信号を最小信号に設定し、その後調節弁が整定したときの弁開度位置を第1の弁開度位置として記憶し、第1の弁開度位置を記憶した後、駆動信号を最大信号に設定し、その後調節弁が整定したときの弁開度位置を第2の弁開度位置として記憶すると共に、調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置に達するまでの弁開度位置を経過時間と共に時系列位置情報として記憶し、この記憶した時系列位置情報に基づいて調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置までの間に定められる2点の所定弁開度位置間を通過する時間を第1の応答時間として求める。これにより、本発明では、最初のフルストローク操作を有効活用し、この最初のフルストローク操作で第1の応答時間を求めるようにして、平均応答時間TRESが求められるまでの時間を短縮することが可能となる。
例えば、第1の方式として、第2の弁開度位置を記憶した後、駆動信号を最小信号に設定し、その後調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置までの間に定められる2点の所定弁開度位置間を通過する時間を第2の応答時間として計測し、最初のフルストローク操作で求めた第1の応答時間と今回のフルストローク操作で計測した第2の応答時間との平均を平均応答時間TRESとして算出するようにする。これにより、2回のフルストローク操作で、平均応答時間TRESを求めることができることになる。
例えば、第2の方式として、第2の弁開度位置を記憶した後、駆動信号を最小信号に設定し、調節弁の弁開度が第2の弁開度位置から第1の弁開度位置に達するまでの弁開度位置を経過時間と共に時系列位置情報として記憶し、この記憶した時系列位置情報に基づいて調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置までの間に定められる2点の所定弁開度位置間を通過する時間を第2の応答時間として求め、最初のフルストローク操作で求めた第1の応答時間と今回のフルストローク操作で求めた第2の応答時間との平均を平均応答時間TRESとして算出するようにする。これにより、2回のフルストローク操作で、平均応答時間TRESを求めることができることになる。
本発明によれば、入力電気信号を空気圧に変換する際の駆動信号を最小信号および最大信号の何れか一方に設定し、その後調節弁が整定したときの弁開度位置を第1の弁開度位置として記憶し、第1の弁開度位置が記憶した後、駆動信号を最小信号および最大信号の何れか他方に設定し、その後調節弁が整定したときの弁開度位置を第2の弁開度位置として記憶すると共に、調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置に達するまでの弁開度位置を経過時間と共に時系列位置情報として記憶し、この記憶した時系列位置情報に基づいて調節弁の弁開度が第1の弁開度位置から第2の弁開度位置までの間に定められる2点の所定弁開度位置間を通過する時間を第1の応答時間として求めるようにしたので、最初のフルストローク操作を有効活用して第1の応答時間を求めるようにして、平均応答時間TRESが求められるまでの時間を短縮し、オートセットアップに要する時間をより短くすることが可能となる。
本発明に係るポジショナを用いた調節弁制御システムのシステム構成図である。 この調節弁制御システムにおけるポジショナの角度センサと調節弁(バルブ)との配置関係を示す図である。 この調節弁制御システムにおけるポジショナのデータ処理制御部に設けた特有の機能の第1例(実施の形態1)を説明するためのフローチャートである。 図3に示したフローチャートに従うバルブの弁開度位置の変化を示す動作図である。 この調節弁制御システムにおけるポジショナのデータ処理制御部に設けた特有の機能の第2例(実施の形態1)を説明するためのフローチャートである。 図5に示したフローチャートに従うバルブの弁開度位置の変化を示す動作図である。 実施の形態1の手順(1)で駆動信号IMをIMMAXとした場合の図4に対応する図である。 実施の形態2の手順(1)で駆動信号IMをIMMAXとした場合の図6に対応する図である。 従来の平均応答時間TRESを求める手順を示すフローチャートである。 図9に示したフローチャートに従うバルブの弁開度位置の変化を示す動作図である。 従来の手順(1)で駆動信号IMをIMMAXとした場合の図10に対応する図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るポジショナを用いた調節弁制御システムのシステム構成図である。
図1において、1はコントローラ、2は調節弁(バルブ)、3はバルブ2の弁開度を制御する本発明に係るポジショナ、L1,L2はコントローラ1とポジショナ3との間を接続する通信線である。この通信線L1,L2を介してコントローラ1よりポジショナ3へ4〜20mAの入力電流Iが設定値データとして与えられる。
ポジショナ3は、通信ライン駆動部3Aと、データ処理制御部3Bと、電空変換部3Cと、角度センサ(VTD)3Dとを備えている。通信ライン駆動部3Aはコントローラ1との間でデータの通信を行うインターフェイス3A1を有している。
データ処理制御部3Bは、CPU3B1とメモリ3B2とを有し、コントローラ1からの通信ライン駆動部3Aを介する設定値データを受けてこれを処理し、コントローラ1からの入力電流I=4mAに対して電空変換部3Cへの駆動信号(制御出力)IMをIMMIN(最小)とし、入力電流I=20mAに対して電空変換部3Cへの駆動信号IMをIMMAX(最大)とし、電空変換部3Cを通して電空変換信号(空気圧)をバルブ2へ供給する。バルブ2は、ポジショナ2からの電空変換信号を受ける操作器2Aを備えており、この操作器2Aを介して弁2Cの開度が制御される。
角度センサ3Dは、弁2Cの開度をフィードバックレバー4(図2参照)の回転角度位置(レバー角位置)として検出するセンサで、その検出したレバー角位置をデータ処理制御部3Bへ送る。データ処理制御部3Bは、角度センサ3Dからのレバー角位置に基づき、弁2Cの開度をフィードバック制御する。また、データ処理制御部3Bは、このレバー角位置に基づいて弁2Cの開度に応じた電気信号出力を通信ライン駆動部3Aから通信線L1,L2を介してコントローラ1へ送信することもできる。
図2はポジショナ3の角度センサ3Dとバルブ2との配置関係を示す図である。バルブ2は操作器2Aと弁軸2Bと弁2Cとを備えている。操作器2Aは、ダイアフラムを有してなり、電空変換部3Cからの導入空気圧に応じ弁軸2Bを上下動させて、弁2Cの開度を調整する。
この弁軸2Bのリフト位置、すなわち弁2Cの開度を検出するべく、角度センサ3Dと弁軸2Bとの間にフィードバックレバー4が連結されている。フィードバックレバー4は、弁軸2Bのリフト位置に応じて角度センサ3Dの中心Oを軸心として、回動する。このフィードバックレバー4の回転角度位置(レバー角度位置)から弁2Cの開度を知ることができる。
〔実施の形態1〕
次に、データ処理制御部3Bに設けた本実施の形態特有の機能の第1例(実施の形態1)について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。
データ処理制御部3BのCPU3B1は、オートセットアップ中、制御パラメータのチューニングを行う。この制御パラメータのチューニングに際し、CPU3B1は、次のようにしてバルブ2の10%位置〜90%位置間の平均応答時間TRESを求める。
(1)CPU3B1は、駆動信号IMをIMMIN(最小)とする(ステップS201)。これにより、図4に示すように、バルブ2が全閉位置(0%位置)に向かって動く。なお、駆動信号IMをIMMINとした場合、バルブ2が全開位置(100%位置)に向かって動くタイプのものもあるが、ここでは全閉位置(0%位置)に向かって動くものとして説明する。
(2)CPU3B1は、その後、バルブ2の動きが止まり、整定したことを検出したら(ステップS202のYES)、そのときの弁開度位置Aをメモリ3B2に記憶させる(ステップS203)。
(3)次に、CPU3B1は、駆動信号IMをIMMAX(最大)とする(ステップS204)。これにより、バルブ2は、全開位置に向かって動く(全開動作)。
(4)また、CPU3B1は、駆動信号IMをIMMAXとした直後から、バルブ2の弁開度位置Pを経過時間tと共に時系列位置情報J1としてメモリ3B2に記憶させる(ステップS205)。
(5)その後、CPU3B1は、バルブ2の動きが止まり、整定したことを検出したら(ステップS206のYES)、そのときの弁開度位置Bをメモリ3B2に記憶させる(ステップS207)。
(6)また、CPU3B1は、メモリM3B2に記憶されている時系列位置情報J1に基づいて、すなわちバルブ2の弁開度が弁開度位置Aから弁開度位置Bに達するまでの経過時間と対として記憶されている弁開度位置に基づいて、バルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の10%位置から90%位置に達するまでの時間を第1の応答時間Tupとして求め、メモリ3B2に記憶させる(ステップS208)。
(7)次に、CPU3B1は、駆動信号IMをIMMINにする(ステップS209)。これにより、バルブは弁開度位置Bから弁開度位置Aへと動く(全閉動作)。
(8)この間、CPU3B1は、弁開度位置の監視と時間計測を行い、バルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の90%位置から10%位置に達するまでの時間を第2の応答時間Tdownとして計測し、メモリ3B2に記憶させる(ステップS210)。
(9)そして、CPU3B1は、ステップS208で求めた第1の応答時間TupとステップS210で計測した第2の応答時間Tdownとの平均として、バルブ2の10%位置〜90%位置間の平均応答時間TRES(TRES=(Tdown+Tup)/2)を求める(ステップS211)。
〔実施の形態2〕
次に、データ処理制御部3Bに設けた本実施の形態特有の機能の第2例(実施の形態2)について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。
データ処理制御部3BのCPU3B1は、オートセットアップ中の制御パラメータのチューニングに際し、次のようにしてバルブ2の10%位置〜90%位置間の平均応答時間TRESを求める。
(1)CPU3B1は、駆動信号IMをIMMIN(最小)とする(ステップS301)。これにより、図6に示すように、バルブ2が全閉位置(0%位置)に向かって動く。なお、駆動信号IMをIMMINとした場合、バルブ2が全開位置(100%位置)に向かって動くタイプのものもあるが、ここでは全閉位置(0%位置)に向かって動くものとして説明する。
(2)CPU3B1は、その後、バルブ2の動きが止まり、整定したことを検出したら(ステップS302のYES)、そのときの弁開度位置Aをメモリ3B2に記憶させる(ステップS303)。
(3)次に、CPU3B1は、駆動信号IMをIMMAX(最大)とする(ステップS304)。これにより、バルブ2は、全開位置に向かって動く(全開動作)。
(4)また、CPU3B1は、駆動信号IMをIMMAXとした直後から、バルブ2の弁開度位置Pを経過時間tと共に時系列位置情報J1としてメモリ3B2に記憶させる(ステップS305)。
(5)その後、CPU3B1は、バルブ2の動きが止まり、整定したことを検出したら(ステップS306のYES)、そのときの弁開度位置BをメモリM3B2に記憶させる(ステップS307)。
(6)また、CPU3B1は、メモリM3B2に記憶されている時系列位置情報J1に基づいて、すなわちバルブ2の弁開度が弁開度位置Aから弁開度位置Bに達するまでの経過時間と対として記憶されている弁開度位置に基づいて、バルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の10%位置から90%位置に達するまでの時間を第1の応答時間Tupとして求め、メモリ3B2に記憶させる(ステップS308)。
(7)次に、CPU3B1は、駆動信号IMをIMMINにする(ステップS309)。これにより、バルブは弁開度位置Bから弁開度位置Aへと動く(全閉動作)。
(8)また、CPU3B1は、駆動信号IMをIMMINとした直後から、バルブ2の弁開度位置Pを経過時間tと共に時系列位置情報J2としてメモリ3B2に記憶させる(ステップS310)。
(9)その後、CPU3B1は、バルブ2の動きが止まり、整定したことを検出したら(ステップS311のYES)、メモリM3B2に記憶されている時系列位置情報J2に基づいて、すなわちバルブ2の弁開度が弁開度位置Bから弁開度位置Aに達するまでの経過時間と対として記憶されている弁開度位置に基づいて、バルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の90%位置から10%位置に達するまでの時間を第2の応答時間Tdownとして求め、メモリ3B2に記憶させる(ステップS312)。
(10)そして、CPU3B1は、ステップS308で求めた第1の応答時間TupとステップS312で求めた第2の応答時間Tdownとの平均として、バルブ2の10%位置〜90%位置間の平均応答時間TRES(TRES=(Tup+Tdown)/2)を求める(ステップS313)。
CPU3B1は、このようにして平均応答時間TRESを求め、この求め平均応答時間TRESから操作器2Aのサイズを決定し、この決定した操作器2Aのサイズと操作器2Aのヒステリシスレベルとから制御パラメータを決定する。
以上の説明から分かるように、上述した実施の形態1,2共に、最初のフルストローク操作を有効活用して第1の応答時間Tupを求めるようにしているので、2回のフルストローク操作で平均応答時間TRESが求められる。これにより、平均応答時間TRESを求めるまでの時間が短縮され、オートセットアップに要する時間をより短くすることができる。
なお、実施の形態1では、第1の応答時間Tupを求めるために、実施の形態2では、第1の応答時間Tupおよび第2の応答時間Tdownを求めるために、大量のデータを比較する処理が必要ではあるが、フルストローク操作にかかる時間に比べると無視できるほど小さい。
また、上述した実施の形態1,2共に、手順(1)で駆動信号IMをIMMINとした場合について説明したが、手順(1)で駆動信号IMをIMMAXとするようにしてもよい。実施の形態1の手順(1)で駆動信号IMをIMMAXとした場合の図4に対応する図を図7に、実施の形態2の手順(1)で駆動信号IMをIMMAXとした場合の図6に対応する図を図8に示す。
また、上述した実施の形態1,2では、第1の応答時間Tupをバルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の10%位置から90%位置に達するまでの時間として、第2の応答時間Tdownをバルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の90%位置から10%位置に達するまでの時間として求めるようにしたが、必ずしも10%位置と90%位置との間に限られるものではない。
例えば、第1の応答時間Tupをバルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の0%位置から90%位置に達するまでの時間として求め、第2の応答時間Tdownをバルブ2の弁開度が弁開度位置AとBとの間の100%位置から10%位置に達するまでの時間として求め、その平均を平均応答時間TRESとして求めるようにするなどとしてもよい。
また、上述した実施の形態1,2では、駆動信号IMをIMMINとした場合、バルブ2が全閉位置(0%位置)に向かって動くものとして説明したが、全開位置(100%位置)に向かって動く場合にも同様にして適用することができることは言うまでもない。
また、上述した実施の形態1,2では、第1の応答時間Tupと第2の応答時間Tdownとの平均応答時間TRESを求めるようにしたが、操作器2Aとして弁開度が大きくなる方向と小さくなる方向でスピードの差がないものを用いるような場合には、第1の応答時間Tupだけを求め、この第1の応答時間Tupを平均応答時間TRESとするようにしてもよい。この場合、1回のフルストローク操作で平均応答時間TRESを求めることができ、さらにオートセットアップに要する時間を短縮することができる。
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
1…コントローラ、2…調節弁(バルブ)、2A…操作器、2B…弁軸、2C…弁、3…ポジショナ、3A…通信ライン駆動部、3B…データ処理制御部、3B1…CPU、3B2…メモリ、3C…電空変換部、3D…角度センサ、L1,L2…通信線、4…フィードバックレバー。

Claims (3)

  1. 入力電気信号を空気圧に変換する電空変換部を有し、その変換した空気圧を調節弁の操作器へ与え、この操作器を介して前記調節弁の弁開度を制御するポジショナにおいて、
    入力電気信号を空気圧に変換する際の駆動信号を最小信号および最大信号の何れか一方に設定し、その後前記調節弁が整定したときの弁開度位置を第1の弁開度位置として記憶する第1の弁開度位置記憶手段と、
    前記第1の弁開度位置が記憶された後、前記駆動信号を最小信号および最大信号の何れか他方に設定し、その後前記調節弁が整定したときの弁開度位置を第2の弁開度位置として記憶すると共に、前記調節弁の弁開度が前記第1の弁開度位置から前記第2の弁開度位置に達するまでの弁開度位置を経過時間と共に時系列位置情報として記憶する第1の時系列位置情報記憶手段と、
    前記第1の時系列位置情報記憶手段によって記憶された時系列位置情報に基づいて前記調節弁の弁開度が前記第1の弁開度位置から前記第2の弁開度位置までの間に定められる2点の所定弁開度位置間を通過する時間を第1の応答時間として求める第1応答時間算出手段と
    を備えることを特徴とするポジショナ。
  2. 請求項1に記載されたポジショナにおいて、
    前記第2の弁開度位置が記憶された後、前記駆動信号を最小信号および最大信号の何れか一方に設定し、その後前記調節弁の弁開度が前記第1の弁開度位置から前記第2の弁開度位置までの間の前記第1の弁開度位置側に定められる所定弁開度位置に達するまでの時間を第2の応答時間として計測する第2応答時間計測手段と、
    前記第1応答時間算出手段によって求められた第1の応答時間と前記第2応答時間計測手段によって計測された第2の応答時間との平均を平均応答時間として算出する平均応答時間算出手段と
    を備えることを特徴とするポジショナ。
  3. 請求項1に記載されたポジショナにおいて、
    前記第2の弁開度位置が記憶された後、前記駆動信号を最小信号および最大信号の何れか一方に設定し、前記調節弁の弁開度が前記第2の弁開度位置から前記第1の弁開度位置に達するまでの弁開度位置を経過時間と共に時系列位置情報として記憶する第2の時系列位置情報記憶手段と、
    前記第2の時系列位置情報記憶手段によって記憶された時系列位置情報に基づいて前記調節弁の弁開度が前記第1の弁開度位置から前記第2の弁開度位置までの間に定められる2点の所定弁開度位置間を通過する時間を第2の応答時間として求める第2応答時間算出手段と、
    前記第1応答時間算出手段によって求められた第1の応答時間と前記第2応答時間算出手段によって求められた第2の応答時間との平均を平均応答時間として算出する平均応答時間算出手段と
    を備えることを特徴とするポジショナ。
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