JP6225817B2 - バルブ遠隔操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ遠隔操作装置に関し、既設バルブの遠隔操作に有効な装置に関するものである。

たとえば工場プラントで使用されているタンク元弁は、地震や津波などの災害発生時には、プラント設備の安全維持や、タンク貯蔵危険物の流出を防止するために、迅速に閉じる必要がある。そして、プラント設備の安全が確認できて運転を再開する場合には、タンク元弁を開けることになる。

ところで、タンク元弁として手動バルブが設けられている場合には、作業者が設置現場に出向いて、手動操作で開閉しなければならない。このため、プラントの規模や構成によっては、タンク元弁の手動操作が現実的ではなくなる場合もある。

そこで、たとえば図２に示すように、既設の手動バルブ１０に空気圧を駆動源とする空気モータを用いた自動開閉器２０を付加することにより、遠隔操作監視を実現することが実用化されている。

図２において、自動開閉器２０は、空気圧を駆動源とする空気モータ２１と、空気モータ２１を駆動する空気圧の供給回路を切り換えることにより回転方向を切り換える制御切換弁２２とで構成されている。空気モータ２１の出力軸２１ａは、手動バルブ１０の手動操作部１１に機械的に連結されている。

自動開閉器２０には、空気源３０と、自動開閉器２０の操作システム４０を構成する操作パネル４１が接続されている。空気源３０は、これら自動開閉器２０および操作パネル４１に、駆動用空気圧および制御用空気圧を供給する。

さらに、自動開閉器２０には、手動バルブ１０が開側リミット位置に達したら切り換える開側リミットスイッチや、閉側リミット位置に達したら切り換える閉側リミットスイッチ、開側リミットスイッチからの空気圧により空気モータへの回路を切り換える開側切換弁、閉側リミットスイッチからの空気圧により空気モータへの回路を切り換える閉側切換弁などが設けられているが、図示しない。

操作システム４０は、操作パネル４１と、計器室４２と、これら操作パネル４１と計器室４２を接続する制御信号線４３などで構成されている。

操作パネル４１には、計器室４２から入力される電磁弁開信号または電磁弁閉信号により自動開閉器２０の制御切換弁２２を切り換えて空気モータ２１に供給する空気圧の開閉操作を行う電磁弁、レバー操作により手動バルブ１０の設置現場での操作と計器室５３ａからの遠隔操作とを切り換える操作切換バルブ、レバー操作により空気回路を切り換えて空気モータに供給する空気圧の開閉操作を行う開閉操作バルブ、自動開閉器２０の開側切換弁に制御用空気圧を出力する開側シャトルバルブ、自動開閉器２０の閉側切換弁に制御用空気圧を出力する閉側シャトルバルブ、開側リミットスイッチの動作状態を表示する開表示エアーランプ、閉側リミットスイッチの動作状態を表示する閉表示エアーランプなどが設けられているが、図示しない。

このような構成において、操作パネル４１に設けられている操作切換バルブが計器室４２からの遠隔操作に切り換えられて、計器室４２から操作パネル４１に入力される電磁弁開信号がＯＮになって操作パネル４１に設けられている電磁弁が開側に動作すると、空気源３０から操作パネル４１に入力される駆動制御用空気圧が開側シャトルバルブおよび開側切換弁を経由して制御切換弁２２の開側に到達する。この結果、制御切換弁２２が開側に切り換えられて空気源３０から自動開閉器２０に入力される駆動制御用空気圧が空気モータ２１の開側に供給され、空気モータ２１は開側に回り出す。

空気モータ２１が開側リミット位置に達して開側リミットスイッチが切り替わると、リミット制御用空気圧が開側切換弁に伝わって開側切換弁が閉側に切り換わり、駆動制御用空気圧が空気モータ２１に達しなくなる。その後、適当なタイミングで計器室４２から操作パネル４１に入力される電磁弁開信号がＯＦＦになると、電磁弁は開側から中央位置に戻る。

空気モータ２１を閉側に操作する場合には、計器室４２から操作パネル４１に入力される電磁弁閉信号をＯＮにする。これにより、閉側の回路が動作し、空気モータ２１が閉側に回り出し、閉側リミットスイッチが切り替わって動作が停止する。

ところが、図２に示す従来のバルブ遠隔操作装置では、自動開閉器２０の操作システム４０として、計器室４２からタンク元弁１０の近傍に設けられている操作パネル４１まで制御信号線４３を敷設しなければならず、操作対象となるタンク元弁１０の数が多くなるとそれら制御信号線もタンク元弁１０の数に応じて増加することから、制御信号線が輻輳するとともに、制御信号線の維持管理工数も増大することになる。

また、何らかの原因で空気源３０から出力される空気圧が所定の設定圧力よりも下がってしまうと、所定の空気圧で動作するように設定されている機器が動作しなくなるという問題もある。

そこで、出願人は、これらの問題を解決するものとして、特許文献３に記載されているように、手動バルブに付加される自動開閉器を構成する空気モータを無線信号で駆動制御するとともに、空気源３０から出力される空気圧を監視する監視手段を設けたバルブ遠隔操作装置を出願している。

図３は特許文献３に記載されているバルブ遠隔操作装置の具体例を示す構成図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。

図３において、既設の手動バルブ１０に付加されている自動開閉器２０は、無線操作システム５０により遠隔操作駆動される。無線操作システム５０は、手動バルブ１０および自動開閉器２０の設置現場から離れた場所で操作される接点情報端末部５１と、手動バルブ１０および自動開閉器２０の設置現場周辺に設けられる接点情報操作部５２および操作弁５３とで構成されている。

自動開閉器２０には、空気モータ２１の全開、全閉を検出するリミットスイッチが設けられているが、図示しない。自動開閉器２０には、リミットスイッチから出力されるリミット制御用空気圧を検出するリミット検出スイッチ５４が外付けされている。

接点情報端末部５１は、無線送受信部５１ａと、接点情報入力部５１ｂと、接点情報読込部５２ｆに読み込まれた接点情報を解析する接点情報解析部５１ｃを含むものであり、接点情報操作部５２との間で無線通信を介して操作信号の授受を行う。なお、接点情報端末部５１を駆動する電源部は図示しない。

接点情報操作部５２は、無線送受信部５２ａと、接点情報出力部５２ｂと、接点情報変換部５２ｃと、電源部５２ｄと、信号遷移検出部５２ｅと、接点情報読込部５２ｆと、圧力情報読込部５２ｇを含むものであって、接点情報端末部５１との間で無線を介して授受される操作信号に基づき、操作弁５３を開閉駆動する。

操作弁５３は、ダブルラッチ形の開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂで構成されている。空気源３０から入力される駆動制御用空気圧は、開側電磁弁５３ａを介して制御切換弁２２の開側に供給されるとともに、閉側電磁弁５３ｂを介して制御切換弁２２の閉側に供給される。

開側リミット検出スイッチ５４ａは開側リミットスイッチから出力されるリミット制御用空気圧を検出することにより接点信号に変換し、閉側リミット検出スイッチ５４ｂは閉側リミットスイッチから出力されるリミット制御用空気圧を検出することにより接点信号に変換する。

これら開側リミット検出スイッチ５４ａおよび閉側リミット検出スイッチ５４ｂから変換出力される接点信号は接点情報読込部５２ｆで接点情報操作部５２に読み込まれ、無線送受信部５２ａおよび接点情報端末部５１の無線送受信部５１ａを介して接点情報解析部５１ｃに伝送される。

圧力スイッチ５５は空気源３０から出力される空気圧を監視する監視手段として用いられるものであり、空気源３０の空気圧を測定してその測定値を圧力情報読込部５２ｇに入力する。圧力情報読込部５２ｇは、圧力スイッチ５５の圧力測定値が予め設定した設定値から逸脱した場合、警報を出力する。

これにより、たとえば何らかの原因により空気源３０の空気圧が下がった場合に、適切に対処することができる。

このような構成において、空気モータ２１を開側に動かしたい場合は、接点情報端末部５１の接点情報入力部５１ｂから接点情報操作部５２に、接点情報出力部５２ｂから開側電磁弁５３ａに入力される開側電磁弁駆動信号をＯＮにする接点情報を、無線送受信部５１ａおよび無線送受信部５２ａを介して伝送する。

手動バルブ１０および自動開閉器２０の設置現場周辺に設けられている接点情報操作部５２は、無線送受信部５２ａで無線情報を受信すると、接点情報出力部５２ｂが無線情報内における開接点情報のＯＮを認識し、出力する開接点情報をＯＮに遷移させる。

接点情報変換部５２ｃは、開接点情報を開側電磁弁５３ａが駆動可能な電圧電流（たとえば直流２４Ｖ／０．３３Ａ）よりなる開側電磁弁駆動信号に変換する。

開側電磁弁駆動信号のＯＮにより開側電磁弁５３ａが駆動されると、空気源３０から入力される駆動制御用空気圧が空気モータ２１の開側に供給されて空気モータ２１が開方向に回り、手動操作部１１が空気モータ２１の出力軸２１ａと機械的に連結されている手動バルブ１０が開側に開いていく。

なお、手動バルブ１０が開き切るまでの時間を予め把握しておき、その時間が経過後、接点情報端末部５１の接点情報入力部５１ｂから開側電磁弁駆動信号をＯＦＦにするように制御信号を伝送する。これにより、開接点情報はＯＦＦになって開側電磁弁駆動信号もＯＦＦになり、空気モータ２１の回転が停止して手動バルブ１０は開状態で止まることになる。

閉側についても、同様の手順で閉接点情報および閉側電磁弁駆動信号を変化させることにより空気モータ２１を閉側に駆動し、手動バルブ１０を閉状態にする。

特許文献１には、弁の開閉制御を無線信号で行う技術が開示されている。
特許文献２には、通信衛星を用いて、山間僻地などに敷設されているバルブアクチュエータを遠隔制御する技術が開示されている。
特許文献３には、手動バルブに付加される自動開閉器を構成する空気モータを無線信号で駆動制御できるバルブ遠隔操作装置の技術が開示されている。

特開平３−１４９８３号公報 特開昭６４−４６０７８号公報 特開２０１４−１８４６号公報

図４は、図３の構成部品の一部を実際の部品レベルで示した構成図である。図４において、制御切換弁２２としてはたとえば５ポート３位置パイロット式のものを用い、開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂとしてはたとえばソレノイドコイルの励磁により弁を駆動する５ポートダブルラッチのものを用いる。

バルブ自動開閉器２０は、クラッチ付の空気モータ２１、空気モータ２１の開側に接続されたインラインフィルタ２３、空気モータ２１の閉側に接続されたインラインフィルタ２４、インラインフィルタ２３、２４に接続された制御切換弁２２、制御切換弁２２のポートで発生する空気音を減衰させるために制御切換弁２２の所定のポートに取り付けられた消音器２５、２６などで構成されている。

制御切換弁２２の中央に設けられているポートは、空気配管ＰＰ１を介して空気源３０に接続されている。左端のポートは空気配管ＰＰ２を介して開側電磁弁５３ａのポートに接続され、制御切換弁２２の右端のポートは空気配管ＰＰ３を介して閉側電磁弁５３ｂのポートに接続されている。

開側電磁弁５３ａは空気配管ＰＰ１、ＰＰ４と分岐器ＡＳを介して空気源３０に接続され、閉側電磁弁５３ｂは空気配管ＰＰ１、ＰＰ５と分岐器ＡＳを介して空気源３０に接続されている。

開側リミット検出スイッチ５４ａは空気モータ２１の閉側近傍に設けられ、閉側リミット検出スイッチ５４ｂは空気モータ２１の開側近傍に設けられている。

圧力センサとして用いられる圧力スイッチ５５は空気配管ＰＰ１、ＰＰ６を介して空気源３０に接続されている。

信号遷移検出部５２ｅは、開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂの接点情報がＯＮからＯＦＦまたはＯＦＦからＯＮに遷移する状態を検出し、遷移点から任意の所定時間（たとえば０．５秒）、開側電磁弁駆動信号または閉側電磁弁駆動信号をＯＮにする。これにより、接点情報操作部５２の電源部５２ｄとして電池を用いる場合に、電池の寿命を大幅に延ばすことができる。

しかし、図４の構成における圧力センサとして用いられる圧力スイッチ５５の動作状態に着目すると、空気源３０が正常である間は、圧力スイッチ５５は常に変化しない所定の状態となる。

圧力スイッチ５５は可動部分を持つ電気部品であることから、可動部分が長期間にわたって変化せずに一定の状態に固定されるような使用方法は、可動部分の固着などの故障原因になることがあり、望ましいことではない。

一般に、可動部分を有する部品は、可動部分の故障を防ぐために、たとえば１ヵ月に一度などの頻度で可動部分の状態を変化させることが有用であるといわれている。

本発明は、このような問題点を解決するものであり、その目的は、空気源から出力される空気圧を監視する監視手段として用いられる圧力スイッチに入力される空気信号の圧力を適宜変化させることができるバルブ遠隔操作装置を実現することにある。

このような目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
既設の手動バルブの手動操作部に空気圧を駆動源とする空気モータの出力軸が機械的に連結され、前記空気モータを回転駆動する空気圧が接点情報端末部と接点情報操作部との間で無線を介して授受される操作信号により操作される操作弁を介して供給されるバルブ遠隔操作装置において、
前記操作弁を介して前記空気モータに供給される空気圧を監視する圧力センサを設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のバルブ遠隔操作装置において、
前記接点情報操作部は、前記接点情報端末部から伝送される接点情報を前記操作弁が駆動可能な電気信号に増幅する手段を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のバルブ遠隔操作装置において、
前記操作弁は、ダブルラッチ形であることを特徴とする。

本発明のバルブ遠隔操作装置によれば、圧力センサとして用いる圧力スイッチ５５に入力される圧力を必要に応じて適宜変化させて、圧力スイッチ５５の可動部分を移動させることができる。

本発明に係るバルブ遠隔操作装置の一実施例の構成図である。 従来のバルブ遠隔操作装置の構成例図である。 従来のバルブ遠隔操作装置の構成例図である。 図３の構成部品の一部を実際の部品レベルで示した構成図である。

図１は本発明に係るバルブ遠隔操作装置の一実施例を示す構成図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、圧力センサとして用いる圧力スイッチ５５の入力ポートは空気配管ＰＰ６を介して開側電磁弁５３ａの出力ポートに接続され、出力ポートは圧力情報読込部５２ｇに接続されている。

空気モータ２１を動作させない状態では、空気源３０の圧力が開側電磁弁５３ａを介して圧力スイッチ５５に入力される。これにより、圧力スイッチ５５の出力信号に基づいて空気源３０の出力圧力が規定値以上か否かを判別できる。

空気モータ２１を開側に動作させる場合には、開側電磁弁５３ａの右端に設けられているソレノイドｂに開側ＯＮ信号を印加する。これにより、開側電磁弁５３ａが切り替わってＰポートとＢポートが接続され、空気回路切換弁２２に開側の空気圧が印加される。このとき、開側電磁弁５３ａのＡポートは大気圧と同じになり、圧力スイッチ５５にも大気圧が印加されて圧力スイッチ５５の状態が遷移することになる。

空気モータ２１が開側に回り始めて全開状態に達すると、開側リミット検出スイッチ５４ａの状態が遷移する。接点情報読込部５２ｆが開側リミット検出スイッチ５４ａの状態変化を検出すると、開側電磁弁５３ａの左端に設けられているソレノイドａに開側ＯＦＦ信号を印加する。これにより、開側電磁弁５３ａが切り替わってＰポートとＡポートが接続され、空気回路切換弁２２に印加されていた開側の空気圧がなくなり、圧力スイッチ５５には再び空気源３０の出力圧力が印加される。

これに対し、空気モータ２１を閉側に動作させる場合には、閉側電磁弁５３bの右端に設けられているソレノイドｂに閉側ＯＮ信号を印加する。これにより、閉側電磁弁５３ｂが切り替わってＰポートとＢポートが接続され、空気回路切換弁２２に閉側の空気圧が印加される。

空気モータ２１が閉側に回り始めて全閉状態に達すると、閉側リミット検出スイッチ５４ｂの状態が遷移する。接点情報読込部５２ｆが閉側リミット検出スイッチ５４ｂの状態変化を検出すると、閉側電磁弁５３ｂの左端に設けられているソレノイドａに閉側ＯＦＦ信号を印加する。これにより、閉側電磁弁５３ｂが切り替わってＰポートとＡポートが接続され、空気回路切換弁２２に印加されていた閉側の空気圧がなくなる。

このように、空気源３０の圧力が入力される切換弁の出力系統に圧力スイッチ５５を設けることにより、上位システムからたとえば１ヵ月に一度などの頻度で圧力スイッチ５５の動作状態を変化させることができ、圧力スイッチ５５の可動部分の故障を防ぐことができる。

そして、圧力スイッチ５５の動作前後の状態を読み取り比較照合することで、圧力スイッチ５５の動作の健全性を確認できる。

なお、上記実施例では、圧力スイッチ５５を開側電磁弁５３ａの出力ポートに接続する例を示したが、閉側電磁弁５３ｂの出力ポートに接続してもよい。

また、上記実施例では、操作弁５３としてダブルラッチ形の開側電磁弁５３ａおよび閉側電磁弁５３ｂを用いる例を示したが、直動形であってもよい。

以上説明したように、本発明のバルブ遠隔操作装置によれば、空気源３０から出力される空気圧を監視する監視手段として用いられる圧力スイッチに入力される空気信号の圧力を適宜変化させることができ、圧力スイッチに設けられている可動部分の故障を防ぐことができる。

１０ 手動バルブ（タンク元弁）
２０ 自動開閉器
３０ 空気源
５０ 無線操作システム
５１ 接点情報端末部
５１ａ 無線送受信部
５１ｂ 接点情報入力部
５２ 接点情報操作部
５２ａ 無線送受信部
５２ｂ 接点情報出力部
５２ｃ 接点情報変換部
５２ｄ 電源部
５２ｅ 信号遷移検出部
５２ｆ 接点情報読込部
５２ｇ 力情報読込部
５３ 操作弁
５３ａ 開側電磁弁
５３ｂ 閉側電磁弁
５４ リミット検出スイッチ
５４ａ 開側リミット検出スイッチ
５４ｂ 閉側リミット検出スイッチ
５５ 圧力スイッチ

Claims (3)

1. 既設の手動バルブの手動操作部に空気圧を駆動源とする空気モータの出力軸が機械的に連結され、前記空気モータを回転駆動する空気圧が接点情報端末部と接点情報操作部との間で無線を介して授受される操作信号により操作される操作弁を介して供給されるバルブ遠隔操作装置において、
   前記操作弁を介して前記空気モータに供給される空気圧を監視する圧力センサを設けたことを特徴とするバルブ遠隔操作装置。
2. 前記接点情報操作部は、前記接点情報端末部から伝送される接点情報を前記操作弁が駆動可能な電気信号に増幅する手段を有することを特徴とする請求項１記載のバルブ遠隔操作装置。
3. 前記操作弁は、ダブルラッチ形であることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ遠隔操作装置。

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