JP6260634B2

JP6260634B2 - バルブ開閉システム、バルブ制御装置

Info

Publication number: JP6260634B2
Application number: JP2016048083A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　等; 等斎藤; 規治舟木; 優中島
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: WO2017154395A1; CN108779874B; US20190136998A1; US10641411B2; EP3428495A4; JP2017161039A; EP3428495A1; CN108779874A; EP3428495B1

Description

本発明は、中央制御側からの強制閉操作可能で現場への電気配線敷設工事が不要なバルブ開閉システム、バルブ制御装置に関する。

既設の手動バルブに対して、後付けすることで手動バルブを遠隔操作するバルブ自動開閉器が実用化されている。図６は、空気源３２０から供給されるエアーを駆動源とし、外部から入力される開空気圧信号および閉空気圧信号により手動バルブ３３０の開閉動作を行なうエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０の構成を示すブロック図である。

エアー駆動型バルブ自動開閉器３１０は、手動バルブ３３０に連結され開閉を行なうエアーモータ３１１、エアーモータ３１１への空気経路を開側／閉側／止のいずれかに切り替えるエアーバルブ制御切替弁３１２、開空気圧信号に基づいてエアーバルブ制御切替弁３１２を開側に切り替える開側切替弁３１３、閉空気圧信号に基づいてエアーバルブ制御切替弁３１２を閉側に切り替える閉側切替弁３１４、手動バルブ３３０の開側リミットを検出して、開側切替弁３１３を閉じる開側リミットスイッチ３１５、手動バルブ３３０の閉側リミットを検出して、閉側切替弁３１４を閉じる閉側リミットスイッチ３１６を備えている。開閉状態を示すエラーランプや手動バルブ３３０の開閉状態がリミットに達したことを外部に出力する空気端子等を備えるようにしてもよい。

図７は、エアー駆動型バルブ自動開閉器３１０を利用した従来のバルブ開閉システム３００の構成を示すブロック図である。バルブ開閉システム３００は、現場／中央切換用手動バルブ３２１を備えており、手動バルブ３３０の開閉操作を現場で行なうか中央制御室３４０で行なうかを現場にて手動で切り替えることができるようになっている。

手動バルブ３３０の開閉操作を現場で行なう場合には、開閉操作用手動バルブ３２２を手動操作することにより手動バルブ３３０の開閉動作を行なわせることができる。具体的には、開閉操作用手動バルブ３２２が開側に切り替えられると、開側シャトルバルブ３２３を介して、開空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力し、開閉操作用手動バルブ３２２が閉側に切り替えられると、閉側シャトルバルブ３２４を介して、閉空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力する。

現場／中央切換用手動バルブ３２１が中央側に切り替えられると、開閉切換電気的駆動弁３２６にエアーが供給されるとともに、空電変換器３２５を介して出力される中央選択電気信号により中央制御室３４０に伝えられる。

この状態で、中央制御室３４０が電気的駆動弁開電気信号を出力すると、開閉切換電気的駆動弁３２６が開側に切り替えられ、開側シャトルバルブ３２３を介して、開空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力する。また、中央制御室３４０が電気的駆動弁閉電気信号を出力すると、開閉切換電気的駆動弁３２６が閉側に切り替えられ、閉側シャトルバルブ３２４を介して、閉空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力する。

ところで、災害等の緊急事態が発生した際には、安全のため手動バルブ３３０を迅速に閉じる必要がある。このような場合に、現場／中央切換用手動バルブ３２１の切換状態にかかわらず、中央制御室３４０が強制的に閉操作を行なえるように、現場／中央切換用手動バルブ３２１の前段に強制閉操作用電気的駆動弁３２７が設けられ、開閉切換電気的駆動弁３２６の閉側と閉側シャトルバルブ３２４との間に強制閉シャトルバルブ３２８が設けられている。

中央制御室３４０が強制閉電気信号を強制閉操作用電気的駆動弁３２７に出力すると、強制閉シャトルバルブ３２８から閉側シャトルバルブ３２４を通って、閉空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力するため、エアー駆動型バルブ自動開閉器３１０が閉動作を行なうことになる。

特開２０１４−１８４６号公報

上述のように、中央制御室３４０から強制閉操作を行なえるようにするために、強制閉操作用電気的駆動弁３２７を現場に設けている。このため、中央制御室３４０から開閉切換電気的駆動弁３２６および中央制御室３４０から空電変換器３２５までの電気配線に加え、中央制御室３４０から強制閉操作用電気的駆動弁３２７までの電気配線の敷設が必要である。一般に、中央制御室３４０は、現場から遠隔地にあるため、長距離の電気配線敷設工事を行なわなくてはならず、システム構築のコスト上昇を招いていた。

そこで、本発明は、中央制御側からの強制閉操作可能で現場への電気配線敷設工事が不要なバルブ開閉システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様であるバルブ開閉システムは、現場に配置された手動バルブの開閉動作を中央制御側から遠隔操作するバルブ開閉システムであって、前記手動バルブの操作を現場で行なうか中央制御側で行なうかの切り換えを行なう現場／中央切換用手動バルブと、現場で前記手動バルブの開閉操作を行なうための開閉操作用手動バルブと、駆動信号に基づいて、前記手動バルブの開閉動作を行なわせ、閉動作時に前記開閉操作用手動バルブを無効化する開閉切換電気的駆動弁と、開動作または閉動作を指示する開閉操作指示および強制閉動作を指示する強制閉操作指示を含む操作指示を受け付けて無線送信する中央無線伝送器と、前記操作指示を無線受信する受信部と、操作指示に基づく駆動信号を前記開閉切換電気的駆動弁に出力する変換部とを有する現場側バルブ制御装置とを備え、前記現場側バルブ制御装置は、前記現場／中央切換用手動バルブの切換状態を取得し、中央制御側に切り替えられている場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示および強制閉操作指示を前記変換部に伝達し、現場に切り替えられている場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示を遮断し、強制閉操作指示を前記変換部に伝達するインターロック部を有することを特徴とする。
ここで、前記操作指示は、強制開動作を指示する強制開操作指示をさらに含み、前記インターロック部は、前記現場／中央切換用手動バルブの切換状態にかかわらず、強制開操作指示を前記変換部に伝達してもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である現場側バルブ制御装置は、開動作または閉動作を指示する開閉操作指示および強制閉動作を指示する強制閉操作指示を含む操作指示を無線で受信する受信部と、操作指示に基づく駆動信号を電気的駆動弁に出力する変換部と、制御権の有無を示す情報を取得し、制御権がある場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示および強制閉操作指示を前記変換部に伝達し、制御権がない場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示を遮断し、強制閉操作指示を前記変換部に伝達するインターロック部と、を有することを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様であるバルブ制御装置は、開動作または閉動作を指示する開閉操作指示および強制閉動作を指示する強制閉操作指示を含む操作指示を受け付けて無線送信する中央無線伝送器と、上記の現場側バルブ制御装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、中央制御側からの強制閉操作可能で現場への電気配線敷設工事が不要なバルブ開閉システムが提供される。

本実施形態に係るバルブ開閉システムの構成を示すブロック図である。接点情報インターロック部の動作を説明する図である。強制開操作を可能とする変形例を示すブロック図である。ダブルラッチ電気的駆動弁を用いた場合の変形例を示すブロック図である。リミット情報を中央無線伝送器に通知する変形例を示すブロック図である。エアー駆動型バルブ自動開閉器の構成を示すブロック図である。従来のバルブ開閉システムの構成を示すブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るバルブ開閉システム１００の構成を示すブロック図である。操作対象の手動バルブ３３０およびエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０は、従来と同様であり、汎用品を用いることができる。

本図に示すように、バルブ開閉システム１００は、現場／中央切換用手動バルブ１０１、開閉操作用手動バルブ１０２、開側シャトルバルブ１０３、閉側シャトルバルブ１０４、開閉切換電気的駆動弁１０５、空電変換器１０６、切換バルブ１０７、現場無線伝送器１１０、接点信号変換器１２０、中央無線伝送器１５０を備えている。

中央無線伝送器１５０は、中央制御室に備えられ、その他の機器は、現場に備えられている。現場無線伝送器１１０と接点信号変換器１２０とで現場側バルブ制御装置を構成し、現場側バルブ制御装置と中央無線伝送器１５０とでバルブ制御装置を構成する。

切換バルブ１０７は、中央無線伝送器１５０から強制閉操作を行なうときに、現場での開閉操作を不能にするために設けられており、通常時には開状態にある。空気源３２０が出力するエアーは、エアー駆動型バルブ自動開閉器３１０、現場／中央切換用手動バルブ１０１、開閉切換電気的駆動弁１０５に供給される。

現場／中央切換用手動バルブ１０１は、手動バルブ３３０の開閉操作を現場で行なうか中央制御室の中央無線伝送器１５０で行なうかを手動で切り替えるためのバルブである。

手動バルブ３３０の開閉操作を現場で行なう場合には、開閉操作用手動バルブ１０２を手動操作することにより手動バルブ３３０の開閉動作を行なわせることができる。具体的には、開閉操作用手動バルブ１０２が開側に切り替えられると、開側シャトルバルブ１０３を介して、開空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力し、開閉操作用手動バルブ１０２が閉側に切り替えられると、閉側シャトルバルブ１０４を介して、閉空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力する。

ただし、中央無線伝送器１５０で強制閉操作を行なう場合には、切換バルブ１０７により開閉操作用手動バルブ１０２へのエアー供給が止められるため、開閉操作用手動バルブ１０２の操作が無効となり、現場で開閉操作を行なうことはできない。

現場／中央切換用手動バルブ１０１が中央側に切り替えられると、空電変換器１０６が中央選択電気信号を現場無線伝送器１１０に入力する。中央選択電気信号は、中央無線伝送器１５０の制御権の有無を示すことになる。

現場無線伝送器１１０は、入力される中央選択電気信号により、現場／中央切換用手動バルブ１０１の状態を判定する接点情報解析部１１１、中央無線伝送器１５０と無線通信を行なうＲＦ信号送受信部１１２、ソフトウェアで構成された接点情報インターロック部１１３、開閉操作指示に基づいて開信号または閉信号を出力する接点情報出力部１１４、電源部１１５を備えている。

接点信号変換器１２０は、接点情報出力部１１４からの開信号を、開閉切換電気的駆動弁１０５を開側に切り替える開駆動信号に変換する開信号変換部１２１、接点情報出力部１１４からの閉信号を、開閉切換電気的駆動弁１０５を閉側に切り替える閉駆動信号に変換する閉信号変換部１２２、電源部１２３を備えている。

中央無線伝送器１５０は、中央制御室で手動バルブ３３０の遠隔操作を受け付ける装置であり、手動バルブ３３０の開閉操作指示を受け付ける開閉操作部１５１、手動バルブ３３０の強制閉操作指示を受け付ける強制閉操作部１５２、現場無線伝送器１１０との無線通信を行なうＲＦ信号送受信部１５３を備えている。

開閉操作部１５１が受け付けた開閉操作指示、強制閉操作部１５２が受け付けた強制閉操作指示は、無線通信により現場無線伝送器１１０の接点情報インターロック部１１３に伝えられる。

接点情報インターロック部１１３は、接点情報解析部１１１が判定した現場／中央切換用手動バルブ１０１の状態を取得し、中央無線伝送器１５０から送られた操作指示に対して、図２に示すような動作を行なう。

すなわち、現場／中央切換用手動バルブ１０１が現場側に切り替えられている場合には、開閉操作指示を遮断して、開閉操作指示を接点情報出力部１１４に出力しない。これにより、開閉切換電気的駆動弁１０５は止状態となり、中央無線伝送器１５０からの開閉操作指示に基づく手動バルブ３３０の開閉動作は行なわれない。

現場／中央切換用手動バルブ１０１が現場側に切り替えられている場合であっても強制閉操作指示が送られると、閉操作指示を接点情報出力部１１４に伝達する。これにより、接点情報出力部が閉信号変換部１２２に閉信号を送り、閉信号変換部１２２が開閉切換電気的駆動弁１０５を閉側に切り替える。この結果、切換バルブ１０７が止状態となって現場における開閉操作用手動バルブ１０２の操作が無効となるとともに、閉側シャトルバルブ１０４を介して、閉空気圧信号がエアー駆動型バルブ自動開閉器３１０に入力するため手動バルブ３３０の閉動作が優先的に行なわれる。

現場／中央切換用手動バルブ１０１が中央側に切り替えられている場合には、開閉操作指示、強制閉操作指示とも接点情報出力部１１４に伝達する。これにより、中央無線伝送器１５０から送られた開閉操作指示に従った開閉動作が行なわれる。

このように、本実施形態のバルブ開閉システム１００は、中央制御側の操作指示を無線で現場側に伝送するため、中央制御側から現場側への電気配線敷設工事が不要となる。

また、接点情報インターロック部１１３が、現場／中央切換用手動バルブ１０１が中央側に切り替えられている場合には、開閉操作指示、強制閉操作指示とも接点情報出力部１１４に伝達し、現場／中央切換用手動バルブ１０１が現場側に切り替えられている場合には、開閉操作指示を遮断し、強制閉操作指示のみを接点情報出力部１１４に伝達するため、中央制御側からの強制閉操作が可能となっている。

なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形が可能である。例えば、図３に示すように、中央無線伝送器１５０において、強制閉操作部１５２に代えて、強制開操作指示も可能な強制開閉操作部１５４を備えるようにしてもよい。

この場合、接点情報インターロック部１１３は、現場／中央切換用手動バルブ１０１が現場側に切り替えられている場合であっても強制閉操作指示に加え強制開操作指示も接点情報出力部１１４に伝達する。

また、開閉切換電気的駆動弁１０５が、開側あるいは閉側に切り替えられた場合に、切換バルブ１０７を止側に切り替えて、現場における開閉操作用手動バルブ１０２の操作を無効とするためにシャトルバルブ１０８を用いるようにしている。

上記の実施形態では、開閉切換電気的駆動弁１０５が直動式であることを想定していたが、ダブルラッチ式を採用してもよい。直動式は、開側あるいは閉側の操作時に駆動状態を維持しなければならず、電力を消費するのに対し、ダブルラッチ式では短時間の駆動後に遷移状態を維持することができるため、消費電力を削減することができる。

図４は、開閉切換電気的駆動弁１０５に代えて、開側ダブルラッチ電気的駆動弁１０５ａ、閉側ダブルラッチ電気的駆動弁１０５ｂを用いた場合の構成を示すブロック図である。この場合、接点信号変換器１２０は、開信号遷移検出部１２４、閉信号遷移検出部１２５、開ＯＮ信号変換部１２６、開ＯＦＦ信号変換部１２７、閉ＯＮ信号変換部１２８、閉ＯＦＦ信号変換部１２９、電源部１２３を備えるようにする。

開信号遷移検出部１２４は、開操作指示信号の変化を検出し、閉信号遷移検出部１２５は、閉操作指示信号の変化を検出する。開ＯＮ信号変換部１２６は、開操作指示信号がオフからオンになった場合に、開側ダブルラッチ電気的駆動弁１０５ａに所定の短時間だけ開駆動信号を出力する。開ＯＦＦ信号変換部１２７は、開操作指示信号がオンからオフになった場合に、開側ダブルラッチ電気的駆動弁１０５ａに所定の短時間だけ閉駆動信号を出力する。閉ＯＮ信号変換部１２８は、閉操作指示信号がオフからオンになった場合に、閉側ダブルラッチ電気的駆動弁１０５ｂに所定の短時間だけ開駆動信号を出力する。閉ＯＦＦ信号変換部１２９は、閉操作指示信号がオンからオフになった場合に、閉側ダブルラッチ電気的駆動弁１０５ｂに所定の短時間だけ閉駆動信号を出力する。

また、図５に示すように、現場無線伝送器１１０にリミット情報入力部１１６を備えて、手動バルブ３３０のリミット状態を無線通信により中央無線伝送器１５０に通知するようにしてもよい。

この場合、エアー駆動型バルブ自動開閉器３１０の開側リミットスイッチ３１５の状態を取得するための空電変換器１０９ａと閉側リミットスイッチ３１６の状態を取得するための空電変換器１０９ｂとを設けて、手動バルブ３３０のリミット状態を取得すればよい。

１００…バルブ開閉システム、１０１…現場／中央切換用手動バルブ、１０２…開閉操作用手動バルブ、１０３…開側シャトルバルブ、１０４…閉側シャトルバルブ、１０５…開閉切換電気的駆動弁、１０５ａ…開側ダブルラッチ電気的駆動弁、１０５ｂ…閉側ダブルラッチ電気的駆動弁、１０６…空電変換器、１０７…切換バルブ、１０８…シャトルバルブ、１０９…空電変換器、１１０…現場無線伝送器、１１１…接点情報解析部、１１２…ＲＦ信号送受信部、１１３…接点情報インターロック部、１１４…接点情報出力部、１１５…電源部、１１６…リミット情報入力部、１２０…接点信号変換器、１２１…開信号変換部、１２２…閉信号変換部、１２３…電源部、１２４…開信号遷移検出部、１２５…閉信号遷移検出部、１２６…開ＯＮ信号変換部、１２７…開ＯＦＦ信号変換部、１２８…閉ＯＮ信号変換部、１２９…閉ＯＦＦ信号変換部、１５０…中央無線伝送器、１５１…開閉操作部、１５２…強制閉操作部、１５３…ＲＦ信号送受信部、１５４…強制開閉操作部

Claims

現場に配置された手動バルブの開閉動作を中央制御側から遠隔操作するバルブ開閉システムであって、
前記手動バルブの操作を現場で行なうか中央制御側で行なうかの切り換えを行なう現場／中央切換用手動バルブと、
現場で前記手動バルブの開閉操作を行なうための開閉操作用手動バルブと、
駆動信号に基づいて、前記手動バルブの開閉動作を行なわせ、閉動作時に前記開閉操作用手動バルブを無効化する開閉切換電気的駆動弁と、
開動作または閉動作を指示する開閉操作指示および強制閉動作を指示する強制閉操作指示を含む操作指示を受け付けて無線送信する中央無線伝送器と、
前記操作指示を無線受信する受信部と、操作指示に基づく駆動信号を前記開閉切換電気的駆動弁に出力する変換部とを有する現場側バルブ制御装置とを備え、
前記現場側バルブ制御装置は、
前記現場／中央切換用手動バルブの切換状態を取得し、
中央制御側に切り替えられている場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示および強制閉操作指示を前記変換部に伝達し、
現場に切り替えられている場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示を遮断し、強制閉操作指示を前記変換部に伝達するインターロック部を有することを特徴とするバルブ開閉システム。
前記操作指示は、強制開動作を指示する強制開操作指示をさらに含み、
前記インターロック部は、
前記現場／中央切換用手動バルブの切換状態にかかわらず、強制開操作指示を前記変換部に伝達することを特徴とする請求項１に記載のバルブ開閉システム。
開動作または閉動作を指示する開閉操作指示および強制閉動作を指示する強制閉操作指示を含む操作指示を無線で受信する受信部と、
操作指示に基づく駆動信号を電気的駆動弁に出力する変換部と、
制御権の有無を示す情報を取得し、
制御権がある場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示および強制閉操作指示を前記変換部に伝達し、
制御権がない場合は、前記受信部が受信した開閉操作指示を遮断し、強制閉操作指示を前記変換部に伝達するインターロック部と、
を有することを特徴とする現場側バルブ制御装置。
開動作または閉動作を指示する開閉操作指示および強制閉動作を指示する強制閉操作指示を含む操作指示を受け付けて無線送信する中央無線伝送器と、
請求項３に記載の現場側バルブ制御装置と、
を有することを特徴とするバルブ制御装置。