JP6590137B2 - 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。

このため、既設の手動バルブ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を付加するとともに自動開閉器を動作させる操作パネルを近傍に配置し、計器室から操作パネルまで制御信号線を敷設することにより、計器室から手動バルブを遠隔操作することが従来から行なわれていた。

特許文献１には、手動バルブの遠隔操作に関する従来の問題点であった制御信号線の敷設の手間や、多数の手動バルブに適用した場合の制御信号の輻輳、維持管理工数増大を解決するために、無線信号で手動バルブを駆動制御するバルブ遠隔操作装置が開示されている。

図３は、特許文献１に開示されているバルブ遠隔装置の構成を示すブロック図である。図３において、既設の手動バルブ３１０に付加されている自動開閉器３２０は、無線操作システム３５０により遠隔操作駆動される。自動開閉器３２０は、空気源３３０から供給される空気圧を駆動源とする空気モータ３２１と、空気モータ３２１を駆動する空気圧の供給回路である空気回路を切り換えることにより回転方向を切り換える空気回路切換弁３２２と、開側切換弁３２３ａと閉側切換弁３２３ｂとで構成される切換弁３２３と、開側リミットスイッチ３２４ａと閉側リミットスイッチ３２４ｂとで構成されるリミットスイッチ３２４とを備えている。

切換弁３２３は、空気回路切換弁３２２の空気回路を切り換える。リミットスイッチ３２４は、手動バルブ３１０の全開、全閉を検出してリミット制御用空気圧を出力する。空気モータ３２１の出力軸３２１ａは、手動バルブ３１０の手動操作部３１１に機械的に連結されている。

無線操作システム３５０は、手動バルブ３１０および自動開閉器３２０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３５１と、手動バルブ３１０および自動開閉器３２０の設置現場周辺に設けられる接点情報操作部３５２と、操作弁３５３と、リミット検出スイッチ３５４とを備えている。

接点情報端末部３５１は、無線送受信部３５１ａと、接点情報入力部３５１ｂと、接点情報解析部３５１ｃとを含むものであって、接点情報操作部３５２との間で無線を介して操作信号の授受を行なう。なお、接点情報端末部３５１を駆動する電源部は図示しない。

接点情報操作部３５２は、無線送受信部３５２ａと、接点情報出力部３５２ｂと、電源部３５２ｄと、接点情報読込部３５２ｆとを含むものであって、接点情報端末部３５１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３５３を開閉駆動する。

操作弁３５３は、開側電気的駆動弁３５３ａと、閉側電気的駆動弁３５３ｂとで構成されている。操作弁３５３は、ダブルラッチ型（ラッチ式、ホールド型等とも称される）電気的駆動弁である。ダブルラッチ型電気的駆動弁は、電磁弁等で構成することができ、状態を遷移させるときのみ電気エネルギーを印加し、状態を保持している間は電気エネルギーの印加が不要である。

リミット検出スイッチ３５４は、開側リミット検出スイッチ３５４ａと閉側リミット検出スイッチ３５４ｂとで構成されており、リミットスイッチ３２４から出力されるリミット制御用空気圧を検出し、接点信号に変換する。

空気源３３０から入力される駆動制御用空気圧は、開側電気的駆動弁３５３ａ、開側切換弁３２３ａを介して空気回路切換弁３２２の開側に供給されるとともに、閉側電気的駆動弁３５３ｂ、閉側切換弁３２３ｂを介して空気回路切換弁３２２の閉側に供給される。

このような構成において、空気モータ３２１を開側に動かしたい場合は、接点情報端末部３５１の接点情報入力部３５１ｂから接点情報操作部３５２に、接点情報出力部３５２ｂから開側電気的駆動弁３５３ａに入力される開側電気的駆動弁駆動信号Ｓｏｐをオンにする接点情報を、無線送受信部３５１ａおよび無線送受信部３５２ａを介して伝送する。

接点情報操作部３５２は、無線送受信部３５２ａで無線情報を受信すると、接点情報出力部３５２ｂが無線情報内における開接点情報のオンを認識し、出力する開接点情報をオンに遷移させる。

信号遷移検出部３５２ｅは、接点情報がオフからオンに遷移する状態を検出し、遷移点から任意の所定時間、開側電気的駆動弁駆動信号Ｓｏｐをオンにする。

開側電気的駆動弁駆動信号Ｓｏｐのオンにより開側電気的駆動弁３５３ａが駆動されると、開側切換弁３２３ａが開側に切り換わり、空気源３３０から入力される駆動制御用空気圧が空気モータ３２１の開側に供給されて空気モータ３２１が開方向に回り、手動操作部３１１が空気モータ３２１の出力軸３２１ａと機械的に連結されている手動バルブ３１０が開側に開いていく。

開側リミットスイッチ３２４ａが、空気モータ３２１の全開を検出すると、リミット制御用空気圧を出力し、このリミット制御用空気圧を開側リミット検出スイッチ３５４ａが検出して接点信号に変換する。また、開側リミットスイッチ３２４ａが出力するリミット制御用空気圧により、開側切換弁３２３ａが閉側に切り換わる。

接点信号は接点情報読込部３５２ｆで接点情報操作部３５２に読み込まれ、無線送受信部３５２ａおよび接点情報端末部３５１の無線送受信部３５１ａを介して接点情報解析部３５１ｃに伝送される。

接点情報端末部３５１の接点情報解析部３５１ｃは、これらリミット制御用空気圧に関連した接点情報がオンになったことを確認すると、その接点情報をオフに遷移させるというフィードバックを行なう。

空気モータ３２１を閉側に動かしたい場合も同様の手順で閉接点情報および閉側電気的駆動弁駆動信号Ｓｃｌを変化させることにより空気モータ３２１を閉側に駆動し、手動バルブ３１０を閉状態にする。

これにより、タンク元弁として設けられている手動バルブを、無線により遠隔操作することができ、地震や津波などの災害発生時には迅速に閉じ、安全確認後速やかに開けることができる。このとき、制御信号線の敷設は不要であり、操作対象となるタンク元弁の数が多くなっても制御信号線が輻輳することはなく、制御信号線の維持管理工数が発生することもない。

特開２０１４−１８４６号公報

従来のバルブ遠隔装置では、操作弁３５３として、開側切換弁３２３ａを駆動するための開側電気的駆動弁３５３ａと、閉側切換弁３２３ｂを駆動するための閉側電気的駆動弁３５３ｂとを用いていた。このため、電気的駆動弁２台分の実装場所が必要になるとともに電気的駆動弁２台分の電気配線、空気配管が必要であった。

このため、電気的駆動弁の数を減らすことができれば、必要な実装場所、電気配線、空気配管を減らすことができ、バルブ遠隔装置の小型化、コストダウンを実現することができる。

そこで、本発明は、バルブ遠隔装置において、使用する電気的駆動弁の数を減らすことを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、バルブの操作部に空気圧を駆動源とする空気モータの出力軸を機械的に連結し、前記バルブを遠隔操作するように構成されたバルブ遠隔操作装置において、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ダブルラッチ型の方向切換電気的駆動弁と、前記方向切換電気的駆動弁により開閉が切り換えられる開側切換弁および閉側切換弁と、前記開側切換弁が開の時に、前記空気モータを開方向に回転駆動するように空気回路を切り換え、前記閉側切換弁が開の時に、前記空気モータを閉方向に回転駆動するように空気回路を切り換える空気回路切換弁と、前記バルブの全開を検出すると前記開側切換弁を閉に切り換え、前記バルブの全閉を検出すると前記閉側切換弁を閉に切り換えるリミットスイッチと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、バルブ遠隔装置において、使用する電気的駆動弁の数を減らすことができる。

本実施形態に係るバルブ遠隔装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態の変形例に係るバルブ遠隔装置の構成を示すブロック図である。 従来のバルブ遠隔装置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遠隔装置の構成を示すブロック図である。図１において、既設の手動バルブ１１０に付加されている自動開閉器１２０は、無線操作システム１５０により遠隔操作駆動される。自動開閉器１２０は、空気源１３０から供給される空気圧を駆動源とする空気モータ１２１と、空気モータ１２１を駆動する空気圧の供給回路である空気回路を切り換えることにより回転方向を切り換える空気回路切換弁１２２と、開側切換弁１２３ａと閉側切換弁１２３ｂとで構成される切換弁１２３と、開側リミットスイッチ１２４ａと閉側リミットスイッチ１２４ｂとで構成されるリミットスイッチ１２４とを備えている。
なお、自動開閉器１２０は、既設の手動バルブ１１０のみならず、新規に設置される手動バルブに付加してもよい。この場合も、無線操作システム１５０により遠隔操作することができる。

切換弁１２３は、空気回路切換弁１２２の空気回路を切り換える。リミットスイッチ１２４は、機械的な変位により空気圧の開閉を行なう機械作動弁等を用いることができ、手動バルブ１１０の全開、全閉を検出してリミット制御用空気圧を出力する。空気モータ１２１の出力軸１２１ａは、手動バルブ１１０の手動操作部１１１に機械的に連結されている。

無線操作システム１５０は、手動バルブ１１０および自動開閉器１２０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１５１と、手動バルブ１１０および自動開閉器１２０の設置現場周辺に設けられる接点情報操作部１５２と、方向切換電気的駆動弁１５３と、リミット検出スイッチ１５４とを備えている。方向切換電気的駆動弁１５３は、電磁弁やピエゾ素子等を用いて構成することができる。

接点情報端末部１５１は、無線送受信部１５１ａと、接点情報入力部１５１ｂと、接点情報解析部１５１ｃとを含むものであって、接点情報操作部１５２との間で無線を介して操作信号の授受を行なう。なお、接点情報端末部１５１を駆動する電源部は図示しない。

接点情報操作部１５２は、無線送受信部１５２ａと、接点情報出力部１５２ｂと、電源部１５２ｄと、接点情報読込部１５２ｆとを含むものであって、接点情報端末部１５１との間で無線を介して授受される操作信号に基づき、方向切換電気的駆動弁１５３を開閉駆動する。

方向切換電気的駆動弁１５３は、空気源１３０が供給する駆動制御用空気圧を開側切換弁１２３ａ、閉側切換弁１２３ｂのいずれかに導く操作弁として機能するダブルラッチ型電気的駆動弁である。本実施形態では、操作弁を１つの電気的駆動弁で構成している。このように、電気的駆動弁の数を従来よりも減らしているため、必要な実装場所、電気配線、空気配管を減らすことができ、バルブ遠隔装置の小型化、コストダウンを実現することができる。

すなわち、従来は、空気源１３０が供給する駆動制御用空気圧を、１）開側切換弁１２３ａに印加、２）閉側切換弁１２３ｂに印加、３）どちらにも印加しない、という３つの状態を作り出すために、開側電気的駆動弁と閉側電気的駆動弁という２つの電気的駆動弁を使用していた。

しかしながら、一般に、自動開閉器１２０では、空気モータ１２１を開側に動かす際には、開側リミットスイッチ１２４ａが、手動バルブ１１０の全開を検出してリミット制御用空気圧を出力し、開側切換弁１２３ａを閉側に切り換える。また、空気モータ１２１を閉側に動かす際には、閉側リミットスイッチ１２４ｂが、手動バルブ１１０の全閉を検出してリミット制御用空気圧を出力し、閉側切換弁１２３ｂを閉側に切り換える。

このため、多くの用途においては、駆動制御用空気圧を、開側切換弁１２３ａと閉側切換弁１２３ｂとのどちらにも印加しないという状態を作り出す必要性は高くない。そこで、本実施形態では、開側電気的駆動弁と閉側電気的駆動弁という２つの電気的駆動弁に代えて、方向切換電気的駆動弁１５３を用いることで、電気的駆動弁の数を従来よりも減らすようにしている。

リミット検出スイッチ１５４は、開側リミット検出スイッチ１５４ａと閉側リミット検出スイッチ１５４ｂとで構成されている。リミット検出スイッチ１５４は、印加される空気圧に応じて電気接点がオン／オフする圧力スイッチ等と用いることができ、リミットスイッチ１２４から出力されるリミット制御用空気圧を検出し、接点信号に変換する。

空気源１３０から入力される駆動制御用空気圧は、方向切換電気的駆動弁１５３から開側切換弁１２３ａを介して空気回路切換弁１２２の開側に供給されるとともに、方向切換電気的駆動弁１５３から閉側切換弁１２３ｂを介して空気回路切換弁１２２の閉側に供給される。

このような構成において、空気モータ１２１を開側に動かしたい場合は、接点情報端末部１５１の接点情報入力部１５１ｂから接点情報操作部１５２に、接点情報出力部１５２ｂから方向切換電気的駆動弁１５３に入力される電気的駆動弁駆動信号を開側にする接点情報を、無線送受信部１５１ａおよび無線送受信部１５２ａを介して伝送する。

接点情報操作部１５２は、無線送受信部１５２ａで無線情報を受信すると、接点情報出力部１５２ｂが無線情報内における接点情報の開側を認識し、出力する接点情報を開側に遷移させる。

信号遷移検出部１５２ｅは、接点情報が閉側から開側に遷移する状態を検出し、遷移点から任意の所定時間、開側の電気的駆動弁駆動信号を出力する。

開側の電気的駆動弁駆動信号により方向切換電気的駆動弁１５３が開側に駆動されると、開側切換弁１２３ａが開側に切り換わり、空気源１３０から入力される駆動制御用空気圧が空気モータ１２１の開側に供給されて空気モータ１２１が開方向に回り、手動操作部１１１が空気モータ１２１の出力軸１２１ａと機械的に連結されている手動バルブ１１０が開側に開いていく。

開側リミットスイッチ１２４ａが、手動バルブ１１０の全開を検出すると、リミット制御用空気圧を出力し、このリミット制御用空気圧を開側リミット検出スイッチ１５４ａが検出して接点信号に変換する。また、開側リミットスイッチ１２４ａが出力するリミット制御用空気圧により、開側切換弁１２３ａが閉側に切り換わる。これにより、空気モータ１２１の回転が停止するため、方向切換電気的駆動弁１５３が開側状態を維持しても問題は生じない。

接点信号は接点情報読込部１５２ｆで接点情報操作部１５２に読み込まれ、無線送受信部１５２ａおよび接点情報端末部１５１の無線送受信部１５１ａを介して接点情報解析部１５１ｃに伝送される。

空気モータ１２１を閉側に動かしたい場合も同様の手順で閉接点情報を出力し、閉側の電気的駆動弁駆動信号を出力させることにより、方向切換電気的駆動弁１５３が開側から閉側に切り換わることで空気モータ１２１を閉側に駆動し、手動バルブ１１０を閉状態にする。

なお、上記の実施形態では、リミットスイッチ１２４が出力するリミット制御用空気圧を、リミット検出スイッチ１５４が電気的な接点信号に変換して、接点情報操作部１５２が取り込んでいた。これに対して、図２の変形例に示すように、機械的な変位により電気接点の開閉を行なうリミットスイッチ（電気接点式）１２５を用いて、リミット検出スイッチ１５４を用いずに接点信号を接点情報操作部１５２が取り込むようにしてもよい。この場合、リミットスイッチ（電気接点式）１２５が、リミットスイッチ１２４とともに手動バルブ１１０の全開、全閉を検出して、接点信号を接点情報読込部１５２ｆに出力する。

変形例によれば、空気源１３０からの空気供給が止まっても、接点情報端末部１５１が接点情報を取得することができるという利点がある。

１１０…手動バルブ、１１１…手動操作部、１２０…自動開閉器、１２１…空気モータ、１２２…空気回路切換弁、１２３…切換弁、１２３ａ…開側切換弁、１２３ｂ…閉側切換弁、１２４…リミットスイッチ、１２４ａ…開側リミットスイッチ、１２４ｂ…閉側リミットスイッチ、１２５…リミットスイッチ（電気接点式）、１３０…空気源、１５０…無線操作システム、１５１…接点情報端末部、１５１ａ…無線送受信部、１５１ｂ…接点情報入力部、１５１ｃ…接点情報解析部、１５２…接点情報操作部、１５２ａ…無線送受信部、１５２ｂ…接点情報出力部、１５２ｄ…電源部、１５２ｅ…信号遷移検出部、１５２ｆ…接点情報読込部、１５３…方向切換電気的駆動弁、１５４…リミット検出スイッチ、１５４ａ…開側リミット検出スイッチ、１５４ｂ…閉側リミット検出スイッチ

Claims (1)

1. バルブの操作部に空気圧を駆動源とする空気モータの出力軸を機械的に連結し、前記バルブを遠隔操作するように構成されたバルブ遠隔操作装置において、
   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１つの電気的駆動弁である、ダブルラッチ型の方向切換電気的駆動弁と、
   前記方向切換電気的駆動弁により開閉が切り換えられる開側切換弁および閉側切換弁と、
   前記開側切換弁が開の時に、前記空気モータを開方向に回転駆動するように空気回路を切り換え、前記閉側切換弁が開の時に、前記空気モータを閉方向に回転駆動するように空気回路を切り換える空気回路切換弁と、
   前記バルブの全開を検出すると前記開側切換弁を閉に切り換え、前記バルブの全閉を検出すると前記閉側切換弁を閉に切り換えるリミットスイッチと、
   を備えたことを特徴とするバルブ遠隔操作装置。