JP6783490B1 - Drive device and fluid pressure drive valve - Google Patents
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Abstract
【課題】シリンダ内部の状態を検出することを可能とし、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上を可能とする駆動装置及び流体圧駆動弁を提供する。【解決手段】駆動装置12は、両端を覆われる円筒状のシリンダ120と、シリンダ120内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッド121を介して連結された一対のピストン122A、122Bと、ピストンの一方側に設けられたコイルばね123と、ピストンの他方側に形成された空気給排口124と、ピストンロッド121の摺動方向におけるシリンダ120内の両端に配置される駆動状態センサ49と、を備える。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive device and a fluid pressure drive valve which can detect a state inside a cylinder and can improve the accuracy of abnormality diagnosis and predictive maintenance. SOLUTION: A drive device 12 is provided with a cylindrical cylinder 120 covered at both ends, a pair of pistons 122A and 122B provided in the cylinder 120 so as to be reciprocally linearly movable, and connected via a piston rod 121, and a piston. A coil spring 123 provided on one side, an air supply / discharge port 124 formed on the other side of the piston, and drive state sensors 49 arranged at both ends of the cylinder 120 in the sliding direction of the piston rod 121. To be equipped. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、駆動装置及び流体圧駆動弁に関する。 The present invention relates to a drive device and a fluid pressure drive valve.
従来、アクチュエータにおいて異常が発生しているか否かの異常診断を行う様々な方法及び手段が知られている。例えば、特許文献1には、シリンダに対するピストンの位置を検出するセンサを備えるアクチュエータが開示されている。 Conventionally, various methods and means for diagnosing an abnormality as to whether or not an abnormality has occurred in an actuator are known. For example, Patent Document 1 discloses an actuator including a sensor that detects the position of a piston with respect to a cylinder.
アクチュエータ及び当該アクチュエータが適用される各種のシステムにおける稼働率・信頼性を向上させるためには、異常が発生した際にその異常を把握する事後保全のみならず、異常の兆候を把握する予兆保全を実現することが望まれている。しかしながら、特許文献1に開示されたアクチュエータは、上述したように、シリンダに対するピストンの位置を検出するものであるが、センサをシリンダの外周面に配設している。そのため、シリンダ内部の状態を直接検出することができず、異常診断や予兆保全の精度が落ちるおそれがあった。 In order to improve the operating rate and reliability of the actuator and various systems to which the actuator is applied, not only post-maintenance to grasp the abnormality when an abnormality occurs, but also predictive maintenance to grasp the signs of the abnormality should be performed. It is hoped that it will be realized. However, although the actuator disclosed in Patent Document 1 detects the position of the piston with respect to the cylinder as described above, the sensor is arranged on the outer peripheral surface of the cylinder. Therefore, the state inside the cylinder cannot be directly detected, and there is a risk that the accuracy of abnormality diagnosis and predictive maintenance will deteriorate.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シリンダ内部の状態を検出することを可能とし、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上を可能とする駆動装置及び流体圧駆動弁を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of detecting the state inside the cylinder, and improving the accuracy of abnormality diagnosis and predictive maintenance of the drive device and fluid pressure. The purpose is to provide a drive valve.
本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る駆動装置は、
両端を覆われる円筒状のシリンダと、
前記シリンダ内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッドを介して連結された一対のピストンと、
前記ピストンロッドの摺動方向における前記シリンダ内の一端又は両端に配置される駆動状態センサと、
を備える。
The present invention solves the above problems, and the drive device according to the embodiment of the present invention is
A cylindrical cylinder that covers both ends,
A pair of pistons provided in the cylinder so as to be reciprocally linearly movable and connected via a piston rod,
A drive state sensor arranged at one end or both ends of the cylinder in the sliding direction of the piston rod.
To be equipped.
また、本発明の一実施形態に係る流体圧駆動弁は、
主弁と、
前記主弁を駆動する駆動装置と、
前記駆動装置に対して駆動流体の給排を制御する電磁弁と、
を少なくとも備える。
Further, the fluid pressure drive valve according to the embodiment of the present invention is
Main valve and
The drive device that drives the main valve and
A solenoid valve that controls the supply and discharge of the driving fluid to the driving device,
At least prepare.
本発明の一実施形態に係る駆動装置及び流体圧駆動弁によれば、駆動状態センサが、ピストンロッドの摺動方向におけるシリンダ内の一端又は両端に配置される。駆動状態センサは、駆動装置の状態として、例えば、シリンダに対するピストンの位置、シリンダの加速度、及び、シリンダ内の温度及び湿度等を計測する。したがって、駆動装置及び流体圧駆動弁が、駆動状態センサを備えることにより、シリンダ内部の状態を監視することが可
能となり、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上が可能となる。
According to the drive device and the fluid pressure drive valve according to the embodiment of the present invention, the drive state sensors are arranged at one end or both ends in the cylinder in the sliding direction of the piston rod. The drive state sensor measures, for example, the position of the piston with respect to the cylinder, the acceleration of the cylinder, the temperature and humidity in the cylinder, and the like as the state of the drive device. Therefore, when the drive device and the fluid pressure drive valve are provided with the drive state sensor, it is possible to monitor the state inside the cylinder, and it is possible to improve the accuracy of abnormality diagnosis and predictive maintenance.
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る流体圧駆動弁10の一例を示す断面図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a fluid pressure drive valve 10 according to an embodiment of the present invention.
流体圧駆動弁10は、配管100の途中に配置される主弁11と、主弁11に連結された弁軸13aを駆動流体の流体圧に応じて駆動させることで主弁11の開閉操作を行う駆動装置12と、駆動装置12に対して駆動流体の給排を制御する機能を有する電磁弁1とを備える。
The fluid pressure drive valve 10 opens and closes the
流体圧駆動弁10は、例えば、プラント設備において各種のガスや石油等が流れる配管100に設置され、プラント設備に異常が発生したような緊急停止時に、配管100の流れを遮断するための緊急遮断弁として用いられる。なお、流体圧駆動弁10の設置場所や用途は、上記の例に限られない。
The fluid pressure drive valve 10 is installed in, for example, a
流体圧駆動弁10には、駆動流体の一例として、空気供給源14から空気(エアー)Aが供給されるものであり、空気供給源14からの空気Aは、第1の空気配管140を介して電磁弁1に供給され、さらに、第2の空気配管141を介して駆動装置12に供給される。また、流体圧駆動弁10には、外部装置15及び電磁弁1の間で各種のデータを送受信するための通信ケーブル150と、外部電源16から電磁弁1に電力を供給するための電力ケーブル160とが接続される。なお、駆動流体は、上記の空気Aに限られず、他の気体でもよいし、液体(例えば、油)でもよい。
Air (air) A is supplied to the fluid pressure drive valve 10 from the
外部装置15は、例えば、プラント管理用のコンピュータ(ローカルサーバ及びクラウドサーバを含む。)、保守点検者が使用する診断用コンピュータ、又は、USBメモリや外付けHDD等の外部記憶部で構成されている。なお、外部装置15及び電磁弁1の間の通信は無線通信でもよい。
The
本実施形態では、流体圧駆動弁10は、エアーレスクローズ方式を採用したものである。したがって、定常運転時は、空気供給源14から電磁弁1を介して駆動装置12に空気A(給気)を供給することで、主弁11が全開操作され、緊急停止時や試験運転時は、駆動装置12から電磁弁1を介して空気A(排気)を排出することで、主弁11が全閉操作される。なお、流体圧駆動弁10は、エアーレスオープン方式を採用したものでもよく、その場合には、駆動装置12に空気Aを供給することで全開操作され、駆動装置12から空気Aを排出することで主弁11を全閉操作されてもよい。
In the present embodiment, the fluid pressure drive valve 10 adopts an airless closing method. Therefore, during steady operation, the
主弁11は、例えば、ボールバルブと呼ばれる弁で構成されている。主弁11は、その構成例として、配管100の途中に配置される弁箱110と、弁箱110内に回動可能に
設けられたボール状の弁体111とを備え、弁体111の上部には、弁軸13aが連結されている。弁軸13aが0度から90度に回動されることに応じて弁箱110内で弁体111が回動し、主弁11の全開状態(図1に示す状態)と全閉状態が切り替えられる。なお、主弁11として用いられる弁は、ボールバルブに限られず、例えば、バタフライバルブ等の他の形式でもよい。
The
駆動装置12は、例えば、主弁11と電磁弁1との間に配置されるとともに、単作動式のエアシリンダ機構として構成されている。駆動装置12は、その構成例として、スプリング室127及びシリンダ室128を有するとともに、両端を覆われる円筒状のシリンダ120と、シリンダ内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッド121を介して連結された一対のピストン122A、122Bと、第1のピストン122A側に形成されたスプリング室127に設けられたコイルばね123と、第2のピストン122B側に形成されたシリンダ室128に接続された空気給排口124と、シリンダ120を径方向に沿って貫通するように配置された主軸13bとピストンロッド121とが直交する部分に設けられた伝達機構125と、ピストンロッド121の摺動方向におけるシリンダ120内の一端又は両端に配置される駆動状態センサ49と、を備える。なお、駆動装置12は、単作動式に限られず、例えば、複作動式等の他の形式で構成されていてもよい。複作動式である場合、第1のピストン122Aとシリンダ120に囲まれた空間につながる空気給排口をシリンダ120に形成し、コイルばね123の代わりに電磁弁1から別途設けられた空気の給排経路を該空気給排口に連結すればよい。
The
第1のピストン122Aは、スプリング室127に設けられたコイルばね123により主弁11を閉じる方向に付勢される。第2のピストン122Bは、空気給排口124からシリンダ室128に供給された空気A(給気)によりコイルばね123の付勢力に抗して主弁11を開く方向に押圧される。伝達機構125は、例えば、ラックアンドピニオン機構、スコッチヨーク機構、リンク機構、カム機構等で構成されており、ピストンロッド121の往復直線運動を回動に変換して駆動装置12の主軸13bに伝達する。
The
図2は、本発明の一実施の形態に係る機械学習装置等が適用される駆動装置12の例を示す概略図である。図2(a)は伝達機構125がラックアンドピニオン機構の例、図2(b)は伝達機構125がスコッチヨーク機構の例を示す。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a
例えば、伝達機構125がラックアンドピニオン機構の場合、空気Aがシリンダ120に給気又はシリンダ120から排気されることによってピストン122及びピストンロッド121が往復直線運動を行う。すると、ピストンロッド121と同様に移動するラック125aが往復直線運動を行う。続いて、ラック125aに対して接触して噛み合うピニオン125bが回動する。すると、ピニオン125bと同様に回動する主軸13bが回動を行う。
For example, when the
また、伝達機構125がスコッチヨーク機構の場合、空気Aがシリンダ120に給気又はシリンダ120から排気されることによってピストン122及びピストンロッド121が往復直線運動を行う。すると、ピストンロッド121と同様に移動するシャフト125cが往復直線運動を行う。続いて、シャフト125cに対して偏心して接触し組み付けられるヨーク125dが回動する。すると、ヨーク125dと同様に回動する主軸13bが回動を行う。
When the
駆動装置12は、ピストン122A、122Bの動きをそれぞれ規制するストッパ126A、126Bを有する。図2(a)及び図2(b)に示す例では、ストッパ126A、126Bは、シリンダケース120A、120Bのピストンロッド121軸上に設置されたボルトにより形成される。ストッパ126A、126Bの少なくとも一方には、シリン
ダ120内の少なくとも一つの状態を検出する駆動状態センサ49を取り付けることができる。なお、駆動状態センサ49は、図中の破線で示されたように、ピストンロッド121の摺動方向におけるシリンダ120内の少なくとも一端(一端又は両端)に配置されてもよい。
The
このように、本発明の一実施の形態に係る駆動装置12は、ストッパ126A、126Bの少なくとも一方に、シリンダ120内の少なくとも一つの状態を検出する駆動状態センサ49が取り付けられることで、シリンダ120内の少なくとも一つの状態を直接的に検出することができる。したがって、シリンダ120内の少なくとも一つの状態を精度良く検出することができる。
As described above, in the
駆動状態センサ49は、例えば、位置センサ491、加速度センサ492、又は、温度・湿度センサ493等でよい。
The
位置センサ491は、シリンダ120のケース120A、120Bに対するピストン122又はピストンロッド121の位置を検出する。位置センサ491は、超音波センサ、赤外線センサ、ホールセンサ、リードセンサ等で構成される。駆動装置12は、高圧な空気によって相対位置が変化するシリンダ120とピストン122の接触部分、及び、往復直線運動を回動に変換する伝達機構125の接触部分等に大きなトルクがかかり、摩耗、劣化又は破損等の異常が生じるおそれがある。そのため、シリンダ120に対するピストン122の位置を検出し、伝達機構125の接触部分の異常を把握しておくことで、異常診断及び予兆保全の精度を向上させることができる。本実施形態の位置センサ491は、ストッパ126A、126Bに取り付けられるが、シリンダ120のケース120A、120Bに取り付けてもよい。
The
加速度センサ492は、シリンダ120に生じる加速度を検出する。具体的には、加速度センサ492は、ピストン122がシリンダ120内を往復直線移動するときに発生するシリンダ120の振動や、ピストン122がストッパ126A、126Bに衝突するときに発生するシリンダ120の振動(衝撃)を、シリンダ120の加速度として検出する。シリンダ120は、入力する圧力が上昇することにより、異常に速い動きのジャンピング動作が繰り返し起こる場合がある。その際、正常な作動時よりもピストンロッド121とストッパ126A、126Bには大きな衝撃力が繰り返し生じる。この衝撃力は、シリンダケース120A、120Bを破損させるおそれがある。そのため、シリンダケース120A、120Bに対するピストン122又はピストンロッド121の加速度を検出し、シリンダ120の異常な振動を把握しておくことで、異常診断及び予兆保全の精度を向上させることができる。本実施形態の加速度センサ492は、ストッパ126A、126Bに取り付けられるが、シリンダ120のケース120A、120Bに取り付けてもよいし、ストッパ126A、126Bに取り付ける位置を適宜変更してもよく、例えば、ストッパ126Aの基端部(図2(b)参照)に代えて、ストッパ126Aの先端部に取り付けてもよい。
The
温度・湿度センサ493は、例えば、シリンダ120に形成されたタップ孔に取り付けられ、シリンダ120内の空気の温度及び湿度を検出する。温度・湿度センサ493は、温度を検出する温度センサと、相対湿度を検出する湿度センサとを組み合わせて構成される。駆動装置12が、図2に示すように、単作動式の場合には、空気給排口124aが電磁弁1に接続されるとともに、空気給排口124b、124cが外部環境に開放されているため、温度・湿度センサ493は、電磁弁1から空気給排口124aを介してシリンダ120内に給排される空気A(駆動流体)の温度及び湿度を検出するとともに、外部環境から空気給排口124b、124cを介してシリンダ120内に給排される外気(外部空気)の温度および湿度を検出する。また、駆動装置12が、複作動式の場合には、空気供
給口124a、124bが電磁弁1に接続されて、電磁弁1から空気供給口124a、124bを介して第2のピストン122Bを境にシリンダ120内に形成された左右の空気室に空気Aが交互に給気又は排気されるとともに、空気給排口124cが外部環境に開放されているため、温度・湿度センサ493は、電磁弁1から空気給排口124a、124bを介してシリンダ120内に給排される空気A(駆動流体)の温度及び湿度を検出するとともに、外部環境から空気給排口124cを介してシリンダ120内に給排される外気(外部空気)の温度および湿度を検出する。シリンダ120内は、相対湿度によっては結露が発生するおそれがある。結露の発生状況によってはシリンダ120内にさびや腐食が発生し、様々な動作不良が発生する。そのため、シリンダ120内の空気の温度及び湿度を検出し、相対湿度を把握しておくことで、異常診断及び予兆保全の精度を向上させることができる。本実施形態の温度・湿度センサ493は、シリンダ120のケース120A、120Bに取り付けられるが、ストッパ126A、126Bに取り付けてもよい。
The temperature /
主弁11の弁軸13a、駆動装置12の主軸13b、及び、電磁弁1の軸13cは、それぞれ回動可能な状態でシャフト状に形成される。駆動装置12の主軸13bは、駆動装置12を貫通するように配置される。主弁11の弁軸13a及び電磁弁1の軸13cは、一直線上にカップリング等を介して駆動装置12の主軸13bと連結され、駆動と同期した回動運動を行う。
The
電磁弁1は、駆動装置12に対して空気Aの給排を制御する機能を有し、例えば、2ポジションでノーマルクローズタイプ(通電時「開」、非通電時「閉」)の三方電磁弁として構成されている。電磁弁1は、屋内型又は防爆型の電磁弁1のハウジングとして機能する収容部6の内部に、空気Aが流れる流路を切り替えるスプール部2と、通電状態(通電時又は非通電時)に応じてスプール部2を変位させるソレノイド部3とを備える。なお、電磁弁1は、2ポジションでノーマルクローズタイプの三方電磁弁に限られず、3ポジションでもよく、ノーマルオープンタイプでもよく、四方電磁弁等でもよく、任意の組み合わせに基づく各種の形成で構成されていてもよい。また、本実施形態では、電磁弁1は、流体圧駆動弁10におけるパイロットバルブとして用いられるものであるが、電磁弁1の用途はこれに限られない。
The solenoid valve 1 has a function of controlling the supply and discharge of air A to the
スプール部2は、空気供給源14に第1の空気配管140を介して接続される入力ポート20と、駆動装置12に第2の空気配管141を介して接続される出力ポート21と、駆動装置12からの排気を排出する排気ポート22とを備える。
The
ソレノイド部3は、通電時に、入力ポート20と出力ポート21との間を連通するように、スプール部2を変位させ、非通電時に、出力ポート21と排気ポート22との間を連通するように、スプール部2を変位させる。
The
したがって、電磁弁1が通電状態である場合には、空気供給源14からの空気A(給気)が、第1の空気配管140、入力ポート20、出力ポート21及び第2の空気配管141の順に流れて、空気給排口124に供給されることで、第2のピストン122Bが押圧されてコイルばね123が圧縮する。そして、コイルばね123の圧縮に応じてピストンロッド121が移動した分だけピストンロッド121及び伝達機構125を介して主軸13bにコネクタで連結された主弁11の弁軸13aが回動されると、弁箱110内で弁体111が回動し、主弁11が全開状態に操作される。
Therefore, when the solenoid valve 1 is energized, the air A (air supply) from the
一方、電磁弁1が非通電状態である場合には、シリンダ120内の空気A(排気)が、空気給排口124から第2の空気配管141、出力ポート21及び排気ポート22の順に流れて、外気に排出されることで、第2のピストン122Bの押圧力が低下し、コイルばね123が圧縮状態から復元する。そして、コイルばね123の復元に応じてピストンロ
ッド121が移動した分だけ伝達機構125を介して主軸13bにコネクタで連結された主弁11の弁軸13aが回動されると、弁箱110内で弁体111が回動し、主弁11が全閉状態に操作される。
On the other hand, when the solenoid valve 1 is in the non-energized state, the air A (exhaust) in the
(電磁弁の構成について)
図3は、本発明の実施形態に係る電磁弁1の一例を示す断面図である。
(About the configuration of the solenoid valve)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the solenoid valve 1 according to the embodiment of the present invention.
電磁弁1は、上記のスプール部2及びソレノイド部3の他に、電磁弁1の各部の状態を取得する複数のセンサ4と、複数のセンサ4のうち少なくとも1つが載置された基板5と、これらスプール部2、ソレノイド部3、複数のセンサ4及び基板5を収容する収容部6とを備える。
In addition to the
収容部6は、スプール部2を収容する第1の収容部60と、第1の収容部60に隣接されるとともに、ソレノイド部3、複数のセンサ4及び基板5を収容する第2の収容部61と、通信ケーブル150及び電力ケーブル160が接続されるターミナルボックス62とを備える。なお、第1の収容部60及び第2の収容部61は、例えば、アルミニウム等の金属材料で製作されている。
The accommodating unit 6 is adjacent to the first
第1の収容部60は、入力ポート20、出力ポート21及び排気ポート22として、それぞれ機能する開口部(不図示)を有する。
The first
第2の収容部61は、両端(第1のハウジング端部610a及び第2のハウジング端部610b)が開放された円筒状のハウジング610と、ハウジング610の内部に配置されるボディー611と、第1のハウジング端部610aに固定されたソレノイド部3を外気から覆うソレノイドカバー612と、第2のハウジング端部610bに固定されたターミナルボックス62を外気から覆うターミナルボックスカバー613とを備える。
The
ハウジング610は、その下部に形成されて軸13cが挿入される軸挿入口610cと、その上部に形成されてボディー611が挿入されるボディー挿入口610dと、第2のハウジング端部610b側に形成されて通信ケーブル150及び電力ケーブル160が挿入されるケーブル挿入口610eとを有する。
The
第1の収容部60及び第2の収容部61には、ボディー611を貫通するようにして、入力側流路26から分岐して入力側流路26と第1の圧力センサ40との間を連通する第1の流路63と、出力側流路27から分岐して出力側流路27と第2の圧力センサ41との間を連通する第2の流路64と、スプール部2とソレノイド部3とを連動させるための空気Aが流れるスプール流路65が形成されている。
The first
スプール部2は、スプールケースとして機能する第2の収容部61内に形成されたスプールホール23と、スプールホール23内に移動可能に配置されたスプールバルブ24と、スプールバルブ24を付勢するスプールスプリング25と、入力ポート20とスプールホール23との間を連通する入力側流路26と、出力ポート21とスプールホール23との連通する出力側流路27と、排気ポート22とスプールホール23との間を連通する排気流路28とを備える。
The
ソレノイド部3は、ソレノイドケース30と、ソレノイドケース30内に収容されたソレノイドコイル31と、ソレノイドコイル31内に移動可能に配置された可動鉄芯32と、ソレノイドコイル31内に固定状態で配置された固定鉄芯33と、可動鉄芯32を付勢するソレノイドスプリング34とを備える。
The
電磁弁1が非通電状態から通電状態に切り替えられた場合には、ソレノイド部3において、コイル電流がソレノイドコイル31に流れることによりソレノイドコイル31が電磁力を発生し、当該電磁力により可動鉄芯32がソレノイドスプリング34の付勢力に抗して固定鉄芯33に吸引されることで、スプール流路65を流れる空気Aの流通状態が切り替えられる。そして、スプール部2において、スプール流路65を流れる空気Aの流通状態が切り替えられたことにより、スプールバルブ24がスプールスプリング25の付勢力に抗して移動されることで、入力ポート20と排気ポート22との間を連通する状態から、入力ポート20と出力ポート21との間を連通する状態に切り替えられる。
When the solenoid valve 1 is switched from the non-energized state to the energized state, the solenoid coil 31 generates an electromagnetic force when the coil current flows through the solenoid coil 31 in the
基板5は、基板面500A、500Bが軸挿入口610cから挿入された軸13cに沿うように配置された第1の基板50と、ターミナルボックス62に近接して配置された第2の基板51と、ソレノイド部3に近接して配置された第3の基板52とを備える。
The
第1の基板50の基板面500A、500Bのうち、第1の基板面500A側には、ボディー611、ソレノイド部3及び第3の基板52が配置される。第1の基板面500A側と反対側の第2の基板面500B側には、第2の基板51及びターミナルボックス62が配置される。
Of the substrate surfaces 500A and 500B of the
第1の基板50に載置されるセンサ4は、例えば、入力側流路26及び第1の流路63を流れる空気Aの流体圧を計測する第1の圧力センサ40と、出力側流路27及び第2の流路64を流れる空気Aの流体圧を計測する第2の圧力センサ41と、主弁11の弁軸13aからの回動によって駆動装置12の主軸13bを介して電磁弁1の軸13cが回動するときの回動角度を計測し、当該回動角度に応じて主弁11の弁開度情報を取得する主弁開度センサ42とを含む。これにより、1つの基板(第1の基板50)に、第1の圧力センサ40、第2の圧力センサ41及び主弁開度センサ42が集約されるので、電磁弁1及び流体圧駆動弁10が正常に動作したか否かを適切に診断するために必要となる監視機能を簡易な構成で実現することができる。
The sensor 4 mounted on the
主弁開度センサ42は、例えば、磁気センサにより構成されており、軸13cに取り付けられた永久磁石131が発生する磁気の強さを計測し、当該磁気の強さに応じて主弁11の弁開度情報を取得する。
The main
主弁開度センサ42は、軸挿入口610cから挿入された軸13cに沿うように配置された第1の基板50の第1の基板面500Aのうち軸13cの軸周りの外周に対向する位置に載置される。これにより、収容部6内において、配置スペースを無駄にすることなく、第1の基板50に載置された主弁開度センサ42と、軸13cとを近接して配置することが可能となり、弁開度情報を正確に取得することができる。
The main
主弁開度センサ42は、第1の基板50において、第1の圧力センサ40及び第2の圧力センサ41よりも軸挿入口610c寄りに載置される。これにより、第1の圧力センサ40に連通する第1の流路63と、第2の圧力センサ41に連通する第2の流路64とが、主弁開度センサ42及び軸13cから離間した位置に配置されるので、第1の流路63及び第2の流路64の形状や配置を簡素化することができる。
The main valve
第3の基板52に載置されるセンサ4は、例えば、ソレノイド部3が発生する磁気の強さを計測する磁気センサ46を含む。磁気センサ46は、電磁弁1が外部電源16から電力の供給を受けている場合において、ソレノイド部3が通電状態とされて、コイル電流がソレノイドコイル31に流れることにより発生する磁気の強さを計測する。
The sensor 4 mounted on the
図4は、本発明の実施形態に係る流体圧駆動弁10の一例を示すブロック図である。図
5は、本発明の実施形態に係る基板5に対する複数のセンサ4の載置例を示す模式図である。なお、図5は、各センサ4が基板5に載置された位置を厳密に示すものではなく、各センサ4が、第1乃至第3の基板50〜52のいずれの基板に載置されているかの載置状態を示すものである。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the fluid pressure drive valve 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic view showing an example of mounting a plurality of sensors 4 on the
流体圧駆動弁10は、電気的な構成例として、上記の第1乃至第3の基板50〜52及び複数のセンサ4の他に、流体圧駆動弁10を制御する制御部7と、外部装置15と通信する機能を有する通信部(外部送信部)8と、外部電源16に接続される電源回路部9とを備える。
As an example of electrical configuration, the fluid pressure drive valve 10 includes a
複数のセンサ4は、各部の物理量を計測するセンサ群として、上記の第1の圧力センサ40、第2の圧力センサ41、主弁開度センサ42及び磁気センサ46の他に、ソレノイド部3に対する供給電圧を計測する電圧センサ43と、ソレノイド部3における通電時の電流値及び非通電時の抵抗値を計測する電流・抵抗センサ44と、収容部6の内部温度を計測する温度センサ45と、駆動装置12の状態を計測する駆動状態センサ49とを備える。
The plurality of sensors 4 refer to the
また、複数のセンサ4は、各部の動作履歴に関する情報を取得するセンサ群として、ソレノイド部3の稼働時間としてソレノイド部に対する通電時間の合計及び現在の通電連働時間の少なくとも一方を計測する稼働時間計47と、電磁弁1、駆動装置12及び主弁11それぞれの作動回数を計数する作動カウンタ48とを備える。
In addition, the plurality of sensors 4 measure at least one of the total energization time for the solenoid unit and the current energization continuous time as the operation time of the
制御部7は、複数のセンサ4により取得された流体圧駆動弁10の各部の状態を示す情報を処理するとともに、流体圧駆動弁10の各部を制御するマイクロコントローラ70と、ソレノイド部3の通電状態を制御し、試験運転時における主弁11の開閉操作を行うバルブテストスイッチ71とを備える。
The
マイクロコントローラ70は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ(
不図示)と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により構成される内部記憶部702と、を備える。
The
It includes an
内部記憶部702には、流体圧駆動弁10が動作するときの設定値、流体圧駆動弁10が動作したときの一時記憶データ、及び、流体圧駆動弁10の動作を制御する流体圧駆動弁制御プログラム等が記憶されている。
The
マイクロコントローラ70のプロセッサは、内部記憶部702に記憶された流体圧駆動弁制御プログラムを実行することにより、複数のセンサ4により流体圧駆動弁10の各部の状態を監視する監視処理を実行する監視処理部700と、駆動状態センサ49により計測された駆動装置12の状態に基づいて、駆動装置12に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部701として機能する。
The processor of the
監視処理部700は、定常運転中に、主弁11の開閉操作の有無に関わることなく、複数のセンサ4のうち少なくとも1つのセンサ4(以下、「第1の監視対象センサ4A」という。)を用いて流体圧駆動弁10の状態を監視する「第1の監視処理」を実行する。また、監視処理部700は、主弁11の開閉操作が行われる非定常運転中に、複数のセンサ4のうち少なくとも1つのセンサ(以下、「第2の監視対象センサ4B」という。)を用いて流体圧駆動弁10の状態を監視する「第2の監視処理」を実行する。なお、第1の監視対象センサ4Aは、例えば、複数のセンサ4の全て(第1の圧力センサ40、第2の圧力センサ41、主弁開度センサ42、電圧センサ43、電流・抵抗センサ44、温度センサ45、磁気センサ46、稼働時間計47、作動カウンタ48、及び、駆動状態センサ4
9)であるが、これらの例に限られない。また、第2の監視対象センサ4Bは、例えば、第2の圧力センサ41及び主弁開度センサ42であるが、これらの例に限られない。
During steady operation, the
9), but is not limited to these examples. Further, the second monitoring target sensor 4B is, for example, the
第1の監視処理では、監視処理部700は、第1のサンプリング周期(例えば、10秒間隔)で第1の監視対象センサ4Aにより取得された流体圧駆動弁10の状態を第1の取得データとして取得し、当該第1の取得データについて、取得する毎に通信部8を介して外部装置15に順次送信する。
In the first monitoring process, the
第2の監視処理では、監視処理部700は、流体圧駆動弁10の操作が行われる操作期間において、第1のサンプリング周期よりも短い第2のサンプリング周期(例えば、10msec間隔)で第2の監視対象センサ4Bにより取得された流体圧駆動弁10の状態を第2の取得データとしてそれぞれ取得する。そして、監視処理部700は、操作期間内にそれぞれ取得した第2の取得データと当該第2の取得データのそれぞれを取得した取得時刻とを紐付けて構成する取得データ群を一時記憶データとして内部記憶部702に記憶する。そして、内部記憶部702に記憶された取得データ群は、所定のタイミングで外部装置15に送信される。
In the second monitoring process, the
異常判定部701は、駆動状態センサ49により計測された駆動装置12の状態に対して、複数の異常判定処理を実行することで、駆動装置12に異常が発生しているか否かを判定する。
The
例えば、異常判定部701は、第1の異常判定処理として、駆動装置12が作動したときのシリンダ120に対するピストン122の位置を駆動状態センサ49が検出し、その時の他のセンサ4の検出値との相対関係と、予め記憶された正常作動時の相対関係とを比較することにより、異常の発生の有無を判定する。また、異常判定部701は、第2の異常判定処理として、駆動装置12に生じる加速度を駆動状態センサ49が検出し、正常作動時よりも大きな加速度(振動や衝撃)が生じているか否かを判定することにより、異常の発生の有無を判定する。さらに、異常判定部701は、第3の異常判定処理として、駆動装置12の内部温度及び湿度を駆動状態センサ49が検出し、相対湿度が所定の閾値よりも大きいか否かを判定することにより、異常の発生の有無を判定する。なお、異常判定部701は、駆動状態センサ49からのデータを用いて上記の異常判定処理を実行してもよいし、内部記憶部702に記憶された一時記憶データを用いて上記の異常判定処理を実行してもよい。
For example, in the
バルブテストスイッチ71は、所定の試験運転条件が満たされた場合にマイクロコントローラ70からの指令を受けて、試験運転として、電磁弁1のフルストロークテスト(以下、「FST」という。)又はパーシャルストロークテスト(以下、「PST」という。)を実行する。
The
FSTは、主弁11を全開状態から全閉状態に操作して全開状態に戻すことで、流体圧駆動弁10の異常を診断するものである。PSTは、主弁11を全開状態から所定の開度まで部分的に閉じて全開状態に戻すことで、主弁11を全閉状態に操作することなく(すなわち、プラント設備を停止することなく)、流体圧駆動弁10の異常を診断するものである。
The FST diagnoses an abnormality in the fluid pressure drive valve 10 by operating the
FST及びPSTは、監視処理部700による第2の監視処理と並行して実行される。そのため、主弁11が操作されたときに各センサ4により取得された流体圧駆動弁10の状態に基づいて、当該操作が所定の設定時間内に完了したか否かを判定することにより、流体圧駆動弁10の異常を診断することが可能である。また、主弁11が操作されたときに各センサ4により取得された流体圧駆動弁10の状態の時系列変化を解析する(例えば
、正常時の時系列変化と比較する)ことにより、流体圧駆動弁10の異常を診断することが可能である。
The FST and PST are executed in parallel with the second monitoring process by the
なお、試験運転条件としては、例えば、内部記憶部702の設定値として指定された実行頻度(例えば、1年に1回)による実行時期や特定の指定日時が到来したり、外部装置15(例えば、プラント管理用のコンピュータ)からの実行命令を受け付けたり、流体圧駆動弁10に設けられた試験実行ボタン(不図示)が管理者により操作されたりした場合に、試験運転条件を満たすものとして、試験運転が実行されるようにすればよい。
As test operation conditions, for example, the execution time or a specific designated date and time according to the execution frequency (for example, once a year) designated as the set value of the
通信部8は、HART(Highway Addressable Remote Transducer)通信規格に従って
外部装置15との間でデータの送受信を行う通信モデム80と、制御電流(4〜20mAのアナログ信号)を入出力するループ電流制御器81とを備える。通信モデム80が、送信対象のデータを周波数信号に変換すると、ループ電流制御器81は、当該周波数信号を制御電流に重畳した重畳信号を外部装置15に送信する。ループ電流制御器81が、外部装置15から重畳信号を受信し、当該重畳信号から周波数信号を分離すると、通信モデム80は、当該周波数信号を受信対象のデータに変換する。
The
電源回路部9は、電力ケーブル160がターミナルボックス62に逆接続された場合に発生する逆電圧から制御部7を保護する逆電圧保護回路90と、外部電源16から電力ケーブル160を介して供給された電力を所定の電圧及び電流に変換し、流体圧駆動弁10の各部(ソレノイド部3、センサ4、基板5、制御部7及び通信部8等)に供給する内部電源回路91とを備える。
The power
図5に示すように、第1の基板50は、第1の圧力センサ40、第2の圧力センサ41、主弁開度センサ42、電圧センサ43、電流・抵抗センサ44、温度センサ45、稼働時間計47、作動カウンタ48、制御部7、通信モデム80及び逆電圧保護回路90が載置される。第2の基板51は、ループ電流制御器81及び内部電源回路91が載置される。第3の基板52は、磁気センサ46が載置される。駆動状態センサ49は、駆動装置12に取り付けられる。
As shown in FIG. 5, the
なお、複数のセンサ4としては、上記のセンサ40〜49に限られず、他の物理量や動作履歴に関する情報を取得するセンサをさらに備えていてもよいし、これらのセンサ40〜49の一部が省略されていてもよい。また、複数のセンサ4が各基板50〜52に載置される際の各センサ40〜48の載置状態は、図5に示す例に限られず、適宜変更してもよい。さらに、収容部6に収容される基板5の枚数や、収容部6に対する各基板50〜52の配置についても適宜変更してもよい。
The plurality of sensors 4 are not limited to the
また、上記のセンサ40〜49は、図4、図5に示すように、それぞれのセンサが個別に設けられたものに限られず、特定のセンサが他のセンサの機能を兼ねることで、当該他のセンサが個別に設けられていなくてもよい。例えば、磁気センサ46が、ソレノイド部3が発生する磁気の強さを計測するとともに、当該磁気の強さに基づいてソレノイド部3における通電時の電流値を求めることで、電流・抵抗センサ44が個別に設けられていなくてもよい。また、マイクロコントローラ70が、センサの機能を内蔵したり、センサの機能の一部を実現したりしてもよく、例えば、マイクロコントローラ70が、稼働時間計47及び作動カウンタ48を内蔵することで、稼働時間計47及び作動カウンタ48が個別に設けられていなくてもよい。
Further, the
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
(Other embodiments)
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be appropriately modified without departing from the technical idea of the present invention.
例えば、上記実施形態では、駆動装置12は、弁軸13aを回動させるものとして説明したが、弁軸13aを往復直線駆動させるようにしてもよい。この場合、弁軸13aを往復直線駆動させることに応じて開閉操作が行われる主弁11として、例えば、ゲートバルブやグローブバルブ等の形式を用いるようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the
さらに、この場合の電磁弁1の構成としては、収容部6が、駆動装置12により往復直線駆動される軸13cが挿入される軸挿入口を有するとともに、当該軸13cが往復直線駆動されることに連動して回動軸を回動させる駆動力伝達機構(例えば、ラックアンドピニオン機構、スコッチヨーク機構、リンク機構、カム機構等)を収容する。そして、第1の基板50の基板面が当該回動軸に沿うように配置されており、主弁開度センサ42が、第1の基板50の基板面のうち当該回動軸の軸周りの外周に対向する位置に載置されて、主弁11の弁開度を求めるべく、当該回動軸の回動角度を計測するようにすればよい。
Further, as a configuration of the electromagnetic valve 1 in this case, the accommodating portion 6 has a shaft insertion port into which the
また、上記の駆動力伝達機構は、収容部6の外部に配置されていてもよく、この場合には、駆動力伝達機構により回動される回動軸が軸挿入口から挿入されるとともに、第1の基板50の基板面が軸挿入口から挿入された回動軸に沿うように配置されており、主弁開度センサ42が、主弁11の弁開度を求めるべく、軸13cの回動角度に代えて、当該回動軸の回動角度を計測するようにすればよい。
Further, the above-mentioned driving force transmission mechanism may be arranged outside the accommodating portion 6, and in this case, a rotating shaft rotated by the driving force transmission mechanism is inserted from the shaft insertion port and at the same time. The substrate surface of the
また、上記実施形態では、電磁弁1の制御部7が、異常判定部701として機能するものとして説明したが、異常判定部701は、駆動装置12を構成する構成要素の1つとして機能するものであればよく、電磁弁1の制御部7以外の装置(例えば、駆動装置12、駆動装置12の状態を監視する駆動装置監視装置、又は、外部装置15等)に備えられていてもよい。
Further, in the above embodiment, the
以上のように、上記実施形態に係る電磁弁1及び流体圧駆動弁10によれば、駆動状態センサ49が、ピストンロッド121の摺動方向におけるシリンダ120内の少なくとも一端に配置される。駆動状態センサ49は、駆動装置12の状態として、例えば、シリンダ120に対するピストン122A、122Bの位置、シリンダ120の加速度、及び、シリンダ120内の温度及び湿度等を計測する。したがって、駆動装置12及び流体圧駆動弁10が、駆動状態センサ49を備えることにより、シリンダ内部の状態を監視することが可能となり、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上が可能となる。
As described above, according to the solenoid valve 1 and the fluid pressure drive valve 10 according to the above embodiment, the
1…電磁弁、2…スプール部、3…ソレノイド部、
4…センサ、4A…第1の監視対象センサ、4B…第2の監視対象センサ、
5…基板、6…収容部、7…制御部、8…通信部、9…電源回路部、
10…流体圧駆動弁、11…主弁、12…駆動装置、
13a…弁軸、13b…主軸、13c…軸、
14…空気供給源、15…外部装置、16…外部電源、
20…入力ポート、21…出力ポート、22…排気ポート、
23…スプールホール、24…スプールバルブ、25…スプールスプリング、
26…入力側流路、27…出力側流路、28…排気流路、
30…ソレノイドケース、31…ソレノイドコイル、
32…可動鉄芯、33…固定鉄芯、34…ソレノイドスプリング、
40…第1の圧力センサ、41…第2の圧力センサ、
42…主弁開度センサ、43…電圧センサ、44…電流・抵抗センサ、
45…温度センサ、46…磁気センサ、47…稼働時間計、48…作動カウンタ、49…駆動状態センサ、
50…第1の基板、51…第2の基板、52…第3の基板(基板)、
60…第1の収容部、61…第2の収容部、62…ターミナルボックス、
63…第1の流路、64…第2の流路、65…スプール流路、
70…マイクロコントローラ、71…バルブテストスイッチ、
80…通信モデム、81…ループ電流制御器、
90…逆電圧保護回路、91…内部電源回路、
100…配管、110…弁箱、111…弁体、
120…シリンダ、121…ピストンロッド、
122A…第1のピストン、122B…第2のピストン、
123…コイルばね、124…空気給排口、125…伝達機構、
140…第1の空気配管、141…第2の空気配管、
150…通信ケーブル、160…電力ケーブル、
500A…第1の基板面、500B…第2の基板面、
610…ハウジング、610a…第1のハウジング端部、
610b…第2のハウジング端部、610c…軸挿入口、610d…ボディー挿入口、
610e…ケーブル挿入口、611…ボディー、
612…ソレノイドカバー、613…ターミナルボックスカバー、
700…監視処理部、701…異常判定部、702…内部記憶部、A…空気
1 ... Solenoid valve, 2 ... Spool part, 3 ... Solenoid part,
4 ... Sensor, 4A ... First monitored sensor, 4B ... Second monitored sensor,
5 ... board, 6 ... accommodating unit, 7 ... control unit, 8 ... communication unit, 9 ... power supply circuit unit,
10 ... Fluid pressure drive valve, 11 ... Main valve, 12 ... Drive device,
13a ... valve shaft, 13b ... spindle, 13c ... shaft,
14 ... air supply source, 15 ... external device, 16 ... external power supply,
20 ... input port, 21 ... output port, 22 ... exhaust port,
23 ... Spool hole, 24 ... Spool valve, 25 ... Spool spring,
26 ... Input side flow path, 27 ... Output side flow path, 28 ... Exhaust flow path,
30 ... solenoid case, 31 ... solenoid coil,
32 ... Movable iron core, 33 ... Fixed iron core, 34 ... Solenoid spring,
40 ... 1st pressure sensor, 41 ... 2nd pressure sensor,
42 ... Main valve opening sensor, 43 ... Voltage sensor, 44 ... Current / resistance sensor,
45 ... Temperature sensor, 46 ... Magnetic sensor, 47 ... Operating time meter, 48 ... Operation counter, 49 ... Drive status sensor,
50 ... 1st substrate, 51 ... 2nd substrate, 52 ... 3rd substrate (board),
60 ... 1st containment, 61 ... 2nd containment, 62 ... Terminal box,
63 ... 1st flow path, 64 ... 2nd flow path, 65 ... Spool flow path,
70 ... Microcontroller, 71 ... Valve Test Switch,
80 ... communication modem, 81 ... loop current controller,
90 ... Reverse voltage protection circuit, 91 ... Internal power supply circuit,
100 ... Piping, 110 ... Valve box, 111 ... Valve body,
120 ... Cylinder, 121 ... Piston rod,
122A ... 1st piston, 122B ... 2nd piston,
123 ... Coil spring, 124 ... Air supply / exhaust port, 125 ... Transmission mechanism,
140 ... 1st air pipe, 141 ... 2nd air pipe,
150 ... communication cable, 160 ... power cable,
500A ... 1st substrate surface, 500B ... 2nd substrate surface,
610 ... housing, 610a ... first housing end,
610b ... Second housing end, 610c ... Shaft insertion slot, 610d ... Body insertion slot,
610e ... Cable insertion slot, 611 ... Body,
612 ... Solenoid cover, 613 ... Terminal box cover,
700 ... Monitoring processing unit, 701 ... Abnormality determination unit, 702 ... Internal storage unit, A ... Air
Claims (7)
前記シリンダ内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッドを介して連結された一対のピストンと、
前記ピストンロッドの摺動方向における前記シリンダ内の一端又は両端に配置される駆動状態センサと、
を備え、
前記駆動状態センサは、前記シリンダ内の温度及び湿度を検出する
ことを特徴とする駆動装置。 A cylindrical cylinder that covers both ends,
A pair of pistons provided in the cylinder so as to be reciprocally linearly movable and connected via a piston rod,
A drive state sensor arranged at one end or both ends of the cylinder in the sliding direction of the piston rod.
Equipped with a,
The drive state sensor is a drive device that detects the temperature and humidity in the cylinder .
前前記駆動状態センサは、前記ストッパに配置される
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 A stopper attached to one end or both ends of the cylinder to regulate the movement of the piston is provided.
The drive device according to claim 1, wherein the drive state sensor is arranged on the stopper.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の駆動装置。 The drive device according to claim 1 or 2, wherein the drive state sensor detects the position of the piston with respect to the cylinder.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の駆動装置。 The drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the drive state sensor detects the acceleration of the cylinder.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の駆動装置。 The drive device according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a transmission mechanism that converts the reciprocating linear motion of the piston rod into rotation.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の駆動装置。 Further, an abnormality determination unit for determining whether or not an abnormality has occurred in the drive device based on the state of the drive device acquired by the drive state sensor is provided.
The driving device according to any one of claims 1 to 5 .
前記主弁を駆動する請求項1乃至6のいずれか1つに記載の駆動装置と、
前記駆動装置に対して駆動流体の給排を制御する電磁弁と、
を少なくとも備える
ことを特徴とする流体圧駆動弁。
Main valve and
The driving device according to any one of claims 1 to 6 for driving the main valve.
A solenoid valve that controls the supply and discharge of the driving fluid to the driving device,
A fluid pressure driven valve characterized in that it comprises at least.
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