JP6795231B1

JP6795231B1 - 電磁弁

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Publication number: JP6795231B1
Application number: JP2020040357A
Authority: JP
Inventors: 文明青山
Original assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Current assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: KR20220028063A; CN114729708A; WO2021182116A1; JP2021139488A; KR102629088B1; CN114729708B

Abstract

【課題】電磁弁の操作が行われる操作期間だけでなく、当該操作期間以外の期間も含めて、予兆保全に有用なデータを取得することができる電磁弁を提供する。【解決手段】電磁弁は、当該電磁弁の各部の状態を取得する複数のセンサと、通信部（外部送信部）８と、内部記憶部７０１と、監視処理部７００とを備える。監視処理部７００は、第１のサンプリング周期ＰＡで電磁弁の状態を第１の取得データＤＡとして取得し、当該第１の取得データＤＡについて、取得する毎に通信部８を介して外部装置１５に順次送信する第１の監視処理、及び、電磁弁の操作が行われる操作期間Ｑにおいて、第２のサンプリング周期ＰＢ（＜ＰＢ）で電磁弁１の状態を第２の取得データＤＢとしてそれぞれ取得し、操作期間Ｑ内にそれぞれ取得した第２の取得データＤＢを含む取得データ群ＳＢを内部記憶部７０１に記憶する第２の監視処理を実行する。【選択図】図５

Description

本発明は、電磁弁及び流体圧駆動弁に関する。

従来、電磁弁により駆動流体を制御して主弁を開閉する流体圧駆動弁が知られている。
例えば、特許文献１には、プラント設備の配管に使用される流体圧駆動弁として、設備に
異常が発生したような緊急時に、電磁弁により駆動流体を制御してボールバルブ（主弁）
を閉じることにより、配管を流れる流体を遮断する緊急遮断弁装置が開示されている。

特開２００９−９７５３９号公報

特許文献１に開示された緊急遮断弁装置は、プラント設備の制御室に設置されて、電磁
弁の通電操作を行うロジックコントローラと、弁軸の回動動作、すなわち、ボールバルブ
の開閉動作を検知して、ロジックコントローラにフィードバックし、ボールバルブの作動
確認テストを行うリミットスイッチとを備える。

しかしながら、特許文献１では、開閉動作を伴う作動確認テストにおいて、リミットス
イッチを用いて緊急遮断弁装置の状態を監視することしか開示されておらず、作動確認テ
ストにおいて、電磁弁の各部の状態を監視するものではない。また、特許文献１では、開
閉動作を伴う作動確認テストを行う以外に、電磁弁及び緊急遮断弁装置の異常を診断する
手法が開示されていない。

そのため、特許文献１に開示された作動確認テストは、異常の発生を事後的に把握する
事後保全を実現するものといえるが、プラント設備の稼働率及び信頼性を向上させるため
には、異常の兆候を事前に把握する予兆保全を実現することが望まれる。その上で、異常
の兆候は様々な事象となって表出するため、それらの事象を的確に抽出するためには、電
磁弁の操作が行われる操作期間（非定常運転中）だけでなく、当該操作期間以外の期間（
定常運転中）も含めて、電磁弁の各部の状態を監視する仕組みを実現する必要がある。

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、電磁弁の操作が行われる操
作期間だけでなく、当該操作期間以外の期間も含めて、事後保全に有用なデータのみなら
ず、予兆保全に有用なデータを取得することができる電磁弁を提供することを目的とする
。

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電磁弁は、
当該電磁弁の各部の状態を取得する複数のセンサと、
外部装置に対してデータを送信する外部送信部と、
データを記憶する内部記憶部と、
第１のサンプリング周期で前記複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサにより取得
された前記電磁弁の状態を第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、取得する毎に前記外部送信部を介して前記外部装置に順次送信する第１の監視処理、
及び、前記電磁弁の操作が行われる操作期間において、前記第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で前記複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサにより
取得された前記電磁弁の状態を第２の取得データとしてそれぞれ取得し、前記操作期間内
にそれぞれ取得した前記第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前記内部記憶部に記憶する第２の監視処理
を実行する監視処理部とを備える。

本発明の一実施形態に係る電磁弁によれば、監視処理部が、第１の監視処理では、第１
のサンプリング周期で電磁弁の状態を第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、取得する毎に外部送信部を介して外部装置に順次送信するとともに、第２
の監視処理では、電磁弁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で電磁弁の状態を第２の取得データとしてそれぞれ取得
し、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内部記憶部に記憶する。

そのため、比較的長い周期（第１のサンプリング周期）で継続的に実行される第１の監
視処理にて取得された第１の取得データについては、取得する毎に外部送信部を介して外
部装置に順次送信するので、内部記憶部に負荷をかけることがなく、また、外部送信部の
通信間隔（＝第１のサンプリング周期）が確保されているため外部送信部に過大な負荷を
かけることもない。そして、外部装置に送信された第１の取得データは、電磁弁の操作に
関係なく、第１のサンプリング周期により継続的に取得されたものであるため、事後保全
のみならず予兆保全を行うためのデータとして利用することができる。

また、電磁弁の操作が行われる操作期間において、比較的短い周期（第２のサンプリン
グ周期）で一時的に実行される第２の監視処理にて取得された第２の取得データについて
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内部記憶部に記憶するので、外
部送信部に負荷をかけることがなく、また、操作期間内に限定されているため内部記憶部
に過大な負荷をかけることもない。そして、内部記憶部に記憶された取得データ群は、電
磁弁の操作が行われる操作期間に合わせて、電磁弁の各部の状態が第２のサンプリング周
期により詳細に取得されたものであるため、予兆保全を行うためのデータとして利用する
ことができる。さらに、内部記憶部に記憶された取得データ群は、事後保全を行うための
データとしても利用することができる。

したがって、外部送信部及び内部記憶部に対する過大な負荷を抑制しつつ、電磁弁の操
作が行われる操作期間だけでなく、操作期間以外の期間も含めて、事後保全に有用なデー
タのみならず、予兆保全に有用なデータを取得することができる。

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。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。本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示すブロック図である。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。本発明の実施形態に係る監視処理部７００の機能の一例を示すタイミングチャートである。第１の取得データＤＡ及び第１の取得データ群ＳＡの一例を示すデータ構成図である。第２の取得データＤＢ及び第２の取得データ群ＳＢの一例を示すデータ構成図である。

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。

（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。

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１３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。

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。

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。

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。

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。

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内に回転可能に
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１３の第１の端
部１３０Ａが連結されている。弁軸１３が０度から９０度に回転駆動されることに応じて
弁箱１１０内で弁体１１１が回転し、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。

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、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
設けられたコイルばね１２３と、第２のピストン１２２Ｂ側に形成された空気給排口１２
４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弁軸１３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とを備える。なお、駆動装置１
２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。

第１のピストン１２２Ａは、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、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転運動に変換して弁軸１３に伝達する。

弁軸１３は、シャフト状に形成されており、回動可能な状態で駆動装置１２を貫通する
ようにして配置される。弁軸１３の第１の端部１３０Ａは、主弁１１に連結されるととも
に、弁軸１３の第２の端部１３０Ｂは、電磁弁１により軸支される。なお、弁軸１３は、
複数のシャフトが、例えば、カップリング等により連結されたものでもよい。

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。

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。

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。

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１４
１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を介して弁軸１
３が回転駆動されると、弁箱１１０内で弁体１１１が回転し、主弁１１が全開状態に操作
される。

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を介して弁軸１３が回転駆動されると、弁箱
１１０内で弁体１１１が回転し、主弁１１が全閉状態に操作される。

（電磁弁の構成について）
図２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。

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。

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。

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。

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。

ハウジング６１０は、その下部に形成されて弁軸１３の第２の端部１３０Ｂ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。

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。

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。

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。

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。

基板５は、基板面５００Ａ、５００Ｂが軸挿入口６１０ｃから挿入された弁軸１３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。

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。

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、弁軸１３が回転駆
動するときの回転角度を計測し、当該回転角度に応じて主弁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。

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、弁軸１３の第２の
端部１３０Ｂ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。

主弁開度センサ４２は、軸挿入口６１０ｃから挿入された弁軸１３に沿うように配置さ
れた第１の基板５の第１の基板面５００Ａのうち弁軸１３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、弁軸１３の第２の端部１３０Ｂ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。

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４０に連通する第２の流路６４とが
、主弁開度センサ４２及び弁軸１３の第２の端部１３０Ｂ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。

図３は、本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示すブロック図である。図４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４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。

電磁弁１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、電磁弁１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。

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及び主弁開度センサ４２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、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とを備える。

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１
１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。

制御部７は、複数のセンサ４により取得された電磁弁１の各部の状態を示す情報を処理
するとともに、電磁弁１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。

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７０１とを備える。

内部記憶部７０１には、電磁弁１が動作するときの設定値、電磁弁１が動作したときの
一時記憶データ、及び、電磁弁１の動作を制御する電磁弁制御プログラム等が記憶されて
いる。

マイクロコントローラ７０のプロセッサは、内部記憶部７０１に記憶された電磁弁制御
プログラムを実行することにより、複数のセンサ４により電磁弁１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として機能する。なお、監視処理部７００及び監
視処理の詳細は後述する。

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。

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。

ＦＳＴ及びＰＳＴは、監視処理部７００による監視処理（「第２の監視処理」として後
述する。）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
より取得された電磁弁１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により取得された電磁弁１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。

なお、試験運転条件としては、例えば、内部記憶部７０１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、電磁弁
１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。

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。

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、電磁弁１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。

図４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。

なお、複数のセンサ４としては、上記のセンサ４０〜４８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
〜４８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４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５０〜５
２の配置についても適宜変更してもよい。

また、上記のセンサ４０〜４８は、図３、図４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。

（電磁弁の監視機能について）
次に、監視処理部７００及び監視処理の詳細について説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る監視処理部７００の機能の一例を示すタイミングチャ
ートである。図６は、第１の取得データＤＡ及び第１の取得データ群ＳＡの一例を示すデ
ータ構成図である。図７は、第２の取得データＤＢ及び第２の取得データ群ＳＢの一例を
示すデータ構成図である。

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。）を用いて電磁弁１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、ＦＳＴ又はＰＳＴにより主弁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。）を用いて電磁弁１の状態を監視する「第２の監視処理」を実行す
る。

第１の監視処理では、監視処理部７００は、図５に示すように、第１のサンプリング周
期ＰＡ（例えば、１０秒間隔）で第１の監視対象センサ４Ａにより取得された電磁弁１の
状態を第１の取得データＤＡ（ｉ）として取得し、当該第１の取得データＤＡ（ｉ）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。外部装置１５では、
第１の取得データＤＡ（ｉ）を順次受信することで、第１の取得データＤＡ（ｉ）と当該
第１の取得データＤＡ（ｉ）を取得した取得時刻ＴＡ（ｉ）とを紐づけて構成する第１の
取得データ群ＳＡが蓄積される。

そのため、監視処理部７００が第１の監視処理を実行し、第１のサンプリング周期ＰＡ
にてｍ回の第１の取得データＤＡ（ｉ）（ｉ＝１，２，…，ｍ）を取得した場合、外部装
置１５には、図６に示す第１の取得データ群ＳＡが蓄積される。

第２の監視処理では、監視処理部７００は、図５に示すように、電磁弁１の操作が行わ
れる操作期間Ｑにおいて、第１のサンプリング周期ＰＡよりも短い第２のサンプリング周
期ＰＢ（例えば、１０ｍｓｅｃ間隔）で第２の監視対象センサ４Ｂにより取得された電磁
弁１の状態を第２の取得データＤＢ（ｊ）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Ｑ内にそれぞれ取得した第２の取得データＤＢ（ｊ）と当該第２の取
得データＤＢ（ｊ）のそれぞれを取得した取得時刻ＴＢ（ｊ）とを紐付けて構成する第２
の取得データ群ＳＢを一時記憶データとして内部記憶部７０１に記憶する。

そのため、監視処理部７００が第２の監視処理を実行し、操作期間Ｑにおいて第２のサ
ンプリング周期ＰＢにてｎ回の第２の取得データＤＢ（ｊ）（ｊ＝１，２，…，ｎ）を取
得した場合、内部記憶部７０１には、図７に示す第２の取得データ群ＳＢが蓄積される。

以上のように、上記実施形態に係る電磁弁１によれば、監視処理部７００が、第１の監
視処理では、第１のサンプリング周期ＰＡで電磁弁１の状態を第１の取得データＤＡとし
て取得し、当該第１の取得データＤＡについて、取得する毎に通信部（外部送信部）８を
介して外部装置１５に順次送信するとともに、第２の監視処理では、電磁弁１の操作が行
われる操作期間Ｑ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
ＰＢ（＜ＰＡ）で電磁弁１の状態を第２の取得データＤＢとしてそれぞれ取得し、操作期
間Ｑ内にそれぞれ取得した第２の取得データＤＢと当該第２の取得データＤＢのそれぞれ
を取得した取得時刻ＴＢとを紐付けて構成する第２の取得データ群（取得データ群）ＳＢ
を内部記憶部７０１に記憶する。

そのため、比較的長い周期（第１のサンプリング周期ＰＡ）で継続的に実行される第１
の監視処理にて取得された第１の取得データＤＡについては、取得する毎に通信部８を介
して外部装置１５に順次送信するので、内部記憶部７０１に負荷をかけることがなく、ま
た、通信部８の通信間隔（＝第１のサンプリング周期ＰＡ）が確保されているため通信部
８に過度な負荷をかけることもない。そして、外部装置１５に送信された第１の取得デー
タＤＡは、主弁１１の開閉操作に関係なく、第１のサンプリング周期ＰＡにより継続的に
取得されたものであるため、例えば閾値を設定して各部の故障を検出するような事後保全
を行うデータとして利用することができ、また、例えば取得されたデータの時系列を解析
することで各部の故障の傾向を把握するような予兆保全を行うためのデータとして利用す
ることができる。

また、電磁弁１の操作が行われる操作期間Ｑにおいて、比較的短い周期（第２のサンプ
リング周期ＰＢ）で一時的に実行される第２の監視処理にて取得された第２の取得データ
ＤＡについては、操作期間Ｑ内にそれぞれ取得した第２の取得データＤＢと当該第２の取
得データＤＢのそれぞれを取得した取得時刻ＴＢとを紐付けて構成する取得データ群ＳＢ
を内部記憶部７０１に記憶するので、通信部８に負荷をかけることがなく、また、操作期
間Ｑ内に限定されているため内部記憶部７０１に過度な負荷をかけることもない。そして
、内部記憶部７０１に記憶された第２の取得データ群ＳＢは、電磁弁１の操作が行われる
操作期間Ｑに合わせて、電磁弁１の各部の状態が第２のサンプリング周期ＰＢにより詳細
に取得されたものであるため、予兆保全を行うためのデータとして利用することができる
。さらに、内部記憶部７０１に記憶された第２の取得データ群ＳＢは、事後保全を行うた
めのデータとしても利用することができる。

したがって、通信部８及び内部記憶部７０１に対する過大な負荷を抑制しつつ、電磁弁
１の操作が行われる操作期間Ｑだけでなく、操作期間Ｑ以外の期間も含めて、予兆保全に
有用なデータを取得することができる。

なお、第２の監視処理では、監視処理部７００は、図５に示すように、第２の取得デー
タ群ＳＢを内部記憶部７０１に記憶した後、第１の監視処理において第１の取得データＤ
Ａを順次送信する第１の送信タイミングＣＡとは異なる第２の送信タイミングＣＢで、当
該第２の取得データ群ＳＢを通信部８を介して外部装置１５に送信するようにしてもよい
。これにより、第１の取得データＤＡ及び第２の取得データ群ＳＢの双方を確実に外部装
置１５に送信することができる。

また、第１の監視処理における第１の監視対象センサ４Ａは、複数のセンサ４の全てを
用いてもよいし、そのうちの一部のセンサを用いてもよい。さらに、第２の監視処理にお
ける第２の監視対象センサ４Ｂについても同様に、複数のセンサ４の全てを用いてもよい
し、そのうちの一部のセンサ用いてもよい。また、第１の監視対象センサ４Ａと第２の監
視対象センサ４Ｂとの間でセンサ種類又はセンサ数を比較した場合、両者は同じでもよい
し、異なっていてもよい。

上記のうち両者のセンサ数が異なる場合であって、特に、第２の監視対象センサ（第２
のセンサ群）４Ｂのセンサ数が、第１の監視対象センサ（第１のセンサ群）４Ａのセンサ
数よりも少ない場合の実施例として、監視処理部７００は、第１の監視対象センサ４Ａと
して、図６に示すように、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、及び、作動カウンタ４８の９つのセンサ４を用いて第１の監視処理を実行
し、第２の監視対象センサ４Ｂとして、図７に示すように、第２の圧力センサ４１及び主
弁開度センサ４２を用いて第２の監視処理を実行するようにしてもよい。これにより、第
１の監視処理では、電磁弁１の全体を監視することで様々な事象を捉えて事後保全及び予
兆保全を行うことができ、第２の監視処理では、内部記憶部７０１への負荷（第２の取得
データ群ＳＢの記憶容量）を抑制しつつ、電磁弁１及び流体圧駆動弁１０が動作したとき
の状態を詳細に解析して予兆保全、さらには事後保全を行うことができる。

また、監視処理部７００が、第１の監視処理及び第２の監視処理を実行するときの条件
（例えば、上記の第１の監視対象センサ４Ａ及び第２の監視対象センサ４Ｂや、第１のサ
ンプリング周期ＰＡ及び第２のサンプリング周期ＰＢ）は、例えば、内部記憶部７０１の
設定値として指定されていてもよい。その場合には、当該設定値は、外部装置１５（例え
ば、プラント管理用のコンピュータや診断用コンピュータ）や電磁弁１に設けられた操作
パネル（不図示）等を介して変更可能であってもよい。さらに、当該設定値は、固定値で
もよいし、所定の条件の下で変動する変動値でもよい。

（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。

例えば、上記実施形態では、駆動装置１２は、弁軸１３を回転駆動させるものとして説
明したが、弁軸１３を往復直線駆動させるようにしてもよい。この場合、弁軸１３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。

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
線駆動される弁軸の端部が挿入される軸挿入口を有するとともに、当該弁軸が往復直線駆
動されることに連動して回転軸を回転駆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、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
が当該回転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
板面のうち当該回転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、当該回転軸の回転角度を計測するようにすればよい。

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転駆動される回転軸の端部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転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、弁軸１３の回転角度に代え
て、当該回転軸の回転角度を計測するようにすればよい。

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（外部送信部）、９…電源回路部、
１０…流体圧駆動弁、１１…主弁、１２…駆動装置、１３…弁軸、
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、
５０…第１の基板、５１…第２の基板、５２…第３の基板、
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、
１３０Ａ…第１の端部、１３０Ｂ…第２の端部、
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…内部記憶部、
Ａ…空気、Ｑ…操作期間
ＰＡ…第１のサンプリング周期、ＤＡ…第１の取得データ、ＴＡ…取得時刻、
ＣＡ…第１の送信タイミング、ＳＡ…第１の取得データ群、
ＰＢ…第２のサンプリング周期、ＤＢ…第２の取得データ、ＴＢ…取得時刻、
ＣＢ…第２の送信タイミング、ＳＢ…第２の取得データ群（取得データ群）

Claims

電磁弁であって、
当該電磁弁の各部の状態を取得する複数のセンサと、
外部装置に対してデータを送信する外部送信部と、
データを記憶する内部記憶部と、
第１のサンプリング周期で前記複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサにより取得された前記電磁弁の状態を第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、取得する毎に前記外部送信部を介して前記外部装置に順次送信する第１の監視処理、及び、前記電磁弁の操作が行われる操作期間において、前記第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で前記複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサにより取得された前記電磁弁の状態を第２の取得データとしてそれぞれ取得し、前記操作期間内にそれぞれ取得した前記第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前記内部記憶部に記憶する第２の監視処理を実行する監視処理部とを備え、
前記監視処理部は、
定常運転中に、前記操作の有無に関わることなく、前記第１の監視処理を実行し、
前記操作期間として、前記操作が行われる非定常運転中に前記第２の監視処理を実行する、
ことを特徴とする電磁弁。
電磁弁であって、
当該電磁弁の各部の状態を取得する複数のセンサと、
外部装置に対してデータを送信する外部送信部と、
データを記憶する内部記憶部と、
第１のサンプリング周期で前記複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサにより取得された前記電磁弁の状態を第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、取得する毎に前記外部送信部を介して前記外部装置に順次送信する第１の監視処理、及び、前記電磁弁の操作が行われる操作期間において、前記第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で前記複数のセンサのうち少なくとも１つのセンサにより取得された前記電磁弁の状態を第２の取得データとしてそれぞれ取得し、前記操作期間内にそれぞれ取得した前記第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前記内部記憶部に記憶する第２の監視処理を実行する監視処理部とを備え、
前記監視処理部は、
前記第１の監視処理において、前記複数のセンサのうち第１のセンサ群により取得された前記状態を前記第１の取得データとして取得し、
前記第２の監視処理において、前記複数のセンサのうち前記第１のセンサ群のセンサ数よりも少ない第２のセンサ群により取得された前記状態を前記第２の取得データとして取得する、
ことを特徴とする電磁弁。
前記電磁弁は、
主弁に連結された弁軸を駆動流体の流体圧に応じて駆動させることで前記主弁の開閉操作を行う駆動装置に対して、前記駆動流体の給排を制御する機能を有し、
前記監視処理部は、
定常運転中に、前記開閉操作の有無に関わることなく、前記第１の監視処理を実行し、
前記操作期間として、フルストロークテスト又はパーシャルストロークテストにより前記開閉操作が行われる非定常運転中に前記第２の監視処理を実行する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁弁。
前記監視処理部は、
前記第２の監視処理において前記取得データ群を前記内部記憶部に記憶した後、前記第１の監視処理において前記第１の取得データを順次送信する第１の送信タイミングとは異なる第２の送信タイミングで、当該取得データ群を前記外部送信部を介して前記外部装置に送信する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電磁弁。
前記電磁弁は、
主弁に連結された弁軸を駆動流体の流体圧に応じて駆動させることで前記主弁の開閉操作を行う駆動装置に対して、前記駆動流体の給排を制御する機能を有し、
前記複数のセンサは、
前記駆動流体の供給源に接続される前記電磁弁の入力側流路を流れる前記駆動流体の前記流体圧を計測する第１の圧力センサと、
前記駆動装置に接続される前記電磁弁の出力側流路を流れる前記駆動流体の前記流体圧を計測する第２の圧力センサと、
前記主弁の弁開度情報を取得する主弁開度センサと、
前記電磁弁のソレノイド部に対する供給電圧を計測する電圧センサと、
前記ソレノイド部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・抵抗センサと、
前記複数のセンサ、前記外部送信部、前記内部記憶部及び前記監視処理部として機能する制御部が収容された収容部の内部温度を計測する温度センサと、
前記ソレノイド部が発生する磁気の強さを計測する磁気センサと、
前記ソレノイド部の稼働時間を計測する稼働時間計と、
前記電磁弁、前記駆動装置及び前記主弁それぞれの作動回数を計数する作動カウンタと、
を少なくとも含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電磁弁。
前記監視処理部は、
定常運転中に、前記開閉操作の有無に関わることなく、前記第１の圧力センサ、前記第２の圧力センサ、前記主弁開度センサ、前記電圧センサ、前記電流・抵抗センサ、前記温度センサ、前記磁気センサ、前記稼働時間計及び前記作動カウンタを用いて前記第１の監視処理を実行し、
前記操作期間として、フルストロークテスト又はパーシャルストロークテストにより前記開閉操作が行われる非定常運転中に、前記第２の圧力センサ及び前記主弁開度センサを用いて前記第２の監視処理を実行する、
ことを特徴とする請求項５に記載の電磁弁。