JPH05202901A

JPH05202901A - バルブポジショナ

Info

Publication number: JPH05202901A
Application number: JP1312192A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Nishijima; 剛志西島; Atsushi Kimura; 惇木村; Masaaki Yamaguchi; 正明山口; Takeshi Iwamoto; 雄岩本; Ryusaku Kubota; 龍作久保田; Hiroshi Hayashi; 寛林; Yasuo Kasahara; 康男笠原; Minoru Midorikawa; 稔翠川; Akira Inoue; 晃井上
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1993-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】各種の調節弁とポジショナを合体してその入
出力特性を使用状態に合わせて最適化出来るように改良
したバルブポジショナを提供するにある。【構成】調節弁の弁開度を制御する入力信号と帰還信
号との偏差を演算して制御信号として出力する制御演算
手段と、制御信号により変換された空気圧信号により弁
開度が制御される調節弁と、この弁開度に対応する弁開
度信号を用いて所定の補正演算を実行して帰還信号とし
て出力する補正演算手段と、予め決めた入力信号に対す
る弁開度のバルブ特性が格納されたメモリから所望のバ
ルブ特性を選択する特性設定手段と、入力信号を所定の
割合で切り換える切換信号を出力して調節弁に流れる流
量に対応する信号と選択されたバルブ特性とから流量対
弁開度特性を算定しこのバルブ特性に対する偏差の補正
演算式を算定して補正演算手段に設定する特性演算手段
とを有するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、調節弁の弁開度を制御
するためのバルブポジショナに係り、特に各種の調節弁
とポジショナを合体してその入出力特性を使用状態に合
わせて最適化出来るように改良したバルブポジショナに
関する。

【０００２】

【従来の技術】調節弁には、グローブ弁、クイックオー
プン弁、リニア弁、イコールパーセンテイジ弁、バタフ
ライ弁、ボール弁、など各種の弁の形状を持つものがあ
り、これらの弁はいずれもそれぞれ固有の流量／弁開度
特性を有しているので、適用するプロセスの種類に応じ
て選択して用いる。

【０００３】従って、例えば、上下流の差圧を一定とし
て非圧縮性流体を流したときの特性である固有流量特性
に基づいてあらかじめ最適な弁を選定しても、実際に配
管に設置して使用する際には、選定したような最適の特
性を得ることができない。

【０００４】具体的には、弁開度によって弁の上下流の
差圧が大きく変化する調節弁のような場合は、弁開度に
対応して調節弁のゲイン、つまり流量／弁開度の関係が
大きく変化するので、その都度、例えば調節計の比例帯
を最適に設定しない限り、安定なプラントの制御をする
ことができない。

【０００５】このため、弁自体で制御特性の改良をする
場合には、プラントの特性変化を調節弁の特性で補って
やる必要が生じるが、この特性は、弁自体の圧力損失、
この弁の前後の配管での圧力損失など配管条件によって
微妙に変化するので、全ての環境条件に最適に合致する
特性を設定することは不可能である。

【０００６】以上の点から、調節弁の特性をプラントに
合わせて最適化することができず、このためプロセスの
制御が不安定になったり、ゲインが急激に変化する弁開
度では使用できなくなったりして、バルブのレンジアビ
リテイを低下させる要因となっている。

【０００７】そこで、弁自体の特性は弁自体の形状など
によって決定されこれを容易に変更することができない
点に着目して、ポジショナを用いて入出力特性（入力信
号対弁開度特性）に一定の関係を持たせることにより、
部分的にこの不具合を除去する技術が開示されている。

【０００８】このような構成の１例を図３に示す。入力
手段１０には、例えば調節計などから電流信号Ｉ_iとし
て４〜２０ｍＡの電流が入力され、この入力手段１０で
この電流信号Ｉ_iに対応する電圧信号Ｖ_iに変換され、同
時にこの電流信号Ｉ_iを用いて回路で使用する定電圧電
源が作られる。

【０００９】制御演算手段１１には、この電圧信号Ｖ_i
と帰還信号Ｖ_f1とが入力され制御演算手段１１はこれら
の偏差を演算して駆動信号Ｖ_D1として出力する。空気圧
発生手段１２はこの駆動信号Ｖ_D1に対応する空気圧信号
Ｐ₀₁に変換して調節弁１３に出力する。この空気圧発生
手段１２は例えば電磁アクチュエータによる力でノズル
／フラッパ機構のフラッパを変位させそのノズル背圧を
パイロットリレーて゛増幅して空気圧信号Ｐ₀₁とする。

【００１０】調節弁１３はこの空気圧信号Ｐ₀₁によりそ
のステムＳを変位して弁１４の弁開度ＶＯを制御する。
この弁開度はステムＳを介して弁開度検出手段１５によ
り弁開度信号ＶＯ₁として変換される。

【００１１】補正演算手段１６は、弁開度信号ＶＯ₁に
対して必要があれば弁開度検出手段１５にこれ自体に存
在する特有のノンリニアがあるときはこの誤差を補正
し、さらに特性設定記憶手段１７で設定された特性曲線
に対応する補正演算をして帰還信号Ｖ_f1として制御演算
手段１１に出力する。

【００１２】この特性設定記憶手段１７には、電流信号
Ｉ_iに対する弁開度ＶＯの関係が例えば図４に示すよう
に特性Ａに示すようなリニア特性、特性Ｂに示すような
イコールパーセンテイジ特性、或いは特性Ｃに示すよう
なクイックオープン特性などになるような特性演算式が
記憶されており、これらのうち必要な特性を選定して補
正演算手段１６に設定する。

【００１３】このような、特性演算式を帰還回路に用い
る設定により調節弁１３の形式が変更されても容易に対
応することができる利点が生じる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなバルブポジショナは予め決められた標準の状態に
おけるリニア特性、イコールパーセンテイジ特性、或い
はクイックオープン特性などに対してはその特性を維持
することは可能であるが，配管条件などの環境の変化が
あると所定の特性が得られず、バルブポジショナで最適
なプラントの制御をすることが出来ないという問題があ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、調節弁の弁開度を制御する
電流信号が入力される電流入力手段と、この入力手段か
ら出力される入力信号と帰還信号との偏差を演算して制
御信号として出力する制御演算手段と、この制御信号を
空気圧信号に変換する空気圧変換手段と、この空気圧信
号により弁開度が制御される調節弁と、この調節弁の弁
開度を検出して弁開度信号として出力する弁開度検出手
段と、この弁開度信号を用いて所定の補正演算を実行し
て先の帰還信号として出力する補正演算手段と、予め決
めた先の電流信号に対する先の弁開度のバルブ特性が格
納されたメモリから所望のバルブ特性を選択する特性設
定手段と、所定の流量信号が入力される流量入力手段
と、先の電流入力手段に所定の割合で先の電流信号を切
り換える切換信号を出力しこれに伴って先の調節弁に流
れる先の流量信号と選択された先のバルブ特性とから流
量対弁開度特性を算定しこの特性の先のバルブ特性に対
する偏差の補正演算式を算定して先の補正演算手段に設
定する特性演算手段とを具備するようにしたものであ
る。

【００１６】

【作用】制御演算手段は調節弁の弁開度を制御する電
流信号に対応する入力信号と帰還信号との偏差を演算し
て制御信号として出力する。空気圧変換手段はこの制御
信号を空気圧信号に変換して調節弁に出力し弁開度を制
御する。弁開度検出手段はこの調節弁の弁開度を検出し
て弁開度信号として出力し、補正演算手段はこの弁開度
信号を用いて所定の補正演算を実行して先の帰還信号と
して出力する。

【００１７】特性設定手段は予め決めた先の電流信号に
対する先の弁開度のバルブ特性が格納されたメモリから
所望のバルブ特性を選択して特性演算手段に設定する。
一方、特性演算手段は、電流入力手段に所定の割合で先
の電流信号を切り換える切換信号を出力し、これに伴っ
て先の調節弁に流れる先の流量信号と選択された先のバ
ルブ特性とから流量対弁開度特性を算定し、この特性の
先のバルブ特性に対する偏差の補正演算式を算定して先
の補正演算手段に設定する。以上により、調節弁の設置
条件が変化しても電流信号に対する所定の流量特性を以
て制御できるバルブポジショナが実現できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は本発明の１実施例の構成を示すブロック
図である．なお、図３に示す従来のバルブポジショナと
同一の機能を有する部分には同一の符号を付して適宜に
その説明を省略する。

【００１９】制御演算手段１１には、入力手段１０の出
力端に発生する電圧信号Ｖ_iと帰還信号Ｖ_f2とが入力さ
れ、制御演算手段１１はこれらの偏差を演算して駆動信
号Ｖ _D2として空気圧発生手段１２に出力する。空気圧発
生手段１２はこの駆動信号Ｖ _D2に対応する空気圧信号Ｐ
₀₂に変換して調節弁１３に出力する。

【００２０】調節弁１３はこの空気圧信号Ｐ₀₂によりそ
のステムＳを変位して弁１４の弁開度ＶＯを制御する。
この弁開度はステムＳを介して弁開度検出手段１８によ
り弁開度信号ＶＯ₁、ＶＯ₂に変換される。

【００２１】補正演算手段１９は、あらかじめ仮に固有
流量特性曲線が設定されてあるが、このほかに弁開度信
号ＶＯ₁に対して弁開度検出手段１８自体に存在する特
有のノンリニアがあるときはこの誤差を補正する補正演
算を実行する。

【００２２】特性設定手段２０は、図４に示すような各
種の特性が格納されているメモリを有しており、これら
の特性のうち必要なバルブ特性Ｘを特性演算手段２１に
外部から設定し、かつ補正演算式を算出するための開始
信号ＳＴ₁を特性演算手段２１に出力する。

【００２３】流量信号入力手段２２には、調節弁１３と
接続された流量計等からの流量信号Ｖ_Qが入力され、こ
れを例えばデジタル信号Ｖ_Q’などに変換して特性演算
手段２１に出力する。特性演算手段２１には、このほか
に弁開度検出手段１８から弁開度信号ＶＯ₂が入力され
ている。

【００２４】そして、特性設定手段２０から出力された
開始信号ＳＴ₁に基づいて、特性演算手段２１は入力切
換手段２３に入力手段１０の出力である電圧信号Ｖ_iを
段階的に切り換える切換信号ＳＴ₂を出力する。

【００２５】特性演算手段２１は、切り換えられた電圧
信号Ｖ_iに対応する弁開度信号ＶＯ₂と流量信号Ｖ_Qとか
ら流量対弁開度特性Ｙを算定し、この流量対弁開度特性
Ｙとバルブ特性Ｘとから補正曲線Ｚを算定してこれを補
正演算手段１９に設定する。

【００２６】これ以後は、補正演算手段１９に設定され
た補正曲線Ｚを用いて電流信号Ｉ_iで調節弁１３弁開度
を制御する。このような構成を用いることによりプラン
トの制御を精度良く実行できる。

【００２７】なお、以上の補正演算手段１９、特性設定
手段２０、特性演算手段２１などは、説明の便宜上、機
能ブロックとして記載してあるが、これらはマイクロプ
セッサ、リードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリ
などをベースとするソフトウエア演算により実行するこ
とができる。

【００２８】次に、図２に示すフローチャートに従って
図１に示す構成の動作について説明する。先ず、ステッ
プ１において、弁特性を補正したい範囲の最大値に電流
信号Ｉ_iを固定する。例えば，４〜２０ｍＡの電流信号
で０〜１００％の補正をする場合には２０ｍＡに設定す
る。

【００２９】次に、ステップ２に移行し、特性設定手段
２０により最終的に実現したい図４に示すようなバルブ
特性Ｘを例えばリードオンリメモリの中から選定する。
ステップ３では、特性設定手段２０から補正曲線の算定
の開始を始める開始信号ＳＴ₁を例えばボタン等により
特性演算手段２１に設定する。

【００３０】この開始信号ＳＴ₁により、ステップ４で
は、特性演算手段２１は入力切換手段２３に入力手段１
０の出力である電圧信号Ｖ_iを段階的に切り換える切換
信号ＳＴ₂を出力する。例えば、最大値に対して５分
割、或いは１０分割などとする信号をマイクロプロセッ
サの制御のもとに所定のプログラムにしたがって出力す
る。

【００３１】次に、ステップ５において、この電圧信号
Ｖ_iにより調節弁１３の弁開度ＶＯが変更されるので、
この調節弁１３に接続されている流量計などからの流量
信号Ｖ_Qを流量信号入力手段２２を介して取り込み、例
えばランダムアクセスメモリなどに格納する。

【００３２】さらに、ステップ６において、弁開度検出
手段１８から弁開度信号ＶＯ₂を読み込んで、同様にし
てランダムアクセスメモリの所定領域に格納する。

【００３３】ステップ７では、ステップ５とステップ６
で格納された流量信号Ｖ_Qと弁開度信号ＶＯ₂とから、リ
ードオンリメモリなどに格納されている特性算出演算手
順に従ってマイクロプロセッサは流量対弁開度特性Ｙを
求め、ランダムアクセスメモリに格納する。

【００３４】このあと、ステップ２でリードオンリメモ
リの中から選定されたバルブ特性Ｘとこの流量対弁開度
特性Ｙとの偏差をマイクロプロセッサがメモリに格納さ
れた所定の偏差演算手順にしたがって分割されて入力さ
れた電圧信号Ｖ_iに対して演算してこの偏差をなくすた
めの補正曲線Ｚを求める。

【００３５】つぎに、ステップ８に移行し、この補正曲
線Ｚが完成されているか否かを所定の手順にしたがって
マイクロプロセッサが判断し、未完成であればステップ
４に移行して再度ステップ４からステップ８までの手順
を実行する。完成していれば、次のステップ９に移行す
る。

【００３６】完成しているか否かの判断は、例えばバル
ブ特性Ｘと流量対弁開度特性Ｙとの偏差が所定値の中に
あるか否かなどにより判断される。ステップ９では、完
成した補正曲線Ｚを補正演算手段１９に設定し、バルブ
ポジショナの特性を固定して補正曲線の算定を終了す
る。以後、これをベースとして調節弁１３の弁開度を制
御する。

【００３７】なお、以上のようなステップ１〜ステップ
９に示す手順は、バルブポジショナを配管に設置したあ
と、少なくとも１回実行すれば良く、いったん補正演算
手段１９に補正曲線Ｚが正確に設定されれば、その後は
変更する必要がない。

【００３８】

【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、調節弁に取りつけられたポジショ
ナがその調節弁の使用条件において電流信号、弁開度信
号、流量信号を用いて補正演算式を算出してこれを用い
て補正することができるようにしたので、入力信号から
調節弁の出力流量までの有効流量特性をどんな条件下で
も所望の特性となるように設定することができる。ま
た、使用プロセスに対して調節弁の特性を常に最適に設
定することができ、安定したプロセス制御が可能とな
り、さらに調節弁の入出力ゲインも最適化でき、安定で
かつ高い制御性能のバルブポジショナを実現できる。な
お、使用条件によっては調節弁のレンジャビリテイ（流
量調節可能範囲）を拡大することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示す実施例の動作を説明するフローチャ
ート図である。

【図３】従来のバルブポジショナの構成を示すブロック
図である。

【図４】各種バルブの特性を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０入力手段１１制御演算手段１２空気圧発生手段１３調節弁１５、１８弁開度検出手段１６、１９補正演算手段１７特性設定記憶手段２０特性設定手段２１特性演算手段２２流量信号入力手段２３入力切換手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩本雄東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者久保田龍作東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者林寛東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者笠原康男東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者翠川稔東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内 (72)発明者井上晃東京都武蔵野市中町２丁目９番32号横河電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】調節弁の弁開度を制御する電流信号が入力
される電流入力手段と、この入力手段から出力される入
力信号と帰還信号との偏差を演算して制御信号として出
力する制御演算手段と、この制御信号を空気圧信号に変
換する空気圧変換手段と、この空気圧信号により弁開度
が制御される調節弁と、この調節弁の弁開度を検出して
弁開度信号として出力する弁開度検出手段と、この弁開
度信号を用いて所定の補正演算を実行して前記帰還信号
として出力する補正演算手段と、予め決めた前記電流信
号に対する前記弁開度のバルブ特性が格納されたメモリ
から所望のバルブ特性を選択する特性設定手段と、所定
の流量信号が入力される流量入力手段と、前記電流入力
手段に所定の割合で前記電流信号を切り換える切換信号
を出力しこれに伴って前記調節弁に流れる前記流量信号
と選択された前記バルブ特性とから流量対弁開度特性を
算定しこの特性の前記バルブ特性に対する偏差の補正演
算式を算定して前記補正演算手段に設定する特性演算手
段とを具備することを特徴とするバルブポジショナ。