JPH06129403A

JPH06129403A - バルブポジショナ

Info

Publication number: JPH06129403A
Application number: JP28289892A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kimura; 惇木村; Akira Inoue; 晃井上; Hiroshi Hayashi; 寛林; Tsuyoshi Nishijima; 剛志西島
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1994-05-10

Abstract

(57)【要約】【目的】調節弁の操作部を診断する診断機能を有する
ように改良されたバルブボジショナを提供するにある。【構成】弁リフト検出装置により検出された調節弁の
弁開度信号と入力信号が示す目標弁開度とを一致させる
ように先の調節弁の操作部に空気圧を供給することによ
り先の空気圧に応じて先の調節弁の弁開度制御を行うバ
ルブポジショナに係り、先の操作部への空気供給経路に
設けられこの空気供給経路を開閉する電磁弁と、診断す
べきスタート信号を発生するスタート信号発生手段と、
先のスタート信号により先の電磁弁を一定時間だけ閉成
動作させるための電磁弁駆動手段と、先の電磁弁の閉成
時の先の弁開度信号を受けてその弁開度値があらかじめ
設定された設定値以下に低下したときに異常信号を出力
する異常判定手段とを具備するするようにしたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントなどに設けら
れ各種流体の流量制御を行う調節弁に用いられるバルブ
ボジショナに係り、特に調節弁の弁開度を入力信号に基
づいて制御する機能のほかに調節弁の操作部を診断する
診断機能をも有するように改良されたバルブボジショナ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は実開昭６３−１７３５０３号に開
示されている従来のバルブボジショナの構成を示す構成
図である。以下、これについて説明する。このトップガ
イド型単座調節弁は、プロセス流体（被制御流体）１の
流量を制御する本体部２と、本体部２に弁プラグ３をそ
の軸方向に往復移動させるダイヤフラム式の操作部４と
から構成されており、さらに入力信号Ｉに応じて弁開度
を調整するバルブボジショナ３０が付加されている。

【０００３】本体部２は上流側通路１０にあるプロセス
流体１が仕切り壁１１の中央部においてシートリング１
２がはめ込まれた開口部を通って下流側通路１３に抜け
るように構成されている。

【０００４】そして、弁プラグ３がガイドリング１４に
沿って上下動することにより、開口部の開度が変化して
プロセス流体１の流量が制御される。弁プラグ３の上部
ロッド３ａは本体上蓋１５のプラグ挿通孔１６にグラン
ドパッキン１７を介して摺動自在に挿通されており、ロ
ッド３ａの上端は操作部４のステム１８とステムコネク
タ１９を介して連結されている。

【０００５】ステム１８はスプリング２０により下方に
付勢されると共にその上端がダイヤフラム２１に固定さ
れており、ダイヤフラムケース２２の圧力室２３内の圧
力に応じて上下動する。

【０００６】圧力室２３の内部圧力が増大すればステム
１８が上方に引き上げられ、ステムコネクタ１９を介し
て連結される弁プラグ３も上方に移動して本体部２に設
けられた開口部の弁開度が大きくなる。逆に、圧力室２
３の内部圧力が減少すれば、弁開度プラグ３が下方に移
動して弁開度が小さくなる。

【０００７】圧力室２３の圧力調整はバルブポジショナ
３０によって行われる。バルブポジショナ３０は弁開度
を示す信号を入力端子７から入力し、ステム１８の上下
動に伴って回動するレバー２４により弁開度を検出し、
その値をフイードバックして実際の弁開度を入力信号の
指示する弁開度と一致させるべく操作部４の圧力室２
３、つまり空気室の圧力調整を行う。

【０００８】このような調節弁において、操作部４はス
テム１８と本体上蓋１５に固定されたスプリングケース
２５と、このスプリングケース２５内に配設されステム
１８を下方に付勢するスプリング２０と、スプリングケ
ース２５上に配設されたダイヤフラムケース２２と、こ
のダイヤフラムケース２２内にその周縁部を保持されて
配設されたダイヤフラム２１などで構成され、このダイ
ヤフラム２１にステム１８の上端が連結されている。

【０００９】そして、ダイヤフラムケース２２とスプリ
ングケース２５との連結部には、空気室２３のシール性
を保ためにオーリング２７を介在させてステム１８を挿
通してなるガイドブッシュ２６が配設され、その外周に
ガスケット２８が装着されている。

【００１０】なお、２９はバルブポジショナ３０から出
力する空気圧を空気室２３に供給するための空気供給経
路としての配管である。次に、バルブポジショナ３０の
基本的な構成について図７を用いて説明する。バルブポ
ジショナ３０は、基本的には入力装置３１と、制御演算
装置３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検出装
置３４から構成されている。

【００１１】空気圧出力装置３３は、制御演算装置３２
からの空気圧制御信号に基づいて出力空気圧を増加、減
少或いは保持する機能を有しており、その出力空気圧は
後述する電磁弁３５を介して操作部４の圧力室２３に導
かれている。したがって、出力空気圧が増加すれば弁開
度が増大し、出力空気圧が減少すれば弁開度も小さくな
る。

【００１２】また、入力装置３１は、コントローラ（図
示せず）から２本の伝送線（図示せず）を介して電流値
の変化として与えられる入力信号Ｉを制御演算装置３２
に入力可能なように電圧値に変換する装置である。この
入力信号の電流値は、通常４〜２０ｍＡの値をとり、そ
の内容は目標値としての弁開度が示されると共にバルブ
ポジショナ３０を動作させるための全回路電源をも与え
る。

【００１３】弁リフト検出装置３４は、ポテンショメー
タ或いはロータリーエンコーダなどにより構成されるも
のであり、弁リフトに伴って変化するレバー２４の回転
角度から弁開度を検出し、これを電気信号に変換して出
力するものである。

【００１４】制御演算装置３２は、入力装置３１からの
目標弁開度と弁リフト検出装置３４からの測定弁開度と
を比較し、偏差が零に近づくように空気圧出力装置３３
に対して空気圧制御信号を出力する。

【００１５】すなわち、「目標弁開度＞測定弁開度」の
関係にあれば、出力空気圧を増大させる空気圧制御信号
を出力し、「目標弁開度＜測定弁開度」の関係にあれ
ば、出力空気圧を減少させる空気圧制御信号を出力し、
「目標弁開度＝測定弁開度」の関係にあれば、出力空気
圧を保持する空気圧制御信号を出力する。

【００１６】このように構成された入力装置３１、制御
演算装置３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検
出装置３４によって、調節弁６の弁開度は入力信号から
与えられる目標値としての弁開度に常に追従することに
なる。なお、制御演算装置３２はマイクロコンピュータ
（ＣＰＵ）により構成されている。

【００１７】次に、バルブポジショナ３０において、調
節弁６における操作部４のリークを検知するための構成
について説明する。なお、ここでは、制御演算装置３２
にＣＰＵを用い、この制御演算装置３２に操作部４のリ
ークの異常判定に必要な処理機能を付加した場合として
説明する。

【００１８】空気圧出力装置３３から出力空気圧を操作
部４の圧力室２３に供給する空気供給経路２９には、そ
の出力空気圧を検出する圧力検出装置３６が設けられる
と共に空気圧供給経路２９を開閉する電磁弁３５が設け
られている。また、圧力検出装置３６で検出される空気
圧信号は電気信号として制御演算装置３２に入力されて
いる。

【００１９】一方、制御演算装置３２には、スタート信
号発生器３８が接続されており、この制御演算装置３２
は操作部４の診断に際し、スタート信号発生器３８から
出力される診断信号としてのスタート信号ＳＴが入力さ
れると、このスタート信号ＳＴによりタイマを作動させ
て一定のパルス信号を作り出し、このパルス信号を電磁
弁駆動信号として電磁弁３５に出力し、これを一定時間
だけ閉成駆動する。

【００２０】そして、電磁弁３５の閉成時に圧力検出装
置３６から出力される空気圧信号が入力されると、この
空気圧の値とあらかじめ設定された設定値との比較を行
い、これが設定値を越えたときは警報装置３７に対して
異常信号を出力する。なお、図１１は図７の模式図であ
る。

【００２１】次に、図７に示すバルブポジショナ３０の
動作、特に操作部４のリーク検知に関する動作を図８に
示すフローチャート図、図９と図１０のタイミングチャ
ート図を参照して説明する。ただし、図９はリークがあ
る場合を、図１０はリークがない場合をそれぞれ示して
いる。

【００２２】今、入力信号は一定に保持されているもの
とし、これに伴い弁開度は入力装置３１、制御演算装置
３２、空気圧出力装置３３、および弁リフト検出装置３
４の動作によって一定になっているものとする（図８、
ステップ５１、５２）。このときの出力空気圧をＰ₁と
する（図９（ａ））。

【００２３】ここで、操作部４のリークを検知するに際
し、図９に示す時刻ｔ₁においてスタート信号発生器３
８から図９（ｂ）に示すスタート信号が制御演算装置３
２に入力されると、制御演算装置３２はこのスタート信
号を取り込み、図９（ｃ）に示すようにタイマをスター
トさせる（図８、ステップ５３）。

【００２４】これと同時にタイマの動作に伴いあらかじ
め決められた一定の時間間隔Ｔを有するパルス信号を電
磁弁駆動信号として電磁弁３５に出力する。これによ
り、電磁弁３５は図９（ｄ）に示すように空気供給経路
２９を閉成し（図８、ステップ５４）、操作部４、つま
り圧力室２３を封じ込める。

【００２５】この封じ込め中、圧力室２３のシール部に
おいてリークがない場合はその空気圧は図１０（ａ）に
示すように僅かしか下がらないが、リークがある場合は
図９（ａ）に示すように時間と共に下がり、異常と認め
られない空気圧の範囲ｘ、すなわち設定値Ｐ₂まで下が
る。

【００２６】したがって、制御演算装置３２は圧力検出
装置３６から出力された空気圧信号を入力とし、その値
とあらかじめ設定された規定値（設定値Ｐ₂）との比較
判定を行うため（ステップ５６、５７）、時刻ｔ₃にお
いて圧力検出装置３６からの測定値がその規定値以下に
なると、図９（ｅ）、（ｆ）に示すように一定の信号と
共に異常信号を出力し、この異常信号により警報装置３
７を作動させて警報を発する（ステップ５７）。

【００２７】さらに、リークが進んで規定値Ｐ₂より低
い異常値Ｐ₃まで下がると（ｔ₄）、これと同時に電磁弁
３５を消勢して開成する。これにより、空気供給経路２
９の空気圧は診断前の定常運転値へ戻る。

【００２８】そして、タイマは一定時間Ｔの経過後（ｔ
₅）、初期状態に復帰し、次の診断に備えることとな
る。一方、操作部４にリークがない場合は、タイマの動
作が一定時間経過した後（ステップ５６）、これと同時
に電磁弁３５を消勢して開成する。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明したバルブポジショナ３０は、バルブの入力圧を検出
してこれを異常診断の信号として用いているが、バルブ
の圧力を検出するのに圧力検出装置（圧力計）３６を必
要とし、このためコスト高になるという問題がある。こ
の他に２本の伝送線を介して伝送される４〜２０ｍＡの
入力信号Ｉでバルブポジショナ３０の回路全体を駆動す
るので、供給される電力が限られ、圧力検出装置３６に
供給する電力により、バルブポジショナ３０の他の回路
に供給する電力配分が苦しくなる。特に、最近はバルブ
ポジショナに多くの機能が搭載される傾向にあるので、
この電力配分は大きな問題となる。

【００３０】

【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、弁リフト検出装置により検
出された調節弁の弁開度信号と入力信号が示す目標弁開
度とを一致させるように先の調節弁の操作部に空気圧を
供給することにより先の空気圧に応じて先の調節弁の弁
開度制御を行うバルブポジショナに係り、先の操作部へ
の空気供給経路に設けられこの空気供給経路を開閉する
電磁弁と、診断すべきスタート信号を発生するスタート
信号発生手段と、先のスタート信号により先の電磁弁を
一定時間だけ閉成動作させるための電磁弁駆動手段と、
先の電磁弁の閉成時の先の弁開度信号を受けてその弁開
度値があらかじめ設定された設定値以下に低下したとき
に異常信号を出力する異常判定手段とを具備するように
したものである。

【００３１】

【作用】電磁弁は調節弁の操作部への空気供給経路に
設けられこの空気供給経路を開閉する。一方、スタート
信号発生手段は診断すべきスタート信号を発生させる。
そして、電磁弁駆動手段は先のスタート信号により先の
電磁弁を一定時間だけ閉成動作させる。

【００３２】この後、異常判定手段は先の電磁弁の閉成
時の弁リフト検出装置により検出された調節弁の弁開度
信号を受けてその弁開度値があらかじめ設定された設定
値以下に低下したときに異常信号を出力する。

【００３３】

【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構成図で
ある。なお、図６から図１１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。

【００３４】調節弁６の部分については従来と同一の構
成である。この調節弁６を駆動するバルブポジショナ６
０の基本構成について説明する。バルブポジショナ６０
は、基本的には入力装置３１と、制御演算装置６１、空
気圧出力装置３３、および弁リフト検出装置３４から構
成されている。

【００３５】空気圧出力装置３３は、制御演算装置６１
からの空気圧制御信号に基づいて出力空気圧を増加、減
少或いは保持する機能を有しており、その出力空気圧は
後述する電磁弁３５を介して操作部４の圧力室２３に導
かれている。したがって、出力空気圧が増加すれば弁開
度が増大し、出力空気圧が減少すれば弁開度も小さくな
る。

【００３６】また、入力装置３１は、コントローラ（図
示せず）から電流値の変化として与えられる入力信号Ｉ
を制御演算装置６１に入力可能なように電圧値に変換す
る装置である。この入力信号の電流値は、通常４〜２０
ｍＡの値をとり、その内容は目標値としての弁開度が示
されている。

【００３７】弁リフト検出装置３４は、ポテンショメー
タ或いはロータリーエンコーダなどにより構成されるも
のであり、弁リフトに伴って変化するレバー２４の回転
角度から弁開度を検出し、これを電気信号に変換して出
力するものである。

【００３８】制御演算装置６１は、入力装置３１からの
目標弁開度と弁リフト検出装置３４からの測定弁開度と
を比較し、偏差が零に近づくように空気圧出力装置３３
に対して空気圧制御信号を出力する。

【００３９】すなわち、「目標弁開度＞測定弁開度」の
関係にあれば、出力空気圧を増大させる空気圧制御信号
を出力し、「目標弁開度＜測定弁開度」の関係にあれ
ば、出力空気圧を減少させる空気圧制御信号を出力し、
「目標弁開度＝測定弁開度」の関係にあれば、出力空気
圧を保持する空気圧制御信号を出力する。

【００４０】このように構成された入力装置３１、制御
演算装置６１、空気圧出力装置３３、および弁リフト検
出装置３４によって、調節弁６の弁開度は入力信号から
与えられる目標値としての弁開度に常に追従することに
なる。なお、制御演算装置６１はマイクロコンピュータ
（ＣＰＵ）により構成されている。

【００４１】次に、バルブポジショナ６０において、調
節弁６における操作部４のリークを検知するための構成
について説明する。なお、ここでは、制御演算装置６１
にＣＰＵを用い、この制御演算装置６１に操作部４のリ
ークの異常判定に必要な処理機能を付加した場合として
説明する。

【００４２】空気圧出力装置３３から出力空気圧を操作
部４の圧力室２３に供給する空気供給経路２９には、空
気圧供給経路２９を開閉する電磁弁３５が設けられてい
る。また、弁リフト検出装置３４で検出される弁開度信
号は電気信号として制御演算装置６１に入力されてい
る。

【００４３】一方、制御演算装置６１には、スタート信
号発生器３８が接続されており、この制御演算装置６１
は操作部４の診断に際し、スタート信号発生器３８から
出力される診断信号としてのスタート信号ＳＴが入力さ
れると、このスタート信号ＳＴによりタイマを作動させ
て一定のパルス信号を作り出し、このパルス信号を電磁
弁駆動信号として電磁弁３５に出力し、これを一定時間
だけ閉成駆動する。

【００４４】そして、電磁弁３５の閉成時に弁リフト検
出装置３４で検出される弁開度信号が入力されると、こ
の弁開度信号の値とあらかじめ設定された設定値との比
較を行い、これが設定値を越えたときは警報装置３７に
対して異常信号を出力する。なお、図５は図１の模式図
である。

【００４５】次に、図１に示すバルブポジショナ６０の
動作、特に操作部４のリーク検知に関する動作を図２に
示すフローチャート図、図３と図４のタイミングチャー
ト図を参照して説明する。ただし、図３はリークがある
場合を、図４はリークがない場合をそれぞれ示してい
る。

【００４６】今、入力信号は一定に保持されているもの
とし、これに伴い弁開度は入力装置３１、制御演算装置
６１、空気圧出力装置３３、および弁リフト検出装置３
４の動作によって一定になっているものとする（図２、
ステップ５１、５２）。このときの弁開度をＶ₁とする
（図３（ａ））。

【００４７】ここで、操作部４のリークを検知するに際
し、図３に示す時刻ｔ₁においてスタート信号発生器３
８から図３（ｂ）に示すスタート信号が制御演算装置６
１に入力されると、制御演算装置６１はこのスタート信
号を取り込み、図３（ｃ）に示すようにタイマをスター
トさせる（図２、ステップ５３）。

【００４８】これと同時にタイマの動作に伴いあらかじ
め決められた一定の時間間隔Ｔを有するパルス信号を電
磁弁駆動信号として電磁弁３５に出力する。これによ
り、電磁弁３５は図３（ｄ）に示すように空気供給経路
２９を閉成し（図２、ステップ５４）、操作部４、つま
り圧力室２３を封じ込める。

【００４９】この封じ込め中、圧力室２３のシール部に
おいてリークがない場合はその弁開度は図４（ａ）に示
すように僅かしか下がらないが、リークがある場合は図
３（ａ）に示すように時間と共に下がり、異常と認めら
れない弁開度の範囲ｘ、すなわち設定値Ｖ₂まで下が
る。

【００５０】したがって、制御演算装置６１は弁リフト
検出装置３４から出力された弁開度信号を入力とし、そ
の値とあらかじめ設定された規定値（設定値Ｖ₂）との
比較判定を行うため（ステップ６２、６３）、時刻ｔ₃
において弁リフト検出装置３４からの測定値がその規定
値以下になると、図３（ｅ）、（ｆ）に示すように一定
の信号と共に異常信号を出力し、この異常信号により警
報装置３７を作動させて警報を発する（ステップ５
７）。

【００５１】さらに、リークが進んで規定値Ｖ₂より低
い異常値Ｖ₃まで下がると（ｔ₄）、これと同時に電磁弁
３５を消勢して開成する。これにより、空気供給経路２
９の空気圧は診断前の定常運転値へ戻る。

【００５２】そして、タイマは一定時間Ｔの経過後（ｔ
₅）、初期状態に復帰し、次の診断に備えることとな
る。一方、操作部４にリークがない場合は、タイマの動
作が一定時間経過した後（ステップ６３）、これと同時
に電磁弁３５を消勢して開成する（ステップ５８）。

【００５３】なお、制御演算装置６１から警報装置３７
に対して出力される異常信号は、図示を省略したコント
ローラ（集中管理室）に送り、このコントローラにおい
て警報を発するように構成することもできる。

【００５４】

【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、バルブポジショナが元々有してい
る弁リフト検出装置から出力される弁開度信号を用いて
操作部のシール部の微妙なリークを検出することができ
るので、新たに圧力検出装置を設ける必要がなく、この
ため安いコストでバルブポジショナを構成することがで
きる。

【００５５】さらに、２本の伝送線を介して伝送される
僅かな電力の入力信号でバルブポジショナの回路全体を
駆動する際に、電力の節約が可能になり、バルブポジシ
ョナの他の回路で使用できる電力配分が大きくなる。こ
のため、本発明によれば、バルブポジショナに多くの機
能が搭載することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示す構成図である。

【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】図１に示す実施例の動作を説明する第１のタイ
ムチャート図である。

【図４】図１に示す実施例の動作を説明する第２のタイ
ムチャート図である。

【図５】図１に示す実施例の模式図である。

【図６】従来の調節弁の構成を示す縦断面図である。

【図７】従来のバルブポジショナの構成を示す構成図で
ある。

【図８】図７のバルブポジショナの動作を説明するフロ
ーチャート図である。

【図９】図７のバルブポジショナの動作を説明する第１
のタイムチャート図である。

【図１０】図７のバルブポジショナの動作を説明する第
２のタイムチャート図である。

【図１１】図７のバルブポジショナの模式図である。

【符号の説明】

４操作部６調節弁２９空気供給経路３０、６０バルブポジショナ３１入力装置３２、６１制御演算装置３３空気圧出力装置３４弁リフト検出装置３５電磁弁３６圧力検出装置３７警報装置３８スタート信号発生器

フロントページの続き (72)発明者西島剛志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】弁リフト検出装置により検出された調節弁
の弁開度信号と入力信号が示す目標弁開度とを一致させ
るように前記調節弁の操作部に空気圧を供給することに
より前記空気圧に応じて前記調節弁の弁開度制御を行う
バルブポジショナにおいて、前記操作部への空気供給経
路に設けられこの空気供給経路を開閉する電磁弁と、診
断すべきスタート信号を発生するスタート信号発生手段
と、前記スタート信号により前記電磁弁を一定時間だけ
閉成動作させるための電磁弁駆動手段と、前記電磁弁の
閉成時の前記弁開度信号を受けてその弁開度値があらか
じめ設定された設定値以下に低下したときに異常信号を
出力する異常判定手段とを具備することを特徴とするバ
ルブポジショナ。