JPH0643713Y2

JPH0643713Y2 - バルブポジショナ

Info

Publication number: JPH0643713Y2
Application number: JP2783890U
Authority: JP
Inventors: 惇木村; 正明山口; 寛林; 剛志西島; 康男笠原; 稔翠川; 藤和菅原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2004-11-14
Also published as: JPH03117744U

Description

【考案の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本考案は、プラントなどに設置さ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ポジショナに係り、特
に調節弁の弁開度を入力信号に基づいて制御するのみな
らず、調節弁のグランドパッキンにおける流体のリーク
の予知をも行うことが出来るように改良したバルブポジ
ショナに関する。

＜従来の技術＞第３図は、トップガイド形単座調節弁の従来の一般的な
構造を示す断面図である。

この調節弁はプロセス流体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
るダイアフラム式の操作部４とから構成されており、さ
らに、入力信号に応じて弁開度を調節するバルブポジシ
ョナ５が付加されている。

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12が嵌め込まれた
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。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、この上部ロッド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。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
上端がダイアフラム21に固定されておりダイアフラムケ
ース22の圧力室23内の圧力に応じて上下動する。

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23の内部圧力が減少す
れば、弁プラグ３が下方に移動して弁開度が小さくな
る。

圧力室23の圧力調整はバルブポジショナ５によって行わ
れる。バルブポジショナ５は、弁開度を示す信号を入力
端子７から入力してステム18の上下動に伴なって回動す
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
致させるべく空気室23の圧力調整を行う。

この様な調節弁においては、プラグ挿通孔16のシール性
を向上させるためにグランドパッキン17を押圧する押圧
部材25が上蓋15の上に設けられており、プラグ挿通孔16
からのプロセス流体１のリーク防止が図られている。

押圧部材25としては、弁プラグ３の上部ロッド3aが貫通
する中心孔を有するパッキンホロワ26と、このパッキン
ホロワ26上に載置されたパッキンフランジ27と、このパ
ッキンフランジ27をパッキンホロワ26に押し付ける複数
個のスタッドボルト28とナット29で構成され、スタッド
ボルト28が上蓋15のネジ孔に捩じ込められている。

グランドパッキン17は、摩耗などによって次第に緩むの
で、押圧部材25の締め直しを適宜に行って締め付け圧の
最適化を図り、必要に応じてグランドパッキン17自体を
交換している。

しかしながら、グランドパッキン17の緩みの進行具合
は、グランドパッキン17の材質や調節弁の設置条件など
により様々である。

しかも、その緩み具合の検出に関しては、保守者が押圧
部材25のボルト29の緩み具合をチエックしたり、或いは
プロセス流体１が液体である場合には、プラグ挿通孔16
の上部からのリーク状態を目視によって監視するなど、
人手により監視を行うしか方法がなかった。

そこで、この欠点を改良するために実開昭63−173501が
提示されている。

第４図はこの提示された調節弁の構成を示すブロック図
である。なお、ここに示す調節弁６は第３図に示す調節
弁の要部をシンボル化して表示したものであり、必要に
応じて第３図に示した構成要素を引用する。

バルブポジショナ30は、従来のバルブポジショナの基本
構成要素である制御演算手段31、空気圧出力手段32、弁
リフト検出手段33、及び入力手段34の他にタイミング発
生手段40、診断信号発生手段41、異常判定手段42、入力
変化検出手段43、加算手段44、変化開始検出手段45、圧
力検出手段46、及びオア回路47を備えている。

まず、制御演算手段31、空気圧出力手段32、弁リフト検
出手段33、及び入力手段34について説明する。

空気圧出力手段32は、制御演算手段31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
る手段であり、その出力空気圧は操作部４の空気室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。なお、出力空気圧は同時に圧力検出手段46にも与
えられている。

入力手段34は、コントローラ（図示せず）から直流の電
流値の変化として与えられる入力信号Ｉを加算手段44を
介して制御演算手段31に入力可能なように電圧値に変換
する手段である。入力信号Ｉの電流値は通常４〜20mAの
値をとり、目標値としての弁開度を表している。なお、
加算手段44は診断信号発生手段41からの診断信号を入力
手段34からの入力信号Ｉに重畳して出力する手段であ
り、診断信号が入力されていないときには入力手段34か
らの入力信号Ｉを直接制御手段31に供給する。

弁リフト検出手段33は、具体的にはポテンショメータ或
いはロータリエンコーダなどにより構成されるものであ
り、弁リフトの移動に伴なって変化するレバー24の回動
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。この電気信号は変化開始検出手段45にも与えら
れている。

制御演算手段31は、入力手段34からの目標弁開度と弁リ
フト検出手段33からの測定弁開度とを比較し、両者の偏
差がゼロに近付くように空気圧出力手段32に対して空気
圧制御信号を出力する。

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。

この様に構成された制御演算手段31、空気圧出力手段3
2、弁リフト検出手段33、及び入力手段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。

次に、グランドパッキン17の緩み具合を検出すための構
成要素について説明する。

タイミング発生手段40は、グランドパッキン17の緩み具
合の診断を開始するタイミングを与える手段である。タ
イミング信号をどのような周期で、或いはどのようなタ
イミングで与えるかについては、調節弁６に応じて適宜
に設定する。

診断信号発生手段41は、所定の電圧値の診断信号を出力
する手段であり、診断信号は加算手段44において入力手
段34から出力される電圧値に変換された入力信号に加算
されて制御演算手段31に与えられる。診断信号の付加さ
れた入力信号が加算手段44を介して制御演算手段31に与
えられると制御演算手段31は空気圧出力手段32の出力空
気圧を増加させる空気圧制御信号を出力する。診断信号
発生手段41では、タイミング発生手段40からのタイミン
グ信号に基づいて診断信号の出力を開始しオア回路47か
らの信号に基づいて停止する。

変化開始検出手段45は、弁リフト検出手段33の出力信号
を取り込んで弁開度の状態を監視しており、弁開度が一
定の状態から急に変化したときにこれを検出して変化開
始信号を出力する手段である。変化開始信号は異常判定
手段42に与えられると共にオア回路47を介して診断信号
発生手段41の停止入力端子に与えられる。圧力検出手段
46は空気圧出力手段32の出力空気圧を入力してこれを電
気信号に変換する手段であり、この出力信号は異常判定
手段42に与えられる。なお、空気圧出力手段32の出力空
気圧は同時に操作部４の空気室23内の空気圧Paを示す。

異常判定手段42は、タイミング発生手段40からのタイミ
ング信号を入力した時点の空気圧Pa1及びこのタイミン
グ信号を入力した後、変化開始検出手段45からの変化開
始信号を入力した時点の空気圧Pa2を記憶し、両者の空
気圧差Ｙ（＝Pa2−Pa1）を算出してこれを基準空気圧差
Ｗと比較する。

そして、空気圧差Ｙが基準空気圧差Ｗ以下であるときは
異常信号ALを出力する。基準空気圧差Ｗはグランドパッ
キン17におけるパッキンフリクションが正常な値を示し
ているときの不感帯よりも僅かに小さい値に設定されて
いる。なお、この比較手段42は、入力変化検出手段43か
らの信号が入力されたときに誤った判定がなされるのを
防止するため異常判定処理を停止するようになってい
る。

入力変化検出手段43は、入力手段34の出力電圧を監視し
ており、出力電圧に変化があったときに変化検出信号を
出力する手段であり、変化検出信号は比較手段42及びオ
ア回路47に入力されるようになっている。オア回路47の
他方の入力端子には、変化開始検出手段45の出力信号線
が接続されており、その出力端子は診断信号発生手段41
の停止入力端子に接続されている。

次に、グランドパッキンの緩み検出に関する動作につい
て第５図を用いて説明する。

いま、入力信号は一定に保持されているものとし、これ
に伴ない弁開度は制御演算手段31、空気圧出力手段32、
弁リフト検出手段33、及び入力手段34の動作によって一
定になっているものとする。

第５図（ａ）に示すように、時刻t1においてタイミング
発生手段40からタイミング信号が入力されると、その信
号は診断信号発生手段41と異常判定手段42に入力され
る。

診断信号発生手段41では、タイミング信号に基づいて診
断信号出力を開始し（第５図（ｂ）波形b1）、その診断
信号は加算手段44において入力手段24からの信号に加算
され制御演算手段31に与えられる。制御演算手段31で
は、これを弁リフト検出手段33からの検出信号と比較す
ることによって空気圧出力手段32の出力空気圧を増加さ
せる空気圧制御信号を出力する。空気圧出力手段32はこ
の空気圧信号が入力されると出力空気圧を第５図（ｃ）
の実線で示すように徐々に増加させる。なお、第５図
（ｃ）は空気圧出力手段32の出力空気圧を示すものであ
るが、これは同時に操作部４に与えられる空気圧Paでも
ある。

一方、異常判定手段42はタイミング信号の入力によって
タイミング信号入力時t1の空気圧Pa1を圧力検出手段46
からの空気圧信号に基づいて記憶する。空気圧Pa1は第
５図（ｃ）に示すように徐々に増加するが、同図（ｄ）
に示すように弁はグランドパッキン17のパッキンフリク
ションのために静止しており、時刻t2において始めて動
き出す。

変化開始検出手段45はこの動きを検出すると変化開始信
号を診断信号発生手段41と異常判定手段42に与える。

診断信号検出手段41は変化開始信号に基づいて直ちに診
断信号の出力を停止する（第５図（ｂ）波形b2）。これ
によって制御演算手段31への入力は、再び入力手段34か
らの入力信号のみとなり、空気圧Paは時刻t1の状態に戻
る（第５図（ｃ）波形c1）。

一方、異常判定手段42では変化開始信号の入力タイミン
グt2でそのときの空気圧Pa2を記憶し、空気圧Pa2から既
に記憶した空気圧Pa1を減じた空気圧差Ｙを算出する。
この空気圧差Ｙがそのときの不感帯を示すものであり、
本例では不感帯Ｙが基準空気圧差Ｗよりも大であるため
異常判定手段42は異常信号ALを送出しない。ところが、
グランドパッキン17に緩みが生じてくると、パッキンフ
リクションが低下して不感帯が減少する。第５図（ｂ）
〜（ｄ）において破線で示した部分は、このような状態
を示している。すなわち、時刻t1から空気圧Paが増加し
出すが、時刻t3において弁が動き出すためその時点で診
断信号の出力が停止し（第５図（ｂ）波形b3）異常判定
手段42においてそのときの空気圧Pa3が記憶される。こ
こでの不感帯Ｙ′は空気圧差（Pa3−Pa1）であり、基準
空気圧差Ｗより小さい値となるので、異常判定手段42は
異常信号ALを出力する。なお、異常信号ALはコントロー
ラ（図示せず）の警報手段などに与えられグランドパッ
キン17に緩みが生じ始めたことをオペレータなどに知ら
せるこのようなグランドパッキン17の緩み検出動作が開始し
た後は、入力信号に変化があってもこれを入力変化検出
手段43が検出して異常判定手段42と診断信号発生手段41
の動作を停止して、緩み検出動作自体を停止することに
より誤検出の防止が図られている。

＜考案が解決しようとする課題＞しかしながら、このような従来のバルブポジショナは以
下に説明するような問題がある。第６図に示す特性図を
用いてこの点について説明する。

空気圧出力手段32から与えられる空気圧Paとステム18の
変位Ｌとの関係はグランドパッキン17の摩擦力により第
６図に示すようなヒステリシス特性を有する。

システムが平衡状態では第６図の斜線で示した範囲のい
ずれかの点に落ち着いている。したがって、第４図に示
すように圧力を一方向に変化させてステム18が変位し始
めるまでの圧力変化を測定してグランドパッキンの緩み
具合を検出するときには、平衡状態が斜線部のどこに位
置しているかによって圧力変化量が異なり、正しく異常
を検出することができない。

例えば、第６図において平衡時に図中の１、２、３の各
状態にあるときは検出する圧力差がそれぞれA1、A2、A3
となり、実際の摩擦力による不感帯Ａより小さくなり、
正しく異常を判断することができない。

＜課題を解決するための手段＞本考案は、以上の課題を解決するために、入力信号の示
す目標弁開度と調節弁の弁開度が一致するように操作部
に空気圧を供給して調節弁の弁開度制御を行うバルブポ
ジショナにおいて、調節弁の弁開度の変化開始を検出し
て第１変化開始信号を出力する変化開始検出手段と、操
作部への供給空気圧に変化を与える診断信号を任意のタ
イミングから入力信号に重畳して出力し第１変化開始信
号が検出されたあと次の第２変化開始信号が検出される
までのあいだ診断信号とは逆極性の診断信号を入力信号
に重畳して出力する診断信号発生手段と、第１変化開始
信号と第２変化開始信号が入力された各時点での空気圧
の差を算出しこの空気圧差が所定値以下であるときに異
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。

＜作用＞変化開始検出手段は調節弁の弁開度の変化開始を検出し
て第１変化開始信号を出力し、診断信号発生手段は操作
部への供給空気圧に変化を与える診断信号を任意のタイ
ミングから入力信号に重畳して出力し第１変化開始信号
が検出されたあと次の第２変化開始信号が検出されるま
でのあいだ診断信号とは逆極性の診断信号を入力信号に
重畳して出力する。

次に、異常判定手段により第１変化開始信号と第２変化
開始信号が入力された各時点での空気圧の差を算出しこ
の空気圧差が所定値以下であるときに異常信号を出力す
る。

＜実施例＞以下、本考案の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、第３図から第５図に示す従来の構成と同一の
機能を有する部分については同一の符号を付して適宜に
その説明を省略する。

入力信号Ｉが一定に保持されている場合には弁リフト検
出手段33の出力は一定に保持されている。

ステム18に変化が認められると、変化開始検出手段45か
ら変化開始信号が診断信号発生手段50及び異常判定手段
51の各入力端子INに印加され、これにより加算手段44に
診断信号を出力し、また圧力検出手段46からこの時点の
空気圧信号を検出する。

また、入力信号Ｉに変化が認められるとこの入力変化を
入力変化検出手段43で検出して診断信号発生手段50と異
常判定手段51の各ストップ端子STOPに出力し、異常処理
を中止する。

次に、以上の構成に基づく信号手順について第２図に示
すタイミング図を用いてさらに詳しく説明する。

第２図（ａ）はタイミング発生手段40から出力されるタ
イミング信号を、（ｂ）は診断信号発生手段50から出力
される診断信号の変化を、（ｃ）は空気圧出力手段32か
ら出力される出力空気圧の変化を、（ｄ）は変化開始検
出手段45から出力される変化開始信号の波形をそれぞれ
示している。

入力信号Ｉが一定に保持されているときには弁リフト検
出手段33の出力は一定に保持されているが、時刻t1の時
点でタイミング発生手段40からタイミング信号が診断信
号発生手段50のSTART端子にタイミング信号が出力され
ると、診断信号発生手段50はこのタイミング信号により
第２図（ｂ）に示すように正方向に立ち上がる診断信号
PSを加算手段44に出力する。

これにより、制御演算手段31、空気圧出力手段32を介し
て、出力空気圧は第２図（ｃ）に示すように徐々に増加
し始め時刻t2にいたってその値がステム18の摩擦力より
も大きくなった時点でステム18が動き始める。

弁リフト検出手段33はこの動きを検出することにより変
化開始検出手段45を介して第２図（ｄ）に示す変化開始
信号を診断信号発生手段50と異常判定手段51の各入力端
子に出力する。

異常判定手段51はこの変化開始信号に基づき第２図
（ｂ）に示すように診断信号PSとは逆極性の診断信号NS
を加算手段44に出力する。

同時にこの変化開始信号が入力された時点で異常判定手
段51は圧力検出手段46から第２図（ｃ）に示すように出
力空気圧P1を取り込み記憶する。

逆極性の診断信号NSにより出力空気圧は第２図（ｃ）に
示すように徐々に減少し始め時刻t3に至って再び摩擦力
に打ち勝って逆方向に動き始める。

変化開始検出手段45は弁リフト検出手段33を介してこの
動き始めを検出し、診断信号発生手段50と異常判定手段
51に変化開始信号を出力する。

診断信号発生手段50はこの変化開始信号を受信すること
により診断信号NSの出力を停止する。また、異常判定手
段51はこの変化開始信号の受信によりこの時点t3での出
力空気圧P2を圧力検出手段46を介して検出し記憶する。
そして、P1とP2の差を演算する。

この差がこのときの不感帯を示している。この値とグラ
ンドパッキンの摩擦力が正常なときの値より僅かに小さ
い値に設定した基準値とを比較し、（P1−P2）が大きい
ときは異常信号を出力せず、小さいときは異常信号を出
力する。

＜考案の効果＞以上、実施例と共に具体的に説明したように本考案によ
れば、調節弁の弁開度の変化開始を検出して第１変化開
始信号を出力し、操作部への供給空気圧に変化を与える
診断信号を任意のタイミングから入力信号に重畳して出
力し、第１変化開始信号が検出されたあと次の第２変化
開始信号が検出されるまでのあいだ診断信号とは逆極性
の診断信号を入力信号に重畳して出力し、第１変化開始
信号と第２変化開始信号が入力された各時点での空気圧
の差を算出しこの空気圧差が所定値以下のときに異常信
号を出力するようにしたので、グランドパッキンの緩み
をヒステリシスの影響をなくしながら正確に検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の動作を説明するタイミング
図、第３図は従来の一般の調節弁の構造を示す断面図、
第４図は第３図に示すバルブポジショナの構成を示すブ
ロック図、第５図は第４図に示すバルブポジショナの動
作を説明するタイミング図、第６図は第４図に示すバル
ブポジショナの問題点を示す特性図である。４…操作部、６…調節弁、17…グランドパッキン、25…
押圧部材、30…バルブポジショナ、40…タイミング発生
手段、41…診断信号発生手段、42…異常判定手段、44…
加算手段、45…変化開始検出手段、50…診断信号発生手
段、51…異常判定手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案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 (72)考案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)考案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)考案者菅原藤和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

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】入力信号の示す目標弁開度と調節弁の弁開
度が一致するように操作部に空気圧を供給して前記調節
弁の弁開度制御を行うバルブポジショナにおいて、前記
調節弁の弁開度の変化開始を検出して第１変化開始信号
を出力する変化開始検出手段と、前記操作部への供給空
気圧に変化を与える診断信号を任意のタイミングから前
記入力信号に重畳して出力し前記第１変化開始信号が検
出されたあと次の第２変化開始信号が検出されるまでの
あいだ前記診断信号とは逆極性の診断信号を前記入力信
号に重畳して出力する診断信号発生手段と、前記第１変
化開始信号と第２変化開始信号が入力された各時点での
前記空気圧の差を算出しこの空気圧差が所定値以下であ
る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。