JPH08152919A

JPH08152919A - 流量又は圧力制御システムの弁診断方法及び弁制御方法

Info

Publication number: JPH08152919A
Application number: JP31922694A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Numano; 研一郎沼野; Etsuyo Majima; 悦代真島; Toshio Miwa; 俊夫三輪; Kazuo Chokai; 和夫鳥海; Shigeo Takita; 茂雄滝田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】各制御弁の容量が少なくて済み、制御系の構
成が簡単で、且つハンチング等の制御系が不安定になる
恐れのない流量又は圧力制御システムの弁診断方法及び
弁制御方法を提供する。【構成】並列に設置された複数の制御弁１１、１２を
具備し、流体の流量や圧力範囲に応じて制御弁を制御す
る流量又は圧力制御システムにおいて、各制御弁の諸特
性、各制御弁が設置された配管上の損失特性から、予め
弁の最適制御範囲を差圧−流量−開度線図上に求めてお
き、差圧計と各制御弁の開度情報から決まる運転点が最
適制御範囲内に入っているか否かを診断する診断方法。
また、各制御弁の制御限界から求められる弁開度を検知
することにより、制御対象弁を順次切り換えて各制御弁
を制御する弁制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直列又は並列に設置さ
れた複数の制御弁を具備し、流量や圧力範囲に応じて制
御する制御弁を使い分けられる流量又は圧力制御システ
ムにおいて、各制御弁の運転状況を診断すると共に、プ
ロセス状態に応じて各制御弁を自動的に制御する流量又
は圧力制御システムの弁診断方法及び弁制御方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来技術】従来この種の技術としては特開昭５８−９
７７１０号公報に開示された弁制御方法がある。該主・
副弁の切り換え点で主弁の制御可能範囲と副弁の制御可
能範囲を重複させ、主弁から副弁に切り換わるときと、
副弁から主弁に切り換わるときとで、切換え点を変える
ようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記弁制
御方法は下記のような問題点がある。主弁又は副弁のいずれか一方を制御するときは他方を
全閉としているため、主弁及び副弁の容量を大きくする
必要がある。

【０００４】系全体を損失係数ηでフィードバックさ
せており、その関数を特定することが困難であると同時
に損失係数ηを計算する高度な演算が必要となる。

【０００５】切り換え開度上のハンチングは防げるも
のの、系全体を損失係数ηでフィードバックさせてお
り、尚ハンチングの可能性等、制御系が不安定になる恐
れがある。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、各制御弁の容量が少なくて済み、制御系の構成が簡
単で、且つハンチング等の制御系が不安定になる恐れの
ない流量又は圧力制御システムの弁診断方法及び弁制御
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、並列に設置された複数の制御弁を具備し、流
体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を制御する
流量又は圧力制御システムにおいて、各制御弁の諸特
性、各制御弁が設置された配管上の損失特性から、予め
弁の最適制御範囲を差圧−流量−開度線図上に求めてお
き、該流量又は圧力制御システムに取り付けられた差圧
計と各制御弁の開度情報から決まる運転点が前記最適制
御範囲内に入っているか否かを診断することを特徴とす
る。

【０００８】また、並列に設置された複数の制御弁を具
備し、流体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を
制御する流量又は圧力制御システムの弁制御方法におい
て、各制御弁の制御限界から求められる弁開度を検知す
ることにより、制御対象弁を順次切り換えることを特徴
とする。

【０００９】また、並列に設置された複数の制御弁を具
備し、流体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を
制御する流量又は圧力制御システムの弁制御方法におい
て、ある制御弁の制御範囲の最大限界から求められる設
定弁開度を検知することにより、他の制御弁をその制御
範囲を考慮しながら段階的に開又は閉動作することを特
徴とする。

【００１０】また、並列に設置された複数の制御弁を具
備し、流体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を
制御する流量又は圧力制御システムの弁制御方法におい
て、流量又は圧力制御システムの諸特性や前記複数の制
御弁の諸特性を加味し、複数制御弁の制御の受け持つ領
域を予め記憶し、該運転点から各制御弁の最適開度を演
算して求め、該最適開度で各制御弁を制御することを特
徴とする。

【００１１】

【作用】本発明は上記構成を採用することにより、各弁
の諸特性、流量又は圧力制御システムに取り付けられた
差圧計と各制御弁の開度情報から決まる運転点が差圧−
流量−開度線図上の最適制御範囲内に入っているか否か
を診断することができる。

【００１２】本発明の弁制御方法によれば、各制御弁の
容量を有効に利用し、簡単な構成で且つ安定した制御系
を構築できるから、例えば農業用水や上水道水における
分水施設において、時期的に流量変動が大きいと見込ま
れる場合には、口径の異なる複数台の制御弁を分岐配管
に並列に設置し、時期に応じて制御弁を切り換えて使用
するシステムの制御弁の最適な切り換え操作を自動化す
ることが可能となる。

【００１３】また、逆浸透膜装置を用いる海水・淡水化
設備や高層建築の給水設備における動力回収装置におい
ては、動力回収タービンにペルトン水車や逆転ポンプを
使用することが多いが、これらの水車特性は固定なの
で、広い水量範囲に効率良く適用させるために、水車を
バイパスする配管と制御弁を設け水車入口弁のみなら
ず、該制御弁の両者を制御する場合がある。このような
場合に本発明の弁制御方法を採用すると制御弁の最適な
切り換え操作の自動化が可能となる。

【００１４】また、水位変動の大きいダムからの揚水施
設において、ダム水位が高い時などには自然流下として
減圧弁で流量制御を行ない、水位の低い時にはポンプ加
圧に切り換えてポンプ吐出制御弁で流量制御を行なう必
要がある場合がある。この場合の弁切り換えに本発明の
弁制御方法を採用すると有効である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の弁制御方法１を実施する流量又は
圧力制御システムの構成を示す図である。本流量又は圧
力制御システムは、主制御弁１１と該主制御弁１１に並
列に接続された副制御弁１２を具備し、弁一次側より主
制御弁１１及び副制御弁１２を通って流れる流体はそれ
ぞれ負荷機器１３、１４を通って弁二次側へ流れる。

【００１６】また、本流量又は圧力制御システムは各弁
の診断機能部１５、各弁の最適切り換え制御機能部１
６、弁制御部１７、１８を具備し、弁制御部１７は流量
制御機能部１７−１及び弁開度制御機能部１７−２を具
備し、弁制御部１８は流量制御機能部１８−１及び弁開
度制御機能部１８−２を具備する。１９は主制御弁１１
及び副制御弁１２に流れる液体流量を測定する流量計、
２０は弁一次側の配管内圧を検出する圧力計、２１は弁
二次側の配管内圧を検出する圧力計、２２は圧力計２１
の出力と圧力計２２の出力から弁一次側の配管内圧と弁
二次側の配管内圧を検出する差圧計測部である。

【００１７】流量計１９で計測された弁一次側の流量の
測定信号は各弁の診断機能部１５、各弁の最適切り換え
制御機能部１６、弁制御部１７の流量制御機能部１７−
１にに入力される。また、差圧計測部２２では、圧力計
２０の出力と圧力計２１の出力の差から弁一次側の配管
内圧と弁二次側の配管内圧の差圧を計測し、その計測差
圧信号を各弁の診断機能部１５に入力する。

【００１８】各弁の診断機能部１５は流量計１９からの
流量の測定信号及び差圧計測部２２からの計測差圧信号
を基に、主制御弁１１及び副制御弁１２の特性（開度特
性、制御特性、キャビテーション特性等）、負荷機器１
３及び負荷機器１４の損失特性、予め弁の最適制御範囲
を差圧−流量−開度線図上に求めておき（図２参照）、
主制御弁１１及び副制御弁１２の運転点が該最適範囲に
入るか否かを診断する。各弁の最適切り換え制御機能部
１６は該診断結果に基づき、弁制御部１７の弁開度制御
機能部１７−２及び制御部１８の弁開度制御機能部１８
−２に信号を送り、主制御弁１１及び副制御弁１２の最
適切り換え制御を行なう。

【００１９】上記構成の流量又は圧力制御システムにお
いて、先ず制御弁の制御可能範囲について説明する。図
２に示すように、流量−差圧線図において、一般に制御
弁の最適運転範囲（制御可能領域）は曲線ＯＡ、ＯＢ、
ＡＢからなる３本の曲線で囲まれた領域となるが、各曲
線の求める方法を説明する。

【００２０】曲線ＯＡは制御可能な最小弁開度から決ま
る曲線で、制御弁以外の損失曲線で制御弁以外の損失曲
線（図２の曲線Ｃ）に最小弁開度における弁損失を差圧
ＤＰ方向に加えたものとなる。なお、制御弁の特性から
最小開度Ｚｍｉｎ時の弁損失係数をζ_Zminとすると、弁
損失Ｈ_OAは下式となる。Ｈ_OA＝ζ_Zminｖ²／２ｇ（Ａｑ・ｍ）ここで、ｖ：制御弁内流速（ｍ／ｓｅｃ）、ｇ：重力加
速度（９．８ｍ／ｓｅｃ²）なお、ｖ＝Ｑ／（πＤ²／
４）、Ｑ：弁流量、Ｄ：口径（ｍ）

【００２１】曲線ＯＢは制御可能な最大弁開度Ｚｍａｘ
から決まる曲線で、曲線ＯＡと同様に求められる。最大
開度Ｚｍａｘ時の弁損失係数をζ_Zmaxとして、弁損失Ｈ
_OBは、Ｈ_OB＝ζ_Zmaxｖ²／２ｇ（Ａｑ・ｍ）と表される。

【００２２】曲線ＡＢは制御弁のキャビテーション特性
から決まる曲線で、一般に制御弁には有害なキャビテー
ション発生の目安としてプロセス値から計算されるキャ
ビテーション係数Ｋ値が有る。Ｋｒｅｑ＝（Ｐ₂＋１０）／ΔＨここで、ΔＨ：弁損失（Ａｑ・ｍ）、Ｐ₂：弁二次圧
（Ａｑ・ｍ）このＫｒｅｑが、予め弁型式毎に示される許容値Ｋａｖ
ｅより大きければ有害なキャビテーションの発生は無し
とする。Ｋｒｅｑ≧Ｋａｖｅを上式に代入して、 ΔＨ≦（Ｐ₂＋１０）／Ｋａｖｅなお、Ｋａｖｅは弁開度Ｚによって変わる場合も有る。

【００２３】図２において、曲線Ｃは背圧を含む弁二次
側の損失曲線なので上式のＰ₂の関係を示すことにな
る。従って、（Ｐ₂＋１０）／Ｋａｖｅが弁開度Ｚの時
に許される最大弁損失であり、これにＰ₂を加えた曲線
Ｘが弁一次側の限界圧力を示す。制御可能開度Ｚ毎に弁
開度特性から決まる曲線Ｄと、キャビテーションによる
弁一次限界圧力Ｘとの交点を求めて連ねた結果得られた
曲線が求める曲線ＡＢとなる。

【００２４】主制御弁１１は弁開度制御機能部１７−２
からの信号により、駆動部１１−２で駆動され、その弁
開度は開度検出センサ１１−３で検出され弁開度制御機
能部１７−２及び各弁の最適切り換え制御機能部１６に
フィードバックされる。また、副制御弁１２は弁開度制
御機能部１８−２からの信号により、駆動部１２−２で
駆動され、その弁開度は開度検出センサ１２−３で検出
され弁開度制御機能部１８−２及び各弁の最適切り換え
制御機能部１６にフィードバックされる。

【００２５】図２は各制御弁（主制御弁１１、副制御弁
１２）毎の適正運転範囲と差圧−流量−開度の関係を示
す図である。曲線Ａ−Ｏは弁制御可能最小開度から決ま
る曲線、曲線Ａ−Ｂはキャビテーション限界から決まる
曲線、曲線Ｂ−０は弁制御可能最大開度から決まる曲線
であり、曲線Ａ−Ｏ、曲線Ａ−Ｂ及び曲線Ｂ−０で囲ま
れた範囲Ｇは制御弁適正動作範囲である。曲線Ｄはある
開度の時の弁損失特性であり、ＤＰ１はその時の差圧計
測部２２で計測された差圧、Ｐ１は弁運転点、Ｑ１は演
算される流量である。

【００２６】各弁の診断機能部１５は開度センサ１１−
３、１２−３からの各弁開度信号及び差圧計測部２２か
らの計測差圧信号を基に、主制御弁１１及び副制御弁１
２が主制御弁１１及び副制御弁１２の運転点が該最適範
囲Ｇに入るか否かを診断する。なお、図２に示す線図に
よれば、流量計１９を用いずに、主制御弁１１及び副制
御弁１２の各弁を通過する流量を演算することも可能で
ある。また、主制御弁１１及び副制御弁１２の二次側が
自由水面に開放していれば、その水位と弁の一次圧から
差圧を計算してもよい。

【００２７】図３は主制御弁１１及び副制御弁１２で流
量一定制御を行なう場合の各運転点を決める過程を示す
図である。ここでは、主制御弁１１に最大流量を負担し
て、残りを副制御弁１２で流すように割り振った例であ
る。同図において、曲線Ｅは主制御弁１１が全開時の配
管特性、曲線Ｆは両弁全開時の配管特性を示す。Ｇ１１
は主制御弁１１の適正動作範囲、Ｇ１２は副制御弁１２
の適正動作範囲を示す。ＤＰ２は予備制御で求められた
必要差圧であり、Ｑ２は制御流量目標値である。

【００２８】なお、予備制御とは、本来の制御に先だっ
てプロセス特性を的確に把握するため行なうもので、一
方の弁を仮に設定された開度状態として他方の弁で予備
的に制御を行ない、最終的な合成運転点を見極めた上で
プロセスの目的に応じて各弁の最適配分開度を求め直
す。

【００２９】制御弁切り換え制御方法には３つの方法が
ある。以下、各制御弁切り換え制御方法を説明する。

【００３０】〔弁制御方法１〕この制御方法１は、主制
御弁１１及び副制御弁１２を流量一定制御や圧力一定制
御などプロセスの目的に応じた制御を行なっている際、
外乱などによるプロセスの変動に応じて弁開度を基に制
御対象とする制御弁（主制御弁１１又は副制御弁１２）
を順次切り換えるので、プロセスの変動に応じて主制御
弁１１及び副制御弁１２を開閉すると共に、制御対象の
制御弁（主制御弁１１又は副制御弁１２）を諸特性を加
味しながら最適に切り換えて行く。

【００３１】例えば、水量の増加に応じて順次次の弁を
開いて行き、最初の制御弁（主制御弁１１又は副制御弁
１２）は全開状態として次の弁で制御を行なわせるので
ある。但し、一般に制御可能開度は全閉〜全開より狭い
範囲となるので、制御を他の制御弁（主制御弁１１又は
副制御弁１２）に受け渡す際には、若干開度を戻した
り、受け渡された制御弁の開度が充分に制限範囲に入っ
てから全開又は全閉にするなどの手順を踏むことにな
る。この制御方法は、制御範囲が大きく、容量の大きく
異なる主制御弁１１と副制御弁１２の組合せに特に有効
である。

【００３２】〔弁制御方法２〕この制御方法は、上記制
御方法１のように制御対象となる制御弁（主制御弁１１
又は副制御弁１２）を順次切り換えるのではなく、制御
する制御弁はあくまで最初の制御弁（主制御弁１１又は
副制御弁１２）に固定しておき、プロセスの変動に応じ
て次の制御弁（主制御弁１１又は副制御弁１２）をその
制御可能な弁開度範囲において必要な開度だけ開いてバ
イパス量を加減し、最初の制御弁を最適な制御範囲に収
めるものである。

【００３３】例えば、水量の増加に応じて順次次の制御
弁（主制御弁１１又は副制御弁１２）を必要開度だけ開
いて固定しておき、プロセスとして制御はあくまでも最
初の制御弁（主制御弁１１又は副制御弁１２）で行なわ
せる。但し、固定開度は、制御を行なう弁の開度と自ら
の弁の開度が適正な開度範囲に収まるように決定する。
この制御方法は、制御範囲が比較的小さく制御性の劣る
安価な制御弁と組合せられる場合に特に有効である。

【００３４】〔弁制御方法３〕この制御方法は、上記制
御方法１、２のように流量や圧力などのプロセス情報に
よってフィードバック制御するのではなく、主制御弁１
１及び副制御弁１２を含む配管系の特性から制御目標値
を実現するための弁開度を逆算し、各制御弁（主制御弁
１１及び副制御弁１２）を開度制御させるものである。
但し、配管特性を的確に把握するため、仮に設定された
開度状態で予め予備制御を行ない、最終的な運転点を見
極めた上でプロセスに応じた各制御弁（主制御弁１１又
は副制御弁１２）の最適配分水量を求め直す。

【００３５】例えば、流量−制定制御を主制御弁１１及
び副制御弁１２の２台の制御弁で行なう際には、先ず一
方の制御弁（主制御弁１１又は副制御弁１２）を中間開
度に固定し他の弁で目的の流量を予備段階として行な
い、制御流量目標を実現するために必要な両弁の差圧を
求める。次に、この差圧と流量値で前記の各弁の診断機
能部１５を用いて各制御弁（主制御弁１１及び副制御弁
１２）の最適な開度を逆算し、この開度を制御目標とし
て改めて両制御弁を開度制御する。この制御方法は、制
御流量目標値の設定変更など制御が大きく変化すると見
込まれる場合特に有効である。

【００３６】以下、弁制御方法１乃至３を詳細に説明す
る。図４は弁制御方法１における主制御弁１１と副制御
弁１２の動作を示す図である。同図において、Ｚｍは主
制御弁１１の開度を、Ｚｂは副制御弁１２の開度をそれ
ぞれ示す。Ｚｍ３は主制御弁１１の制御開度範囲の上限
を示し、Ｚｍ２は主制御弁１１の開度をＺｍ３からＺｍ
２に絞るのに伴って生じる主制御弁１１の減水量が、副
制御弁１２を通過した場合、副制御弁１２の開度Ｚｂが
Ｚｂ１以上となる開度。Ｚｍ１は主制御弁１１の開度が
Ｚｍ１になった時、副制御弁１２の開度をＺｂ２から全
閉にしても、主制御弁１１の開度ＺｍがＺｍ３以上とな
らない開度。

【００３７】また、Ｚｂ１は副制御弁１２の制限開度範
囲の下限を示し、Ｚｂ２は副制御弁１２の開度ＺｂをＺ
ｂ１からＺｂ２に開くのに伴って、主制御弁１１の開度
が全開からＺｍ３以下となる開度、Ｚｂ３は副制御弁１
２の開度がＺｂ３となった時主制御弁１１の開度Ｚｍを
Ｚｍ２から全開にしても副制御弁１２の開度ＺｂがＺｂ
１以下とならない開度。

【００３８】以下、弁制御方法１の動作を図５及び図７
に基づいて説明する。図５において、先ず副制御弁１２
が全閉し（ステップＳＴ１）、主制御弁２の流量制御を
行なう（ステップＳＴ２）。主制御弁１１の開度Ｚｍが
Ｚｍ３以上かＺｍ１以下かを判断し（ステップＳＴ
３）、Ｚｍ１以下の場合は後に詳述するように副制御弁
１２の全閉処理を行ない（ステップＳＴ４）、前記ステ
ップＳＴ３に戻り、Ｚｍ３以上の場合は後に詳述するよ
うに主制御弁１１を開度Ｚｍ２に固定し、副制御弁１２
の流量制御処理を行なう（ステップＳＴ５）。

【００３９】続いて副制御弁１２の開度ＺｂがＺｂ３以
上かＺｂ１以下かを判断し（ステップＳＴ６）、Ｚｂ３
以上ある場合、主制御弁１１を後に詳述するように全開
処理を行ない（ステップＳＴ７）、前記ステップＳＴ６
に戻り、Ｚｂ１以下の場合、後に詳述するように副制御
弁１２をＺｂ２に固定し、主制御弁１１の流量制御を行
ない（ステップＳＴ８）、前記ステップＳＴ３に戻る。

【００４０】図６（ａ）は前記ステップＳＴ３で主制御
弁１１の開度ＺｍがＺｍ３以上である場合、図６（ｂ）
は主制御弁１１の開度ＺｍがＺｍ１以下の場合の処理の
流れを示す図である。主制御弁１１の開度ＺｍがＺｍ３
以上である場合、所定時間経過した後（ステップＳＴ１
１）、主制御弁１１の流量制御を停止する（ステップＳ
Ｔ１２）と、同時に副制御弁１２の流量制御を開始する
（ステップＳＴ１３）。前記ステップＳＴ１２で主制御
弁１１の流量制御を停止したら、次に主制御弁１１を開
度Ｚｍ２まで閉じ（ステップＳＴ１４）、続いて該主制
御弁１１を開度Ｚｍ２で固定する。主制御弁１１の開度
ＺｍがＺｍ１以下である場合、所定時間経過した後（ス
テップＳＴ２１）、副制御弁１２を閉動作とし、全閉に
する（ステップＳＴ２２、２３）。

【００４１】図７（ａ）は前記ステップＳＴ６におい
て、副制御弁１２の開度ＺｂがＺｂ１以下の場合、図７
（ｂ）は副制御弁１２の開度ＺｂがＺｂ３以上の場合の
処理の流れを示す図である。副制御弁１２の開度Ｚｂが
Ｚｂ１以下の場合、所定時間経過した後（ステップＳＴ
３１）、続いて副制御弁１２の流量制御を停止する（ス
テップＳＴ３２）と同時に、主制御弁１１の流量制御を
開始する（ステップＳＴ３３）。前記ステップＳＴ３２
で副制御弁１２の流量制御を停止した後、副制御弁１２
の開度をＺｂ２まで閉じ（ステップＳＴ３４）、続いて
副制御弁１２の開度をＺｂ２で固定する（ステップＳＴ
３５）。

【００４２】また、副制御弁１２の開度ＺｂがＺｂ３以
上である場合、所定時間経過した後（ステップＳＴ４
１）、主制御弁４２を全開とする（ステップＳＴ４２、
４３）。

【００４３】次に弁制御方法２を図８及び図９を用いて
説明する。弁制御方法を実施する流量又は圧力制御シス
テムの構成は図１の弁制御部１８の流量制御機能部１８
−１が無いだけで他の構成は同一である。図８は制御弁
切り換え制御方法２における主制御弁１１の開度Ｚｍ
１、Ｚｍ２、Ｚｍ３と副制御弁１２の開閉動作を示す図
であり、図９は制御方法２の流れを示す図である。ここ
で、Ｚｍ３とＺｍ１は主制御弁１１の制御可能開度範囲
の上限と下限を示し、Ｚｍ２はＺｍ１とＺｍ３の間の開
度で、中央値等となる。

【００４４】弁制御方法２は、主制御弁１１の制御を開
始する（ステップＳＴ５２）と共に、主制御弁１１の開
度がＺｍ３以上かＺｍ１以下かを判断し（ステップＳＴ
５３）、Ｚｍ３以上の場合（ステップＳＴ５４）、所定
時間経過した後（ステップＳＴ５５）、主制御弁１１の
流量制御を継続し（ステップＳＴ５７）、副制御弁１２
を開度Ｚｂ１まで開く（ステップＳＴ５８）。

【００４５】続いて、所定時間経過した後（ステップＳ
Ｔ５９）、主制御弁１１の開度がＺｍ２以下か否かを判
断し（ステップＳＴ６０）、Ｚｍ２以下でない場合、Ｚ
ｍ２以下になるまで副制御弁１２の開動作を行ない（ス
テップＳＴ６１）、Ｚｍ２以下であったら所定時間経過
した後（ステップＳＴ６２）、副制御弁１２を停止し
（ステップＳＴ６３）、前記ステップＳＴ５３に戻る。

【００４６】前記ステップＳＴ５３において、主制御弁
１１の開度Ｚｍが主制御Ｚｍ１以下の場合（ステップＳ
Ｔ６４）、所定時間経過した後（ステップＳＴ６５）、
主制御弁１１の流量制御を継続し（ステップＳＴ６
７）、副制御弁１２の閉じ動作を行ない（ステップＳＴ
６８）、続いて副制御弁１２の開度がＺｂ１以下か否か
を判断し（ステップＳＴ６９）、Ｚｂ１以下の場合、副
制御弁１２を全閉し（ステップＳＴ７３）、前記ステッ
プＳＴ５３に戻る。

【００４７】前記ステップＳＴ６９において副制御弁１
１の開度がＺｂ１以下でない場合、続いて主制御弁１１
の開度がＺｍ２以上か否かを判断し、Ｚｍ２以上でない
場合前記ステップＳＴ６８に戻り、Ｚｍ２以上の場合所
定時間経過した後（ステップＳＴ７１）、副制御弁１２
を停止し（ステップＳＴ７２）、前記ステップＳＴ５３
に戻る。

【００４８】弁制御方法３を図３と図１０を用いて説明
する。弁制御方法３を実施する流量又は圧力制御システ
ムの構成は図１と同一である。図１０は制御弁切り換え
制御方法３の流れを示す図である。先ず、制御に先立っ
て制御流量目標値（図３のＱ２を参照）Ｑ２の設定変更
が行なわれる（ステップＳＴ８０）。制御対象の制御弁
を選択し（ステップＳＴ８２）、該選択された制御弁
（ここでは主制御弁１１及び副制御弁１２）の予備制御
の為の開度を、即ち主制御弁１１の開度Ｚｍ及び副制御
弁１２の開度Ｚｂを演算して求める（ステップＳＴ８
１）。

【００４９】続いて、該演算した上記弁開度Ｚｍ及びＺ
ｂにより主制御弁１１及び副制御弁１２の開度制御を行
ない（ステップＳＴ８３）、制御対象である主制御弁１
１又は副制御弁１２による予備制御を行ない（ステップ
ＳＴ８４）、所定時間経過した後（ステップＳＴ８
５）、差圧計測部２２（図１参照）で計測された差圧値
を読み込む（ステップＳＴ８６）と共に、主制御弁１１
及び副制御弁１２の最適線図（図３参照）を読み込み
（ステップＳＴ８８）、これから、新運転点の検出と各
弁の最適開度を演算し、主制御弁１１の最適開度Ｚｍと
副制御弁１２の最適開度Ｚｂを求め、該最適開度Ｚｍ及
び最適開度Ｚｂに基づいて主制御弁１１及び副制御弁１
２の開度を制御する（ステップＳＴ８９）。

【００５０】並列に接続された２台の制御弁（主制御弁
１１及び副制御弁１２）で流量一定制御を行なう場合の
弁制御方法３の具体例を図２及び図３に基づいて説明す
る。この場合、プロセスの要求として一方の制御弁（主
制御弁１１）での通過水量が制御可能開度範囲で最大と
することを制御目標の一つとする。

【００５１】予備制御流量一定目標値をＱ２とし、この制御が達成された時の
弁差圧を予め検知するため、確実にＱ２が流れるように
副制御弁１２を大きめに開いて、主制御弁１１のみで流
量制御を行なわせる。この時、両制御弁１１，１２の流
量分担は目標を無視しても良いので副制御弁１２の開度
設定は、比較的容易である。こうして、検知された差圧
をＤＰ２とする。

【００５２】主制御弁１１と副制御弁１２の分担水量と
最適開度の決定両制御弁の最適制御範囲が示された図２において、上記
予備制御で求められた運転点Ｐ０（ＤＰ２、Ｑ２）を重
ね、Ｐ０の位置関係によって図１１に従って、主制御弁
１１と副制御弁１２の両制御弁の分担流量を決定する。

【００５３】図１１において、先ず予備運転点Ｐ０が図
３における主制御弁１１の領域Ｇ１１の内側か外側かを
判断し（ステップＳＴ９０）、内側の場合は副制御弁１
２を全閉として主制御弁１１のみによる制御を行なう
（ステップＳＴ９１）。主制御弁１１の流量がＱ２、主
制御弁１１の差圧がＤＰ２となった時（ステップＳＴ９
２）、この流量Ｑと差圧ＤＰ２から、図２（主制御弁１
１の線図）より主制御弁１１の開度を逆算し（ステップ
ＳＴ９３）、主制御弁１１の開度を決定し副制御弁１２
を全閉とする（ステップＳＴ９４）。続いて両制御弁
（主制御弁１１と副制御弁１２）の開度制御を行なう。

【００５４】また、前記ステップＳＴ９０において、予
備運転点Ｐ０が主制御弁１１の領域Ｇ１１の外側にある
場合、主制御弁１１と副制御弁１２による制御を行なう
（ステップＳＴ９５）。点Ｐと曲線Ｅ（主制御弁損失）
とから副制御弁１２の流量Ｑｂｙを演算する（ステップ
ＳＴ９６）。図２（副制御弁線図）に前記演算してＱｂ
ｙ、ＤＰ２の点を重ね、最適範囲Ｇ１２の内側か外側か
を判断する（ステップＳＴ９７）。最適範囲Ｇ１２の内
側にある場合、図２より副制御弁１２の開度を逆算して
求め（ステップＳＴ９８）、副制御弁１２の開度Ｚｂを
逆算して求めた開度に決定し、主制御弁１１を全開とす
る（ステップＳＴ９９）。

【００５５】前記ステップＳＴ９７でＱｂｙとＤＰ２の
交点が最適範囲Ｇ１２の外側（少水量側、Ｇ１２の左
側）の場合、副制御弁１２の流量Ｑｂｙを最小流量Ｑｂ
ｙｍｉｎとし（Ｑｂｙ＝Ｑｂｙｍｉｎ）、副制御弁１２
の開度を逆算して求める（ステップＳＴ１００）。主制
御弁１１の流量をＱ２−Ｑｂｙｍｉｎとし、この値から
主制御弁１１の開度を逆算して求め（ステップＳＴ１０
１）、主制御弁１１の開度を決定し、副制御弁１２の開
度を最小とする（ステップＳＴ１０２）。続いて両制御
弁（主制御弁１１と副制御弁１２）の開度制御を行な
う。なお、ステップＳＴ９７において、運転点がＧ１２
の右側に逸脱する場合には、両弁で制御不能な領域であ
り、警報を発生する等して警告することになる。

【００５６】上記実施例では並列に設置された主制御弁
１１と副制御弁１２の２台の場合を説明したが、図１２
に示すように、３台以上の制御弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、・
・・・Ｖｉ・・・・Ｖｎが並列に設置されている場合で
も、本発明の弁制御方法１は実施できる。図１３はこの
場合の各制御弁の開度を示す図である。

【００５７】図１３において、Ｚｉｂ１は制御弁Ｖｉの
制御可能開度範囲の下限を示し、Ｚｉｂ２は制御弁Ｖｉ
の開度をＺｉｂ１からＺｉｂ２に開くのに伴って、制御
弁Ｖｉ−１の開度が全開からＺｉ−１ｍ３以下となる開
度、Ｚｉｂ３は制御弁Ｖｉの開度がＺｉｂ３となった時
制御弁Ｖｉ−１の開度をＺｉ−１ｍ２から全開にしても
制御弁Ｖｉの開度がＺｉｂ１以下とならない開度であ
る。各制御弁に対し開度ｍ１，ｍ２，ｍ３と開度ｂ１，
ｂ２，ｂ３を同時に設定する。上記複数の制御弁の中の
ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の制御弁Ｖｉに着目して、図５を
変形すると、図１４に示すようになる。

【００５８】図１４は図１２に示す複数の制御弁が並設
されたシステムにおける弁制御方法１の流れを示す図で
ある。図１４において、先ず制御弁Ｖｉの弁開度Ｚｉの
値がどうなっているかを調べ（ステップＳＴ１１０）、
弁開度ＺｉがＺｉ＜Ｚｉｂ１である場合、制御弁Ｖｉ−
１を制御し、制御弁Ｖｉを弁開度Ｚｉｂ２に固定する
（ステップＳ１１１）。弁開度ＺｉがＺｉｂ３＜Ｚｉ＜
Ｚｉｍ１である場合、制御弁Ｖｉを制御し、制御弁Ｖｉ
−１を全開及び制御弁Ｖｉ＋１を全閉とし（ステップＳ
１１２）、前記ステップＳＴ１１０に戻る。弁開度Ｚｉ
がＺｉｍ３＜Ｚｉである場合、制御弁Ｖｉ＋１を制御
し、制御弁Ｖｉを開度Ｚｉｍ２に固定する。

【００５９】前記ステップＳＴ１１１に続いて制御弁Ｖ
ｉ−１の弁開度Ｚｉ−１の値がどうなっているかを調べ
（ステップＳ１１４）、該弁開度Ｚｉ−１がＺｉ−１＜
Ｚｉ−１ｂ１か、Ｚｉ−１ｂ３＜Ｚｉ−１＜Ｚｉ−１ｍ
１か、Ｚｉ−１ｍ３＜Ｚｉ−１かにより上記ステップＳ
Ｔ１１１乃至ＳＴ１１３の処理を行なう。即ち、ステッ
プＳＴ１１４においては、ｉ＝ｉ−１と置き換えて、ス
テップＳＴ１１０に戻り、以下これを繰り返す。前記ス
テップＳＴ１１３に続いて制御弁Ｖｉ＋１の弁開度Ｚｉ
＋１の値がどうなっているかを調べ（ステップＳ１１
５）、該弁開度Ｚｉ＋１がＺｉ＋１＜Ｚｉ＋１ｂ１か、
Ｚｉ＋１ｂ３＜Ｚｉ＋１＜Ｚｉ＋１ｍ１か、Ｚｉ＋１ｍ
３＜Ｚｉ＋１かにより上記ステップＳＴ１１１乃至ＳＴ
１１３の処理を行なう。即ち、ステップＳＴ１１５にお
いて、ｉ＝ｉ＋１と置き換えて、ステップＳＴ１１０に
戻り、以下これを繰り返す。

【００６０】弁制御方法２も、図１５に示すように、１
台の主制御弁Ｖｍに複数台の副制御弁Ｖ１、Ｖ２、・・
・、Ｖｉ−１、Ｖｉ、Ｖｉ＋１、・・・Ｖｎ台を並設し
た場合も実施できる。図１６は図１５のシステムにおい
て弁制御方法を実施する場合の主制御弁Ｖｍと副制御弁
Ｖｉの開度動作を示す図である。主制御弁Ｖｍの弁開度
Ｚｍ１、Ｚｍ２、Ｚｍ３は図８の弁開度Ｚｍ１、Ｚｍ
２、Ｚｍ３に相当し、Ｚｉｂ１、Ｚｉｂ３は副制御弁Ｖ
ｉの制御可能開度の上下限値を示す。

【００６１】図１７は図１５の示すシステムにおける弁
制御方法２の流れを示す図である。図１７において、先
ず主制御弁Ｖｍの弁開度ＺｍがＺｍ３より大きいか、Ｚ
ｍ１より小さいか（Ｚｍ３＜Ｚｍ＜Ｚｍ１）を判断し
（ステップＳＴ１２０）、Ｚｍ＞Ｚｍ３である場合、副
制御弁ＶｉをＺｉｂ１まで開く（ステップＳＴ１２
１）、、続いて主制御弁Ｖｍの弁開度ＺｍがＺｍ２より
小さいか（Ｚｍ＜Ｚｍ２）否を判断し（ステップＳＴ１
２２）、Ｚｍ２より小さい場合副制御弁Ｖｉの開度制御
を停止する（ステップＳＴ１２３）。

【００６２】前記ステップＳＴ１２２において、Ｚｍ２
より大きい場合は副制御弁Ｖｉを開動作とし（ステップ
ＳＴ１２４）、続いて副制御弁Ｖｉの開度ＺｉがＺｉｂ
３より大きいか（Ｚｉ＞Ｚｉｂ３）否かを判断し（ステ
ップＳＴ１２５）、小さい場合は前記ステップＳＴ１２
２に戻り、大きい場合は副制御弁Ｖｉを全開とする（ス
テップＳＴ１２６）。続いて主制御弁Ｖｍの弁開度Ｚｍ
がＺｍ２より大きいか（Ｚｍ＞Ｚｍ２）否を判断し（ス
テップＳＴ１２７）、大きい場合は前記ステップＳＴ１
２３に移行し副制御弁Ｖｉの開度制御を停止し、小さい
場合は制御対象とする副制御弁Ｖｉを副制御Ｖｉ＋１に
切り換えて（ステップＳＴ１２８）、前記ステップＳＴ
１２１からの弁開度制御を実行する。

【００６３】一方、前記ステップＳＴ１２０において、
主制御弁Ｖｍの弁開度ＺｍがＺｍ１より小さい（Ｚｍ＜
Ｚｍ１）場合、続いて副制御弁ＶｉをＺｉｂ３まで閉じ
る（ステップＳＴ１３０）。次に主制御弁Ｖｍの弁開度
ＺｍがＺｍ２より大きいか（Ｚｍ２＜Ｚｍ）を判断し
（ステップＳＴ１３１）、大きい場合副制御弁Ｖｉの弁
開度制御を停止し（ステップＳＴ１３２）、小さい場合
は副制御弁Ｖｉを閉動作とする（ステップＳＴ１３
３）。

【００６４】続いて、副制御弁Ｖｉの弁開度ＺｉがＺｉ
ｂ１より小さいか（Ｚｉ＜Ｚｉｂ１）を判断し（ステッ
プＳＴ１３４）、大きい場合は前記ステップＳＴ１３１
に戻り、小さい場合副制御弁Ｖｉを全閉とする（ステッ
プＳＴ１３５）。続いて、主制御弁Ｖｍの弁開度Ｚｍが
Ｚｍ２より大きいか（Ｚｍ２＜Ｚｍ）を判断し（ステッ
プＳＴ１３６）、大きい場合前記ステップＳＴ１３２に
移行し副制御弁Ｖｉの開度制御を停止し、小さい場合は
制御対象とする副制御弁Ｖｉを副制御Ｖｉ−１に切り換
えて（ステップＳＴ１３７）、前記ステップＳＴ１３０
からの弁開度制御を実行する。

【００６５】また、弁制御方法３においても、図１２に
示すように、２台以上の複数の制御弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ
３、・・・・Ｖｉ・・・・Ｖｎが並列に設置されている
場合、図３における構成線図を図１８に示すように、制
御弁のｎ台分を合成すれば、そのままｎ台の制御弁を並
列に設置した場合に適用できる。

【００６６】図１１を例に説明する。図１８で主制御弁
をＶ１、副制御弁をＶ２以降の合成された相等弁とすれ
ば、図１１のステップＳＴ９７で内側と判断された場
合、そのままスタートに戻し、次の制御弁Ｖ２の開度決
定を行なえば良い。更に、順次スタートに戻してゆけ
ば、Ｖ３以降の弁開度も決定される。一方、ある段階
（制御弁Ｖｉとする）で、ステップＳＴ９７の外側と判
断された場合、ステップＳＴ１００乃至ステップＳＴ１
０２に従って制御弁Ｖｉ＋１を最小開度、制御弁Ｖｉ＋
２以降を全閉とすれば良い。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、上
記の機能を具備することにより下記のような優れた効果
が達成できる。（１）流量や圧力範囲が複数の制御弁をまたがって変動
する場合にも、制御不能に陥ること無く、円滑に自動制
御が継続される。

【００６８】（２）各制御弁の運転点を常に監視し、制
御特性やキャビテーション特性などが良好な範囲で運転
が行なわれるようにトータル制御されるので、制御弁の
寿命が延びると共に、有害な振動や騒音等の発生を最小
限に抑えることができる。又、最適範囲の決定要素に制
御弁単体の特性だけでなく、プロセス全体に及ぼす影響
も加味すれば全体プロセスの信頼性・操作性を向上させ
ることが可能となる（例えば、配管破裂時に予想される
急激な流量増加や圧力低下などを検知し緊急弁閉鎖を行
なう等）。

【００６９】（３）上記に関連して、制御弁前後の差圧
と弁開度から流量を演算させることもできるので、高価
な流量計を設けずに個別流量を求められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弁制御方法を実施する流量又は圧力制
御システムの構成を示す図である。

【図２】１台の制御弁の流量−差圧線図である。

【図３】２台の制御弁を並列に設置した場合の流量−差
圧線図である。

【図４】本発明の弁制御方法１における主制御弁と副制
御弁の弁開度を説明する図である。

【図５】本発明の弁制御方法１の流れを示す図である。

【図６】本発明の弁制御方法１の流れを示す図である。

【図７】本発明の弁制御方法１の流れを示す図である。

【図８】本発明の弁制御方法２における主制御弁と副制
御弁の弁開度を説明する図である。

【図９】本発明の弁制御方法２の流れを示す図である。

【図１０】本発明の弁制御方法３の流れを示す図であ
る。

【図１１】本発明の弁制御方法３の流れを示す図であ
る。

【図１２】複数台の制御弁を並列に設置したシステムの
概略構成を示す図である。

【図１３】本発明の弁制御方法１における（制御弁が３
台以上設置されている場合）制御弁の弁開度を説明する
図である。

【図１４】本発明の弁制御方法１の流れ（制御弁が３台
以上設置されている場合）を示す図である。

【図１５】主制御弁に複数台の副制御弁を並列に設置し
たシステムの概略構成を示す図である。

【図１６】本発明の弁制御方法２における（制御弁が３
台以上設置されている場合）主制御弁と副制御弁の弁開
度を説明する図である。

【図１７】本発明の弁制御方法２の流れ（制御弁が３台
以上設置されている場合）を示す図である。

【図１８】本発明の弁制御方法３における（制御弁が３
台以上設置されている場合）流量−差圧線図である。

【符号の説明】

１１主制御弁１２副制御弁１３負荷機器１４負荷機器１５各弁の診断機能部１６各弁の最適切り換え制御機能部１７弁制御部１７−１流量制御機能部１７−２弁開度制御機能部１８弁制御部１８−１流量制御機能部１８−２弁開度制御機能部１９流量計２０圧力計２１圧力計２２差圧計測部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鳥海和夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者滝田茂雄東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】並列に設置された複数の制御弁を具備
し、流体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を制
御する流量又は圧力制御システムにおいて、前記各制御弁の諸特性、各制御弁が設置された配管上の
損失特性から、予め制御弁の最適制御範囲を差圧−流量
−開度線図上に求めておき、該流量又は圧力制御システ
ムに取り付けられた差圧計と各制御弁の開度情報から決
まる運転点が前記最適制御範囲内に入っているか否かを
診断することを特徴とする流量又は圧力制御システムの
弁診断方法。
【請求項２】並列に設置された複数の制御弁を具備
し、流体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を制
御する流量又は圧力制御システムの弁制御方法におい
て、前記各制御弁の制御限界から求められる弁開度を検知す
ることにより、制御対象弁を順次切り換えることを特徴
とする流量又は圧力制御システムの弁制御方法。
【請求項３】並列に設置された複数の制御弁を具備
し、流体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を制
御する流量又は圧力制御システムの弁制御方法におい
て、ある前記制御弁の制御範囲の最大限界から求められる設
定弁開度を検知することにより、他の前記制御弁をその
制御範囲を考慮しながら段階的に開又は閉動作すること
を特徴とする流量又は圧力制御システムの弁制御方法。
【請求項４】並列に設置された複数の制御弁を具備
し、流体の流量や圧力範囲に応じてこれらの制御弁を制
御する流量又は圧力制御システムの弁制御方法におい
て、前記流量又は圧力制御システムの緒特性や前記複数の制
御弁の諸特性を加味し、前記複数制御弁の制御の受け持
つ領域を予め記憶し、該運転点から各制御弁の最適開度
を演算して求め、該最適開度で各制御弁を制御すること
を特徴とする流量又は圧力制御システムの弁制御方法。