JPH11210921A - 空気駆動弁の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プラントの定期検査または運転中の空気駆動弁
全体の異常兆候の検出、異常箇所の特定化を行い、総合
的に弁の異常の兆候を判断し、しかも操作に熟練を要し
ない空気駆動弁の異常診断装置を提供する。 【解決手段】空気駆動装置１ｂへ給排される空気圧力を
検出するセンサ２、弁のストローク検出センサ４、前記
空気給排用の電磁弁の作動検出センサ３、弁に伝達され
る操作力検出センサ５及び弁の開閉状態を監視するため
のリミットスイッチ作動検出センサを各被検出部に着脱
可能あるいは恒常的に設備し、これら各検出センサから
の検出信号を集録し所定の伝送信号に変換するデータ集
録ユニット１２ならびに診断項目の評価ロジックに項目
毎の許容値、および診断記録の集録を入力して項目毎の
診断データを解析演算処理し、その評価結果と許容値と
を比較して故障モード及び劣化モードを表示する演算処
理装置１１を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気駆動弁の弁
機構及び駆動装置を分解することなく、これらの保守・
点検と運転状態における各部の診断を総合的に行えるよ
うにした空気駆動弁の異常診断装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般の電動弁における保守・点検及び運
転中に診断データ情報を基に解析演算処理を行い、診断
結果を表示する診断装置は既に実用化されていたが、空
気駆動弁に関して保守・点検及び運転中に診断データ情
報を基に解析演算処理を行い、診断結果を表示する診断
装置が実用化しているという事例は、未だ見聞していな
い。従って、空気駆動弁に関する機構各部の保守、点検
は従前通り、稼働時間や稼働回数などの物理条件及び過
去の実績などによって予め設定された点検周期に従って
弁や駆動部の分解、点検による人手を必要とする検査が
行われている。

【０００３】ところで、空気駆動弁についても手作業に
よる点検に代えて、その異常をセンサによって、特定事
象を個別に検出する測定装置は種々の構成のものが開発
されている。例えば、内部流体の逓減に特定したもの、
弁開閉の操作力に特定したもの、或いは空気駆動の制御
機構の調整用として弁の作動特性との適合性のデータ採
取に特定したものなどであって、各部の異常を総合的に
判断するものではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような弁機構や駆動装置の分解点検手段では、分解時
または調整時に人為的な不備が発生するおそれが大きか
ったし、保守、点検に直接関係のない部分までも分解し
なければならなかったから、多くの空気駆動弁を対象と
する場合には、検査に要する労力や作業時間の大幅な増
大を招き、これが、プラント点検期間の延長を余儀なく
される等の原因となっていた。

【０００５】更に、上述したような空気駆動弁の異常箇
所を個別に検知する従来の装置では採取されたデータが
時間軸としたグラフ表示であるため、人手による解析や
判読作業にも多くの時間を要するだけでなく、単独デー
タから得られる特定事象の判定結果が個別に得られるだ
けなので、特に駆動部を含めて弁全体を点検評価する必
要があるプラントの定期検査では、これらを総合して現
場で弁全体の状況を判断するには、相当の熟練と判読の
ために１〜２時間という長時間を要するものであった。
一方、上記弁全体の総合的な状況を判断する手段とし
て、特定事項のみを個別に検出する従来の単独装置を組
み合わせることも考えられるが、それらを単に組み合わ
せただけでは、徒らに装置全体が複雑且つ大掛かりとな
る上、これらの組み合わせによって得られる判定結果
は、やはり個別的であるので異常の兆候と異常箇所の特
定化を行うなどの有効な総合判断をすることは不可能な
のである。

【０００６】本発明は、プラントの定期検査または運転
中に空気駆動弁全体における異常の兆候と異常箇所の特
定化を行い、総合的に弁の点検範囲の限定及び異常部品
の取り替え時期や経年劣化監視による異常の兆候を判断
し、しかも熟練を要せずに操作できる空気駆動弁の異常
診断装置を提供することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、少なくとも空気駆動装置へ供給される空
気圧力を検出するセンサ、駆動力を得て弁が作動するス
トロークを検出するセンサ、空気駆動装置へ空気を供給
又は排出する電磁弁の作動を検出するセンサ、駆動装置
により弁へ伝達された操作力を検出するセンサ及びリミ
ットスイッチの作動を検出するセンサ等を含み、何づれ
も被検出部に仮設または恒設される各検出センサと、こ
れらのセンサから出力される検知信号を集録し、所定の
伝送信号に変換するデータ集録ユニットと、該集録装置
に接続され、予め設定された診断項目の評価ロジックに
診断項目の許容値及び診断記録を入力し、診断項目毎に
診断データ情報の解析演算処理を行った上、評価結果と
許容値とを比較して故障モード及び劣化モードを表示す
る演算処理装置を装備するという手段を講じたものであ
る。

【０００８】この点について更に説明すると、空気駆動
弁の各部位の動的物理データをセンサによって検知信号
に変換し、この信号をデータ集録ユニットを介して演算
処理装置に入力することによって診断項目毎に評価ロジ
ックに従って解析演算を行った評価結果と許容値とを比
較して故障モード及び劣化モードを表示するというもの
である。この場合、上記の各検出センサ類は、予め空気
駆動弁に組み込むのではなく、被検出部位に着脱可能に
仮設するという手段、又は恒設する手段を採用した（請
求項１）。

【０００９】また上述した請求項１の構成で得られた診
断データに、弁及び駆動装置の円滑作動の適正評価に関
するデータ、可動部の摺動抗力の適正評価に関するデー
タ、弁閉止荷重の適正評価に関するデータ、バネ特性の
適正評価に関するデータ、最大供給可能空気圧力による
最大出力の適正評価データ、弁作動に要求される最小空
気圧力による最小出力の適正評価データ及び作動時間の
適正評価データを組み合わせて構成するという手段も併
用した。

【００１０】従って、前記請求項１の診断データに弁及
び駆動装置の円滑作動、可動部の摺動抗力、弁閉止荷
重、バネ特性、最大供給可能空気圧力による最大出力、
弁作動に要求される最小空気圧力による最小出力及び作
動時間等の適正評価を目的とする評価ロジックとを組み
合わせた診断項目となる（請求項２）。

【００１１】更に、上記請求項１、２の構成において演
算処理装置に弁の開閉状態を監視するために取付けられ
ているリミットスイッチの作動を検出するセンサ信号を
入力し、作動位置が許容値から外れたときに演算処理装
置が異常を判定表示するような構成・手段をも用いた。
この構成によってリミットスイッチの作動を検出するセ
ンサ信号から許容値を外れると演算処理装置が異常を判
定するのである（請求項３）。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態に基づいて更に具体的に述べる。図１におい
て、１は弁１ａの開閉を行う駆動装置１ｂを含む空気駆
動弁機構であって、図示する各部位にセンサ２〜６を着
脱可能に仮設または恒設したものである。即ち、空気供
給配管７に空気圧力を検出するセンサ２を、電磁弁８に
電磁弁の作動を検出するセンサ３を、ヨーク９に弁棒の
昇降量を検出するセンサ４を、弁棒１０に弁棒に作用し
ている操作力を検出するセンサ５を、そしてリミットス
イッチ１１にリミットスイッチの作動を検出するセンサ
６を取り付けたものである。

【００１３】次に、１２はデータ集録ユニットを示し、
上記センサ２〜６の各検知信号を診断データとして集録
する機能と、上記信号を下述する演算処理装置に伝送す
るために所定の遠隔伝送信号に変換する機能を備えたも
の、また１３は演算処理装置であって、上記データ集録
ユニット１２に接続され、受信データのＡ／Ｄ（アナロ
グ／デジタル）変換して即座に診断データ情報の解析演
算処理を行うことにより、現場において診断結果を表示
する機能と、現場にて採取した診断データを記憶手段に
集録し、これらの診断データ並びに過去の診断データの
集積を基に、弁及び駆動部の点検範囲の限定と異常部品
の取り替え時期を総合的に診断する機能を有するもので
ある。尚、図２は本発明装置の実施形態の一例を示すブ
ロック図である。

【００１４】更に、上記センサによって弁機能及び空気
駆動装置のどのような異常を診断するかについて述べ
る。 （１）弁１ａ及び駆動装置１ｂの円滑作動の適正評価 不安定作動診断 駆動側または弁側における可動部の異常により、作動中
に摺動部と可動部の接触抵抗が増大すれば、弁は円滑に
作動しなくなる。従って、作動中に摺動部と可動部の接
触抵抗が変動する場合は、駆動部に供給される空気圧力
が図３に示す関係により変動する。図３のようにバネが
取り付けられている単動式駆動装置では空気圧力の上昇
または降下とバネ荷重が比例的に変化する。即ち、駆動
部におけるバネ荷重は次式によって求められる。 Ｗ＝Ｋ（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）・・・・式 但し、Ｗ：バネ荷重、Ｌ₀ ：バネ自由長、Ｌ₁ ：バネの
圧縮取付長さである。また駆動部シリンダー内の空気圧
力Ｐ_a とバネ荷重Ｗのバランスは、次式によって求め
る。 Ａ×Ｐ_a ＝Ｗ＋（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ）＋（Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）・・・・式 但し、Ａ：シリンダーの有効受圧面積、Ｐ_a ：シリンダ
ー内の空気圧力、Ｗ：バネ荷重、Ｒ₁ ：ピストンの摩擦
抗力、Ｒ₂ ：弁棒とシリンダーの摩擦抗力、Ｒ₃ ：グラ
ンドパッキンと弁棒の摩擦抗力、Ｒ₄ ：弁棒とガイド棒
の摩擦抗力。

【００１５】このため弁のストローク変位量と変位毎の
空気圧力によって発生するシリンダー出力の比は、Ｒ1
〜Ｒ4 の摩擦抗力が変動しない場合に式１に示す通り一
定となる。

【式１】 また、バネが取り付けられていない復動式駆動装置で
は、摩擦抗力が変動しない場合は作動中の空気圧力が一
定となる。従って、不安定作動診断は、異常によって摩
擦抗力が作動中に変化するか、どうかを演算によって求
めた定数または空気圧力の変化を時間微分によって監視
し、許容範囲内の変動であれば正常として、また許容範
囲外であれば異常と判断し、それぞれの診断結果がディ
スプレイに表示される。この不安定作動診断は、ストロ
ークと空気圧力の情報を組み合わせて上記評価ロジック
によって異常または正常を判断する。

【００１６】 駆動側又は弁側出力の不安定診断 駆動側の可動部異常により、作動途中に摺動部と可動部
の接触抵抗が増大すれば、駆動側出力が不安定となって
円滑に作動しなくなる。このことは、前出の式に示
す関係から、弁に伝達された操作力をセンサにより検出
することによって駆動側の可動部に異常がある場合は、
Ｒ1 またはＲ2 が増大し、弁側の可動部が正常な場合
は、Ｒ3 およびＲ4 が一定であるために操作力が増大せ
ずに駆動部に供給される空気圧力が増大するので判断で
きる。

【００１７】このため、前述の不安定作動診断評価ロジ
ックに加えて、作動中の操作力が一定かどうかを評価す
れば、駆動側と特定できるので駆動出力不安定診断が可
能となる。従って、単動式駆動装置の駆動側出力不安定
は、前述の不安定作動診断評価が異常となった場合に、
操作力データを時間微分することによって監視し、許容
値内の変動であれば駆動側出力に異常があると判定とし
て、また許容値外であれば弁側出力に異常があると評価
する評価ロジックによって、異常部位の特定と評価を行
うことができる。一方、復動式駆動装置の場合は、前述
の不安定作動診断評価で復動式駆動装置が異常となった
場合に、操作力データを単動式駆動装置の場合と同様の
評価を行ない駆動側か、弁側かの特定と評価を行う。こ
の駆動側出力不安定診断は駆動側の異常、または弁側の
異常か、どうかを特定するために操作力、ストローク、
空気圧力の情報を組み合わせて上記評価ロジックによっ
て異常または正常を判定する。

【００１８】（２）可動部の摺動抗力の適正評価 総合摺動抗力の不適正診断 駆動側又は弁側の可動部の摺動抗力が異常によって増大
した場合は、作動に必要な適正操作力が不足することと
なり、作動性能に影響する。このため単動式駆動装置の
総合摺動抗力は最小空気圧によるシリンダー出力と試験
時のバネ荷重（弁の作動によりバネが最大まで圧縮され
た荷重）の差より充分小さいことが作動性確保の絶対条
件となる。また、復動式駆動装置の総合摺動抗力はバネ
が取り付けられていないので、最小空気圧によるシリン
ダー出力より充分小さいことが条件となる。そこで作動
途中の駆動部内の空気圧力は、前出の式で求められ
る。

【００１９】また駆動側の接触抵抗（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ）又は
弁側の接触抵抗（Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）のいづれか一方、又は双
方が変動した場合は、式の平衡を維持する方向に空気圧
力が変動する。他方、弁作動による抗力は開方向と閉方
向で作用する方向が逆方向となるため、空気圧力とスト
ロークの関係をＸＹ軸で情報を整理すれば、回帰線図は
図４又は図５に示す通りとなる。更に総合摺動抗力は、
この回帰線図から求められる開閉作動による空気圧力の
差とピストン有効受圧面積の積として求めた値の１／２
として求められる。

【００２０】上記総合摺動抗力の不適正診断は、単動式
駆動装置について図４または図５から演算によって求め
た総合摺動抗力が最小空気圧力にシリンダーの有効受圧
面積を乗じた値から試験時のバネ荷重を差し引いた値よ
りも大きければ異常、また等価もしくは小さければ正常
と判定し、それぞれディスプレイに表示される。〔最小
空気圧力〕×〔シリンダー有効受圧面積〕−〔試験時の
バネ荷重〕＞〔総合摺動抗力〕は正常、そうでない場合
は異常である。

【００２１】因みに、図４について更に説明を加える
と、空気圧力とストロークの回帰線図は、Ａ点まで空気
圧力が上昇すると、取付時のバネ荷重と総合摺動抗力の
和に打ち勝って弁が開方向に作動し、その空気圧力がＢ
点まで上昇すると、その後は弁が全開となるため空気圧
力が規定のＣ点まで上昇して弁を開保持する。閉操作時
には、Ｄ点まで圧力が下降した後に試験時のバネ荷重と
総合摺動抗力の和が大きくなって弁が作動し、Ｅ点まで
空気圧力が降下する。図４において、ストロークＩn に
於ける空気圧力 Ｐ_ON と Ｐ_CN から、式２によって総合
摺動抗力が求められる。

【式２】

【００２２】また、図５に示す空気圧力とストロークの
回帰線図は、Ｆ点まで空気圧力が降下した後、試験時の
バネ荷重と総合摺動抗力の和が大きくなり、弁が作動し
てＧ点まで空気圧力が降下する。Ｇ点に達した後は、弁
が全開となるため空気圧力が大気圧まで下降して弁を開
保持する。弁操作時はＨ点まで圧力が上昇した後に取付
時のバネ荷重と総合摺動抗力の和に打ち勝って弁が作動
し、Ｉ点まで空気圧力が昇圧する。Ｉ点に達した後は、
弁が全開となるため空気圧力が規定のＪ点まで上昇し弁
を閉保持する。この図において、ストローク Ｉn にお
ける空気圧力 Ｐ_ON と Ｐ_CN から前出の式２によって総
合摺動抗力が求められる。

【００２３】一方、復動式駆動装置の場合は、演算によ
って求めた総合摺動抗力に対して最小空気圧力によるシ
リンダー出力より大きければ異常とし、小さければ正常
と判定してそれぞれの診断結果をディスプレイに表示す
る。この総合摺動抗力の不適正診断は、ストロークと空
気圧力の情報を組み合わせて上記評価ロジックによって
行われるのである。 駆動側摺動抗力の不適正診断 上述の総合摺動抗力の不適性診断は、駆動側と弁側の抗
力を含めた摺動抗力に対する評価ロジックであるが、駆
動側摺動抗力のみの不適性診断は、評価対象部位を特定
して、更に詳細に診断するものである。

【００２４】このため、駆動側摺動抗力不適正診断に用
いる情報は、空気圧力とストロークの回帰線図から図４
または図５に示す通りに求められる総合摺動抗力と弁に
伝達された操作力をセンサによって検出した操作力とス
トロークの回帰線図から弁側の摺動抗力が図６に示すス
トローク Ｉn における操作力 Ｆ_ON と Ｆ_CN から式３
によって求められる。

【式３】 従って、先の総合摺動抗力から弁側の摺動抗力を差し引
くことで駆動側摺動抗力が求められる。即ち、 〔駆動側摺動抗力〕＝〔総合摺動抗力〕−〔弁側摺動抗
力〕 駆動側摺動抗力の不適正診断は、演算によって求めたリ
アルタイムの駆動側摺動抗力が許容値と比較して許容値
以内であれば正常、範囲外ならば異常とそれぞれ診断さ
れ、ディスプレイに表示される。この駆動側摺動抗力の
不適正診断は、ストローク、空気圧力、操作力の情報を
組み合わせて上記評価ロジックによって異常又は正常を
判断するのである。

【００２５】 弁側摺動抗力の不適正診断 上述の駆動側抗力の不適正診断は、総合摺動抗力から弁
側摺動抗力を差し引くことで駆動側を特定するが、弁側
の摺動抗力の不適正診断は、逆に弁側を特定して更に詳
細に診断するものである。弁側の摺動抗力は、駆動側抗
力の不適正診断の評価ロジックで説明した通りであっ
て、図６に示す操作力とストロークの回帰線図から求め
られる。尚、図６の操作力とストロークの回帰線図は、
Ｋ点で全開保持力を保持した後に、開操作による弁作動
開始直後にＬ点の引張力となり、このＬ点の引張力は、
弁側の摺動抗力とほぼ等しい値となって作動中に弁側の
摺動抗力が異常等で増大しなければ、全開直前のＮ点ま
で同じ値を示すことになる。

【００２６】また全開到達後は、シリンダー内の空気圧
が規定圧力まで上昇し、またはバネ荷重が増加するた
め、Ｍ点まで操作力が増大して弁を開保持する。閉操作
時は、Ｐ点まで操作力が低下し、弁側の摺動抗力とほぼ
等しい値となり、全開直前のＱ点まで一定の値を示す。
なお全閉後はシリンダー内の空気圧力が大気圧力まで下
降又は上昇し、Ｋ点に達して全閉押付力を維持する。
又、図５に示すストロークＩn における操作力 Ｆ_ON か
ら Ｆ_CN を減じた値の１／２として上記式３に示す通り
弁側の摺動抗力となる。

【００２７】又一方、弁側摺動抗力の不適正診断は、演
算によって求めたリアルタイムの弁側摺動抗力が許容値
と比較して許容範囲内であれば正常、範囲外ならば異常
と診断され、ディスプレイに表示される。この弁側摺動
抗力の不適正診断は、ストローク、操作力の情報を組み
合わせて上記評価ロジックによって異常又は正常を判定
する。また、弁側の摺動抗力が作動途中で変動していな
いことを時間微分によって評価すれば、弁棒の曲がりや
異物混入等による作動中の異常も評価できる。

【００２８】（３）弁閉止荷重の適正評価 差圧作動機能の不適正診断 空気駆動弁は、プラントの事故の際にプラントを安全に
停止して維持するか、又は事故の影響を緩和する機能が
要求される。この機能において、事故時に弁が作動する
か、否かは重要な評価項目となるが、プラントの定期検
査における空気駆動弁の機能検査はプラントが停止して
いることから液体が作用していない状態での実施となる
ので、事故時（液体が作用している状態）における作動
機能評価が必要となる。

【００２９】そこで、差圧作動機能の不適正診断は、空
気駆動弁に液体が作用していない状況下での診断データ
情報を基に、液体が作用している状態の作動機能を評価
するものである。即ち、単動式駆動装置のフェイルクロ
ーズ機能が要求される弁の閉止力は次式によって求めら
れる。 〔弁の閉止力〕＝〔取付時のバネ荷重〕−〔（弁棒断面積）×（内圧）〕 −〔総合摺動抗力〕 又は 〔弁の閉止力〕＝〔閉止保持時の操作力〕−〔（弁棒断面積）×（内圧）〕 −〔弁側摺動抗力〕 また単動式駆動装置のフェイルオープン機能が要求される弁の閉止力は次式に よって求められる。 〔弁の閉止力〕＝〔（シリンダ有効受圧面積）×（閉止保持時の空気圧力）〕 −〔試験時のバネ荷重〕−〔（弁棒断面積）×（内圧）〕−〔総合摺動抗力〕

【００３０】従って、差圧作動機能不適正診断は、演算
によって求めた弁の閉止力に対して設計上必要な閉止力
と比較して許容値以内又は以上であれば正常、許容値未
満ならば異常とそれぞれ診断を行いディスプレイに表示
する。この差圧作動機能不適正診断は、ストローク、空
気圧力又は操作力の情報を組み合わせて、上記評価ロジ
ックによって異常又は正常を判断する。尚、評価ロジッ
クによって演算する取付時のバネ荷重及び試験時のバネ
荷重の演算方法は、後述するバネ特性の適正評価の項で
説明する。

【００３１】（４）バネ特性の適正評価 取付時のバネ荷重不適正診断 空気駆動弁の作動機能は、事故時に供給空気圧力を排出
してバネ力によって作動源を得て開又は閉する能力が要
求される。この能力において空気駆動弁の最小出力は作
動源が最小となる取付時のバネ荷重で確保されている。
そこで、取付時のバネ荷重の不適正診断は、診断データ
を基に取付時のバネ荷重を解析し、設定許容値と比較し
て評価するものである。単動式駆動装置のフェイルクロ
ーズ機能が要求される弁の取付時のバネ荷重は、図４に
示すデータから次式で求められる。 イ．閉から開作動における作動開始時の空気圧力
（Ｐ_A ）からの算出 〔取付時のバネ荷重（Ｗ_T1）〕＝〔シリンダーの有効受
圧面積〕×Ｐ_A−〔総合摺動抗力〕 注）Ｐ_A ：図４に示すＡ点における空気圧力。

【００３２】ロ．開から閉における作動停止時の空気圧
力（Ｐ_E ）からの算出 〔取付時のバネ荷重（Ｗ_T2）〕＝〔シリンダーの有効受
圧面積〕×Ｐ_E＋〔総合摺動抗力〕 注）Ｐ_E ：図４に示すＥ点における空気圧力。

【００３２】単動式駆動装置のフェイルインオープン機
能が要求される弁の取付時のバネ荷重は、図５に示すデ
ータから次式で求められる。 イ．開から閉作動における作動開始時の空気圧力
（Ｐ_H ）からの算出 〔取付時のバネ荷重（Ｗ_T3）〕＝〔シリンダーの有効受
圧面積〕×Ｐ_H−〔総合摺動抗力〕 注）Ｐ_H ：図５のＨ点における空気圧力。 ロ．閉から開における作動停止時の空気圧力（Ｐ_G ）か
らの算出〔取付時のバネ荷重（Ｗ_T4）〕＝〔シリンダー
の有効受圧面積〕×Ｐ_G＋〔総合摺動抗力〕 注）Ｐ_G ：図５に示すＧ点における空気圧力。

【００３３】従って、取付時のバネ荷重の不適正診断
は、演算によって求めた取付時のバネ荷重を、（Ｗ_T1〜
Ｗ_T4）又は（Ｗ_T1＋Ｗ_T2）／２もしくは（Ｗ_T3＋Ｗ_T4）
／２とした場合のいずれかと、設計上必要な取付時のバ
ネ荷重とを比較して許容値以内であれば正常、範囲外な
らば異常と診断してそれぞれディスプレイに表示する。
この取付時のバネ荷重の不適正診断は、ストローク、空
気圧力の情報を組み合わせて上記評価ロジックによって
異常又は正常を判定するのである。

【００３４】 試験時のバネ荷重の不適正診断 空気駆動弁の作動機能は、供給空気圧力を駆動源とし
て、バネを圧縮させ開又は閉する機能が要求される。こ
の機能に於いて空気駆動弁は、試験時のバネ荷重（バネ
圧縮時の荷重）に対して空気圧力がシリンダーの有効受
圧面積に作用して発生する荷重より充分小さいことが必
要条件となる。そこで、試験時のバネ荷重不適正診断
は、診断データを基に試験時のバネ荷重を解析し、設計
許容値と比較して評価するものである。単動式駆動装置
のフェイルクローズ機能が要求される弁の試験時のバネ
荷重は図４に示すデータから次式で求められる。 イ．閉から開閉作動における作動停止時の空気圧力（Ｐ
_B ）からの算出 〔試験時のバネ荷重（Ｗ_S1）〕＝〔シリンダーの有効受
圧面積〕×Ｐ_B−〔総合摺動抗力〕 注）Ｐ_B ：図４に示すＢ点における空気圧力。 ロ．開から閉における作動開始時の空気圧力（Ｐ_D ）か
らの算出 〔取付時のバネ荷重（Ｗ_S2）〕＝〔シリンダーの有効受
圧面積〕×Ｐ_D＋〔総合摺動抗力〕 注）Ｐ_D ：図４に示すＤ点における空気圧力。

【００３５】単動式駆動装置のフェイルオープン機能が
要求される弁の試験時のバネ荷重は図５に示すデータか
ら求められる。 イ．開から閉における作動停止時の空気圧力（Ｐ_I ）か
らの算出 〔試験時のバネ荷重（Ｗ_S3）〕＝〔シリンダーの有効受
圧面積〕×Ｐ_I−〔総合摺動抗力〕 注）Ｐ_I ：図５に示すＩ点における空気圧力。 ロ．閉から開作動に於ける作動開始時の空気圧力
（Ｐ_F ）からの算出〔取付時のバネ荷重（Ｗ_S4）〕＝
〔シリンダーの有効受圧面積〕×Ｐ_F＋〔総合摺動抗
力〕 注）Ｐ_F ：図４に示すＦ点における空気圧力。

【００３６】従って、試験時のバネ荷重不適正診断は演
算によって求めた試験時のバネ荷重を、（Ｗ_S1〜Ｗ_S4）
又は（Ｗ_S1＋Ｗ_S2）／２もしくは（Ｗ_S3＋Ｗ_S4）／２と
した場合のいずれかと、設計上必要な試験時のバネ荷重
とを比較して許容値以内であれば正常、範囲外ならば異
常とそれぞれ診断を行いディスプレイに表示する。この
試験時のバネ荷重の不適正診断は、ストローク、空気圧
力の情報と組み合わせて上記評価ロジックによって異常
又は正常を判定する。

【００３７】 バネ定数の不適正診断 空気駆動弁の作動特性は、バネ特性によって確保される
が、経年劣化によるバネ材質劣化によりクリープ事象で
特性の変化が発生する。このため、空気駆動弁はバネ定
数が変化していないことを確認する必要が生ずる。そこ
で、バネ定数不適正診断は、診断データを基にバネ定数
を解析し、設計許容値と比較して評価するものである。
単動式駆動装置に取り付けられているバネのバネ定数は
次の式４で求められる。

【式４】

【００３８】上記バネ定数の不適正診断は、演算によっ
て求めたバネ定数と設計上必要なバネ定数とを比較して
許容値以内であれば正常、範囲外ならば異常としてそれ
ぞれ診断されディスプレイに表示される。このバネ定数
の不適正診断は、ストロークと空気圧力の情報を組み合
わせて上記評価ロジックによって異常または正常を判定
する。尚、作動ストロークとは、試験時のバネ荷重を算
出した時のストローク（Ｌ_S ）と取付時のバネ荷重を算
出した時のストローク（Ｌ_T ）の差で示す。

【００３９】更に試験時のバネ荷重算出は、前述の試験
時のバネ荷重不適正診断で求めた方法及び取付時のバネ
荷重算出は、前述の取付時のバネ荷重不適正診断で求め
た方法によって両者が対応する値とする。

【００４０】（５）最大供給可能空気圧力による最大出
力の適正評価 最大供給可能空気圧力による最大出力の不適正診断 空気駆動弁の強度は、駆動部の最大出力（許容最大出
力）によって定められている。このため、最大供給可能
空気圧力による最大出力不適正診断は駆動部の最大出力
が空気駆動弁の強度以下であることを、診断データを基
に解析し、評価するものである。単動式駆動装置の最大
出力は、次式によって求められる。 〔最大出力〕＝〔シリンダーの有効受圧面積〕×〔最大
供給可能空気圧力〕−〔総合摺動効力〕−〔取付時のバ
ネ荷重〕

【００４１】従って、最大供給可能空気圧力による最大
出力の不適正診断は、演算によって求めた最大出力値と
空気駆動弁の設計最小強度、或いは駆動装置の許容最大
出力とを比較して許容値以内であれば正常、範囲外なら
ば異常とそれぞれ診断を行いディスプレイに表示する。
この最大供給可能空気圧力による最大出力の不適正診断
は、ストローク、空気圧力又は操作力の情報を組み合わ
せて上記評価ロジックによって異常又は正常を判定す
る。

【００４２】（６）弁作動に要求される最小空気圧力に
よる最小出力の適正 弁作動に要求される最小空気圧力による最小出力の
不適正診断 空気駆動弁の最小出力は、弁作動に要求される最小空気
圧力によって作動することが条件となる。このため、弁
作動に要求される最小空気圧力による最小出力の不適正
診断は、駆動装置内のバネ荷重と総合摺動効力の和に対
して最小出力が充分に大きいことを、診断データを基に
解析し評価するものである。単動式駆動装置の最小出力
評価は次式によって演算できる。 〔最小出力〕＝〔シリンダー有効受圧面積〕×〔最小供
給空気圧力〕〔最小出力〕＞〔試験時のバネ荷重〕＋
〔総合摺動効力〕

【００４３】従って、弁作動に要求される最小空気圧力
による最小出力の不適正診断は、演算によって求めた最
小出力値と診断データを基に演算して求めた試験時のバ
ネ荷重と総合摺動効力の和とを比較して大きければ正
常、小さくなれば異常とそれぞれ診断を行いディスプレ
イに表示する。この弁作動に要求される最小空気圧力に
よる最小出力の不適正診断は、ストロークと空気圧力の
情報を組み合わせて、上記評価ロジックによって、それ
を判定する。

【００４４】（７）作動時間の適正評価 作動時間の不適正診断 空気駆動弁の作動時間は、作動状況を目視によって判断
し時計で計測する手段によって実施しているのが一般的
である。しかし、本発明によって空気駆動弁の作動時間
は、電磁弁が作動し弁の作動停止によってストロークデ
ータの変位が停止するまでの時間として正確に求められ
る。

【００４５】このため、作動時間の不適正診断は、電磁
弁作動からストロークデータの変位停止までの時間を求
め、許容の作動時間との比較を行い、その範囲内であれ
ば正常として、また許容値の範囲外であれば異常と診断
し、それぞれディスプレイに診断表示される。この作動
時間の不適正診断は電磁弁の作用信号とストロークの情
報を組み合わせて、上記評価ロジックによって異常又は
正常を判定する。尚、弁の作動時間の不適正は、駆動部
及び弁部等の部品劣化による影響が総合された結果とし
て遅れとなっているため、ここの診断で良好と評価され
ても所要時間が満足できなければ、プラント運転システ
ムとして不適合となる。

【００４６】（８）弁の状態監視の適正評価 弁の状態監視の不適正診断 プラント運転システムの評価として空気駆動弁には、リ
ミットスイッチが取付けられ、弁の状態監視を行ってい
る場合や弁の状態に対応して、他の系統機器と関連づけ
るためのインターロック信号として利用する場合があ
る。この様な場合は、リミットスイッチの作動位置とス
トロークの関係が規定値の範囲を満足しなければ、プラ
ント運転システムとして不適合となる。このため、弁の
状態監視の不適正診断は、リミットスイッチの作動信号
とストロークの関係を求め、許容値との比較を行い、そ
の範囲内であれば正常として、また許容値の範囲外であ
れば異常と診断し、それぞれディスプレイに診断結果が
表示される。この弁の状態監視の不適正診断は、リミッ
トスイッチの作動信号とストロークの情報を組み合わせ
て、上記評価ロジックによって異常又は正常を判定す
る。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように請求項１の空気駆動弁
の以上診断装置は、センサを予め空気駆動弁に組み込む
のではなく、いずれも被検出部に仮設或いは恒設される
ものであるから、既設のあらゆる空気駆動弁を対象とし
て、これらを診断することが随時可能である。従って、
弁及び駆動装置を分解することなくこれらの各機能の健
全性及び劣化の傾向を診断することができるため、従来
技術に見られたように、空気駆動弁の不必要な部分まで
分解する手間がなくなって合理的に行えることや、診断
データの経年監視によって異常部品の取り替え時期の把
握が行える等、保修作業の合理化が図れる。

【００４８】また、本装置を空気駆動弁の分解検査完了
後、再び弁の最終確認検査として用いることにより、空
気駆動弁の分解・調整時における人為的誤りの発生を確
実に阻止して、実機プラント使用に於ける空気駆動弁の
信頼性を大幅に向上することができる。更に、本装置は
演算処理装置を組み合わせているので、熟練作業者を要
することなく診断できて、弁のメンテナンス技術の向上
も期待し得るものである。

【００４９】この他、本発明の診断装置では、センサ、
データ集録ユニット、演算処理装置をケースに収納し、
これらを被診断対象弁が設置されている現場に持ち込ん
で診断できるため、駆動部又は弁を取り外す必要もなく
診断作業が簡単に、且つ迅速に行える。また、センサを
恒設化した場合は、センサ取付けの作業が不要となり、
より短時間で診断作業が終了する。更に、請求項２によ
れば、空気駆動弁の各機能診断が演算処理装置によって
即座に得られるので、異常箇所の修理も迅速に行える等
の優れた効果が期待できるし、請求項３によれば、弁の
開閉状態監視のために取付られているリミットスイッチ
の調整位置の適否が診断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を空気駆動弁へ接続した状態を示す
説明図。

【図２】実施形態の一例を示すブロック図。

【図３】空気駆動弁の駆動力とバネ荷重及び摺動抗力と
の平衡状態を示すグラフ。

【図４】単動式駆動装置のフェイルクローズを要求され
る弁の空気圧力とストロークの関係を示す回帰線図。

【図５】単動式駆動装置のフェイルオープンを要求され
る弁の空気圧力とストロークの関係を示す回帰線図。

【図６】空気駆動弁の操作力とストロークの関係を示す
回帰線図。

【符号の説明】

１ 空気駆動弁機構 １ａ 弁 １ｂ 駆動装置 ２ 空気圧力検出センサ ３ 電磁弁の作動検出センサ ４ 弁棒の昇降量検出センサ ５ 弁棒に作用している操作力検出センサ ６ リミットスイッチの作動検出センサ ７ 空気供給配管 ８ 電磁弁 ９ ヨーク １０ 弁棒 １１ リミットスイッチ １２ データ集録ユニット １３ 演算処理装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも空気駆動装置へ給排される空気
   圧力を検出するセンサ、作動する弁のストロークを検出
   するセンサ、上記駆動装置への空気給排用の電磁弁の作
   動を検出するセンサ、上記駆動装置により弁へ伝達され
   た操作力を検出するセンサ及び弁の開閉状態を監視する
   ためのリミットスイッチの作動を検出するセンサ等が、
   いずれも被検出部に脱着又は恒設可能である一方、これ
   ら各検出センサからの検知信号を集録して所定の伝送信
   号に変換するデータ集録ユニットと、該集録装置に接続
   され、予め設定された診断項目の評価ロジックに診断項
   目毎の許容値および診断記録の集積を入力して上記項目
   毎の診断データ情報を解析演算処理し、評価結果と許容
   値とを比較して故障モード及び劣化モードを表示する演
   算処理装置とを備えたことを特徴とする空気駆動弁の異
   常診断装置。
2. 【請求項２】診断データが、少なくとも空気圧力を検出
   するセンサ、作動する弁のストロークを検出するセンサ
   および弁に伝達された操作力を検出するセンサの出力か
   ら得られた弁及び空気駆動装置の円滑作動の適正評価に
   関するデータ、可動部の摺動抗力の適正評価に関するデ
   ータ、弁閉止荷重の適正評価に関するデータ、バネ特性
   の適正評価に関するデータ、最大供給可能空気圧による
   最大出力の適正評価データ、弁作動に要求される最小空
   気圧による最小出力の適正評価データ及び作動時間の適
   正評価データの内の複数または全部を含む請求項１記載
   の空気駆動弁の異常診断装置。
3. 【請求項３】演算処理装置に弁の開閉状態を監視するた
   めに取り付けられているリミットスイッチの作動を検出
   するセンサ信号を入力し、作動位置が許容値から外れた
   ときに演算処理装置が異常を判定表示するようにした請
   求項１または２記載の空気駆動弁の異常診断装置。