KR102427532B1 - 오류 판정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밸브 등에 발생하는 이상을 보다 신속하게 파악하는 것을 목적으로 한다.
압력 취득부(101)는, 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값을 취득한다. 가동부는, 예컨대, 밸브의 밸브봉 또는 밸브체이다. 압력 취득부(101)는, 밸브의 조작기에 공급되는 조작기 공기의 압력값을, 밸브의 포지셔너로부터 취득한다. 계측부(102)는, 압력 취득부(101)가 취득한 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구한다. 판정부(103)는, 계측부(102)가 구한 마찰력을 바탕으로 가동부의 오류를 판정한다.

Description

오류 판정 장치 및 방법{ERROR DETECTION APPARATUS AND ERROR DETECTION METHOD}
본 발명은, 밸브 등의 슬라이딩부를 구비하는 기기의 오류를 판정하는 오류 판정 장치 및 방법에 관한 것이다.
조절 밸브나 가스 조정기 등, 플랜트에 있어서는 다양한 밸브가 이용되고 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같은 컨트롤 밸브가 이용되고 있다. 이 컨트롤 밸브는, 유체가 흐르는 통로를 개폐하는 밸브 본체(401)와, 입력 전기 신호를 공기압으로 변환하는 포지셔너(402)와, 포지셔너(402)로부터 공급되는 공기압에 따라 밸브 본체(401)를 조작하는 조작기(403)를 구비한다.
이러한 밸브의 고장을 사전에 검지하는 것 등을 목적으로 하여, 밸브의 진단이 실시되고 있다. 특히, 석유 화학 플랜트 등에서 사용되는 밸브는, 안전성에 유의할 필요가 있어, 정기적으로 진단이 실시되고 있다.
밸브가 설치되어 있는 플랜트에 있어서, 밸브의 메인터넌스 작업 효율을 개선하기 위해, 밸브의 슬라이딩부에 있어서의 스틱 슬립의 발생을 검출하는 기술(특허문헌 1 참조), 밸브의 헌팅 상태를 판정하는 기술(특허문헌 2 참조), 밸브에 대한 스케일 부착을 검출하는 기술(특허문헌 3 참조) 등이 제안되어 있다. 이들은, 소위 클라우드 환경 등의 빅데이터를 취급하는 IoT(Internet of Things) 플랫폼에서 실현되는 기술로서, 예컨대 주 단위 레벨의 데이터 수집을 전제로 하는 경우도 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제3254642호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2015-114942호 공보 [특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2015-114943호 공보
그런데, 이 종류의 기술에 있어서, 안전성이나 작업 효율에 대해서는, 충분하다고 말할 수 있는 상한이 없으며, 안전 관리의 보다 나은 향상이 요구되고 있다. 예컨대, 석유 화학 플랜트 등에서는, 복수의 밸브가 사용되고, 신속성이 중요한 안전 관리에서는, 요구하는 바도 보다 신속한 밸브의 결함 검지로 변화하고 있어, 개선을 필요로 하고 있다.
본 발명은, 이상과 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 밸브 등에 발생하는 이상을, 보다 신속하게 파악하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 오류 판정 장치는, 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값을 취득하도록 구성된 압력 취득부와, 압력 취득부가 취득한 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구하도록 구성된 계측부와, 계측부가 구한 마찰력을 바탕으로 가동부의 오류를 판정하도록 구성된 판정부를 구비한다.
상기 오류 판정 장치의 일 구성예에 있어서, 가동부의 변위를 취득하도록 구성된 변위 취득부와, 변위 취득부에 의해 취득된 변위의 값이, 설정된 범위에서, 일정해지는 안정 상태를 검출하도록 구성된 안정 검출부를 더 구비하고, 계측부는, 안정 상태에서의 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구한다.
상기 오류 판정 장치의 일 구성예에 있어서, 판정부는, 계측부가 구한 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하면, 가동부의 오류를 판정한다.
상기 오류 판정 장치의 일 구성예에 있어서, 판정부는, 계측부가 구한 마찰력이 계속적으로 상승하고 있는 경우에, 가동부의 오류를 판정한다.
상기 오류 판정 장치의 일 구성예에 있어서, 판정부는, 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하여 계속적으로 상승하고 있는 시간이, 설정되어 있는 기준 시간을 초과하면, 가동부의 오류를 판정한다.
본 발명에 따른 오류 판정 방법은, 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값을 취득하는 제1 단계와, 제1 단계에서 취득한 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구하는 제2 단계와, 제2 단계에서 구한 마찰력을 바탕으로 가동부의 오류를 판정하도록 구성된 제3 단계를 구비한다.
상기 오류 판정 방법의 일 구성예에 있어서, 가동부의 변위를 취득하는 제4 단계와, 제4 단계에서 취득된 변위의 값이, 설정된 범위에서, 일정해지는 안정 상태를 검출하는 제5 단계를 더 구비하고, 제2 단계는, 안정 상태에서의 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구한다.
상기 오류 판정 방법의 일 구성예에 있어서, 제3 단계는, 제2 단계에서 구한 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하면, 가동부의 오류를 판정한다.
상기 오류 판정 방법의 일 구성예에 있어서, 제3 단계는, 제2 단계에서 구한 마찰력이 계속적으로 상승하고 있는 경우에, 가동부의 오류를 판정한다.
상기 오류 판정 방법의 일 구성예에 있어서, 제3 단계는, 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하여 계속적으로 상승하고 있는 시간이, 설정되어 있는 기준 시간을 초과하면, 가동부의 오류를 판정한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 마찰력을 구하고, 구한 마찰력을 바탕으로 가동부의 오류를 판정하기 때문에, 밸브 등에 발생하는 이상을, 보다 신속하게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 오류 판정 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 밸브의 슬라이딩부의 마찰력의 지표값으로 한 압력에 대해서 설명한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 오류 판정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 안정 개방도 상태에서 측정되는 공기 압력의 최대 압력과 최소 압력의 변화의 예를 나타낸 특성도이다.
도 5는 안정 개방도 상태에서 계측되는 마찰력의 변화의 예를 나타낸 특성도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 오류 판정 장치의 하드웨어 구성을 나타낸 구성도이다.
도 7은 플랜트에서 사용되는 밸브의 구성을 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 오류 판정 장치 및 방법에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 이 오류 판정 장치는, 압력 취득부(101), 계측부(102), 판정부(103), 및 통지부(104)를 구비한다.
압력 취득부(101)는, 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값을 취득한다. 가동부는, 예컨대, 밸브의 밸브봉 또는 밸브체이다. 밸브는, 예컨대, 직동 밸브, 또는, 회전 밸브이다. 압력 취득부(101)는, 밸브의 조작기에 공급되는 조작기 공기의 압력값을, 밸브의 포지셔너로부터 취득한다.
예컨대, 플랜트에 이용되고 있는 밸브는, 플랜트의 배관에 설치되고, 공기압에 의해 구동되며, 포지셔너에 의해 개방도가 제어된다. 포지셔너는, 플랜트의 각 필드 기기를 관리하는 상위 시스템으로부터 제어 신호를 수신하고, 수신한 제어 신호가 나타내는 개방도 지시값에 따라, 공기 공급 배관으로부터의 공기를 사용하여, 필요한 조작기 공기를 조작기에 보낸다. 또한, 조작기 공기의 압력값은, 조작기에 설치된 압력 센서에 의해 계측되고 있다.
포지셔너에서는, 개방도 피드백 기구에 의해 밸브의 개방도가 계측 가능해지고, 계측되는 실제의 밸브 개방도가, 제어 신호가 나타내는 개방도 지시값과 일치하도록, 필요한 공기를 조작기에 공급한다. 압력 취득부(101)는, 조작기에 설치된 압력 센서에 의해 계측되고 있는 압력값을 취득한다.
계측부(102)는, 압력 취득부(101)가 취득한 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구한다. 밸브의 슬라이딩부의 마찰력은, 전술한 압력차를 지표값으로 하여 구할 수 있다. 보다 상세하게는, 밸브 개방도를 크게 해나갈 때에 필요로 되는 공기의 압력과, 밸브 개방도를 작게 해나갈 때에 필요로 되는 공기의 압력을, 변위(밸브 개방도)에 따라 구했을 때에, 동일한 개방도에 있어서 전자와 후자에서 생기는 압력차(히스테리시스)에 의해 마찰력으로 환산할 수 있다.
전술한 마찰력의 지표값으로서의 (마찰력으로 환산할 수 있는) 압력에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 있어서, 횡축은, 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력이고, 종축은, 가동부의 이동량이다. 도 2에 있어서, (a)는 밸브가 정상인 상태에서의 압력값의 최소값, (a’)는 밸브가 정상인 상태에서의 압력값의 최대값이다. 또한, (b)는 밸브의 마찰력이 증대한 상태에서의 압력값의 최소값, (b’)는 밸브의 마찰력이 증대한 상태에서의 압력값의 최대값이다. 도 2로부터, 마찰력이 큰 쪽이, 전술한 압력차가 커지는 것을 알 수 있다.
판정부(103)는, 계측부(102)가 구한 마찰력을 바탕으로 가동부의 오류를 판정한다. 예컨대, 판정부(103)는, 계측부(102)가 구한 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하면, 가동부의 오류를 판정한다. 또한, 판정부(103)는, 계측부(102)가 구한 마찰력이 계속적으로 상승하고 있는 경우에, 가동부의 오류를 판정할 수도 있다. 예컨대, 판정부(103)는, 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하여 계속적으로 상승하고 있는 시간이, 설정되어 있는 기준 시간을 초과하면, 가동부의 오류를 판정한다.
통지부(104)는, 판정부(103)가, 가동부의 오류를 판정하면, 예컨대, 대상이 되는 밸브에, 오류가 있을 가능성이 있는 것을 오퍼레이터에 대하여 통지한다. 또한, 판정부(103)가 가동부의 오류를 판정하면, 통지부(104)는 이러한 취지를 상위 기기(상위 시스템)에 통지한다.
또한, 실시형태에 따른 오류 판정 장치 및 방법은, 변위 취득부(105) 및 안정 검출부(106)를 구비할 수도 있다. 변위 취득부(105)는, 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부의 변위를 취득한다. 변위는, 밸브의 개방도이다. 변위 취득부(105)는, 예컨대, 포지셔너가 접수한 제어 신호가 나타내는 개방도 지시값을 취득한다. 안정 검출부(106)는, 변위 취득부(105)에 의해 취득된 변위의 값이, 설정된 범위에서, 일정해지는 안정 상태를 검출한다. 이 경우, 계측부(102)는, 안정 상태에서의 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구한다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 따른 오류 판정 장치의 동작예(오류 판정 방법)에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 단계 S101에서, 변위 취득부(105)가, 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부의 변위(예컨대 밸브의 개방도)를 취득한다(제4 단계). 다음에, 단계 S102에서, 변위 취득부(105)가 취득한 변위의 값이, 설정된 범위에서, 일정해지는 안정 상태인지 여부를 안정 검출부(106)가 검출한다(제5 단계). 안정 검출부(106)는, 변위 취득부(105)가 취득한 밸브의 개방도가, 대략 일정한 안정 개방도 상태를 검출한다. 예컨대, 안정 검출부(106)는, 밸브 개방도의 취득 주기마다의 변화량이 최소 규정값 이내인 상태가 규정의 계속 시간 이상 계속되고 있는 경우에, 안정 개방도 상태라고 판정한다.
안정 검출부(106)가 안정 상태를 검출(안정 개방도 상태라고 판정)하면(단계 S102의 '예'), 단계 S103에서, 압력 취득부(101)가, 가동부(밸브)를 구동하기 위한 공기의 압력값을 취득한다(제1 단계). 계속해서, 단계 S104에서, 계측부(102)가, 취득된 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구한다(제2 단계).
다음에, 단계 S105, 단계 S106에서, 판정부(103)가, 구해진 마찰력을 바탕으로 가동부의 오류를 판정한다(제3 단계). 판정부(103)는, 단계 S105에서, 계측부(102)가 구한 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하고 있는지 여부를 판정한다. 또한, 판정부(103)는, 단계 S105에서, 구해진 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하여 계속적으로 상승하고 있는 시간이, 설정되어 있는 기준 시간을 초과하고 있는지(계속적으로 상승하고 있는지) 여부를 판정한다.
판정부(103)는, 구해진 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하고 있는 경우(단계 S105의 '예'), 또한, 구해진 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하여 계속적으로 상승하고 있는 시간이, 설정되어 있는 기준 시간을 초과하고 있는 경우(단계 S105의 '예'), 단계 S106에서, 가동부에 오류가 있다고 판정한다.
판정부(103)가 가동부에 오류가 있다고 판정하면, 단계 S107에서, 통지부(104)가, 대상이 되는 밸브에 오류가 있을 가능성이 있는 것을 오퍼레이터나, 상위 기기에 대하여 통지한다.
여기서, 안정 개방도 상태에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압력값의 변동에 따라, 최대 압력과 최소 압력이 반복하여 나타난다. 이 예에서는, 밸브 개방도가 43.5%∼45%의 범위 내에서 안정되고 있는 상태이며, 압력값을 주기적으로 취득하고 있을 때에, 압력값이 화살표가 나타내는 방향으로 변화함으로써, 최소 압력→최대 압력→최소 압력→····과 같이, 최대 압력과 최소 압력이 교대로 나타나는 것을 보여주고 있다.
전술한 최대 압력 또는 최소 압력 중 어느 하나를 검출할 때마다, 최신의 최대 압력과 최신의 최소 압력의 차를, 마찰력의 지표값으로 할 수 있다. 이와 같이 하여 구할 수 있는 마찰력의 지표값이, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 기준값을 초과하는 상태가 3주일 정도 계속되면, 스틱 슬립이나 돌연 정지 등과 같은 이상 현상에 이르기 전의 전조 현상에 해당하는 「둔화」라고 판단할 수 있다. 이 「둔화」가, 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부(예컨대 밸브)의 오류이다. 이 둔화가 발생하게 되면, 마찰력으로 환산되는 수치(지표)가 서서히 상승하고, 또한 상승한 상태가 계속되게 된다. 따라서, 이 현상을 밸브 자체의 오류 현상으로 취급해야 하는 것을, 발명자는 예의 연구에 의해 밝혀내었다. 또한, 직동 밸브라면 "직동의 둔화", 회전 밸브라면 "회전의 둔화"가 있다. 본 발명에 따르면, 안정 시의 변동에 따라 마찰력을 검지하는 가운데, 밸브의 오류 현상을 검지할 수 있게 되어, 종래와 비교하여, 실시간에 가까운 형태로 밸브의 상태를 파악할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에 따른 오류 판정 장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, CPU(Central Processing Unit; 중앙 연산 처리 장치)(301)와 주기억 장치(302)와 외부 기억 장치(303)와 네트워크 접속 장치(304) 등을 구비한 컴퓨터 기기로 하여, 주기억 장치(302)에 전개된 프로그램에 의해 CPU(301)가 동작함(프로그램을 실행함)으로써, 전술한 각 기능(오류 판정 방법)이 실현되도록 할 수도 있다. 상기 프로그램은, 전술한 실시형태에서 나타낸 오류 판정 방법을 컴퓨터가 실행하기 위한 프로그램이다. 네트워크 접속 장치(304)는, 네트워크(305)에 접속한다. 또한, 각 기능은, 복수의 컴퓨터 기기에 분산시킬 수도 있다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 마찰력을 구하고, 구한 마찰력을 바탕으로 가동부의 오류를 판정하기 때문에, 밸브 등에 발생하는 이상을, 보다 신속하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명은 이상으로 설명한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서, 당 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자에 의해, 많은 변형 및 조합을 실시할 수 있는 것은 명백하다.
101 : 압력 취득부 102 : 계측부
103 : 판정부 104 : 통지부
105 : 변위 취득부 106 : 안정 검출부

Claims (10)

  1. 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값을 취득하도록 구성된 압력 취득부와,
    상기 압력 취득부가 취득한 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 상기 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구하도록 구성된 계측부와,
    상기 계측부가 구한 상기 마찰력을 바탕으로 상기 가동부의 오류를 판정하 도록 구성된 판정부와,
    상기 가동부의 변위를 취득하도록 구성된 변위 취득부와,
    상기 변위 취득부에 의해 취득된 상기 변위의 값이, 설정된 범위에서, 일정해지는 안정 상태를 검출하도록 구성된 안정 검출부
    를 구비하고,
    상기 계측부는, 상기 안정 상태에서의 상기 접촉 슬라이딩부에 있어서의 상기 마찰력을 구하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판정부는, 상기 계측부가 구한 상기 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하면, 상기 가동부의 오류를 판정하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판정부는, 상기 계측부가 구한 상기 마찰력이 계속적으로 상승하고 있는 경우에, 상기 가동부의 오류를 판정하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 판정부는, 상기 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하여 계속적으로 상승하고 있는 시간이, 설정되어 있는 기준 시간을 초과하면, 상기 가동부의 오류를 판정하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 장치.
  5. 접촉 슬라이딩부를 갖는 가동부를 구동하기 위한 공기의 압력값을 취득하는 제1 단계와,
    상기 제1 단계에서 취득한 압력값의 최대값과 최소값의 압력차로부터 상기 접촉 슬라이딩부에 있어서의 마찰력을 구하는 제2 단계와,
    상기 제2 단계에서 구한 상기 마찰력을 바탕으로 상기 가동부의 오류를 판정하도록 구성된 제3 단계와,
    상기 가동부의 변위를 취득하는 제4 단계와,
    상기 제4 단계에서 취득된 상기 변위의 값이, 설정된 범위에서, 일정해지는 안정 상태를 검출하는 제5 단계
    를 구비하고,
    상기 제2 단계는, 상기 안정 상태에서의 상기 접촉 슬라이딩부에 있어서의 상기 마찰력을 구하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 제2 단계에서 구한 상기 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하면, 상기 가동부의 오류를 판정하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 제2 단계에서 구한 상기 마찰력이 계속적으로 상승하고 있는 경우에, 상기 가동부의 오류를 판정하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 마찰력이, 설정되어 있는 기준값을 초과하여 계속적으로 상승하고 있는 시간이, 설정되어 있는 기준 시간을 초과하면, 상기 가동부의 오류를 판정하는 것을 특징으로 하는 오류 판정 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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