WO2018167964A1 - 遮断弁制御装置、遮断弁制御システム、遮断弁制御係数算出方法及び遮断弁制御方法 - Google Patents

遮断弁制御装置、遮断弁制御システム、遮断弁制御係数算出方法及び遮断弁制御方法 Download PDF

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shut
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set opening
air
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将之 小林
信義 戸田
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金子産業株式会社
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    • Y10T137/8225Position or extent of motion indicator
    • Y10T137/8242Electrical

Definitions

  • the present invention relates to a shutoff valve control device, a shutoff valve control system, a shutoff valve control coefficient calculation method, and a shutoff valve control method.
  • Pipelines for oil, gas, etc. in plant equipment are provided with shut-off valves such as ball valves to urgently shut down the line when an abnormality occurs in the equipment.
  • the shut-off valve is installed in the plant equipment after a full stroke operation test (also referred to as a full valve stroke test or a full stroke test) is performed at a frequency of about once a year. The presence or absence was confirmed.
  • an operation test also called a partial valve stroke test or partial stroke test that operates the shut-off valve from a fully open position to a predetermined opening is performed, so that the shut-off valve is shut off without being fully closed, that is, without stopping the plant.
  • a valve operation test can be performed (see, for example, Patent Document 1).
  • the shutoff valve control system described in Patent Document 1 includes a shutoff valve, an air cylinder drive valve that opens and closes the shutoff valve, and an electromagnetic valve (solenoid valve) that supplies and discharges air to and from the cylinder of the air cylinder drive valve. And have.
  • the shut-off valve is opened and closed by operating the solenoid valve by an electric signal and operating the cylinder by supplying or discharging air into the cylinder by operating the solenoid valve.
  • the solenoid valve is operated by an electrical signal and has a fast reaction speed, but the shut-off valve is opened and closed by an air cylinder drive valve that is operated by air, so it operates later than the solenoid valve and shuts off the electrical signal. Tend to be delayed.
  • PVST partial valve stroke test
  • the present invention provides a shutoff valve control device, a shutoff valve control system, a shutoff valve control coefficient calculation method, and a shutoff valve control method capable of reducing the difference between the set opening and the actual opening when executing PVST.
  • the purpose is to provide.
  • the invention according to claim 1 is characterized in that a control means for controlling an electromagnetic valve for supplying and exhausting air from an air supply source to a cylinder of an air cylinder for controlling a valve shaft of a shut-off valve.
  • a shut-off valve control device comprising: a set-opening obtaining unit that obtains a set opening of the shut-off valve; and an opening detecting unit that detects the open degree of the shut-off valve;
  • the shut-off valve control device is characterized in that the solenoid valve is operated until the opening detected by the degree detection means becomes a value obtained by dividing the set opening by a predetermined coefficient.
  • the invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the coefficient is calculated based on a deviation between an actual opening of the shut-off valve and the set opening.
  • the invention according to claim 3 includes a shutoff valve, an air cylinder that controls rotation of the valve shaft of the shutoff valve, and an electromagnetic valve that supplies and exhausts air from an air supply source to the cylinder of the air cylinder.
  • a shut-off valve control system comprising the shut-off valve control device according to claim 1 or 2.
  • an adjusting means for adjusting the flow rate of the air is provided between the electromagnetic valve and the air cylinder. .
  • the invention according to claim 5 is a shutoff for calculating a coefficient determined by a control means for controlling an electromagnetic valve for supplying and exhausting air from an air supply source to a cylinder of an air cylinder for controlling a valve shaft of the shutoff valve.
  • a valve control coefficient calculation method a preliminary operation step of operating the shut-off valve to a predetermined set opening, an actual opening detection step of detecting an actual opening of the shut-off valve in the preliminary operation step, A deviation calculating step for calculating a deviation between the set opening and the actual opening; and a coefficient calculating step for calculating the coefficient based on the deviation calculated in the deviation calculating step. It is a shut-off valve control coefficient calculation method.
  • the invention described in claim 6 is characterized in that, in the invention described in claim 5, the preliminary operation step is executed for each of a plurality of set opening degrees.
  • the invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6, wherein the preliminary operation step operates the shut-off valve to the set opening a plurality of times per set opening.
  • a shutoff valve control device comprising a control device for controlling an electromagnetic valve that supplies and exhausts air from an air supply source to a cylinder of an air cylinder that controls a valve shaft of the shutoff valve.
  • a shut-off valve control method wherein a set opening obtaining step for obtaining a set opening of the shut-off valve, an opening detecting step for detecting an opening of the shut-off valve, and an opening detected in the opening detecting step are: And a control step of operating the solenoid valve until a value obtained by dividing the set opening by a predetermined coefficient is provided.
  • the control means opens the solenoid valve to a value obtained by dividing the set opening by a predetermined coefficient.
  • the set opening can be changed within the control means to a value that takes into account the delay in the operation of the shut-off valve, depending on the coefficient. Therefore, the actual opening can be controlled to be a value close to the set opening, and the difference between the set opening and the actual opening can be reduced. Further, since it can be realized only by electrical control, a mechanical mechanism such as a needle extending and braking under certain conditions is unnecessary, and an additional part for testing is not required.
  • the coefficient is calculated based on the deviation between the actual opening and the set opening of the shut-off valve, it is not a simple difference but a variation based on a plurality of data.
  • the coefficient can be calculated, and the coefficient can be made more accurate.
  • a shutoff valve an air cylinder that controls rotation of the valve shaft of the shutoff valve, an electromagnetic valve that supplies and exhausts air from an air supply source to the cylinder of the air cylinder,
  • the deviation between the set opening degree and the actual opening degree can be reduced.
  • the adjusting means for adjusting the flow rate of air is provided between the solenoid valve and the air cylinder, the amount of air discharged from the air cylinder can be reduced by the adjusting means. Since the displacement is controlled, the operating speed of the cylinder is limited, and the opening degree of the shut-off valve can be easily controlled. Therefore, the deviation between the set opening degree and the actual opening degree can be reduced.
  • a preliminary operation step of operating the shut-off valve to a predetermined set opening degree is performed, an actual opening degree of the shut-off valve in the pre-actuating step is detected, and the set opening degree And the actual opening degree are calculated, and a coefficient is calculated based on the deviation.
  • a coefficient is calculated based on the deviation between the actual opening of the shut-off valve and the set opening, and the coefficient can be calculated from variations based on a plurality of data, and the coefficient can be calculated accurately. can do.
  • the set opening can be changed to a value that takes into account the delay in operation of the shut-off valve, so that the actual opening is controlled until it becomes a value close to the set opening.
  • the deviation between the set opening and the actual opening can be reduced.
  • the preliminary operation step since the preliminary operation step operates the shut-off valve several times per set opening to the set opening, more data for calculating the coefficient can be acquired. The accuracy of the coefficient can be further improved.
  • the solenoid valve in the control step, is controlled to open up to a value obtained by dividing the set opening by a predetermined coefficient.
  • the set opening can be changed within the control means to a value that takes into account the delay in the operation of the shut-off valve, depending on the coefficient. Therefore, the actual opening can be controlled to be a value close to the set opening, and the difference between the set opening and the actual opening can be reduced.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the shutoff valve control system shown in FIG. 1. It is explanatory drawing which shows the structure of the solenoid valve and air cylinder which were shown by FIG.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the shutoff valve control device shown in FIG. 1. It is a flowchart of the operation
  • PVST operation test
  • FIG. 1 and 2 show a configuration of a shutoff valve control system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a front view
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view.
  • the shut-off valve control system includes a shut-off valve 1, an air cylinder 3 that is attached to the top of the shut-off valve 1 via a fixed yoke 2, and controls the opening degree of the shut-off valve 1, and an outdoor type that is attached to the top of the air cylinder 3.
  • an explosion-proof type position box 4 is provided.
  • the position box 4 houses a solenoid valve 5, a pressure sensor (electronic digital pressure gauge) 6, a microcontroller (hereinafter referred to as a microcomputer) 7, an opening sensor 8, a solenoid valve control power source 10 and the like which will be described later.
  • a pressure sensor electronic digital pressure gauge
  • a microcontroller hereinafter referred to as a microcomputer
  • the shut-off valve 1 is composed of, for example, a ball valve having a ball-shaped valve body 1a, and is connected to a pipeline of a plant facility.
  • a valve shaft 1b extending upward is connected to the valve body 1a.
  • the valve body 1a is switched between a fully open state (see FIG. 2) and a fully closed state (not shown) when the valve shaft 1b rotates 90 degrees.
  • the periphery of the valve body 1a is sealed with a seat packing 1c, and the periphery of the valve shaft 1b is sealed with a gland packing 1d.
  • the air cylinder 3 is provided with a pair of pistons 33 and 34 connected by a piston rod 32 in a cylinder 31 of a single working air type.
  • One piston 33 is always urged to slide in the valve closing direction (right direction in FIG. 3) by the urging force of the coil spring 35 disposed in one end of the cylinder 31.
  • the other piston 34 opens in the valve opening direction against the urging force of the coil spring 35 by air supplied from the outlet port OUT of the solenoid valve 5 connected to the air inlet 36 provided at the other end of the cylinder 31 ( It is urged to slide toward the left in FIG.
  • the piston rod 32 is provided with a transmission mechanism 37 that converts the reciprocating motion of the piston rod 32 into a rotational motion and transmits the rotational motion to the valve shaft 1b.
  • the transmission mechanism 37 includes an engagement pin 37a protruding from the piston rod 32 and a bifurcated engagement piece 37b attached to the upper end portion of the valve shaft 1b.
  • the engagement pin 37a has a bifurcated engagement piece 37b. By engaging the tip and moving the engagement pin 37a to the left and right, the forked engagement piece 37b is rotated, whereby the valve shaft 1b is rotated 90 degrees.
  • the air cylinder 3 is not limited to a single-acting cylinder as illustrated, but may be other types such as a double-acting cylinder.
  • the solenoid valve 5 as a solenoid valve is a body in which two three-way solenoid valves, a large flow three-way solenoid valve 5A and a small flow three-way solenoid valve 5B, are built in one body.
  • the large flow rate three-way solenoid valve 5A has solenoids A and B for valve switching, and has a large effective cross-sectional area.
  • the air cylinder 3 is rapidly driven in the valve closing direction. Thus, it is for emergency shut-off that shuts off the shut-off valve 1 urgently.
  • the small flow rate three-way solenoid valve 5B has solenoids C and D for switching valves, and the effective sectional area of the valve is smaller than that of the large flow rate three-way solenoid valve 5A, and is used when performing a system operation test. It is for operation test.
  • the inlet port IN, the outlet port OUT, and the exhaust port EXH of each of the large flow rate three-way solenoid valve 5A and the small flow rate three-way solenoid valve 5B are connected to each other. Port OUT and exhaust port EXH.
  • the solenoid valve 5 supplies air from an air supply source 11 outside the position box 4 from a common inlet port IN to a common outlet port OUT via a large flow rate three-way solenoid valve 5A or a small flow rate three-way solenoid valve 5B.
  • the air in the cylinder 31 is supplied to the cylinder 31 of the air cylinder 3 and the common exhaust port from the common outlet port OUT through the large flow rate three-way solenoid valve 5A or the small flow rate three-way solenoid valve 5B. Exhaust into the atmosphere via EXH.
  • the solenoid valve 5 is described as being provided with two three-way valves as described above, but may be one. That is, one system of three-way valves may be used for both emergency shut-off and operation test. Further, the solenoid valve 5 is not limited to the illustrated all-port block three-position double solenoid three-way solenoid valve, but may be another system such as a two-position three-way solenoid valve.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the shut-off valve control device according to the present embodiment.
  • the shut-off valve control device 100 includes a solenoid valve 5, a pressure sensor 6, a microcomputer 7, an opening sensor 8, an internal power supply 12, a communication circuit 13, a loop current controller 14, and a reverse voltage protection circuit 15. , A valve test switch 16, a current / resistance measuring circuit 17, and an A / D converter 18.
  • the pressure sensor 6 includes an IN side pressure sensor 6A and an OUT side pressure sensor 6B.
  • the IN side pressure sensor 6 ⁇ / b> A measures the pressure supplied from the air supply source 11 to the solenoid valve 5.
  • the OUT side pressure sensor 6 ⁇ / b> B measures the OUT side of the solenoid valve 5 and the internal pressure of the cylinder 31.
  • the microcomputer 7 includes a memory such as a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory), and controls the entire operation of the shut-off valve control device 100 by a program operating on the CPU.
  • the microcomputer 7 performs, for example, the control of the solenoid valve 5 at the time of PVST and the calculation operation of the coefficient used at the time of PVST. That is, the microcomputer 7 functions as a control unit that controls opening and closing of the solenoid valve 5 (electromagnetic valve).
  • the opening sensor 8 as an opening detecting means is composed of, for example, a potentiometer and detects the actual opening of the shut-off valve 1 by measuring the angle of the valve shaft 1b.
  • the internal power supply 12 is a power supply for driving the shut-off valve control device 100.
  • the communication circuit 13 transmits / receives data to / from the external input / output and the microcomputer 7.
  • the loop current controller 14 performs predetermined output current control under the control of the microcomputer 7.
  • the reverse voltage protection circuit 15 protects an internal circuit such as the microcomputer 7 from a reverse voltage generated when the solenoid valve control power supply 10 is reversely connected.
  • the valve test switch 16 is a switch for performing a PVST and full valve stroke test (hereinafter referred to as FVST) of the shut-off valve using the solenoid valve 5.
  • the current / resistance measurement circuit 17 measures current when the solenoid of the solenoid valve 5 is energized, and measures resistance when the solenoid valve 5 is not energized.
  • the A / D converter 18 converts the analog signal of the measurement result of the current / resistance measurement circuit 17 and the measurement result of the opening sensor 8 into a digital signal.
  • the switching solenoid valve 5 of the air cylinder 3 has two valves (a large flow rate three-way solenoid valve 5A and a small flow rate three-way solenoid valve 5B) built in one body. Therefore, normally, a large flow three-way solenoid valve 5A is used. At this time, the small flow rate three-way solenoid valve 5B is controlled to be in a power failure state, and is in an all-port block state in which all three ports are closed.
  • the large flow rate three-way solenoid valve 5A and the small flow rate three-way solenoid valve 5B are electrically interlocked by the control of the microcomputer 7 so that when one solenoid valve is energized, the other solenoid valve is in a power failure state. Therefore, both are not energized at the same time.
  • the air from the air supply source 11 is supplied from the common inlet port IN of the solenoid valve 5 through the large flow rate three-way solenoid valve 5A. It is supplied to the cylinder 31 from the inlet 36 via the common outlet port OUT, the piston 34 slides to the left, and the shut-off valve 1 is fully opened. Thereby, the pipeline can be operated while the solenoid B is energized.
  • the large flow rate three-way solenoid valve 5A is electrically interlocked by the control of the microcomputer 7 so that the other solenoid is not energized while one solenoid is energized.
  • the air in the cylinder 31 is supplied from the outlet port OUT of the solenoid valve 5 to the large flow three-way electromagnetic.
  • the air is exhausted from the common exhaust port EXH to the atmosphere via the valve 5A, the piston 34 slides from the left to the right by the spring load, the valve shaft 1b rotates 90 degrees, and the shut-off valve 1 is fully closed. Become. As a result, the pipeline is urgently shut off while the solenoid A is energized.
  • either solenoid A or B is controlled so that it is always energized.
  • the solenoid B remains energized and the solenoid B is energized and fully opened.
  • the solenoid B is also powered off after becoming, the large flow rate three-way solenoid valve 5A is in an all-port block state, and the shut-off valve 1 is kept fully open.
  • the solenoid B is fully closed by energizing the solenoid A while the solenoid B is in the power failure state, the solenoid A is also turned off, and the all-port block state is entered, and the shut-off valve 1 maintains the fully closed state.
  • both the solenoids A and B are controlled to be in a power failure state when the fully opened state or the fully closed state is reached, it is possible to reduce power consumption.
  • PVST setting operation test
  • FIG. 5 is described as PVST, it can also be applied to FVST by setting the set opening degree to be fully closed. This flowchart is executed by the microcomputer 7.
  • the set opening of the shut-off valve 1 is set (step S100).
  • the set opening is acquired by the microcomputer 7 via the communication circuit 13 and the like, and is set in the microcomputer 7. That is, the microcomputer 7 functions as a set opening degree acquisition unit that acquires the set opening degree of the shutoff valve 1. Then, for example, the valve test switch 16 is operated, and the following operation is executed.
  • step S101 the detection value of the OUT side pressure sensor 6B is acquired and checked (step S101).
  • step S102 the shut-off valve 1 is fully closed
  • the test result is stored in the microcomputer 7. (Step S117) to complete the test. Since the OUT side pressure sensor 6B can measure the internal pressure of the cylinder 31, the internal pressure of the cylinder 31 at the position of the piston 34 when the shut-off valve 1 is fully closed and the position of the piston 34 when the shut-off valve 1 is fully open. By setting a value in the microcomputer 7 in advance, it can be determined whether the shut-off valve 1 is fully closed or fully open.
  • step S102 the shutoff valve 1 is fully open
  • step S103 the shutoff valve 1 is closed
  • the microcomputer 7 energizes the solenoid C of the small flow rate three-way solenoid valve 5B, and the air in the cylinder 31 is shared from the outlet port OUT of the solenoid valve 5 via the small flow rate three-way solenoid valve 5B.
  • the air is exhausted from the exhaust port EXH to the atmosphere.
  • the piston 34 slides from the left to the right due to the spring load.
  • an allowable time until the set opening is reached is read from an internal memory or the like (step S104), and the current detected value of the OUT side pressure sensor 6B and the detected value of the opening sensor 8 are held in the internal memory or the like (step S104).
  • step S105) The allowable time until the set opening is reached is compared (checked) with the elapsed time from the start of closing the shutoff valve in step S103 to the present (step S106).
  • the allowable time is preset in the microcomputer 7.
  • the elapsed time may be measured by a timer or the like built in the microcomputer 7.
  • step S107 exceeded allowable time
  • the test result is held in the memory in the microcomputer 7 (step S117), and the test is completed.
  • step S107 the allowable time has not been exceeded
  • step S109 the set opening is not reached
  • step S109 the set opening is not reached
  • the process returns to step S105, and step S105 and subsequent steps are executed again.
  • step S109 reaching the set opening
  • step S110 the shutoff valve 1 is opened
  • step S110 the microcomputer 7 sets the solenoid C to the power failure state and the solenoid D to the energized state. Then, air from the air supply source 11 is supplied from the common inlet port IN of the solenoid valve 5 to the cylinder 31 through the small flow rate three-way solenoid valve 5B and the common outlet port OUT to the cylinder 31. The piston 34 slides to the left, and the shut-off valve 1 moves to the fully open state.
  • step S111 the permissible time from the preset opening to the fully open state is read from the internal memory or the like (step S111), and the current detected value of the OUT side pressure sensor 6B and the detected value of the opening sensor 8 are stored in the internal memory. (Step S112), and the allowable time until the valve is fully opened is compared (checked) with the elapsed time from the start of opening the shutoff valve 1 in step S110 (step S113).
  • step S114 allowable time exceeded
  • the test result is held in the memory in the microcomputer 7 (step S117) and the test is completed.
  • step S114 the allowable time is not exceeded
  • step S116 not fully opened
  • step S116 the process returns to step S112, and step S112 and subsequent steps are executed again.
  • step S116 full open
  • step S117 the test result is held in the memory in the microcomputer 7 (step S117), and the test is completed. That is, when the processes are executed in the order of steps S114, S115, S116, and S117, it can be determined that the test has been completed normally.
  • the solenoid valve 5 is operated by an electric signal and has a fast reaction speed, but the shut-off valve 1 is opened and closed by the air cylinder 3 that is operated by air, so that it operates later than the solenoid valve 5, Control of the shutoff valve 1 tends to be delayed with respect to the electrical signal. Therefore, even if the shut-off valve 1 is driven to close from the fully open state to the opening (set opening) set by the user during PVST, the solenoid valve 5 stops (or shifts to open control) when the set opening is detected. The shutoff valve 1 stops (or shifts to the open control) later than that. Therefore, the shut-off valve 1 is closed more than the set opening, and a deviation occurs between the set opening and the actual opening of the shut-off valve 1 (see FIG. 6).
  • the microcomputer 7 performs an operation based on a predetermined coefficient with respect to the set opening set by the user, changes the set opening to a value larger than the original value, and sets the shut-off valve 1 to Hence, the actual opening is brought closer to the value set by the user by stopping before the set opening (see FIG. 7).
  • FIG. 8 shows a flowchart of the predetermined coefficient calculation operation (shutoff valve control coefficient calculation method) described above.
  • step S201 the solenoid valve 5 is operated, and the microcomputer 7 recognizes the detection value of the opening sensor 8 when the shut-off valve 1 is fully open and fully closed.
  • step S202 PVST is executed by the operation shown in FIG. 5 (step S202).
  • This PVST is performed in a conventional manner without using any coefficients yet. Moreover, it is preferable to perform PVST several times by changing the set opening. Furthermore, PVST is preferably performed a plurality of times per set opening.
  • step S203 the actual opening of the shut-off valve 1 in the PVST executed in step S202 is acquired for each set opening.
  • a deviation ⁇ between each set opening and the actual opening is obtained (step S204), and an average (standard deviation) ⁇ of the deviation is obtained (step S205).
  • step S202 is a preliminary operation process
  • step S203 is an actual opening degree detection process
  • steps S204 and S205 are deviation calculation processes
  • step S206 is a coefficient calculation process.
  • FIG. 9 shows a table comparing an example of a set opening and an actual opening when PVST is performed with and without a coefficient.
  • PVST was performed five times for each of the cases where there was a coefficient and the case where there was no coefficient for three of the set opening degrees: 25%, 50% and 75%.
  • the coefficient is calculated based on the data when there is no coefficient as described above.
  • the average (Ave) of the actual opening is calculated for each of the set openings 25%, 50%, and 75%, and the deviation ⁇ between the average and the set opening is calculated.
  • the standard deviation ⁇ is calculated by adding the deviation ⁇ calculated for each of the set opening degrees 25%, 50%, and 75%, and the coefficient C is calculated from 1 ⁇ .
  • the coefficient C calculated in FIG. 9 is 0.817308.
  • the set opening divided by this coefficient C is 25%, it becomes 30.588224, which is a value larger than the set opening.
  • the set opening is 50%, the value is 61.176446, and when the set opening is 75%, the value is 91.764671, which is larger than the set opening.
  • control is performed from the fully open state (100%) to the closing direction, which means that it is before the set opening.
  • the coefficient C calculated by the flowchart of FIG. 8 reads the allowable time until the opening reaches the opening based on the value of the division result by the coefficient C instead of the set opening in step S104 of FIG. Steps S106, S108 and the like are also determined instead of the set opening and the opening based on the division result. That is, the microcomputer 7 reduces the solenoid valve 5 (solenoid valve) until the opening detected by the opening sensor 8 (opening detection means) becomes a value obtained by dividing the acquired set opening by a predetermined coefficient C.
  • the solenoid C of the flow rate three-way solenoid valve 5B is energized, and the air in the cylinder 31 is exhausted from the outlet port OUT of the solenoid valve 5 to the atmosphere from the common exhaust port EXH via the small flow rate three-way solenoid valve 5B ( Make it work).
  • step S100 functions as a set opening degree acquisition step
  • step S105 functions as an opening degree detection step
  • steps S108 and S109 function as a control step.
  • the cylinder 31 of the air cylinder 3 that controls the valve shaft 1 b of the cutoff valve 1 is provided with the microcomputer 7 that controls the opening and closing of the solenoid valve 5 that supplies and exhausts air from the air supply source 11.
  • the microcomputer 7 acquires a set opening degree of the cutoff valve 1.
  • the microcomputer 7 operates the solenoid valve 5 to a value obtained by dividing the acquired set opening degree by a predetermined coefficient C. In this way, the set opening can be changed by the coefficient C to a value that takes into account the delay in the operation of the shutoff valve 1 inside the microcomputer 7.
  • the actual opening can be controlled until it becomes a value close to the set opening, and the difference between the set opening and the actual opening can be reduced. Further, since it can be realized only by electrical control, a mechanical mechanism such as a needle extending and braking under certain conditions is unnecessary, and an additional part for testing is not required.
  • the coefficient C is calculated based on the deviation between the actual opening and the set opening of the shut-off valve 1, the coefficient can be calculated not from a simple difference but from variations based on a plurality of data. The coefficient can be made more accurate.
  • the configuration of the shutoff valve control system is the same as that shown in FIGS.
  • the operation of the shutoff valve control system is different.
  • the operation at the time of setting operation test (PVST) including prediction of failure in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • steps S300 to S304 are the same as steps S100 to S104 of the flowchart of FIG.
  • step S305 advanced from step S304 the detected value (actual opening) of the opening sensor 8 is held in an internal memory or the like, and it is checked whether the detected value has reached a predetermined opening (step S306).
  • the predetermined opening is, for example, a value of about 120% of the set opening. If the predetermined opening is too large, the number of times a shut-off valve, which will be described later, is turned on for a short time increases, and test time is required. On the other hand, if it is too close to the set opening, as described in the problem, the set opening may go too far due to a delay in the operation of the shutoff valve 1. Therefore, in the present embodiment, it is desirable that at least 150% of the set opening, that is, the shutoff valve 1 is not less than half the amount of movement from the fully open state to the set opening. That is, the microcomputer 7 is configured to close the shutoff valve 1 more than the second and subsequent operations for the first operation among the operations of opening and closing the solenoid valve 5 (electromagnetic valve) a plurality of times.
  • step S307 the predetermined opening has not been reached
  • the process returns to step S305, and the loop of steps S305 to S307 is repeated until the predetermined opening is reached.
  • step S306 when the predetermined opening is reached as a result of step S306 (step S307: the predetermined opening is reached), the shutoff valve 1 is stopped (step S308). Specifically, the microcomputer 7 causes the solenoid C of the small flow rate three-way solenoid valve 5B to be blacked out so that all three ports are closed. Then, since supply and discharge of air are stopped, the cylinder 31 and the shutoff valve 1 are stopped with a delay.
  • the solenoid valve 5 is turned on for a short time (step S309), and the detected value (actual opening) of the opening sensor 8 is held in an internal memory or the like (step S310), and the detected value reaches the set opening. Is checked (step S311).
  • the microcomputer 7 energizes the solenoid C of the small flow rate three-way solenoid valve 5B. In this way, the air in the cylinder 31 is reduced from the outlet port OUT of the solenoid valve 5.
  • the piston 34 slides from the left to the right by the spring load by being exhausted from the common exhaust port EXH to the atmosphere via the flow rate three-way solenoid valve 5B.
  • a short time is time when the opening degree of the shut-off valve 1 is closed by a small amount (about several percent). That is, in step S309, the shutoff valve 1 is finely operated by turning on the solenoid valve 5 for a short time.
  • the set opening to be checked in step S311 is not necessarily limited to the same value as the set opening, but may be a predetermined range centered on the set opening (for example, ⁇ several%).
  • step S311 the set opening is not reached
  • step S312 the set opening is not reached
  • the process returns to step S309 and the solenoid valve 5 is turned on again for a short time.
  • step S311 when the set opening is reached as a result of step S311 (step S312: reaching the set opening), the allowable time until reaching the set opening and the elapsed time from the start of closing the shut-off valve in step S303 to the present. are compared (checked) (step S313).
  • the allowable time of the present embodiment is a time that is different from that of the first embodiment, and takes into account that the predetermined opening degree in step S306 and step S309 are performed a plurality of times.
  • the solenoid valve 5 is operated a plurality of times so that the opening degree of the shut-off valve approaches the set opening degree (see FIG. 11).
  • the number of times is n in FIG. 11, the number of times varies depending on the characteristics of the cutoff valve 1, the initial opening degree, the time for which the solenoid valve 5 is turned on for a short time after the second time, and the like.
  • step S313 When the allowable time exceeds the result of the comparison in step S313 (step S314: allowable time exceeded), the test result is held in the memory in the microcomputer 7 (step S322), and the test is completed. On the other hand, when the allowable time does not exceed the result of the comparison in step S313 (step S314: the allowable time is not exceeded), the shutoff valve 1 is opened (step S315).
  • step S315 the microcomputer 7 sets the solenoid C to the power failure state and the solenoid D to the energized state. Then, air from the air supply source 11 is supplied from the common inlet port IN of the solenoid valve 5 to the cylinder 31 through the small flow rate three-way solenoid valve 5B and the common outlet port OUT to the cylinder 31. The piston 34 slides to the left, and the shut-off valve 1 moves to the fully open state.
  • step S316 the permissible time from the preset opening to the fully opened state is read from the internal memory or the like (step S316), and the current detected value of the OUT side pressure sensor 6B and the detected value of the opening sensor 8 are stored in the internal memory. (Step S317), and the allowable time until the valve is fully opened is compared (checked) with the elapsed time from the start of opening the shutoff valve in step S215 (step S318).
  • step S319 allowable time exceeded
  • step S316 the allowable time is not exceeded
  • step S320 the shutoff valve 1 is fully opened again
  • step S321 if it is not fully opened as a result of checking whether it is fully opened in step S320 (step S321: not fully open), the process returns to step S317, and step S317 and subsequent steps are executed again. On the other hand, if it is determined whether or not it is fully opened in step S320 (step S321: fully open), the test result is held in the memory in the microcomputer 7 (step S322) and the test is completed.
  • step S300 functions as a set opening degree acquisition step
  • step S305 functions as an opening degree detection step
  • steps S306 and S307 function as a control step.
  • the opening degree sensor 8 that detects the opening degree of the shutoff valve 1 is provided, and the microcomputer 7 rotates the solenoid valve 5 a plurality of times so as to approach the set opening degree based on the detection value of the opening degree sensor 8. Since the closing control is performed, for example, the actual opening can be gradually adjusted so as to be the set opening by finely operating near the set opening. Therefore, the deviation between the set opening and the actual opening can be reduced. Further, since it can be realized only by electrical control, a mechanical mechanism such as a needle extending and braking under certain conditions is unnecessary, and an additional part for testing is not required.
  • the microcomputer 7 opens and closes the solenoid valve 5 a plurality of times, so that the shut-off valve 1 is closed more frequently than the second and subsequent operations in the first operation. As a result, the test time can be shortened.
  • the configuration of the shutoff valve control system is the same as that shown in FIGS.
  • the delay time of the shutoff valve 1 with respect to the solenoid valve 5 is measured in advance instead of the coefficient C calculated in advance in the first embodiment, and the opening / closing control is performed based on the measurement result.
  • FIG. 13 shows a flowchart (time acquisition step) for measuring the delay time in this embodiment. The flowchart shown in FIG. 13 is executed by the microcomputer 7.
  • step S401 the solenoid valve 5 is operated, and the microcomputer 7 recognizes the detected value of the opening sensor 8 when the shut-off valve 1 is fully open and fully closed (step S401).
  • PVST is executed by the operation shown in FIG. 5 (step S402). This PVST is preferably performed a plurality of times at different set openings, for example, 80%, 60%, 40%, 20% and the like.
  • step S403 the time to reach the set opening and the delay time are measured by PVST executed in step S402 (step S403). That is, the microcomputer 7 functions as time acquisition means for acquiring the set opening of the cutoff valve 1 and the time for the cutoff valve 1 to reach the set opening.
  • step S402 The reason why PVST is executed at a plurality of set openings in step S402 is that the relationship between the time difference and the opening is not proportional due to the difference in pressure applied to the cylinder 31 depending on the opening. That is, the delay time is measured in advance for a plurality of openings of the shutoff valve 1.
  • step S ⁇ b> 106 when checking whether the set opening has been reached in step S ⁇ b> 106, the time obtained by subtracting the delay time from the time to reach the measured set opening has elapsed. Check if you did. That is, the microcomputer 7 determines the solenoid until the time obtained by subtracting the delay time from the time when the shut-off valve 1 reaches the set opening based on the delay time of the shut-off valve 1 with respect to the solenoid valve 5 (solenoid valve) measured in advance. The valve 5 (solenoid valve) is operated. That is, steps S106 and S107 function as a control process.
  • the time until reaching the set opening or the delay time when measured in advance at a fine opening such as every 1%, and as described above, every 20% or 10%.
  • it may be estimated based on an arrival time or a delay time close to the set opening degree. For example, when the set opening degree is 25%, when the above-described 80%, 60%, 40%, and 20% are calculated, the estimated value is estimated to be 20% based on the value.
  • the microcomputer 7 based on the delay time of the shut-off valve 1 with respect to the solenoid valve 5 measured in advance, the microcomputer 7 subtracts the delay time from the time when the shut-off valve 1 reaches the set opening.
  • the solenoid valve 5 is controlled to open.
  • the microcomputer 7 can control the delay of the operation of the shut-off valve 1 in consideration. Therefore, the deviation between the set opening degree and the actual opening degree can be reduced. Further, since it can be realized only by electrical control, a mechanical mechanism such as a needle extending and braking under certain conditions is unnecessary, and an additional part for testing is not required.
  • this time difference since this time difference is measured in advance for a plurality of opening degrees of the shut-off valve 1, the time difference depends on an appropriate delay time corresponding to the change in the operating speed of the shut-off valve 1 depending on the opening degree due to the pressure in the cylinder 31. You can control.
  • FIG. 14 shows a configuration diagram of a main part of the shutoff valve control system according to the present embodiment.
  • a speed controller 40 as an adjusting unit is provided between the outlet port OUT of the solenoid valve 5 and the air inlet 36 of the air cylinder 3.
  • the speed controller 40 adjusts the flow rate of air between the solenoid valve 5 and the air cylinder 3.
  • the configuration of the speed controller 40 is shown in FIG.
  • the speed controller is not limited to the configuration and shape illustrated in FIG. 15 and the like, and may be any device that can adjust the air flow rate.
  • the speed controller 40 includes a main body 41 that is substantially cylindrical, and an adjustment unit 45 that is inserted from one end of the main body 41 into the main body.
  • the main body portion 41 is provided with a first connection portion 41 a protruding from the side surface portion of the cylinder and a second connection portion 41 b formed at the other end portion of the main body portion 41.
  • the second connection portion 41 b is thinner than the cylinder portion of the main body portion 41.
  • the first connection portion 41a is formed with a vent 42 through which air flows in or out from the outside.
  • the second connection portion 41b is formed with a vent 43 through which air flows in or out from the outside.
  • the ventilation hole 42 and the ventilation hole 43 communicate with an insertion hole 44 formed in the main body portion 41 so that air can be sucked and exhausted between the ventilation hole 42 and the ventilation hole 43.
  • the insertion hole 44 is formed with a stepped portion 44 a in the vicinity of the connection portion with the ventilation hole 42 on the ventilation hole 43 side, and the diameter of the insertion hole 44 is reduced. Further, a threaded portion 44b is formed on one end side of the insertion hole 44 and meshes with a threaded portion 45b of the adjusting portion 45 described later.
  • the first connection part 41a is connected to the air inlet 36 of the air cylinder 3, for example, and the second connection part 41b is connected to the outlet port OUT of the solenoid valve 5, for example.
  • the adjusting unit 45 includes a knob 45a, a screw portion 45b, and a restricting portion 45c.
  • the knob portion is formed in a substantially disc shape and is provided at one end portion exposed from the main body portion 41 of the screw portion 45b.
  • the screw part 45b is formed in a substantially round bar shape, and a screw groove is formed while the knob part 45a and the restricting part 45c are provided.
  • the thread groove meshes with the thread portion 44 b of the main body portion 41.
  • the restricting portion 45c is provided at the other tip portion of the screw portion 45b. That is, the restricting portion 45c is positioned in the main body portion 41 (in the insertion hole 44).
  • the restricting portion 45c has a truncated cone shape that becomes thinner from the screw portion 45b toward the tip (in the direction of the vent hole 43). Therefore, the regulation part 45c can stop the inflow and outflow of air to the vent hole 43 when the conical slope part comes into contact with the step part 44a described above.
  • the speed controller 40 having such a configuration rotates the knob 45 a of the adjustment unit 45 and twists the adjustment unit 45 into the main body 41 to project from the main body 41. If the number is reduced, the restricting portion 45c moves in the insertion hole 44 in a direction approaching the stepped portion 44a. Then, the space
  • the speed controller 40 can adjust the amount of air flowing between the vent 42 and the vent 43 by rotating the knob 45a of the adjusting unit 45. Since the adjustment part 45 meshes with the main body part 41 (screw part 44b) by the screw part 45b, the position of the regulation part 45c can be fixed at an arbitrary position.
  • the speed controller 40 having the above-described configuration is provided between the outlet port OUT of the solenoid valve 5 and the air inlet / outlet 36 of the air cylinder 3, thereby reducing the amount of air discharged from the air cylinder 3. Control and limit the operating speed of the cylinder 31.
  • FIG. 17 shows a flowchart of an operation (a test method of the shut-off valve control system) at the time of setting operation test (PVST) including prediction of failure according to the present embodiment.
  • steps S501 and S502 are added before the flowchart shown in FIG.
  • step S501 the speed controller 40 is adjusted. For example, the amount of air discharged from the air cylinder 3 is reduced by the speed controller 40 to reduce the exhaust amount.
  • step S502 a set opening degree is set, and thereafter, the flowchart proceeds as described in FIG.
  • step S501 is an adjustment process
  • step S502 is an opening setting process
  • steps S101 to S117 are operation test processes.
  • FIG. 17 may be executed a plurality of times in order to adjust the speed controller 40 a plurality of times.
  • the speed controller 40 that adjusts the air flow rate is provided between the solenoid valve 5 and the air cylinder 3, so that the amount of air discharged from the air cylinder 3 is reduced by the speed controller 40.
  • the speed controller 40 since the displacement is controlled, the operating speed of the cylinder 31 is limited and the delay of the shutoff valve 1 is reduced. Therefore, the deviation between the set opening and the actual opening can be reduced when PVST is executed.
  • a speed controller 40 is provided between the solenoid valve 5 and the air cylinder 3, and the set opening is changed by a coefficient C.
  • a coefficient C For example, since a small-diameter shut-off valve opens and closes very quickly, there is a possibility that switching control at a set opening degree cannot be performed well only with the coefficient C in the case of a small-diameter. Therefore, by attaching the speed controller 40, PVST can be performed with high accuracy by adjusting the opening / closing speed.
  • a speed controller 40 is provided between the solenoid valve 5 and the air cylinder 3, and the solenoid valve 5 is opened and closed several times to gradually set the opening. Move closer. Even in this case, PVST can be performed with high accuracy by adjusting the opening / closing speed by the speed controller 40 in the small-diameter shutoff valve.
  • the speed controller 40 is provided between the solenoid valve 5 and the air cylinder 3, and the solenoid valve 5 is controlled based on the measured delay time. Even in this case, PVST can be performed with high accuracy by controlling the solenoid valve 5 based on the time when the opening / closing speed is adjusted by the speed controller 40 in the small-diameter shutoff valve.

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Abstract

パーシャルバルブストロークテストを実行する際に、設定開度と実開度との差を小さくすることができる遮断弁制御装置、遮断弁制御システム、遮断弁制御係数算出方法及び遮断弁制御方法を提供する。 遮断弁(1)の弁軸(1b)を制御するエアーシリンダー(3)のシリンダー(31)にエアー供給源(11)からエアーの供給及び排気を行うソレノイドバルブ(5)の開閉を制御するマイコン(7)を備えた遮断弁制御装置であって、マイコン(7)は、遮断弁(1)の設定開度を取得する。そして、マイコン(7)は、取得した設定開度を予め定めた係数Cで除した値までソレノイドバルブ(5)を制御する。

Description

遮断弁制御装置、遮断弁制御システム、遮断弁制御係数算出方法及び遮断弁制御方法
 本発明は、遮断弁制御装置、遮断弁制御システム、遮断弁制御係数算出方法及び遮断弁制御方法に関する。
 プラント設備における石油やガス等のパイプラインには、設備に異常が発生した場合にラインを緊急遮断するために、ボールバルブ等からなる遮断弁が設けられている。遮断弁は、プラント設備への設置後、1年に1回程度の頻度でシャットダウン(全開から全閉)のフルストローク作動テスト(フルバルブストロークテスト或いはフルストロークテストともいう)を実施して故障の有無を確認していた。
 しかし、遮断弁を全閉することは、プラントを停止することになり通常運転に支障を来すことになるため、通常運転中には遮断弁の作動テストを実行することができなかった。そこで、遮断弁を全開から所定開度まで作動させる作動テスト(パーシャルバルブストロークテスト或いはパーシャルストロークテストともいう)を行うことで、遮断弁を全閉することなく、つまり、プラントを停止することなく遮断弁の作動テストをすることができるようになる(例えば、特許文献1を参照)。
特開2009-92110号公報
 特許文献1に記載されている遮断弁制御システムは、遮断弁と、遮断弁を開閉駆動するエアーシリンダー駆動バルブと、エアーシリンダー駆動バルブのシリンダーにエアーの供給または排出をする電磁弁(ソレノイドバルブ)と、を有している。
 上述した構成においては、電磁弁を電気信号により動作させ、電磁弁の作動によりシリンダー内にエアーを供給または排出してシリンダーを動作させることで、遮断弁の開閉を行う。
 ここで、電磁弁は、電気信号で動作され反応速度が速いが、遮断弁はエアーによって動作するエアーシリンダー駆動バルブによって開閉するので、電磁弁よりも遅れて動作し、電気信号に対して遮断弁の制御が遅れる傾向がある。
 そのため、パーシャルバルブストロークテスト(以下PVSTという)を行う場合、ユーザが設定した開度まで開閉駆動したとしても、その設定開度と遮断弁の実際の開度(実開度)との間に乖離が生じてしまうという問題があった。
 そこで、本発明は、PVSTを実行する際に、設定開度と実開度との差を小さくすることができる遮断弁制御装置、遮断弁制御システム、遮断弁制御係数算出方法及び遮断弁制御方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、遮断弁の弁軸を制御するエアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からエアーの供給及び排気を行う電磁弁を制御する制御手段を備えた遮断弁制御装置であって、前記遮断弁の設定開度を取得する設定開度取得手段と、前記遮断弁の開度を検出する開度検出手段と、備え、前記制御手段は、開度検出手段が検出した開度が前記設定開度を予め定めた係数で除した値となるまで前記電磁弁を動作させる、ことを特徴とする遮断弁制御装置である。
 また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記係数は、前記遮断弁の実際の開度と前記設定開度との偏差に基づいて算出されていることを特徴とする。
 また、請求項3に記載の発明は、遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーと、該エアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からのエアーの供給及び排気を行う電磁弁と、を備えた遮断弁制御システムであって、請求項1または2に記載の遮断弁制御装置を備えることを特徴とする遮断弁制御システムである。
 また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記電磁弁と前記エアーシリンダーとの間に前記エアーの流量を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする。
 また、請求項5に記載の発明は、遮断弁の弁軸を制御するエアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からのエアーの供給及び排気を行う電磁弁を制御する制御手段に定める係数を算出する遮断弁制御係数算出方法であって、前記遮断弁について予め定めた設定開度まで作動させる予備作動工程と、前記予備作動工程における前記遮断弁の実際の開度を検出する実開度検出工程と、前記設定開度と前記実際の開度との偏差を算出する偏差算出工程と、前記偏差算出工程で算出された偏差に基づいて前記係数を算出する係数算出工程と、を含むことを特徴とする遮断弁制御係数算出方法である。
 また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記予備作動工程は、複数の設定開度についてそれぞれ実行することを特徴とする。
 また、請求項7に記載の発明は、請求項5または6に記載の発明において、前記予備作動工程は、1つの設定開度当たり複数回前記遮断弁を前記設定開度まで作動させることを特徴とする。
 また、請求項8に記載の発明は、遮断弁の弁軸を制御するエアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からエアーの供給及び排気を行う電磁弁を制御する制御装置を備えた遮断弁制御装置の遮断弁制御方法であって、前記遮断弁の設定開度を取得する設定開度取得工程と、前記遮断弁の開度を検出する開度検出工程と、開度検出工程で検出した開度が前記設定開度を予め定めた係数で除した値となるまで前記電磁弁を動作させる制御工程と、を含むことを特徴とする遮断弁制御方法である。
 以上説明したように請求項1記載の発明によれば、制御手段が、設定開度を予め定めた係数で除した値まで電磁弁を開制御する。このようにすることにより、係数によって、設定開度を遮断弁の動作の遅れの分を考慮した値に制御手段内部で変更することができる。そのため、実際の開度を設定開度に近い値となるように制御することができ、設定開度と実際の開度との乖離を小さくすることができる。また、電気的な制御のみで実現できるので、一定の条件でニードルが伸びてブレーキを掛けるなどといった機械的な仕組みが不要となり、テストのための追加部品が不要となる。
 請求項2に記載の発明によれば、係数は、遮断弁の実際の開度と設定開度との偏差に基づいて算出されているので、単純な差ではなく、複数のデータに基づくバラつきから係数を算出することができ、係数をより精度良くすることができる。
 請求項3に記載の発明によれば、遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーと、該エアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からのエアーの供給及び排気を行う電磁弁と、を備えた遮断弁制御システムにおいて、設定開度と実際の開度との乖離を小さくすることができる。
 請求項4に記載の発明によれば、電磁弁とエアーシリンダーとの間にエアーの流量を調整する調整手段が設けられているので、調整手段によりエアーシリンダーから排出するエアーの量を絞ることで、排気量が制御されるため、シリンダーの動作速度が制限され、遮断弁の開度の制御がしやすくなる。そのため、設定開度と実際の開度との乖離を小さくすることができる。
 請求項5に記載の発明によれば、まず、遮断弁について予め定めた設定開度まで作動させる予備作動工程を行い、その予備作動工程における遮断弁の実際の開度を検出し、設定開度と実際の開度との偏差を算出して、その偏差に基づいて係数を算出する。このようにすることにより、遮断弁の実際の開度と前記設定開度との偏差に基づいて係数が算出され、複数のデータに基づくバラつきから係数を算出することができ、係数を精度良く算出することができる。そして、この係数によって、設定開度を遮断弁の動作の遅れの分を考慮した値に制御手段内部で変更することができるため、実際の開度を設定開度に近い値となるまで制御することができ、設定開度と実際の開度との乖離を小さくすることができる。
 請求項6に記載の発明によれば、複数の設定開度についてそれぞれ予備作動工程を実行するので、係数の精度をより向上させることができる。
 請求項7に記載の発明によれば、予備作動工程は、1つの設定開度当たり複数回遮断弁を設定開度まで作動させるので、係数を算出するためのデータをより多く取得することができ、係数の精度をより向上させることができる。
 請求項8に記載の発明によれば、制御工程で、設定開度を予め定めた係数で除した値まで電磁弁を開制御する。このようにすることにより、係数によって、設定開度を遮断弁の動作の遅れの分を考慮した値に制御手段内部で変更することができる。そのため、実際の開度を設定開度に近い値となるように制御することができ、設定開度と実際の開度との乖離を小さくすることができる。
本発明の第1の実施形態にかかる遮断弁制御装置を有する遮断弁制御システムの正面図である。 図1に示された遮断弁制御システムの部分断面図である。 図1に示されたソレノイドバルブとエアーシリンダーの構成を示す説明図である。 図1に示された遮断弁制御装置の機能的構成をブロック図である。 図1に示された遮断弁制御装置の故障の予知を含む設定時の作動テスト(PVST)時の動作のフローチャートである。 従来のPVSTにおける問題点を説明した説明図である。 本発明の第1の実施形態にかかる遮断弁制御装置の動作原理を説明した説明図である。 図1に示された遮断弁制御装置の係数算出動作のフローチャートである。 係数ありの場合と係数なしの場合との設定開度と実開度とを比較した例の表である。 本発明の第2の実施形態にかかる遮断弁制御装置の故障の予知を含む設定時の作動テスト(PVST)時の動作のフローチャートである。 本発明の第2の実施形態にかかる遮断弁制御装置の動作原理を説明した説明図である。 本発明の第3の実施形態にかかる遮断弁制御装置の動作原理を説明した説明図である。 本発明の第3の実施形態にかかる遮断弁制御装置の時間差算出動作のフローチャートである。 本発明の第4の実施形態にかかる遮断弁制御システムのソレノイドバルブとエアーシリンダーの構成を示す説明図である。 図14に示されたスピードコントローラの構成の断面図である。 図14に示されたスピードコントローラの動作説明図である。 本発明の第4の実施形態にかかる遮断弁制御装置の故障の予知を含む設定時の作動テスト(PVST)時の動作のフローチャートである。
(第1実施形態)
 以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。
 図1、図2は、本発明の第1の実施形態にかかる遮断弁制御システムの構成を示し、図1は正面図、図2は部分断面図である。遮断弁制御システムは、遮断弁1と、遮断弁1の上部に固定ヨーク2を介して取り付けられ、遮断弁1の開度を制御するエアーシリンダー3と、エアーシリンダー3の上部に取り付けた屋外型または防爆型構造のポジションボックス4とを備えている。ポジションボックス4には、後述するソレノイドバルブ5、圧力センサー(電子式デジタル圧力計)6、マイクロコントローラ(以下、マイコンという)7、開度センサー8、ソレノイドバルブ制御電源10等が収納されている。
 遮断弁1は、例えばボール状の弁体1aを有するボールバルブからなり、プラント設備のパイプライン等に接続される。弁体1aには、上方に延びる弁軸1bが連結されている。弁体1aは、弁軸1bが90度回転することによって全開状態(図2参照)と全閉状態(図示しない)に切り換えられる。弁体1aの周りは、シートパッキン1cでシールされており、弁軸1bの周りは、グランドパッキン1dでシールされている。
 図3に示すように、エアーシリンダー3は、単作動空気式のシリンダー31内にピストンロッド32で連結した一対のピストン33および34を設けたものである。一方のピストン33は、シリンダー31の一端部内に配設したコイルバネ35の付勢力により、常に閉弁方向(図3における右方向)に向けて摺動するように付勢されている。他方のピストン34は、シリンダー31の他端部に設けたエアー送入口36に接続されたソレノイドバルブ5の出口ポートOUTから供給されるエアーにより、コイルバネ35の付勢力に抗して開弁方向(図2における左方向)に向けて摺動するように付勢される。ピストンロッド32には、このピストンロッド32の往復運動を回転運動に変換して弁軸1bに伝達する伝達機構37が設けられている。伝達機構37は、ピストンロッド32に突設した係合ピン37aと、弁軸1bの上端部に取り付けられている二股係合片37bとを有し、係合ピン37aに二股係合片37bの先端を係合させ、係合ピン37aの左右移動により、二股係合片37bが回動し、それにより、弁軸1bが90度回転するようになっている。なお、エアーシリンダー3は、図示したような単作動シリンダーに限らず、複作動シリンダー等他の方式であってもよい。
 電磁弁としてのソレノイドバルブ5は、大流量3方電磁弁5Aと小流量3方電磁弁5Bの2つの3方電磁弁を1つのボデーに内蔵したものである。大流量3方電磁弁5Aは、弁切り換え用のソレノイドAおよびBを有し、弁の有効断面積が大きく、パイプラインで異常が発生した場合に、エアーシリンダー3を急速に閉弁方向に駆動して、遮断弁1を緊急遮断する緊急遮断用のものである。小流量3方電磁弁5Bは、弁切り換え用のソレノイドCおよびDを有し、弁の有効断面積が大流量3方電磁弁5Aより小さいものであり、システムの作動テストを行う際に使用される作動テスト用のものである。大流量3方電磁弁5Aおよび小流量3方電磁弁5Bのそれぞれの入口ポートIN、出口ポートOUTおよび排気ポートEXHは互いに接続され、ボデーにそれぞれ1つずつ設けられた共通の入口ポートIN、出口ポートOUTおよび排気ポートEXHとされている。ソレノイドバルブ5は、ポジションボックス4の外部にあるエアー供給源11からのエアーを、共通の入口ポートINから大流量3方電磁弁5Aまたは小流量3方電磁弁5Bを介して共通の出口ポートOUTを経由してエアーシリンダー3のシリンダー31に供給すると共に、シリンダー31内のエアーを、共通の出口ポートOUTから大流量3方電磁弁5Aまたは小流量3方電磁弁5Bを介して共通の排気ポートEXHを経由して大気中に排気する。
 なお、本実施形態では、ソレノイドバルブ5は、上述したように2系統の3方弁を備えたもので説明するが、1系統であってもよい。つまり、1系統の3方弁で緊急遮断用と作動テスト用を兼ねるようにしてもよい。また、ソレノイドバルブ5は、図示したオールポートブロック3ポジションのダブルソレノイドの三方電磁弁に限らず、2ポジションの三方電磁弁等、他の方式であってもよい。
 図4は、本実施形態にかかる遮断弁制御装置の電気的構成を示すブロック図である。遮断弁制御装置100は、ソレノイドバルブ5と、圧力センサー6と、マイコン7と、開度センサー8と、内部電源12と、通信回路13と、ループ電流制御器14と、逆電圧保護回路15と、バルブテストスイッチ16と、電流・抵抗測定回路17と、A/Dコンバータ18と、を備えている。
 圧力センサー6は、IN側圧力センサー6AとOUT側圧力センサー6Bからなる。IN側圧力センサー6Aは、エアー供給源11からソレノイドバルブ5へ供給する圧力を測定する。OUT側圧力センサー6Bは、ソレノイドバルブ5のOUT側とシリンダー31の内部圧力を測定する。
 マイコン7は、CPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリを備え、CPUで動作するプログラムによって遮断弁制御装置100の全体動作を司る。マイコン7は、例えば上述したPVST時のソレノイドバルブ5の制御やPVST時に使用する係数の算出動作等を行う。即ち、マイコン7は、ソレノイドバルブ5(電磁弁)の開閉を制御する制御手段として機能する。
 開度検出手段としての開度センサー8は、例えばポテンショメータ等で構成され、弁軸1bの角度を測定することで、遮断弁1の実開度を検出する。
 内部電源12は、遮断弁制御装置100を駆動させるための電源である。通信回路13は、外部入出力及びマイコン7とデータの送受信を行う。ループ電流制御器14は、マイコン7からの制御により所定の出力電流制御を行う。
 逆電圧保護回路15は、ソレノイドバルブ制御電源10を逆接続した場合に発生する逆電圧からマイコン7等の内部回路を保護する。バルブテストスイッチ16は、ソレノイドバルブ5を利用して遮断弁のPVST及びフルバルブストロークテスト(以下、FVSTという)を実施するためのスイッチである。電流・抵抗測定回路17は、ソレノイドバルブ5のソレノイド通電時に電流を測定し、非通電時に抵抗を測定する。A/Dコンバータ18は、電流・抵抗測定回路17の測定結果及び開度センサー8の測定結果のアナログ信号をデジタル信号へ変換する。
 次に、遮断弁制御システムの通常動作について説明する。まず、エアーシリンダー3の切り換え用ソレノイドバルブ5は、1つのボデーに3方弁となる弁が2つ(大流量3方電磁弁5Aと小流量3方電磁弁5B)内蔵されている。そこで、通常は、大流量3方電磁弁5Aを使用する。この時、小流量3方電磁弁5Bは、停電状態になるように制御され、3つのポート全てが閉となるオールポートブロック状態になっている。大流量3方電磁弁5Aと小流量3方電磁弁5Bは、一方の電磁弁が通電している時は他方の電磁弁が停電状態になるようにマイコン7の制御により電気的にインターロックされているため、両方が同時に通電状態になることはない。
 大流量3方電磁弁5AのソレノイドAが停電状態で、ソレノイドBに通電すると、エアー供給源11からのエアーは、ソレノイドバルブ5の共通の入口ポートINから大流量3方電磁弁5Aを介して共通の出口ポートOUTを経由して送入口36よりシリンダー31に供給されて、ピストン34が左方向に摺動し、遮断弁1は全開状態となる。それにより、ソレノイドBへの通電中、パイプラインの運転が可能となる。なお、大流量3方電磁弁5Aにおいて、1つのソレノイドに通電中は他のソレノイドに通電されないようにマイコン7の制御により電気的にインターロックされている。
 次に、プラント設備の異常検出信号または図示しない緊急遮断スイッチの操作信号に基づいてマイコン7がソレノイドAに通電すると、シリンダー31内のエアーは、ソレノイドバルブ5の出口ポートOUTから大流量3方電磁弁5Aを経由して共通の排気ポートEXHから大気に排気され、バネ荷重によってピストン34が左から右方向に摺動し、弁軸1bが90度回転して、遮断弁1は全閉状態となる。それにより、ソレノイドAへの通電中、パイプラインは緊急遮断される。
 なお、上記の動作では、ソレノイドAまたはBのどちらかが常に通電されるように制御されているが、他の動作例として、ソレノイドAが停電状態のままで、ソレノイドBに通電して全開になった後にソレノイドBも停電すると、大流量3方電磁弁5Aはオールポートブロック状態になり、遮断弁1は全開状態を保持する。また、ソレノイドBが停電状態のまま、ソレノイドAに通電して全閉になった後にソレノイドAも停電すると、オールポートブロック状態になり、遮断弁1は全閉状態を保持する。このように、全開状態時または全閉状態時になった時にソレノイドAおよびBの両方を停電状態に制御することにより、電力消費を軽減することもできる。
 次に、故障の予知を含む設定時の作動テスト(PVST)時の動作について図5のフローチャートを参照して説明する。作動テスト時は、小流量3方電磁弁5Bを使用する。なお、図5は、PVSTとして説明するが設定開度を全閉とすることでFVSTに適用することもできる。なお、このフローチャートはマイコン7で実行される。
 まず、遮断弁1の設定開度を設定する(ステップS100)。この設定開度は、通信回路13等を介してマイコン7が取得し、マイコン7内に設定する。即ち、マイコン7は、遮断弁1の設定開度を取得する設定開度取得手段として機能する。そして、例えばバルブテストスイッチ16が操作され、以下の動作が実行される。
 次に、OUT側圧力センサー6Bの検出値を取得してチェックし(ステップS101)、遮断弁1が全閉状態の場合(ステップS102:遮断弁1が全閉状態)はテスト結果をマイコン7内のメモリに保持して(ステップS117)テストを完了する。OUT側圧力センサー6Bは、シリンダー31の内部圧力を測定できるので、遮断弁1が全閉状態のピストン34の位置及び遮断弁1が全開位置のときのピストン34の位置それぞれのシリンダー31の内部圧力値を予めマイコン7内に設定することで遮断弁1が全閉状態か全開状態かを判断することができる。
 一方、遮断弁1が全開状態の場合(ステップS102:遮断弁1が全開状態)は遮断弁1を閉じる(ステップS103)。具体的には、マイコン7が小流量3方電磁弁5BのソレノイドCに通電し、シリンダー31内のエアーを、ソレノイドバルブ5の出口ポートOUTから小流量3方電磁弁5Bを経由して共通の排気ポートEXHから大気に排気させる。すると、バネ荷重によってピストン34が左から右方向に摺動する。
 次に、設定開度に達するまでの許容時間を内部メモリ等から読み込み(ステップS104)、現在のOUT側圧力センサー6Bの検出値と開度センサー8の検出値を内部メモリ等に保持し(ステップS105)、設定開度に到達するまでの許容時間とステップS103で遮断弁を閉じ始めてから現在までの経過時間とを比較(チェック)する(ステップS106)。なお、許容時間は予めマイコン7に設定されている。また、経過時間はマイコン7が内蔵するタイマ等で計時すればよい。
 ステップS106で比較したした結果許容時間を超えている場合(ステップS107:許容時間超え)はテスト結果をマイコン7内のメモリに保持して(ステップS117)テストを完了する。一方、ステップS106で比較したした結果許容時間を超えていない場合(ステップS107:許容時間を超えていない)は設定開度まで達したかをチェックする(ステップS108)。ステップS106で比較したした結果許容時間を超えている場合は、テストの結果遮断弁1の固着等の異常が発見されたとして、その結果を保持する。
 次に、ステップS108で設定開度をチェックした結果設定開度に達していない場合(ステップS109:設定開度に達していない)はステップS105に戻り、ステップS105以降を再度実行する。一方、ステップS108で設定開度をチェックした結果設定開度に達した場合(ステップS109:設定開度に達した)は遮断弁1を開ける(ステップS110)。
 ステップS110が実行されると、マイコン7はソレノイドCを停電状態とし、ソレノイドDを通電状態とする。すると、エアー供給源11からのエアーは、ソレノイドバルブ5の共通の入口ポートINから小流量3方電磁弁5Bを介して共通の出口ポートOUTを経由して送入口36よりシリンダー31に供給されて、ピストン34が左方向に摺動し、遮断弁1は全開状態に向かう。
 次に、予め設定されている設定開度から全開なるまでの許容時間を内部メモリ等から読み込み(ステップS111)、現在のOUT側圧力センサー6Bの検出値と開度センサー8の検出値を内部メモリ等に保持し(ステップS112)、全開になるまでの許容時間とステップS110で遮断弁1を開き始めてから現在までの経過時間とを比較(チェック)する(ステップS113)。
 ステップS113で比較したした結果許容時間を超えている場合(ステップS114:許容時間超え)はテスト結果をマイコン7内のメモリに保持して(ステップS117)テストを完了する。一方、ステップS113で比較したした結果許容時間を超えていない場合(ステップS114:許容時間を超えていない)は遮断弁1が再び全開になったかをチェックする(ステップS115)。ステップS113で比較したした結果許容時間を超えている場合は、設定開度から全開に戻る際に何らかの異常が発見されたとして、その結果を保持する。
 次に、ステップS115で全開になったかをチェックした結果全開になっていない場合(ステップS116:全開ではない)はステップS112に戻り、ステップS112以降を再度実行する。一方、ステップS115で全開になったかをチェックした結果全開になった場合(ステップS116:全開)はテスト結果をマイコン7内のメモリに保持して(ステップS117)テストを完了する。つまり、ステップS114、S115、S116、S117の順に実行された場合はテストが正常に終了したと判定できる。
 上述したテスト(PVST)において、ソレノイドバルブ5は、電気信号で動作され反応速度が速いが、遮断弁1はエアーによって動作するエアーシリンダー3によって開閉するので、ソレノイドバルブ5よりも遅れて動作し、電気信号に対して遮断弁1の制御が遅れる傾向がある。そのため、PVST時に全開状態からユーザが設定した開度(設定開度)まで遮断弁1を閉じるように駆動させたとしても、ソレノイドバルブ5が設定開度検出時に停止(或いは開制御へ移行)したよりも遅れて遮断弁1が停止(或いは開制御へ移行)する。したがって、遮断弁1は設定開度よりも多く閉じてしまい、設定開度と遮断弁1の実開度との間に乖離が生じてしまう(図6を参照)。
 そこで、本実施形態では、マイコン7が、ユーザが設定した設定開度に対して所定の係数に基づく演算を行って、設定開度を本来の値よりも大きな値に変更し、遮断弁1を見かけ上設定開度よりも前に停止させて実開度をユーザが設定した値に近づける(図7を参照)。図8に上述した所定の係数の算出動作(遮断弁制御係数算出方法)のフローチャートを示す。
 まず、初期設定として、ソレノイドバルブ5を動作させ、遮断弁1が全開及び全閉時の開度センサー8の検出値をマイコン7に認識させる(ステップS201)。次に、図5に示した動作によりPVSTを実行する(ステップS202)。このPVSTは、まだ係数は使用せずに従来通りの方法で実行される。また、PVSTは、設定開度を変えて複数回行うのが好ましい。さらには、PVSTは、1つの設定開度当たり複数回行うことが好ましい。
 次に、ステップS202で実行したPVSTにおける遮断弁1の実開度をそれぞれの設定開度について取得する(ステップS203)。次に、それぞれの設定開度と実開度との偏差αを求め(ステップS204)、偏差の平均(標準偏差)βを求める(ステップS205)。そして、ステップS205で求めた標準偏差βより、係数CをC=1-βとして算出する(ステップS206)。即ち、係数Cは、遮断弁1の実際の開度と設定開度との偏差に基づいて算出されている。
 図7のフローチャートによれば、ステップS202が予備作動工程、ステップS203が実開度検出工程、ステップS204、S205が偏差算出工程、ステップS206が係数算出工程となる。
 図9に係数ありの場合と係数なしの場合とでPVSTを行った際の設定開度(Setting Position)と実開度(Actual Position)との例を比較した表を示す。図9の場合、設定開度として25%、50%、75%の3つに対して、係数ありの場合と係数なしの場合のそれぞれPVSTを5回ずつ行った。
 図9において、係数は、上述したように係数なしの場合のデータに基づいて算出している。図9では、設定開度25%、50%、75%のそれぞれについて実開度の平均(Ave)を算出し、その平均と設定開度との偏差αを算出している。そして、設定開度25%、50%、75%のそれぞれについて算出した偏差αを加算して標準偏差βを算出し、1-βにより係数Cを算出している。
 図9において算出された係数Cは0.817308となる。この係数Cで除算された設定開度は25%の場合、30.588224となり設定開度よりも大きな値となる。同様に設定開度50%の場合は61.176446となり、設定開度75%の場合は91.764671となり、はやり設定開度よりも大きな値となる。設定開度が大きな値となるということは、PVSTを行う際には全開状態(100%)から閉じる方向へ制御するため、設定開度の手前ということになる。
 このようにして求めた設定開度に代える値によりPVSTを行うと、図9の係数ありの行に示したように、いずれの設定開度でも実開度が設定開度に近い値となり、誤差も係数ありの方が係数なしよりも小さくなることが明らかとなった。
 図8のフローチャートにより算出された係数Cは、図5のステップS104において、設定開度に代えてこの係数Cによる除算結果の値に基づく開度に達するまでの許容時間を読み込む。ステップS106、S108等も設定開度ではなく除算結果に基づく開度に代えて判断する。即ち、マイコン7は、開度センサー8(開度検出手段)が検出した開度が、取得した設定開度を予め定めた係数Cで除した値となるまでソレノイドバルブ5(電磁弁)の小流量3方電磁弁5BのソレノイドCに通電し、シリンダー31内のエアーを、ソレノイドバルブ5の出口ポートOUTから小流量3方電磁弁5Bを経由して共通の排気ポートEXHから大気に排気させる(動作させる)。
 したがって、ステップS100が設定開度取得工程、ステップS105が開度検出工程、ステップS108、S109が制御工程として機能する。
 本実施形態によれば、遮断弁1の弁軸1bを制御するエアーシリンダー3のシリンダー31にエアー供給源11からエアーの供給及び排気を行うソレノイドバルブ5の開閉を制御するマイコン7を備えた遮断弁制御装置100であって、マイコン7は、遮断弁1の設定開度を取得する。そして、マイコン7は、取得した設定開度を予め定めた係数Cで除した値までソレノイドバルブ5を動作させる。このようにすることにより、係数Cによって、設定開度を遮断弁1の動作の遅れの分を考慮した値にマイコン7内部で変更することができる。そのため、実際の開度を設定開度に近い値となるまで制御することができ、設定開度と実際の開度との乖離を小さくすることができる。また、電気的な制御のみで実現できるので、一定の条件でニードルが伸びてブレーキを掛けるなどといった機械的な仕組みが不要となり、テストのための追加部品が不要となる。
 また、係数Cは、遮断弁1の実際の開度と設定開度との偏差に基づいて算出されているので、単純な差ではなく、複数のデータに基づくバラつきから係数を算出することができ、係数をより精度良くすることができる。
(第2実施形態)
 次に、本発明の第2の実施形態にかかる遮断弁制御システムを、図10及び図11を参照して説明する。なお、前述した第1の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
 本実施形態は、遮断弁制御システムの構成は、図1~図4と同様である。本実施形態では、遮断弁制御システムの動作が異なる。本実施形態における故障の予知を含む設定時の作動テスト(PVST)時の動作について図10のフローチャートを参照して説明する。
 図10のフローチャートにおいて、ステップS300~S304は図5のフローチャートのステップS100~S104と同様である。ステップS304から進んだステップS305においては開度センサー8の検出値(実開度)を内部メモリ等に保持し、その検出値が所定の開度に達したかチェックする(ステップS306)。
 この所定の開度は例えば設定開度の120%程度の値などである。この所定の開度が大きすぎると後述する遮断弁を短時間オンする回数が増加し、テスト時間がかかってしまう。一方であまり設定開度に近すぎると課題で説明したように、遮断弁1の動作の遅れから設定開度を行き過ぎてしまう場合がある。そこで、本実施形態では、少なくとも設定開度の150%、つまり遮断弁1が全開状態から設定開度までの移動量の半分以上であることが望ましい。即ち、マイコン7は、ソレノイドバルブ5(電磁弁)を複数回開閉動作させることのうち初回の動作については、2回目以降の動作よりも遮断弁1が多く閉じられるようにしている。
 ステップS306の結果所定の開度に達していない場合(ステップS307:所定の開度に達していない)はステップS305に戻り、所定の開度に達するまでステップS305~S307のループを繰り返す。
 一方、ステップS306の結果所定の開度に達した場合(ステップS307:所定の開度に達した)は遮断弁1を止める(ステップS308)。具体的には、マイコン7が小流量3方電磁弁5BのソレノイドCを停電させ、3つのポートすべてが閉となるオールポートブロック状態にする。すると、エアーの供給も排出も停止するのでシリンダー31と遮断弁1が遅れて停止する。
 次に、ソレノイドバルブ5を短時間オンにし(ステップS309)、開度センサー8の検出値(実開度)を内部メモリ等に保持し(ステップS310)、その検出値が設定開度に達したかチェックする(ステップS311)。ソレノイドバルブ5をオンにするとは、マイコン7が小流量3方電磁弁5BのソレノイドCに通電することであり、このようにすると、シリンダー31内のエアーを、ソレノイドバルブ5の出口ポートOUTから小流量3方電磁弁5Bを経由して共通の排気ポートEXHから大気に排気されてバネ荷重によってピストン34が左から右方向に摺動する。また、短時間とは、遮断弁1の開度が少量(数%程度)閉じる程度の時間である。つまり、ステップS309では、ソレノイドバルブ5を短時間オンにすることで遮断弁1を細かく動作させている。
 なお、ステップS311でチェックする設定開度は、必ずしも設定開度と同じ値に限らず設定開度を中心とした所定の範囲(例えば±数%)であればよい。
 ステップS311の結果設定開度に達していない場合(ステップS312:設定開度に達していない)はステップS309に戻り、再度ソレノイドバルブ5を短時間オンにする。
 一方、ステップS311の結果設定開度に達した場合(ステップS312:設定開度に達した)は設定開度に到達するまでの許容時間とステップS303で遮断弁を閉じ始めてから現在までの経過時間とを比較(チェック)する(ステップS313)。なお、本実施形態の許容時間は、第1の実施形態とは異なる時間であって、ステップS306の所定の開度及びステップS309を複数回行ったことを考慮した時間とする。
 即ち、本実施形態は、遮断弁の開度が設定開度に近づくようにソレノイドバルブ5を複数回動作させている(図11を参照)。図11では、n回としているが、回数は、遮断弁1の特性や、初回の開度、2回目以降に短時間ソレノイドバルブ5をオンにする時間等により変動する。
 ステップS313で比較したした結果許容時間を超えている場合(ステップS314:許容時間超え)はテスト結果をマイコン7内のメモリに保持して(ステップS322)テストを完了する。一方、ステップS313で比較したした結果許容時間を超えていない場合(ステップS314:許容時間を超えていない)は遮断弁1を開ける(ステップS315)。
 ステップS315が実行されると、マイコン7はソレノイドCを停電状態とし、ソレノイドDを通電状態とする。すると、エアー供給源11からのエアーは、ソレノイドバルブ5の共通の入口ポートINから小流量3方電磁弁5Bを介して共通の出口ポートOUTを経由して送入口36よりシリンダー31に供給されて、ピストン34が左方向に摺動し、遮断弁1は全開状態に向かう。
 次に、予め設定されている設定開度から全開なるまでの許容時間を内部メモリ等から読み込み(ステップS316)、現在のOUT側圧力センサー6Bの検出値と開度センサー8の検出値を内部メモリ等に保持し(ステップS317)、全開になるまでの許容時間とステップS215で遮断弁を開き始めてから現在までの経過時間とを比較(チェック)する(ステップS318)。
 ステップS318で比較したした結果許容時間を超えている場合(ステップS319:許容時間超え)はテスト結果をマイコン7内のメモリに保持して(ステップS322)テストを完了する。一方、ステップS316で比較したした結果許容時間を超えていない場合(ステップS319:許容時間を超えていない)は遮断弁1が再び全開になったかをチェックする(ステップS320)。
 次に、ステップS320で全開になったかをチェックした結果全開になっていない場合(ステップS321:全開ではない)はステップS317に戻り、ステップS317以降を再度実行する。一方、ステップS320で全開になったかをチェックした結果全開になった場合(ステップS321:全開)はテスト結果をマイコン7内のメモリに保持して(ステップS322)テストを完了する。
 したがって、ステップS300が設定開度取得工程、ステップS305が開度検出工程、ステップS306、S307が制御工程として機能する。
 本実施形態によれば、遮断弁1の開度を検出する開度センサー8を備え、マイコン7は、開度センサー8の検出値に基づいて設定開度に近づくようにソレノイドバルブ5を複数回閉制御するので、例えば設定開度付近では細かく動作させることで、設定開度となるように実際の開度を徐々に調整することができる。したがって、設定開度と実開度との乖離を小さくすることができる。また、電気的な制御のみで実現できるので、一定の条件でニードルが伸びてブレーキを掛けるなどといった機械的な仕組みが不要となり、テストのための追加部品が不要となる。
 また、マイコン7は、ソレノイドバルブ5を複数回開閉動作させることのうち初回の動作については、2回目以降の動作よりも遮断弁1が多く閉じられるようにするので、ソレノイドバルブ5の開閉制御回数をなるべく少なくして、テスト時間の短縮化が図れる。
(第3実施形態)
 次に、本発明の第3の実施形態にかかる遮断弁制御システムを、図12及び図13を参照して説明する。なお、前述した第1、第2の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
 本実施形態は、遮断弁制御システムの構成は、図1~図4と同様である。本実施形態では、第1の実施形態で予め算出した係数Cに代えてソレノイドバルブ5に対する遮断弁1の遅延時間を予め測定し、その測定結果に基づいて開閉制御を行う。
 図4に示した構成の遮断弁制御装置100では、開度センサー8の検出結果に基づいてマイコン7が設定開度に達したかを判定しているが、上述したように、遮断弁1はソレノイドバルブ5よりも反応速度が遅いので、ソレノイドバルブ5を閉制御(オールポートブロック)としても遮断弁1が実際に停止するまで遅延時間が発生する。そこで、本実施形態では、予め設定開度まで到達する時間及び前記した遅延時間を測定し、その測定された設定開度に到達する時間から遅延時間分差し引いた時間でソレノイドバルブ5を閉制御する(図12を参照)。本実施形態における遅延時間を測定するフローチャート(時間取得工程)を図13に示す。図13に示したフローチャートはマイコン7で実行される。
 まず、初期設定として、ソレノイドバルブ5を動作させ、遮断弁1が全開及び全閉時の開度センサー8の検出値をマイコン7に認識させる(ステップS401)。次に、図5に示した動作によりPVSTを実行する(ステップS402)。このPVSTは、例えば80%、60%、40%、20%等、設定開度を変えて複数回行うのが好ましい。次に、ステップS402で実行したPVSTで設定開度まで到達する時間及び遅延時間を測定する(ステップS403)。即ち、マイコン7は、遮断弁1の設定開度及び当該設定開度まで遮断弁1が到達する時間を取得する時間取得手段として機能する。
 なお、ステップS402で複数の設定開度でPVSTを実行するのは、開度によりシリンダー31にかかる圧力の違いから時間差と開度との関係が比例関係にならないためである。即ち、遅延時間は、遮断弁1の複数の開度について予め測定されている。
 そして、図5のフローチャートを実行する際には、ステップS106で設定開度に達したかをチェックする際に、前記した測定された設定開度に到達する時間から遅延時間分差し引いた時間が経過したかをチェックする。即ち、マイコン7は、予め測定されたソレノイドバルブ5(電磁弁)に対する遮断弁1の遅延時間に基づいて、当該設定開度まで遮断弁1が到達する時間から遅延時間分を差し引いた時間までソレノイドバルブ5(電磁弁)を動作させている。即ち、ステップS106、S107が制御工程として機能する。
 なお、事前に測定するや設定開度に到達する時間や遅延時間は、1%毎等の細かい開度で測定するのは現実的には困難であるので、上述したように20%毎や10%等の開度で測定し、それらの間の開度を設定する場合は、その設定する開度に近い到達時間や遅延時間に基づいて推定してもよい。例えば、設定開度25%にする場合、上述した80%、60%、40%、20%が算出されている場合は、20%に値に基づいて推定する。
 本実施形態によれば、マイコン7が、予め測定されたソレノイドバルブ5に対する遮断弁1の遅延時間に基づいて、設定開度まで遮断弁1が到達する時間から遅延時間分を差し引いた時間前までソレノイドバルブ5を開制御する。このようにすることにより、遮断弁1の動作の遅れ分を考慮してマイコン7が制御することができる。そのため、設定開度と実際の開度との乖離を小さくすることができる。また、電気的な制御のみで実現できるので、一定の条件でニードルが伸びてブレーキを掛けるなどといった機械的な仕組みが不要となり、テストのための追加部品が不要となる。
 また、この時間差は、遮断弁1の複数の開度について予め測定されているので、シリンダー31内の圧力により遮断弁1の動作速度が開度によって変化することに対応して適切な遅延時間による制御をすることができる。
(第4実施形態)
 次に、本発明の第4の実施形態にかかる遮断弁制御システムを、図14~図17を参照して説明する。なお、前述した第1~第3の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
 本実施形態にかかる遮断弁制御システムの要部構成図を図14に示す。本実施形態は、図14に示したように、調整手段としてのスピードコントローラ40がソレノイドバルブ5の出口ポートOUTとエアーシリンダー3のエアー送入口36との間に設けられている。
 スピードコントローラ40は、ソレノイドバルブ5とエアーシリンダー3との間のエアーの流量を調節する。スピードコントローラ40の構成を図15に示す。なお、スピードコントローラは、図15等に図示した構成、形状に限定されず、エアーの流量を調節することができるものであればよい。
 スピードコントローラ40は、略円筒上の本体部41と、本体部41の一端部から本体部内に挿入される調整部45と、を備えている。本体部41は、その筒の側面部から突出した第1接続部41aと、本体部41の他端部に形成された第2接続部41bと、が設けられている。第2接続部41bは、本体部41の筒部分よりも細くなっている。
 第1接続部41aには、外部からエアーが流入または流出する通気口42が形成されている。第2接続部41bには、外部からエアーが流入または流出する通気口43が形成されている。通気口42と通気口43は、本体部41内に形成された挿通孔44と連通しており、通気口42と通気口43との間でエアーの吸排気ができるようになっている。挿通孔44は、通気口43側の通気口42との接続部分の近傍に段部44aが形成され、挿通孔44の口径を小さくしている。また、挿通孔44の一端側にはネジ部44bが形成されており、後述する調整部45のネジ部45bと噛み合っている。
 第1接続部41aは、例えばエアーシリンダー3のエアー送入口36に接続され、第2接続部41bは、例えばソレノイドバルブ5の出口ポートOUTに接続される。
 調整部45は、摘み部45aと、ネジ部45bと、規制部45cと、を備えている。摘み部は、略円盤状に形成され、ネジ部45bの本体部41から露出した一方の先端部に設けられている。ネジ部45bは、略丸棒状に形成され、摘み部45aと規制部45cが設けられている間にネジ溝が形成されている。このネジ溝は、本体部41のネジ部44bと噛み合っている。規制部45cは、ネジ部45bの他方の先端部に設けられている。つまり、規制部45cは、本体部41内(挿通孔44内)に位置付けられている。また、規制部45cは、ネジ部45bから先端(通気口43方向)に向かうにしたがって細くなる截頭円錐形状となっている。そのため、規制部45cは、その円錐の斜面部分が上述した段部44aと接触することで、通気口43へのエアーの流出入を止めることができる。
 このような構成のスピードコントローラ40は、図16の左側に示したように、調整部45の摘み45aを回転操作して、調整部45を本体部41にねじり込んで本体部41からの突出量を少なくすると、規制部45cが挿通孔44内で段部44aに近づく方向に移動する。すると、規制部45cと段部44aとの間隔が狭くなり、通気口42から流入するエアーの量が規制される。したがって、通気口42と通気口43との間に流れるエアーの量を少なくするように調整ができる。
 一方、図16の右側に示したように、調整部45の摘み45aを回転操作して、調整部45の本体部41からの突出量を多くすると、規制部45cが挿通孔44内で段部44aから離れる方向に移動する。すると、規制部45cと挿通孔44との間隔が広くなり、通気口42から流入するエアーの量が多くなる。したがって、通気口42と通気口43との間に流れるエアーの量を多くするように調整ができる。
 このようにして、スピードコントローラ40は、調整部45の摘み45aを回転操作することで、通気口42と通気口43との間を流れるエアーの量を調整することができる。調整部45は、ネジ部45bによって本体部41(ネジ部44b)と噛み合っているので、規制部45cの位置を任意の位置で固定することができる。
 本実施形態では、上述した構成のスピードコントローラ40が、ソレノイドバルブ5の出口ポートOUTとエアーシリンダー3のエアー送入口36との間に設けられていることで、エアーシリンダー3からエアーの排出量を制御し、シリンダー31の動作速度を制限する。
 図17に本実施形態にかかる故障の予知を含む設定時の作動テスト(PVST)時の動作(遮断弁制御システムのテスト方法)のフローチャートを示す。図17に示したフローチャートは、図5に示したフローチャートの前にステップS501及びS502が追加されている。
 ステップS501においては、スピードコントローラ40の調整を行う。例えば、スピードコントローラ40によりエアーシリンダー3から排出するエアーの量を絞るようにして、排気量を少なくする。次に、ステップS502において、設定開度を設定し、以降は図5で説明したとおりにフローチャートが進行する。
 即ち、ステップS501が調整工程、ステップS502が開度設定工程、ステップS101~S117が作動テスト工程となる。
 なお、スピードコントローラ40の調整を複数回行うために、図17に示したフローチャートを複数回実行してもよい。
 本実施形態によれば、ソレノイドバルブ5とエアーシリンダー3との間にエアーの流量を調整するスピードコントローラ40が設けられているので、スピードコントローラ40によりエアーシリンダー3から排出するエアーの量を絞ることで、排気量が制御されるため、シリンダー31の動作速度が制限され遮断弁1の遅延が少なくなる。そのため、PVST実行時に設定開度と実開度との乖離を小さくすることができる。
 なお、上述した第4の実施形態は、第1~第3の実施形態と組み合わせることができる。第1の実施形態と組み合わせた場合は、ソレノイドバルブ5とエアーシリンダー3との間にスピードコントローラ40が設け、更に係数Cにより設定開度を変更する。例えば、小口径の遮断弁の開閉は非常に速いため、小口径の場合には上記係数Cのみでは、設定開度での切り替え制御がうまく行えない可能性がある。そこで、スピードコントローラ40を取り付けることで、開閉速度を調節して、精度良くPVSTを行えるようになる。
 次に、第2の実施形態と組み合わせた場合は、ソレノイドバルブ5とエアーシリンダー3との間にスピードコントローラ40が設け、更に、複数回ソレノイドバルブ5の開閉動作を行って徐々に設定開度に近づける。この場合でも、上記小口径の遮断弁において、スピードコントローラ40により開閉速度を調節して、精度良くPVSTを行えるようになる。
 そして、第3の実施形態と組み合わせた場合は、ソレノイドバルブ5とエアーシリンダー3との間にスピードコントローラ40が設け、更に、測定した遅延時間に基づいてソレノイドバルブ5を制御する。この場合でも、上記小口径の遮断弁において、スピードコントローラ40により開閉速度を調節した時間に基づいてソレノイドバルブ5を制御することで、精度良くPVSTを行えるようになる。
 また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の遮断弁制御装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
1            遮断弁
1b          弁軸
3            エアーシリンダー
5            ソレノイドバルブ(電磁弁)
7            マイクロコントローラ(制御手段、設定開度取得手段、時間取得手段)
8            開度センサー(開度検出手段)
11          エアー供給源
31          シリンダー
40          スピードコントローラ
100        遮断弁制御装置

Claims (8)

  1.  遮断弁の弁軸を制御するエアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からエアーの供給及び排気を行う電磁弁を制御する制御手段を備えた遮断弁制御装置であって、
     前記遮断弁の設定開度を取得する設定開度取得手段と、
     前記遮断弁の開度を検出する開度検出手段と、備え、
     前記制御手段は、開度検出手段が検出した開度が前記設定開度を予め定めた係数で除した値となるまで前記電磁弁を動作させる、
    ことを特徴とする遮断弁制御装置。
  2.  前記係数は、前記遮断弁の実際の開度と前記設定開度との偏差に基づいて算出されていることを特徴とする請求項1に記載の遮断弁制御装置。
  3.  遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーと、該エアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からのエアーの供給及び排気を行う電磁弁と、を備えた遮断弁制御システムであって、
     請求項1または2に記載の遮断弁制御装置を備えることを特徴とする遮断弁制御システム。
  4.  前記電磁弁と前記エアーシリンダーとの間に前記エアーの流量を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の遮断弁制御システム。
  5.  遮断弁の弁軸を制御するエアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からのエアーの供給及び排気を行う電磁弁を制御する制御手段に定める係数を算出する遮断弁制御係数算出方法であって、
     前記遮断弁について予め定めた設定開度まで作動させる予備作動工程と、
     前記予備作動工程における前記遮断弁の実際の開度を検出する実開度検出工程と、
     前記設定開度と前記実際の開度との偏差を算出する偏差算出工程と、
     前記偏差算出工程で算出された偏差に基づいて前記係数を算出する係数算出工程と、
    を含むことを特徴とする遮断弁制御係数算出方法。
  6.  前記予備作動工程は、複数の前記設定開度についてそれぞれ実行することを特徴とする請求項5に記載の遮断弁制御係数算出方法。
  7.  前記予備作動工程は、1つの設定開度当たり複数回前記遮断弁を前記設定開度まで作動させることを特徴とする請求項5または6に記載の遮断弁制御係数算出方法。
  8.  遮断弁の弁軸を制御するエアーシリンダーのシリンダーにエアー供給源からエアーの供給及び排気を行う電磁弁を制御する制御装置を備えた遮断弁制御装置の遮断弁制御方法であって、
     前記遮断弁の設定開度を取得する設定開度取得工程と、
     前記遮断弁の開度を検出する開度検出工程と、
     開度検出工程で検出した開度が前記設定開度を予め定めた係数で除した値となるまで前記電磁弁を動作させる制御工程と、
    を含むことを特徴とする遮断弁制御方法。
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