JPH0781564B2 - 弁駆動用アクチュエータのトルク検出システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、浄水場、排水処理システム、温調システ
ム、連続式浸炭炉制御システム、ダムの導入水路、都市
ガス等のガス供給施設等の流路における流体の流れを制
御する弁体を作動する弁駆動用アクチュエータのトルク
検出システムに関する。

〔従来の技術〕

現在、浄水場、発電所等の各種工場における複数台のア
クチュエータのメインテナンスは人手に負う所が大き
い。地震等の非常時においてもアクチュエータが異常な
く動作するか否かを判断するために、システムのメイン
テナンス時に１台ずつ人がチェックしている。

このような作動によって行うアクチュエータの点検作動
について、第７図の示すフローチャートを参照して説明
すると、アクチュエータの点検が必要か否かを判断し
（ステップ71）、必要でないならば処理をせずに終了
し、点検が必要な場合には、メインテナンス計画に従っ
て労力を振り分ける（ステップ72）。次いで、アクチュ
エータを１台ずつチェックする（ステップ73）。チェッ
クの結果、アクチュエータの動作が良好か否かを判断し
（ステップ74）、アクチュエータの動作が良好な場合に
は処理を終了し、不良の場合にはメーカ等に依頼して保
守点検をする（ステップ75）。

また、最近、浄水場、排水処理場等においては、複雑な
配管路を一つのシステムとして維持、管理する必要があ
ることからコンピュータを用いた中央情報システム化へ
向いつつある。

配管路制御の基本となるファクタは管路中に設けられて
いる種々の弁の開度であり、その弁の開度を制御するた
めの駆動手段として、多くの形式の電動式の弁駆動用ア
クチュエータが知られている。

該弁駆動用アクチュエータの一例としては、外部からの
アナログ制御信号が開度コントロール部に入力される。
開度コントロール部は複数個の電磁リレーに所定の信号
を出力し、該出力に応じてモータが回転し、減速機を介
して弁体の開度を制御する。その間、減速機の状態を示
す信号は、弁位置検出器等のセンサーを介して開度コン
トロール部にフィードバックされ、所定の弁開度が得ら
れた時点でモータの作動は停止するように設定されてい
る。

弁開度を指示するアナログ制御信号は、制御ボードから
送信される。前記制御ボードからの信号がデジタル信号
の場合には、途中にD/Aコンバータを介在させ、アナロ
グ信号に変換した後、開度コントロール部に入力され
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のように、アクチュエータを手動に
よって点検するものでは、メインテナンス時に１台ずつ
人がチェックしており、メインテナンス費用、メインテ
ナンスの正確さ、容易さ等については、費用が嵩み、し
かもメインテナンスそのものも不正確で且つ多大な労力
を要し、困難なものであり、問題点を有している。

また、従来用いられている上記のような弁駆動用アクチ
ュエータは、電磁リレーを中心とした制御機構を有して
いるために、構成も簡単であり、単体として弁駆動用ア
クチュエータを操作するのは容易であるという利点はあ
るが、反面、リミットスイッチ、トルクスイッチ等と電
磁リレーとの組み合わせから成る制御部であるために、
それは単に与えられた入力信号に応じて弁開度を設定す
る機能を有するにすぎない。

また、弁駆動用アクチュエータの置かれた環境に応じて
弁開度を迅速に調節しようとする場合にあっても、すべ
ての環境信号を外部に別置きされた上位コンピュータ即
ち中央制御装置へ送り、そこからの指令を受けて弁開度
を制御する必要があり、それは、アナログ制御信号によ
る送受信であることもあって制御数が多くなるのに応じ
て信号回線も多くなり、更に、中央制御装置と弁駆動用
アクチュエータとが遠く離れている場合には、信号の送
受信中に雑信号が混入し誤動作の恐れがあった。

更に、制御指令はすべて別置きの中央制御装置から送信
されるため、弁駆動用アクチュエータのメンテナンスの
ため、そのうちの１台の弁駆動用アクチュエータを停止
するような場合でも、中央制御装置を停止する必要があ
り、結果として、すべての弁駆動用アクチュエータを停
止しなければならなかった。更に、用いられるリレース
イッチはすべてメカニカルなものであるために、制御部
が大型化し、結果として弁駆動用アクチュエータ自体が
大型化していた。

そこで、この発明の目的は、上記のような問題点を解決
することであり、流路に設置された弁を駆動する弁駆動
用アクチュエータのトルク検出システムに関し、シリア
ルデータ伝送系を用いて中央制御（中央情報処理システ
ム）用コンピュータと直接接続して情報を交換し、且つ
分散処理を可能した電子制御装置内蔵型の弁駆動用アク
チュエータ、言い換えれば、内部に演算回路即ち演算コ
ントローラを有するものであり、弁駆動用アクチュエー
タから外部コンピュータに転送されたトルク値に基づく
弁のトルク値の負荷の経過変化を観察し、その負荷の変
化が弁のトルク値の定常状態の負荷より幾ら増加したか
によってメインテナンスを行う時期を予測できるので、
極めて簡単に且つ正確にメインテナンスを行うことがで
きると共に、安価にメインテナンスを行うことができる
弁駆動用アクチュエータのトルク検出システムを提供す
ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するために、次のように
構成されている。即ち、この発明は、流路に設置された
弁を駆動するアクチュエータ出力軸に連結された減速機
部、及び該減速機部に設けたトルク検出機構を有する弁
駆動用アクチュエータにおいて、前記トルク検出機構で
検出されたトルク値を前記弁駆動用アクチュエータに設
けた演算コントローラによって前記弁のバルブ口径及び
前記減速機部の減速機の機種に対応して補正演算して前
記弁駆動用アクチュエータの正確なトルク値を検出し、
前記演算コントローラによって補正演算された前記トル
ク値のトルク値信号を外部コンピュータにデータ転送す
ることを特徴とする弁駆動用アクチュエータのトルク検
出システムに関する。

また、この弁駆動用アクチュエータのトルク検出システ
ムでは、１台の前記演算コントローラに別の前記各弁駆
動用アクチュエータの前記演算コントローラをディジタ
ルシリアル回線で結合して複数台の前記弁駆動用アクチ
ュエータのトルク値を検出するものである。

〔作用〕

この発明は、上記のように構成されており、次のように
作用する。即ち、この弁駆動用アクチュエータのトルク
検出システムは、弁駆動用アクチュエータにおける減速
機部にトルク検出機構を設け、前記弁駆動用アクチュエ
ータに対して演算コントローラによりトルク値を補正演
算して前記弁駆動用アクチュエータのトルク値を検出
し、該トルク値信号を外部コンピュータにデータ転送し
たので、前記弁駆動用アクチュエータが正常に機能して
いるかどうかを弁体に掛かるトクル値即ち負荷によって
簡単に検知することができ、しかも前記演算コントロー
ラによって各前記弁駆動用アクチュエータ毎に正確に、
安価に且つ容易にトルク値を補正して検知することがで
きる。

しかも、中央制御装置側のコンピュータのシリアルデー
タ信号（ディジタル信号）により直接弁制御が可能とな
るのに加え、前記演算コントローラは、前記弁駆動用ア
クチュエータの設置場所近傍における流量、温度等の環
境変化に伴う制御は、必要に応じ、信号を中央側へ送信
することなく、前記弁駆動用アクチュエータ内の演算回
路で処理し制御することが可能となる。また、前記弁駆
動用アクチュエータ本体の小型軽量化に加え、上位コン
ピュータ即ち前記中央制御装置側の負担をも軽減した構
成によって弁開度等のシステム的制御を行うことが可能
となると共に、前記弁駆動用アクチュエータのメインテ
ナンスについては、前記トルク検出機構によって検出し
たトルク値を前記演算コントローラによって前記弁駆動
用アクチュエータ毎の補正演算を行い、自己チェックを
行うことができ、異常の場合にはディジタルシリアル回
線を通じて検知することができ、メインテナンスの時間
と労力を大幅に改善することができる。

更に、この弁駆動用アクチュエータのトルク検出システ
ムは、１台の前記演算コントローラに別の各前記弁駆動
用アクチュエータの前記演算コントローラをディジタル
シリアル回線で結合して複数台の前記弁駆動用アクチュ
エータのトルクを検出することもできる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による弁駆動用アクチ
ュエータのトルク検出システムの一実施例を詳述する。

第１図において、この発明による電子制御装置内蔵型の
弁駆動用アクチュエータが符号１によって全体的に示さ
れている。図示しない汎用コンピュータ等のホストコン
ピュータ（中央制御装置）からのシリアルデータ信号は
外部データ受信部であるシリアルインタフェース部に入
力し、演算コントローラ３で所定のデータ処理が行われ
る。

演算コントローラ３については、第５図に示している。
該演算コントローラ３からの出力信号はソリッドステー
トリレーに送られ、該信号に応じ、モータ４が所要の回
動を行い減速機５を介して流路である管路８に設置され
た弁６の弁体の開度を制御できる。弁６の駆動による弁
開度即ち移動量は減速機５に設けた弁位置検出器等のセ
ンサー７を介して演算コントローラ３へフィードバック
される。この弁位置検出器等のセンサー７は、弁６の全
閉から全開までの位置をアクチュエータ内部から機構と
して取り出し、検出器を付加して作動させるものであ
る。

減速機５の内部に、トルク検出機構２を設ける。トルク
検出機構２は、アクチュエータ出力軸即ちトルク検出軸
に取り付けられたポテンシオメータ（即ち、回転角とセ
ンサー出力値が比例する検出器によりトルク値検出を連
続的に行うもの）、ロータリエンコーダ、差動トランス
等である。一般に、トルク検出機構２については、弁６
に負荷がかかると、減速機部におけるウオームギヤが軸
方向に移動し、この移動量をトルクスイッチ機構を使用
して回転動作に変換し、それをトルク検出器で検出する
ものである。

ところで、第２図に示すように、アクチュエータに組み
込まれた減速機のタイプ即ち減速機本体機種、各バルブ
口径等によってトルク値の絶対値即ちトルク値曲線が相
違している。即ち、横軸に弁位置検出器等の開度センサ
ーの出力Ｐを、縦軸にトルクＴをプロットすると、各弁
の口径、減速機のタイプ等によってトルク値曲線は符号
a,b,cで示すように、特性即ち管理すべき基本特性が相
違している。

そこで、アクチュエータ出力軸22から得た弁位置検出器
等のセンサー７のトルク値は、演算コントローラ３のA/
Dコンバータ（アナログディジタルコンバータ）17にフ
ィードバックし、次いで、演算コントローラ３のCPU即
ち演算部15によって該トルク値に基づいて減速機本体機
種別にアクチュエータ自体が有する誤差を自動補正し
て、正式のトルク値即ち正確なトルク値として外部コン
ピュータへ出力即ち転送する。

この正確なトルク値は、演算コントローラ３のシリアル
インプットアウトプット即ちSIO部14から図示していな
いホストコンピュータ（中央制御装置）即ち外部コンピ
ュータ（言い換えれば、上記コンピュータ）にディジタ
ルシリアル回線を通じてデータ転送される。また、パラ
レルインプットアウトプット即ちPIO20を通じて表示器2
1に表示される。ここにおいて、モータ４、減速機５、
弁６等のメカニカルな部分は、公知の弁駆動用アクチュ
エータに用いられているものと同様のものであるので特
に説明は行わない。第１図に示すものにおいては、管路
８に流量計が設けられており、流量計から信号はA/Dコ
ンバータを介して演算コントローラ３へフィードバック
している（図示省略）。

第３図及び第４図において、弁駆動用アクチュエータが
複数台存在する場合のシステムの例を示す。まず、第３
図に示す例については、各々の弁6A,6B,6Cを駆動する弁
駆動用アクチュエータ1A,1B,1Cをディジタルシリアル回
線９によって順次に接続し、その内の１台の弁駆動用ア
クチュエータ1Aの演算コントローラに集めて、該演算コ
ントローラをディジタルシリアル回線11を通じて汎用コ
ンピュータ10に接続し、該汎用コンピュータ10に解析さ
せるものである。

第４図に示す例については、複数台の弁駆動用アクチュ
エータを１台の演算コントローラに管理させるものであ
り、各々の弁6D,6E,6Fを駆動する弁駆動用アクチュエー
タ1D,1E,1Fについて、各弁駆動用アクチュエータ1D,1E,
1Fの演算コントローラ3Aを別置きにして、該演算コント
ローラ3Aに弁駆動用アクチュエータ1D,1E,1Fのトルク検
出機構からのトルク値を入力し、別の弁駆動用アクチュ
エータの複数の演算コントローラ3G……をディジタルシ
リアル回線12で結合し、汎用コンピュータ10に送り込
み、該汎用コンピュータ10によって解析させるものであ
る。

また、弁駆動用アクチュエータ１の自己診断について
は、アクチュエータ側からでも解析処理用の汎用コンピ
ュータ側からでも指令が出せるシステムに構成されてい
る。更に、弁駆動用アクチュエータ１の自己診断につい
ては、トルク値の他、アクチュエータの開度状況、モー
タ動作状況等もトルク値と同様に出力することができ
る。

第５図は、第１図におけるシリアルインターフェイス部
及び演算コントローラ３のブロック図を示している。中
央制御装置からの信号はパラレルインプットアウトプッ
ト即ちPIO20に入力する。また、弁駆動用アクチュエー
タ１側近傍の諸情報はアナログディジタルコンバータ即
ちA/Dコンバータ17に入力している（第１図に示す例に
あってはトルク検出機構２からの信号）。それらの信号
はRAM19に蓄積されると共に、ROM16内の所定のプログラ
ムに対応してCPU15にて所要の演算が行われ、その結
果、RAM19の値を変えつつ、SIO即ち出力ポート14からデ
ィジタルシリアル回線を通じて中央制御装置へデータ転
送される。

次に、この発明による弁駆動用アクチュエータのトルク
検出システムの作動の概略を、第６図に示すフローチャ
ートを参照して説明する。

この発明による弁駆動用アクチュエータのトルク検出シ
ステムの作動を開始する場合に、まず弁駆動用アクチュ
エータ１の点検が必要か否かを判断し（ステップ61）、
必要でない場合には処理を終了し、必要な場合には弁駆
動用アクチュエータ１に点検指令を出す（ステップ6
2）。該指令に基づいて弁駆動用アクチュエータ１自身
即ち弁駆動用アクチュエータ１に内蔵（場合によっては
別置きタイプ）の演算コントローラ３が作動してチェッ
ク動作をする（ステップ63）。その結果は、弁駆動用ア
クチュエータ１の正確なトルク値としてディジタルシリ
アル回路を通じてデータ転送され、汎用コンピュータ等
の上位コンピュータによって解析される。

そこで、所定の正常なトルク値範囲内であるか否かを判
断し（ステップ64）、正常な即ち良好な動作の場合には
処理は終了し、弁駆動用アクチュエータ１の動作異常即
ちトルク値異常の場合には、異常出力を発する（ステッ
プ64）。この異常出力は異常信号となって弁駆動用アク
チュエータのSIO14からディジタルシリアル回線を通じ
て上位コンピュータへ送られる（ステップ66）。弁駆動
用アクチュエータ１からの該異常データを記録する（ス
テップ67）と共に、その異常に応じて、メーカ等に依頼
して現場にて弁駆動用アクチュエータ１の保守点検を行
う。

〔発明の効果〕

この発明による弁駆動用アクチュエータのトルク検出シ
ステムは、上記のように構成したので、次のような効果
を有する。即ち、この弁駆動用アクチュエータのトルク
検出システムは、弁駆動用アクチュエータにおける減速
機部にトルク検出機構を設け、前記弁駆動用アクチュエ
ータに対して演算コントローラによりトルク値を補正演
算して前記弁駆動用アクチュエータのトルク値を検出
し、該トルク値信号を外部コンピュータにデータ転送し
たので、弁駆動用アクチュエータが正常に機能している
かどうかを弁体に掛かるトルク値によって簡単に検知す
ることができ、しかも前記演算コントローラによって各
弁駆動用アクチュエータごとに正確に、安価に且つ容易
にトルク値を補正して検知することができる。

しかも、減速機部にトルク検出機構を設けることによっ
てシステムそのものを極めてコンパクトに構成すること
ができ、更にコンピュータを用いた中央情報処理システ
ム下にある種々の管路制御システムに用いられる前記弁
駆動用アクチュエータとして有効に用いることができる
ものであり、前記弁駆動用アクチュエータ自体が正常運
転が可能な状態か否かを自己チェックでき、メインテナ
ンス、情報の集中化、制御の分散化等に特に適したもの
である。

また、中央制御装置のコンピュータのシリアルデータ信
号（ディジタル信号）により直接弁制御が可能となるの
に加え、前記弁駆動用アクチュエータの設置場所近傍に
おける流量、温度等の環境変化に伴う制御は、必要に応
じ、信号を中央側へ送信することなく前記弁駆動用アク
チュエータ内の演算回路即ち前記演算コントローラで処
理し制御することが可能となり、前記弁駆動用アクチュ
エータ本体の小型軽量化に加え、中央制御装置側の負担
をも軽減した構成によって弁開度のシステム的制御を行
うことが可能となる。

特に、前記弁駆動用アクチュエータのメインテナンスに
ついては、前記トルク検出機構によって検出したトルク
値を前記演算コントローラによって前記弁駆動用アクチ
ュエータ毎の補正演算をし、自己チェックを行うことが
でき、しかも異常信号はディジタルシリアル回線を通じ
て中央制御装置にデータ転送されて検知されるので、前
記弁駆動用アクチュエータのメインテナンスの時間と労
力を大幅に短縮し、及び労力の節減ができ、メインテナ
ンス経費を大幅に低減できる。

更に、前記弁駆動用アクチュエータのトルク検出システ
ムは、１台の演算コントローラに別の各弁駆動用アクチ
ュエータの演算コントローラをディジタルシリアル回線
で結合して複数台の前記弁駆動用アクチュエータのトル
クを検出することもできるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による弁駆動用アクチュエータのトル
ク検出システムの概要説明図、第２図は減速機本体の機
種別の弁位置検出器等のセンサー出力とトルクの関係を
示すグラフ、第３図はこの発明の弁駆動用アクチュエー
タが複合台存在する場合のシステムの一例を示すブロッ
ク図、第４図はこの発明の弁駆動用アクチュエータが複
数台存在する場合のシステムの別の例を示すブロック
図、第５図は演算コントローラの一例を示すブロック
図、第６図はこの発明による弁駆動用アクチュエータの
トルク検出システムの作動を示すフローチャート、及び
第７図は従来の弁駆動用アクチュエータのトルク検出シ
ステムの作動の一例を示すフローチャートである。 1,1A,1B,1C,1D,1E,1F……弁駆動用アクチュエータ、２
……トルク検出機構、３、3A,3B……演算コントロー
ラ、４……モータ、５……減速機、６、6A,6B,6C,6D,6
E,6F……弁、７……弁位置検出器等のセンサー、８……
パイプライン、9,11,12……ディジタルシリアル回線、1
0……汎用コンピュータ、22……アクチュエータ出力
軸。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路に設置された弁を駆動するアクチュエ
   ータ出力軸に連結された減速機部、及び該減速機部に設
   けたトルク検出機構を有する弁駆動用アクチュエータに
   おいて、前記トルク検出機構で検出されたトルク値を前
   記弁駆動用アクチュエータに設けた演算コントローラに
   よって前記弁のバルブ口径及び前記減速機部の減速機の
   機種に対応して補正演算して前記弁駆動用アクチュエー
   タの正確なトルク値を検出し、前記演算コントローラに
   よって補正演算された前記正確なトルク値のトルク値信
   号を外部コンピュータにデータ転送することを特徴とす
   る弁駆動用アクチュエータのトルク検出システム。
2. 【請求項２】１台の前記演算コントローラに別の前記各
   弁駆動用アクチュエータの前記演算コントローラをディ
   ジタルシリアル回線で結合して複数台の前記弁駆動用ア
   クチュエータのトルク値を検出することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の弁駆動用アクチュエータの
   トルク検出システム。