JP2004257419A

JP2004257419A - Valve actuator with self-diagnosis function

Info

Publication number: JP2004257419A
Application number: JP2003045959A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Mori; 正和森; Naoki Tani; 直樹谷
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP4118701B2

Abstract

【課題】このバルブアクチュエータは，各種センサの状態データに基づいてバルブによる流路の開閉状態を制御し，装置自体の劣化状態等を自己診断して雌ねじ，シール等の部品の交換時期や作動状態を予測し，保守メンテナンスを行う。
【解決手段】このバルブアクチュエータは，各種センサからの状態データの測定値を表示し，測定値が設定値６１から外れた情報に応答して制御回路６で処理して部品交換修理，警報等の状態出力３５を表示し，各測定値に応答して客先制御装置（コントローラ）４０Ａによってバルブ５による流路の開閉作動を制御する。
【選択図】図１This valve actuator controls the opening / closing state of a flow path by a valve based on state data of various sensors, performs self-diagnosis of a deterioration state and the like of a device itself, and replaces a component such as a female screw or a seal or operates. And perform maintenance.
The valve actuator displays a measured value of status data from various sensors, processes the measured value in a control circuit 6 in response to information deviating from a set value 61, and performs a part replacement repair, an alarm, etc. The status output 35 is displayed, and the customer control device (controller) 40A controls the opening / closing operation of the flow path by the valve 5 in response to each measured value.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，例えば，流路を開閉するのに設けられた水門，扉体，ゲート，弁体等（総称をバルブという）のバルブを上下移動させるバルブアクチュエータに関し，特に，バルブの位置検出，トルク検出等の運転状態，雌ねじの摩耗状態等の駆動系状態を監視することができる自己診断機能を持つバルブアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，水路，浄水場，発電所，河川等の流体が流れる流路には，流路を開閉して流量を制御するためのゲート，水門，扉体，弁体等のバルブが設けられ，該負荷体を作動するためバルブアクチュエータが使用されている。バルブを駆動するためのバルブアクチュエータは，コントローラを用いて制御する中央情報システム化に向かうと共に，バルブ開閉の制御のうち簡単な一部の制御を行うことができるコントローラを設けたものが知られている（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
従来，弁駆動用アクチュエータ装置におけるねじ摩耗量検出装置として，基準ねじを設けて使用するねじとのギャップを検出し，それによって雌ねじの摩耗量を検出していた。或いは，ねじ摩耗量検出装置として，ねじの負荷トルクカーブを検出し，ねじのギヤップの増加によるトルクの変化から雌ねじの摩耗量を計算して求めていた。該雌ねじ摩耗量検出装置は，ハウジングに回転可能に取り付けられたスリーブ，該スリーブにスプライン嵌合した雌ねじ部材，該雌ねじ部材に噛合し且つ軸方向に移動可能な雄ねじ付きスピンドル，該スピンドルの負荷がかからない状態で前記スピンドルに回転可能に取り付けられ且つ前記雌ねじ部材と一体に回転すると共に前記雌ねじ部材の摩耗量に対応する軸方向の移動に従って軸方向下向きに移動可能なモデル雌ねじ，該モデル雌ねじの外周に形成された環状溝に嵌入するベアリングを取り付け且つ前記ハウジングに固定されたガイドピンに案内されて前記モデル雌ねじの軸方向の移動に対応して軸方向にのみ移動できる移動ブロック，及び前記雌ねじ部材の雌ねじの摩耗量に対応する前記移動ブロックの移動距離を検出する差動変圧器でなる移動量センサーから構成されているものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００４】
また，弁装置において，運転中に異常の兆候把持と異常箇所を特定し，修理部位の特定，電動弁の点検範囲の限定，及び異常兆候の判定を行う異常診断及び劣化予測装置は知られている。該異常診断及び劣化予測装置は，駆動部に設けた駆動力センサを診断装置に接続し，駆動部に対する供給エネルギを検出するエネルギセンサ，及び弁装置の振動を検出する振動センサを弁装置に仮設的に取り付け，これらのセンサから出力される検知信号をデータ変換ユニットにおいて所定の信号に変換し，診断項目毎の許容値及び診断結果を含むメンテナンス記録に照らして診断項目毎に診断データ情報の解析診断処理を行って，正常又は異常を判断し，更に劣化予測を行わせるものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１０７２５４号公報（第２，３頁，第６図）
【特許文献２】
実公平８−９６０３号公報（第１頁，第２図）
【特許文献３】
特開２００２−１３０５３１号公報（第１頁，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来のねじ摩耗量検出装置等の異常診断及び劣化予測装置について，例えば，基準ねじを用いてギャップを検出するタイプのものは，基準ねじを高精度に作製しなければならないと共に，該基準ねじを組み込むため複雑な構造を必要とし，コスト高になるという問題があった。又は，ねじの負荷トルクカーブを検出し，ねじのギヤップの増加によるトルクの変化から雌ねじの摩耗量を計算するねじ摩耗量検出装置は，雌ねじの摩耗をトルク波形で分析する場合に，正常時のトルク波形との間の相違が分かり難く，高精度に雌ねじの摩耗を検出できないという問題があった。
【０００７】
また，従来のねじ摩耗量検出装置については，主駆動ねじの外にスプリングで張りを与えた副ねじを設け，主駆動ねじとの距離を検出してねじの摩耗量を検出するものであり，主駆動ねじと副ねじとの間の距離を測定するのが困難である上に，機械式では構造が複雑になり，各部材に高加工精度を要求され，また，距離検出によるねじ摩耗検出では，ねじの摩耗粉が部材間にかみ込んで悪影響を受け易く，検出される精度に信頼性が持てないという問題がある。また，上記の弁装置におけるステムブッシュ摩耗量によるガタの量を検出する装置は，トルク曲線からギャップの空転量を推定して算出するものであり，即ち，出力速度は想定であり，正確なねじ摩耗量を検出できないものであり，また，トルクセンサ（距離センサ，歪みゲージ）は，ギヤケース内部に組み込む構成であり，簡単に組み込むことができず，現場での改造作業が困難である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，水門，扉体，弁体，ゲート等のバルブを操作するスピンドルをステムブッシュによって上下運動可能に駆動するバルブアクチュエータにおいて，例えば，バルブ位置リミット，トルクリミット等のリミット検出，ハウジング内部の温湿度検出，ステムブッシュの雌ねじの摩耗量検出，モータや電子部品の状態データによる劣化予測，駆動系部品等の摩耗劣化，モータの駆動電流の状態データ等を電気的に検出して監視して自己診断すると共に，それらの情報に対応してコントローラによって装置自体を正常化の処理をしたり，上記情報に対応して部品交換処理等を促すことができる自己診断機能を持つバルブアクチュエータを提供することである。
【０００９】
この発明は，流路を開閉するためのバルブが取り付けられ且つ前記バルブによる前記流路の開閉作動させるためハウジングに上下移動可能に支持されたスピンドル，該スピンドルに設けられた雄ねじに螺合する雌ねじを備え且つ前記ハウジングに回転可能に支持されたステムブッシュ，該ステムブッシュを回転駆動して前記スピンドルを上下移動させるため前記ステムブッシュに固定されたウォームホイールと該ウォームホイールに噛み合って駆動手段からの回転が伝達されるウォームとを有する伝達装置を有するバルブアクチュエータにおいて，
状態データの予め決められた所定の設定値を設定する設定器；前記状態データの測定値をそれぞれ検出する各種センサ；前記測定値と前記設定値とを比較判断して前記測定値が前記設定値から外れた情報に応答して部品交換修理，警報等の処理を発する制御回路；前記センサによる前記測定値を表示すると共に前記制御回路から発せられた前記処理を表示する表示装置；前記設定器，前記制御回路，前記表示装置及び前記制御回路に接続された通信ユニットを備えたコントロール基板；並びに前記通信ユニットを通じて前記測定値を表示すると共に前記情報に対応して前記制御回路を通じて前記駆動手段を作動させるコントローラ；を有することを特徴とする自己診断機能を持つバルブアクチュエータに関する。
【００１０】
前記状態データを検出する各種の前記センサは，バルブ位置を検出して前記バルブの前記流路の開度を検出するため前記スピンドルの回転数を検出すると共に前記回転数を積算するエンコーダを備えた回転数センサ，前記スピンドルに負荷されるトルクを検出するトルクセンサ，前記駆動手段であるモータと前記コントロール基板の領域の温度を検出する温度センサ，前記バルブアクチュエータの内部の湿度を検出する湿度センサ，前記バルブアクチュエータの振動を検出する振動センサ，及び前記回転数センサと前記トルクセンサとを利用して前記ステムブッシュの前記雌ねじの摩耗を検出する雌ねじ摩耗センサ，及び前記モータを駆動する起動電流を検出して運転回数を検出する電流センサを含んでいる。
【００１１】
前記制御回路は，前記回転数センサ，前記トルクセンサ，前記温度センサ，前記湿度センサ，前記振動センサ及び前記雌ねじ摩耗センサのそれぞれの測定値，並びに前記電流センサの測定値に応答して異常測定値に対して異常信号を出力すると共に，前記通信ユニットを通じて前記コントローラとの情報交換をして前記コントローラからの指令によって前記制御回路を通じて前記駆動手段を作動させるものである。
【００１２】
前記雌ねじ摩耗センサは，前記ウォームの軸方向の移動量に従って得られたトルク曲線に基づいて前記雄ねじと前記雌ねじとの間のギャップ量を決定すると共に，決定された前記ギャップ量に対応する前記ステムブッシュの回転数を検出し，前記ステムブッシュの前記回転数に前記雌ねじのピッチを乗じる演算をして前記雌ねじの摩耗量を検出する。
【００１３】
前記表示装置は，前記状態データを測定した前記測定値，前記状態データの予め決められた前記設定値，及び部品の故障データや異常の各種の情報を表示するＬＣＤである。
【００１４】
前記コントローラは，客先制御装置，パソコン及び無線式リモコンである。また，前記コントローラは，前記温度センサによる測定値によって前記駆動手段であるモータ，電気部品の劣化を予め決められたデータに基づいて予測制御する。更に，前記コントローラは，前記湿度センサによる測定値によって前記バルブアクチュエータに設けられたヒータの配線不良，カバー取り付け不良，カバー内への浸水状況を予め決められたデータに基づいて予測制御できる。
【００１５】
このバルブアクチュエータは，上記のように構成されているので，各種のセンサにより取り込んだデータにより，状態監視が可能になり，例えば，起動回数検出によって摺動部品，各部分に設けたシールの寿命を予測でき，トルク検出によってバルブやアクチュエータの状態を監視でき，温度検出によって温度状況が原因で発生するモータ，電気部品の劣化を防止でき，湿度検出によって配線不良，カバートルク不良，浸水検出を予測でき，エンコーダとトルクセンサの組み合わせでステムブッシュの雌ねじの摩耗を検出できる。自己診断機能で表示監視したデータに基づいて，客先のコントローラによって状態監視保全即ち対策のための駆動制御，部品交換等を容易に行うことができる。また，このバルブアクチュエータは，コントロール基板を搭載しており，外部との通信が可能になり，動作制御，状態監視が１台のコントローラで複数のバルブアクチュエータを制御することができる。このバルブアクチュエータは，表示装置によってバルブ動作状態，設定状態，故障表示等が容易に監視できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による自己診断機能を持つバルブアクチュエータの実施例を説明する。このバルブアクチュエータは，図１と図３に示すように，例えば，水路，浄水場等の流路に接続したハウジング３に固定された流路管１６，流路管１６の流路４を開閉するため配設されたゲート，水門，扉体，弁体等の負荷体であるバルブ５を取り付け且つハウジング３に上下移動可能に支持されたスピンドル１，スピンドル１に設けられた雄ねじ１０に螺合する雌ねじ１１を備え且つハウジング３に回転可能に支持されたステムブッシュ２，及び雌ねじ１１を回転駆動してスピンドル１を上下移動させるためステムブッシュ２に駆動装置であるモータ１２からの回転をスピンドル１に伝達するギヤ２４Ａ，２４Ｂ，ウォームギヤ，減速機，クラッチ２７等から成る伝達装置２４を有する。伝達装置２４におけるウォームギヤは，雌ねじ１１を回転駆動してスピンドル１を上下移動させるため，ステムブッシュ２に固定されたウォームホイール８と，ウォームホイール８に噛み合って駆動手段からの回転が伝達されるウォーム９を有している。
【００１７】
ハウジング３は，複数のハウジング部材から成り，バルブ５の駆動系を収容するため，例えば，ステムブッシュ２を回転可能に支持するためフランジ部２５や支持段部２６等が設けられている。ハウジング３のフランジ部２５や支持段部２６には，スラスト軸受等の軸受２１が介在され，ハウジング３に軸受２１を介してステムブッシュ本体２０が回転可能に配設されている。ステムブッシュ本体２０の嵌合部１９には，雌ねじ１１を備えたステムブッシュ２がスプラインやキーによって固定されている。また，ステムブッシュ本体２０の外周部にはウォームギヤを構成するウォームホィール８がスプライン，キー，圧入等によって固定されている。従って，このバルブアクチュエータは，ウォームホィール８，ステムブッシュ本体２０及びステムブッシュ２が駆動装置から伝達装置２４を通じて回転されるウォーム９によって一体構造で回転される構造に構成されている。ハウジング３には，流路４の水等の流体が伝動装置２４や雌ねじ１１へ侵入しないようにシールするため，スピンドル１が挿通するリング状のグランドパッキン１５がハウジング３の支持段部２３に配設され，グランドパッキン１５が押さえ部材２２でハウジング３に固定されている。このバルブアクチュエータは，上記の構成によって，ステムブッシュ２が回転することに応じて，雌ねじ１１が回転し，雌ねじ１１の回転によって雄ねじ１０が雌ねじ１１に沿って上下移動し，スピンドル１が上下移動する。流路管１６には，バルブ５が嵌合するバルブ嵌入部１８が形成され，バルブ５がバルブ嵌入部１８に嵌合して流路４が閉鎖され，また，図３のように，バルブ５が上昇した位置では流路４は開放状態になる。
【００１８】
このバルブアクチュエータは，図１〜図３に示すように，その状態データを検出するため設けられた各種センサ，即ち，バルブ位置を検出するためスピンドル１の回転数を検出すると共に回転数を積算するエンコーダを備えた回転数センサ７，スピンドル１に負荷されるトルクを検出するトルクセンサ２８，駆動手段であるモータ１２とコントロール基板３０の領域の温度を検出するサーミスタ等から成る温度センサ３３，３４，バルブアクチュエータの内部の湿度を検出する湿度センサ３６，バルブ５の流路４の開度を検出するバルブ開度センサ，バルブアクチュエータの振動を検出する振動センサ３７及びステムブッシュ２の雌ねじ１１の摩耗を検出する雌ねじ摩耗センサ，及びモータ１２を駆動する起動電流を検出して運転回数を検出する電流センサ３２である。
【００１９】
このバルブアクチュエータは，自己診断機能を有するものであり，図２に示すように，コントロール基板３０に制御回路６と表示装置１７を備えている。このバルブアクチュエータは，上記の各種のセンサで検出されたそれぞれの検出値即ち測定値が制御回路６に入力され，制御回路６で処理されて表示装置１７で表示する。制御回路６は，上記状態データのそれぞれの前記測定値を予め設定されたそれぞれの設定値６１における限界値とを比較器６０で比較演算して測定値が設定値６１から外れた情報に応答して部品交換修理，警報等の処理指令を発する。図１に示すように，客先制御装置でなるコントローラ４０Ａは，上記の各種のセンサの測定値に応答して駆動手段であるモータ１２を駆動してバルブ５による流路４の開閉状態を変更する。また，このバルブアクチュエータでは，上記の各種のセンサの測定値に応答してコントローラ４０Ａの指令によって駆動手段であるモータ１２を駆動してバルブ５による流路４の開閉状態を変更する。制御回路６は，上記状態データのそれぞれの測定値を予め設定されたそれぞれの設定値６１における限界値とを比較器６０において比較演算して測定値が設定値６１の範囲内である情報に応答してそのままの運転状態での作動維持処理を表示する。
【００２０】
客先制御装置でなるコントローラ４０Ａは，各種のセンサの測定値に応答して駆動手段であるモータ１２を駆動してバルブ５による流路４の開閉状態を変更する次動作へ続行する作動維持処理指令を発して制御を行なうことができる。コントローラ４０は，客先制御装置４０Ａの他に，パソコンモニタ６５及び／又は電波無線リモコン（リモートコントロール，ワイヤレスモニタ）６４を含むものである。即ち，このバルブアクチュエータは，コントローラ４０や客先制御装置４０Ａによって各種の状態データの設定や調整，或いは駆動手段を作動させることができるものである。コントローラ４０は，複数のバルブアクチュエータにそれぞれ設けられたコントロール基板３０に接続され，各バルブアクチュエータの運転状態をそれぞれ監視したり，設定制御することができる。即ち，１つのコントローラ４０は，複数のバルブアクチュエータを制御することができる。また，表示装置１７は，バルブアクチュエータの状態データ，各種の設定値の設定状態，及びバルブアクチュエータの部品の故障データを表示することができる。また，コントローラ４０は，制御回路６に接続された通信ユニット３８を通じて測定値に応答して設定値６１を監視調整することができる。モータ１２，各センサ及び制御回路６は，コントローラ４０Ａ又は現場に設けたスイッチによってターミナルユニット４５を通じて電源から電力が供給されて駆動するように構成されている。
【００２１】
このバルブアクチュエータでは，例えば，制御回路６は，エンコーダから成る回転数センサ７，トルクセンサ２８，モータ１２の温度を検出する温度センサ３３，コントロール基板３０の温度を検出する温度センサ３４，バルブアクチュエータを構成するハウジング３の内部であるコントロール基板３０の電気部品領域の湿度を検出する湿度センサ３６，バルブ５の流路４に対する開度を検出するバルブ開度センサ，バルブアクチュエータの駆動系の振動を検出する振動センサ３７，スピンドル１の雄ねじ１０と噛み合うステムブッシュ２の雌ねじ１１の摩耗を検出する雌ねじ摩耗センサ，及びモータ１２を駆動する電流センサ３２から所定期間毎のデータ３１が入力されるそれぞれの測定値に応答して，測定値を表示交換手段６２を通じてＬＣＤの表示装置１７に表示し，また，制御回路６に接続された通信ユニット３８を通じてコントローラ４０との情報交換をする。従って，コントローラ４０は，通信ユニット３８を通じてバルブアクチュエータの診断内容を確認できると共に，リモートコントロール６４やパソコン６５等によって適正に設定したり，調整したり，また，客先制御装置４０Ａのコントローラによって診断内容を確認してモータ１２を駆動してバルブ５の開閉状態を運転制御することができる。
【００２２】
バルブ５のポジション設定は，スピンドル１の回転数をウォーム軸２９に設けたねじギヤ６８を通じて回転数センサ７を構成するエンコーダによって検出し，バルブ５の位置を検出し，流路４のバルブ５による開閉リミットを正確に且つ容易に検出して設定することができる。エンコーダは，インクリメント型エンコーダを用いており，スリーブ軸即ちウォーム軸２９内の回転を検出することによってバルブ５の位置を状態出力３５として任意に符号４１に示すように出力即ち表示することができる。
【００２３】
電流センサ３２は，モータ電流を検出して起動回数を測定することができるものであり，トリガ値を任意に設定して起動電流とし，モータ起動時に発生する起動電流をカウントし，カウント値を起動回数とする。この時，起動電流は通常電流より高い値になっている。寿命予測は，予め設定した起動回数をオーバした場合に，状態出力３５にアラームを出力する。通常電流値をデータとして記憶して管理し，それらのデータの範囲外になると経年変化した目安にし，例えば，１Ａに設定しておき，経年変化によって電流値が増加した値，例えば，１．７Ａに増加した場合に，通常電流値が予め決めておいた所定の範囲をオーバしたとしてシールの寿命と判断し，制御回路６（ＣＰＵ）において符号４１に示す出力をアラーム出力として発するように構成されている。
【００２４】
また，トルク検出は，ウォーム軸２９にトルクスプリング６７を介して組み込まれたトルクセンサ２８によって正確に且つ容易に検出して設定することができる。トルクセンサ２８は，図６に示すように，ウォーム９の移動量を電気信号に変換して検出し，バルブ５即ちスピンドル１に負荷されるトルクをリニアに検出できる。即ち，トルク検出は，直線形（又は回転形）ポテンショにより，ウォーム９の移動量を検出し，トルク値に換算する。バルブ５の開閉方向に負荷されるトルクの測定値が，予め設定したトルク値をオーバした場合に，状態出力３５のアラームを出力する。トルクデータを記憶して管理しておき（ロジング），それらのデータ範囲外になると，経年変化等でトルクが増加した場合であり，それをシールの寿命と判断し，状態出力３５のアラーム出力をするように構成されている。
【００２５】
更に，モータ１２の温度センサ３３は，モータ巻線温度を常時検出し，モータ異常を検出して焼損等を防止している。温度センサ３３は，モータ巻線に貼りつけたサーミスタによりモータ巻線温度を測定するものである。温度センサ３３による測定値が，予め設定した所定のモータ巻線温度以上になった場合に，トルク／モータ異常と判断し，状態出力３５のアラーム出力をするように構成されている。
【００２６】
また，コントローラ４０は，湿度センサ３６による測定値によってバルブアクチュエータに設けられたヒータの配線不良，ハウジング３を構成するカバー取り付け不良，カバー内への浸水状況を予め決められたデータに基づいて予測制御することができるものである。湿度検出は，ハウジング３即ちアクチュエータ機内に湿度センサ３６を取り付け，機内の湿度を検出するものである。予め設定した所定の湿度，例えば，７０％以上になった場合に，機内に浸水，パッキン不良であると判断し，状態出力３５のアラーム出力をするように構成されている。
【００２７】
また，表示装置１７は，デジタル表示器であるＬＣＤ即ち液晶表示器で構成され，バルブアクチュエータについての各種の設定値と運転状態を表示することができる。バルブアクチュエータは，トルクスイッチ５０とリミットスイッチ５１を有するスイッチユニット６６を通じてバルブ５の開度を表示する指針付きの開度計５２が設けられている。表示装置１７には，バルブ５の運転回数，バルブ５の流路４を開閉する開閉トルク，モータ１２やコントロール基板３０に設けた電気部品の領域の温度及び湿度，雌ねじ１１の摩耗状態を表示すると共に，それらの上下限界値の設定値６１を表示することができる。また，表示装置１７は，電流センサ３２，温度センサ３３，回転数センサ７及びトルクセンサ２８からの各測定値のデータ３１をサンプリングし，それらのデータ３１を表示変換器６２を通じてＬＣＤで表示するように構成されている。回転数センサ７の測定値はパルス／Ｖの変換器６３を通じてデータ３１がサンプリングされる。
【００２８】
また，雌ねじ摩耗センサは，例えば，後述するように，ウォーム９の軸方向の移動量に従って得られたトルク曲線に基づいて雄ねじ１０と雌ねじ１１との間のギャップ量を決定すると共に，決定されたギャップ量に対応するステムブッシュ２の回転数を検出し，ステムブッシュ２の回転数に雌ねじ１１のピッチを乗じる演算をして雌ねじ１１の摩耗量を検出することができる。即ち，雌ねじ１１をバルブ閉側からバルブ開方向に運転した場合に，雌ねじ１１の空転部，ハンマブロー，次いで実負荷の順番でトルク値が変化するが，この変化する時間を検出することによって雌ねじ１１の摩耗量を検出することができる。この時，エンコーダカウント値をとることによって，より正確な動作点が検出でき，測定精度を向上させることができる。ステムブッシュ２の雌ねじ１１は，所定以上の摩耗が発生すると，状態出力３５のアラーム出力し，雌ねじ１１を交換を促す。雌ねじ１１の異常摩耗が発生すると，弁体即ちスピンドル１が落下し，流路４を閉鎖してしまうという危険な状態になるからである。
【００２９】
また，コントローラ４０は，回転数センサ７による測定値によってバルブアクチュエータの部品の摺動部，及び各シールの寿命を予め決められたデータに基づいて予測制御することができるものである。更に，コントローラ４０は，熱電対等から成る温度センサ３３，３４による測定値によって駆動手段であるモータ１２，電気部品の劣化を予め決められたデータに基づいて予測制御することができる。この自己診断機能を持つバルブアクチュエータでは，電流センサ３２による電流の設定値，トルクセンサ２８によるトルクの設定値，雌ねじ摩耗センサによる雌ねじ１１の摩耗量の設定値，温度センサ３３，３４による温度の設定値，及び湿度センサ３６による湿度の設定値は，コントローラ４０の指令で設定器３９によって設定できる。また，状態表示及び記憶データ（ロジングデータ）は，通信ユニット３８を通じてコントローラ４０に出力される。
【００３０】
このバルブアクチュエータの具体的な実施例として，図４に示す横型ハンドル又は図５と図６に示す縦型ハンドルのバルブアクチュエータについて説明する。横型又は縦型ハンドルのバルブアクチュエータは，手動ハンドル４４によってスピンドル１を上下移動させることができるものである。この自己診断機能を持つバルブアクチュエータは，具体的には，リミットスイッチ５１を電気部品であるエンコーダから成る回転数センサ７に換え，また，トルクスイッチ５０をトルクセンサ２８に換えることによって構成することができる。また，縦型の手動ハンドル４４を持つバルブアクチュエータにおける伝達装置２４は，モータ１２又は手動ハンドル４４の駆動手段からの回転を伝達する減速機，ウォームギヤ等を含んでおり，伝達装置２４を通じてステムブッシュ２の雌ねじ１１を回転駆動し，雌ねじ１１に螺合する雄ねじ１０を備えたスピンドル１を上下移動させるものである。
【００３１】
図４の横型の手動ハンドル４４の場合には，手動ハンドル４４を手動で回転させると，手動ハンドル４４に設けたハンドルボス４６が回転し，ハンドルボス４６の回転がクラッチ２７を通じてスプラインでスリーブ４８に回転が伝達され，スリーブ４８の回転によってステムブッシュ２の雌ねじ１１が回転し，それによって雌ねじ１１と噛み合う雄ねじ１０を持つスピンドル１が上下移動し，スピンドル１に固定したバルブ５が流路４を開閉する。また，図５の縦型の手動ハンドル（図示せず）の場合には，手動ハンドルを手動で回転させると，手動ハンドルに設けたハンドルボス４６が回転し，ハンドルボス４６の回転がクラッチ２７を通じてウォーム軸２９が回転し，ウォーム９の回転によってステムブッシュ２の雌ねじ１１が回転し，それによって雌ねじ１１と噛み合う雄ねじ１０を持つスピンドル１が上下移動し，スピンドル１に固定したバルブ５が流路４を開閉する。
【００３２】
このバルブアクチュエータは，コントローラの指令でモータ１２によって自動的にバルブ５を開閉制御したり，また，現場において手動ハンドル４４の手動による回転によって，上記の伝達系を通じて，バルブ５を手動で開閉できるものである。このバルブアクチュエータは，ウォーム９を設けたウォーム軸２９の一端側に歯車伝達系を通じてモータ１２が取り付けられ，ウォーム軸２９の他端側にウォーム９の移動量を検出する位置センサであるリニヤポテンショメータ４９（図６）が取り付けられている。バルブアクチュエータは，流路４の状況，バルブ５の開閉状態等の種々の情報がコントロールユニットによって処理され，バルブ５を取り付けたスピンドル１のトルクはトルクスイッチ５０で検出され，バルブ５の開閉状態はリミットスイッチ５１で検出され，また，バルブ５の開度は開度計５２で表示される。
【００３３】
このバルブアクチュエータにおいて，雌ねじ摩耗センサについては，本出願人に係る出願である特願２００２−３０９６７９号のねじ摩耗量検出装置として詳細に開示されているので，ここではその説明は省略する。勿論，雌ねじ摩耗センサについては，その外のタイプのセンサを適用することもできることは勿論である。ここで，上記のねじ摩耗量検出装置即ち雌ねじ摩耗センサを，図５と図６を参照して概略を説明すると，次のとおりである。
【００３４】
雌ねじ摩耗センサは，例えば，次のようなものを適用できる。ねじ摩耗量センサは，特に，ウォーム９の軸方向の移動量に従って得られたトルク曲線に基づいて雄ねじ１０と雌ねじ１１との間のギャップ量を決定すると共に，決定されたギャップ量に対応するステムブッシュ２の回転数を検出し，ステムブッシュ２の回転数に雌ねじ１１のピッチを乗じる演算をして雌ねじ１１の摩耗量を検出することを特徴としている。また，ステムブッシュ２の回転数は，ステムブッシュ２の外周側に取り付けられたロータリエンコーダ等の回転センサによって検出される。回転センサは，ステムブッシュ２に固定された摺動接点１３にポテンショメータの検出端子１４を対向させることによってステムブッシュ２に簡単に取り付けることができる。更に，ウォーム９の軸方向の移動量に従う電気信号は，図６に示されている位置センサであるリニヤポテンショメータ４９によって検出される。上記のことを数式で表すと，次のとおりである。ねじ摩耗量をΔＡとし，雌ねじ１１のピッチをＰとし，雌ねじ１１の摩耗による雌ねじ１１と雄ねじ１０との間のギャップ量に対応する雌ねじ１１が固定されたステムブッシュ２の回転数を回転角αで表すと，次式になる。即ち，ΔＡ＝Ｐ×（α／３６０）である。
【００３５】
図６に示すように，位置センサであるリニヤポテンショメータ４９は，ハウジング３に固定されたケース５３とケース５３に固定されたカバー５４内に収容されている。リニヤポテンショメータ４９は，カバー５４とケース５３に固定されたプレート５５とによって支持され，その端部にはジョイント５６が取り付けられている。ジョイント５６に設けた軸受５７によって回転可能に支持されたロータシャフト５８は，ウォーム９のウォーム軸２９の端面に当接している。従って，ウォーム９の移動量は，負荷スライド可能に取り付けられたロータシャフト５８とジョイント５６とを介してリニヤポテンショメータ４９の検出端子５９に伝達される。リニヤポテンショメータ４９の検出端子５９の移動量は，電気信号として出力され，コントローラにウォーム９の移動量の情報として入力される。
【００３６】
このバルブアクチュエータは，各種のセンサ７，２８，３２，３３，３４，３６，３７からの測定値の情報が制御回路６に入力され，これらの情報は制御回路６で処理され，所定の字数でデジタル表示する表示装置１７を備えている。また，このバルブアクチュエータでは，本体内にはトランスや可逆器が組み込まれていないが，それらは客先制御装置４０Ａに設けられており，各検出された測定値を判断して客先制御装置４０Ａのコントローラの指示によってバルブ５の制御を行うことができる。この発明でいう自己診断機能は，それ自体ではアクチュエータを作動する機能は有しておらず，自己診断機能で得られた情報によって客先制御装置４０Ａに設けられたトランスや可逆器等によって操作者の指示によってアクチュエータを作動制御するものである。
【００３７】
次に，このバルブアクチュエータの自己診断機能について機器の設定方法を説明する。このバルブアクチュエータは，電源スイッチをＯＮする。バルブアクチュエータの表示装置１７の通常表示を確認する。バルブ５の位置を設定するポジション設定モードについて，バルブ５のポジションの上下限値を設定値６１として設定する。バルブ５の流路４に対する上限値即ち開限値を設定値６１として設定すると共に，バルブ５の流路４に対する下限値即ち閉限値を設定値６１として設定する。これらの開限値と閉限値との設定値６１は，エンコーダやポテンショメータでなる回転数センサ７で検出される。回転数センサ７は，スピンドル１の回転数を累積即ち積算し，バルブアクチュエータの回転数を検出し，摺動部や各部のシールの寿命を予測する状態データとする。また，スピンドル１に設けたバルブ５に掛かるトルクの上限値と下限値を所定の値の設定値６１として設定する。バルブ５を取り付けたスピンドル１の伝達装置２４にかかるバルブ開放時のトルク値とバルブ閉鎖時のトルク値の上限値と下限値を所定の値の設定値６１として設定する。また，モータ１２の温度とコントロール基板３０の領域の温度との上限値と下限値を所定の値の設定値６１として設定する。周囲温度によってモータ１２の焼きつきや電気部品の温度による誤動作等の悪影響を防止するため，上限値と下限値とで所定の温度範囲内に設定値６１として設定する。このバルブアクチュエータでは，ポジション設定，トルク設定及び温度設定にあたっては，例えば，下限設定値が上限設定値を越えないように，下限設定値は，上限設定値の−１００パルスを上限とする制御を行う。このバルブアクチュエータにおいて，表示装置１７で通常表示を確認して所定の設定値６１になっているのであれば，それらの設定を確定し，表示装置１７を通常表示へ戻す。
【００３８】
このバルブアクチュエータでは，表示装置１７に異常表示を表示することができる。例えば，トルク異常が発生すると，バルブ５による流路４の開度表示を継続し且つバルブ５の開閉作動を停止した状態で，異常ＬＥＤを点灯し，異常出力リレーがＯＮし，それによってトルク異常を警報することができ，異常解除時には異常ＬＥＤを消灯し，異常出力リレーがＯＦＦする。モータ１２や電気部品に温度異常が発生すると，トルク異常の場合と同様に，バルブ５による流路４の開度表示を継続し且つバルブ５の開閉作動を停止した状態で，異常ＬＥＤを点灯し，異常出力リレーがＯＮし，それによって温度異常を警報することができ，異常解除時には異常ＬＥＤを消灯し，異常出力リレーがＯＦＦする。このバルブアクチュエータでは，上記の他に，欠相異常，電源の不足電圧，ねじ摩耗の表示，バッテリやエンコーダの異常，通信異常についても同様である。
【００３９】
【発明の効果】
この発明による自己診断機能を持つバルブアクチュエータは，上記のように構成されているので，異常や寿命を事前に検出表示でき，アクチュエータの故障の防止ができ，故障による事故の発生を防止でき，また，摩耗部品の交換では異常の有る部品のみを交換すればよく，定期点検の回数を低減でき，ランニングコストを低減でき，また，自己診断機能により保守メンテナンス時期が確認でき，各センサ等の機器の各種の設定が容易にでき，各種の状態データを確実に設定できるようになり，また，客先のコントローラによるバルブの状態を駆動制御でき，管理費の削減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による自己診断機能を持つバルブアクチュエータの一実施例を示す概略ブロック図である。
【図２】図１のこのバルブアクチュエータの駆動系である制御回路の要部を示す断面図である。
【図３】図１のこのバルブアクチュエータの外観を示す概略図である。
【図４】この発明による横型の手動ハンドルの駆動系を持つバルブアクチュエータを示す概略図である。
【図５】この発明による縦型の手動ハンドルの駆動系を持つバルブアクチュエータを示す概略図である。
【図６】このバルブアクチュエータに設けられたトルクセンサの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１スピンドル
２ステムブッシュ
３ハウジング
４流路
５バルブ
６制御回路
７回転数センサ
８ウォームホィール
９ウォーム
１０雄ねじ
１１雌ねじ
１２モータ
１６流路管
１７表示装置
２８トルクセンサ
２９ウォーム軸
３０コントロール基板
３１データサンプリング
３２電流センサ
３３，３４温度センサ
３５状態出力
３６湿度センサ
３７振動センサ
３８通信ユニット
３９設定器
４０コントローラ
４０Ａ客先制御装置
４１出力
６０比較器
６１設定値
６２表示変換器
６４ワイヤレスモニタ
６５パソコン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve actuator for moving up and down a valve such as a water gate, a door, a gate, a valve, etc. (generally referred to as a valve) provided for opening and closing a flow path. The present invention relates to a valve actuator having a self-diagnosis function capable of monitoring a drive system state such as an operation state such as detection and a worn state of a female screw.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a flow path where a fluid such as a water channel, a water purification plant, a power plant, and a river flows, a gate, a water gate, a door body, a valve body, and other valves for opening and closing the flow path to control the flow rate are provided. A valve actuator is used to operate the load. As for valve actuators for driving valves, there is a trend toward a centralized information system controlled by a controller, and it is known that a controller equipped with a controller that can perform a simple part of valve opening and closing control is known. (For example, see Patent Document 1).
[0003]
Conventionally, as a screw wear amount detecting device in a valve driving actuator device, a reference screw is provided to detect a gap with a screw to be used, thereby detecting a wear amount of a female screw. Alternatively, as a screw wear amount detecting device, a load torque curve of a screw is detected, and a wear amount of a female screw is calculated and obtained from a change in torque due to an increase in screw gap. The female screw wear amount detecting device includes a sleeve rotatably mounted on the housing, a female screw member spline-fitted to the sleeve, a spindle with a male screw meshing with the female screw member and movable in the axial direction, and a load on the spindle. A model female screw that is rotatably attached to the spindle in a state where the female screw member is not applied, rotates integrally with the female screw member, and is capable of moving downward in the axial direction according to an axial movement corresponding to the wear amount of the female screw member; A moving block which is provided with a bearing fitted in an annular groove formed in the housing and is guided by a guide pin fixed to the housing and which can move only in the axial direction in response to the axial movement of the model female screw, and the female screw member Differential transformer for detecting the moving distance of the moving block corresponding to the wear amount of the female screw Are those composed of moving amount sensor made of (for example, see Patent Document 2).
[0004]
In the valve equipment, abnormality diagnosis and deterioration prediction devices that grasp the signs of abnormalities during operation, identify abnormalities, identify repaired parts, limit the inspection range of the motor-operated valve, and judge abnormal signs are known. I have. In the abnormality diagnosis and deterioration prediction device, a driving force sensor provided in a drive unit is connected to a diagnosis device, and an energy sensor for detecting energy supplied to the drive unit and a vibration sensor for detecting vibration of the valve device are temporarily installed in the valve device. The data conversion unit converts the detection signals output from these sensors into predetermined signals, and analyzes the diagnostic data information for each diagnostic item against the maintenance record including the permissible value and the diagnostic result for each diagnostic item. The diagnostic processing is performed to determine whether the state is normal or abnormal, and to further predict deterioration (for example, see Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-107254 (pages 2, 3 and FIG. 6)
[Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 8-9603 (page 1, FIG. 2)
[Patent Document 3]
JP-A-2002-130531 (page 1, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, with regard to conventional devices for diagnosing abnormalities and predicting deterioration such as screw wear amount detectors, for example, those that detect gaps using a standard screw, the standard screw must be manufactured with high precision and the standard There is a problem that a complicated structure is required to incorporate the screw, which increases the cost. Alternatively, a screw wear amount detection device that detects the load torque curve of a screw and calculates the amount of wear of the internal thread from the change in torque due to an increase in the gap of the screw can be used to analyze the wear of the internal screw using a torque waveform. The difference between the torque waveform and the torque waveform is difficult to understand, and there is a problem that the wear of the female screw cannot be detected with high accuracy.
[0007]
In addition, the conventional screw wear amount detector is provided with a secondary screw provided with a spring in addition to the main drive screw, and detects the distance from the main drive screw to detect the screw wear amount. It is difficult to measure the distance between the main drive screw and the auxiliary screw. In addition, the mechanical type has a complicated structure, and requires high processing accuracy for each member. In addition, there is a problem that the abrasion powder of the screw is liable to be adversely affected by biting between the members, and the detection accuracy is not reliable. Further, the device for detecting the amount of play due to the amount of stem bush wear in the valve device described above is a device that estimates and calculates the amount of idling of the gap from the torque curve. The amount of wear cannot be detected, and the torque sensor (distance sensor, strain gauge) is configured to be incorporated inside the gear case, cannot be easily incorporated, and it is difficult to perform a remodeling operation on site.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a valve actuator for driving a spindle for operating a valve such as a sluice, a door, a valve, or a gate so that the spindle can be moved up and down by a stem bush. Internal temperature and humidity detection, detection of wear amount of female screw of stem bush, deterioration prediction based on state data of motor and electronic parts, wear deterioration of drive system parts, motor drive current state data, etc., electrically detected and monitored In addition to a self-diagnosis, a valve actuator having a self-diagnosis function that can perform normalization processing of the device itself by the controller in accordance with the information and prompt parts replacement processing etc. in accordance with the above information To provide.
[0009]
The present invention relates to a spindle mounted with a valve for opening and closing a flow path and supported vertically movably by a housing for opening and closing the flow path by the valve, and a female screw screwed into a male screw provided on the spindle. A stem bush rotatably supported by the housing; a worm wheel fixed to the stem bush for driving the stem bush to rotate and move the spindle up and down; A valve actuator having a transmission having a worm to which rotation is transmitted;
A setter for setting a predetermined set value of the status data; various sensors for respectively detecting the measured values of the status data; comparing and judging the measured values with the set values to determine the measured values as the set values A control circuit for issuing a process such as a component replacement repair or an alarm in response to information deviating from the display; a display device for displaying the measurement value of the sensor and displaying the process issued from the control circuit; A control board including the control circuit, the display device, and a communication unit connected to the control circuit; and displaying the measurement value through the communication unit and operating the driving unit through the control circuit in accordance with the information. A valve actuator having a self-diagnosis function.
[0010]
The various sensors for detecting the state data each include an encoder for detecting the valve position and detecting the rotational speed of the spindle for detecting the degree of opening of the flow path of the valve, and integrating the rotational speed. A rotational speed sensor, a torque sensor for detecting torque applied to the spindle, a temperature sensor for detecting a temperature of a region of the motor as the driving means and the control board, a humidity sensor for detecting humidity inside the valve actuator, A vibration sensor for detecting vibration of the valve actuator, a female screw wear sensor for detecting wear of the female screw of the stem bush using the rotation speed sensor and the torque sensor, and detecting a starting current for driving the motor. And a current sensor for detecting the number of operations.
[0011]
The control circuit includes a measurement value of each of the rotation speed sensor, the torque sensor, the temperature sensor, the humidity sensor, the vibration sensor, and the female screw wear sensor, and an abnormal measurement value in response to the measurement value of the current sensor. And outputs an abnormal signal to the controller, exchanges information with the controller through the communication unit, and activates the driving means through the control circuit according to a command from the controller.
[0012]
The female screw wear sensor determines a gap amount between the male screw and the female screw based on a torque curve obtained according to an axial movement amount of the worm, and determines the stem amount corresponding to the determined gap amount. The number of rotations of the bush is detected, and a calculation of multiplying the number of rotations of the stem bush by the pitch of the female screw is performed to detect a wear amount of the female screw.
[0013]
The display device is an LCD that displays the measured value obtained by measuring the state data, the predetermined set value of the state data, and various pieces of information on component failure data and abnormalities.
[0014]
The controller is a customer control device, a personal computer, and a wireless remote controller. Further, the controller predicts and controls the deterioration of the motor and the electric components as the driving means based on the data measured by the temperature sensor based on predetermined data. Further, the controller can predictively control a wiring failure of a heater provided in the valve actuator, a cover installation failure, and a situation of water infiltration into the cover based on predetermined data based on a value measured by the humidity sensor.
[0015]
Since this valve actuator is configured as described above, it is possible to monitor the status by the data taken by various sensors, for example, to detect the life of the sliding parts and the seals provided in each part by detecting the number of startups. Predictable, can monitor the status of valves and actuators by detecting torque, can prevent deterioration of motors and electrical components caused by temperature conditions by detecting temperature, and can predict wiring failure, cover torque failure, and inundation detection by detecting humidity. The wear of the female screw of the stem bush can be detected by a combination of the encoder and the torque sensor. Based on the data displayed and monitored by the self-diagnosis function, the controller at the customer's site can easily perform state monitoring and maintenance, that is, drive control for countermeasures, component replacement, and the like. Further, this valve actuator has a control board mounted thereon, so that communication with the outside is possible, and operation control and state monitoring can control a plurality of valve actuators with one controller. This valve actuator can easily monitor a valve operation state, a setting state, a failure display, and the like by a display device.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a valve actuator having a self-diagnosis function according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 3, this valve actuator opens and closes a flow path pipe 16 fixed to a housing 3 connected to a flow path of a water channel, a water purification plant, or the like, and a flow channel 4 of the flow channel pipe 16, for example. For this purpose, a valve 5, which is a load body such as a gate, a water gate, a door body, a valve body, and the like, is mounted, and is screwed to a spindle 1 supported on the housing 3 so as to be able to move up and down and an external thread 10 provided on the spindle 1. The stem bush 2 having an internal thread 11 and rotatably supported by the housing 3 and the female bush 11 are rotated to move the spindle 1 up and down. The transmission device 24 includes transmission gears 24A and 24B, a worm gear, a speed reducer, a clutch 27, and the like. The worm gear in the transmission device 24 rotates the female screw 11 to move the spindle 1 up and down, so that the worm wheel 8 fixed to the stem bush 2 and the worm that meshes with the worm wheel 8 to transmit rotation from the driving means. 9.
[0017]
The housing 3 includes a plurality of housing members, and is provided with, for example, a flange portion 25 and a support step portion 26 for rotatably supporting the stem bush 2 for accommodating a drive system of the valve 5. A bearing 21 such as a thrust bearing is interposed between the flange portion 25 and the supporting step portion 26 of the housing 3, and the stem bush body 20 is rotatably disposed on the housing 3 via the bearing 21. The stem bush 2 having the female screw 11 is fixed to the fitting portion 19 of the stem bush body 20 by a spline or a key. A worm wheel 8 constituting a worm gear is fixed to an outer peripheral portion of the stem bush body 20 by a spline, a key, a press fit, or the like. Therefore, this valve actuator is configured such that the worm wheel 8, the stem bush body 20 and the stem bush 2 are integrally rotated by the worm 9 which is rotated from the driving device through the transmission device 24. To seal the housing 3 so that fluid such as water in the flow path 4 does not enter the transmission 24 and the female screw 11, a ring-shaped gland packing 15 through which the spindle 1 is inserted is disposed on the support step 23 of the housing 3. The gland packing 15 is fixed to the housing 3 by a holding member 22. In this valve actuator, the female screw 11 rotates in response to the rotation of the stem bush 2, and the male screw 10 moves up and down along the female screw 11 by the rotation of the female screw 11, whereby the spindle 1 moves up and down. . A valve fitting portion 18 into which the valve 5 is fitted is formed in the flow channel tube 16, and the flow channel 4 is closed by fitting the valve 5 into the valve fitting portion 18, and as shown in FIG. Is raised, the flow path 4 is open.
[0018]
As shown in FIGS. 1 to 3, this valve actuator detects various kinds of sensors provided for detecting its state data, that is, detects the number of revolutions of the spindle 1 and detects the number of revolutions of the spindle 1 to detect the valve position. A rotational speed sensor 7 having an encoder, a torque sensor 28 for detecting a torque applied to the spindle 1, a temperature sensor 33, 34 comprising a thermistor for detecting the temperature of the motor 12 and the control board 30 as driving means; The humidity sensor 36 for detecting the humidity inside the valve actuator, the valve opening sensor for detecting the opening of the flow path 4 of the valve 5, the vibration sensor 37 for detecting the vibration of the valve actuator, and the wear of the female screw 11 of the stem bush 2 are measured. Female screw wear sensor to detect and start current to drive motor 12 to detect the number of operations That is a current sensor 32.
[0019]
This valve actuator has a self-diagnosis function, and includes a control circuit 6 and a display device 17 on a control board 30, as shown in FIG. In the valve actuator, respective detection values, ie, measured values, detected by the above-described various sensors are input to the control circuit 6, processed by the control circuit 6, and displayed on the display device 17. The control circuit 6 compares the measured value of the state data with the limit value at the preset set value 61 in the comparator 60, and responds to the information that the measured value deviates from the set value 61. And issues processing instructions such as replacement and repair of parts and alarms. As shown in FIG. 1, the controller 40A, which is a customer control device, drives the motor 12, which is a driving means, in response to the measurement values of the various sensors described above to change the open / close state of the flow path 4 by the valve 5. I do. Further, in this valve actuator, the motor 12 as a driving means is driven by a command of the controller 40A in response to the measurement values of the various sensors described above to change the open / close state of the flow path 4 by the valve 5. The control circuit 6 compares each measured value of the state data with a preset limit value at each set value 61 in a comparator 60 and responds to the information that the measured value is within the set value 61 range. Then, the operation maintaining process in the operating state as it is is displayed.
[0020]
The controller 40A, which is a customer control device, drives the motor 12, which is a driving means, in response to the measured values of various sensors, and continues the next operation of changing the open / closed state of the flow path 4 by the valve 5 in the operation maintaining process. Control can be performed by issuing a command. The controller 40 includes a personal computer monitor 65 and / or a radio wave radio remote controller (remote control, wireless monitor) 64 in addition to the customer control device 40A. That is, this valve actuator can set or adjust various state data or operate the driving means by the controller 40 or the customer control device 40A. The controller 40 is connected to the control board 30 provided for each of the plurality of valve actuators, and can monitor and set and control the operating state of each of the valve actuators. That is, one controller 40 can control a plurality of valve actuators. Further, the display device 17 can display the status data of the valve actuator, the setting status of various set values, and the failure data of the components of the valve actuator. Further, the controller 40 can monitor and adjust the set value 61 in response to the measured value through the communication unit 38 connected to the control circuit 6. The motor 12, the sensors, and the control circuit 6 are configured to be driven by being supplied with power from a power supply through the terminal unit 45 by the controller 40A or a switch provided at the site.
[0021]
In this valve actuator, for example, the control circuit 6 includes a rotation speed sensor 7 composed of an encoder, a torque sensor 28, a temperature sensor 33 for detecting the temperature of the motor 12, a temperature sensor 34 for detecting the temperature of the control board 30, and a valve actuator. A humidity sensor 36 for detecting the humidity of the electric component area of the control board 30 inside the housing 3 constituting the housing 3, a valve opening sensor for detecting the opening of the valve 5 with respect to the flow path 4, and a vibration of the drive system of the valve actuator. Measurement, in which data 31 for each predetermined period is input from a vibration sensor 37, a female screw wear sensor for detecting the wear of the female screw 11 of the stem bush 2 meshing with the male screw 10 of the spindle 1, and a current sensor 32 for driving the motor 12. In response to the value, the measured value is displayed through the display exchange means 62. Is displayed on the display device 17 of the CD, you can also, the information exchange with the controller 40 through the communication unit 38 connected to the control circuit 6. Therefore, the controller 40 can confirm the diagnosis contents of the valve actuator through the communication unit 38, and can appropriately set and adjust the contents by the remote control 64, the personal computer 65, and the like, and can also perform the diagnosis contents by the controller of the customer control device 40A. Is confirmed, the motor 12 is driven to control the operation of the open / close state of the valve 5.
[0022]
The position of the valve 5 is set by detecting the rotation speed of the spindle 1 by an encoder constituting the rotation speed sensor 7 through a screw gear 68 provided on the worm shaft 29, detecting the position of the valve 5, and controlling the position of the valve 5 by the valve 5 in the flow path 4. The open / close limit can be accurately and easily detected and set. As the encoder, an increment type encoder is used, and the position of the valve 5 can be arbitrarily output or displayed as a state output 35 by detecting rotation in the sleeve shaft, that is, the worm shaft 29, as indicated by reference numeral 41.
[0023]
The current sensor 32 is capable of detecting the motor current and measuring the number of starts. The trigger sensor arbitrarily sets a trigger value as a start current, counts a start current generated when the motor starts, and starts the count value. Number of times. At this time, the starting current has a higher value than the normal current. The life prediction outputs an alarm to the status output 35 when the number of startups exceeds a preset number of times. Normally, the current value is stored and managed as data. When the current value is out of the range of the data, it is set as an indicator of aging, for example, set to 1A, and the current value is increased by aging, for example, 1.7A. When the current value has increased, the normal current value has exceeded a predetermined range and it is determined that the life of the seal has expired, and the control circuit 6 (CPU) issues an output indicated by reference numeral 41 as an alarm output. ing.
[0024]
The torque can be detected and set accurately and easily by the torque sensor 28 incorporated in the worm shaft 29 via the torque spring 67. As shown in FIG. 6, the torque sensor 28 detects the amount of movement of the worm 9 by converting it into an electric signal, and can linearly detect the torque applied to the valve 5, that is, the spindle 1. That is, in the torque detection, the movement amount of the worm 9 is detected by a linear (or rotary) potentiometer, and is converted into a torque value. When the measured value of the torque applied in the opening and closing direction of the valve 5 exceeds a preset torque value, an alarm of the state output 35 is output. If the torque data is stored and managed (logging), and the data is out of the data range, the torque may increase due to aging or the like, which is determined as the life of the seal, and the alarm output of the status output 35 is output. It is configured to
[0025]
Further, the temperature sensor 33 of the motor 12 always detects the motor winding temperature and detects a motor abnormality to prevent burnout and the like. The temperature sensor 33 measures the motor winding temperature using a thermistor attached to the motor winding. When the value measured by the temperature sensor 33 becomes equal to or higher than a predetermined motor winding temperature set in advance, it is determined that the torque / motor is abnormal, and an alarm is output from the status output 35.
[0026]
Further, the controller 40 predictively controls, based on predetermined data, a wiring failure of a heater provided in the valve actuator, a cover installation failure that constitutes the housing 3, and a situation of water infiltration into the cover based on a value measured by the humidity sensor 36. Is what you can do. In the humidity detection, a humidity sensor 36 is mounted in the housing 3, that is, in the actuator device, and the humidity in the device is detected. When the humidity reaches a predetermined humidity, for example, 70% or more, it is determined that the inside of the machine is flooded or the packing is defective, and an alarm is output from the status output 35.
[0027]
The display device 17 is composed of an LCD, which is a digital display, that is, a liquid crystal display, and can display various set values and operation states of the valve actuator. The valve actuator is provided with an opening meter 52 with a pointer for indicating the opening of the valve 5 through a switch unit 66 having a torque switch 50 and a limit switch 51. The display device 17 displays the number of operations of the valve 5, the opening and closing torque for opening and closing the flow path 4 of the valve 5, the temperature and humidity of the motor 12 and the area of the electric components provided on the control board 30, and the abrasion state of the female screw 11. At the same time, the set value 61 of those upper and lower limit values can be displayed. The display device 17 samples the data 31 of each measurement value from the current sensor 32, the temperature sensor 33, the rotation speed sensor 7, and the torque sensor 28, and displays the data 31 on the LCD through the display converter 62. Is configured. Data 31 is sampled from the measured value of the rotation speed sensor 7 through a pulse / V converter 63.
[0028]
The female screw wear sensor determines the gap amount between the male screw 10 and the female screw 11 based on the torque curve obtained according to the axial movement amount of the worm 9 as described later, for example. By detecting the rotation speed of the stem bush 2 corresponding to the gap amount and multiplying the rotation speed of the stem bush 2 by the pitch of the female screw 11, the wear amount of the female screw 11 can be detected. That is, when the female screw 11 is operated from the valve closing side to the valve opening direction, the torque value changes in the order of the idling portion of the female screw 11, the hammer blow, and then the actual load. By detecting the changing time, the female screw 11 is detected. Can be detected. At this time, by taking the encoder count value, a more accurate operating point can be detected, and the measurement accuracy can be improved. When the female screw 11 of the stem bush 2 is worn beyond a predetermined level, an alarm is output as a status output 35 to prompt the female screw 11 to be replaced. This is because, when abnormal wear of the female screw 11 occurs, the valve body, that is, the spindle 1 falls, and a dangerous state occurs in which the flow path 4 is closed.
[0029]
Further, the controller 40 can predictively control the life of the sliding part of the valve actuator component and the life of each seal based on the data measured by the rotation speed sensor 7 based on predetermined data. Further, the controller 40 can predictively control the deterioration of the motor 12, which is the driving means, and the electrical components based on predetermined data based on the measured values of the temperature sensors 33, 34, which are composed of thermocouples or the like. In the valve actuator having the self-diagnosis function, the set value of the current by the current sensor 32, the set value of the torque by the torque sensor 28, the set value of the wear amount of the female screw 11 by the female screw wear sensor, and the setting of the temperature by the temperature sensors 33 and 34. The value and the set value of the humidity by the humidity sensor 36 can be set by the setter 39 according to a command from the controller 40. The status display and storage data (logging data) are output to the controller 40 through the communication unit 38.
[0030]
As a specific example of the valve actuator, a valve actuator having a horizontal handle shown in FIG. 4 or a vertical handle shown in FIGS. 5 and 6 will be described. The valve actuator of the horizontal or vertical handle can move the spindle 1 up and down by the manual handle 44. Specifically, the valve actuator having the self-diagnosis function can be configured by replacing the limit switch 51 with a rotation speed sensor 7 composed of an encoder as an electric component and replacing the torque switch 50 with a torque sensor 28. it can. The transmission device 24 in the valve actuator having the vertical manual handle 44 includes a speed reducer, a worm gear, etc., for transmitting rotation from the motor 12 or the driving means of the manual handle 44. The female screw 11 is driven to rotate, and the spindle 1 provided with the male screw 10 screwed to the female screw 11 is moved up and down.
[0031]
In the case of the horizontal manual handle 44 shown in FIG. 4, when the manual handle 44 is manually rotated, the handle boss 46 provided on the manual handle 44 rotates, and the rotation of the handle boss 46 is splined to the sleeve 48 through the clutch 27. The rotation is transmitted and the rotation of the sleeve 48 rotates the female screw 11 of the stem bush 2, whereby the spindle 1 having the male screw 10 meshing with the female screw 11 moves up and down, and the valve 5 fixed to the spindle 1 opens and closes the flow path 4. I do. In the case of the vertical manual handle (not shown) shown in FIG. 5, when the manual handle is manually rotated, the handle boss 46 provided on the manual handle is rotated, and the rotation of the handle boss 46 is transmitted through the clutch 27. The worm shaft 29 rotates, and the rotation of the worm 9 rotates the internal thread 11 of the stem bush 2, whereby the spindle 1 having the external thread 10 meshing with the internal thread 11 moves up and down, and the valve 5 fixed to the spindle 1 moves through the flow path 4. Open and close.
[0032]
This valve actuator can automatically control the opening and closing of the valve 5 by the motor 12 according to a command from the controller, and can also manually open and close the valve 5 through the above-mentioned transmission system by the manual rotation of the manual handle 44 at the site. It is. In this valve actuator, a motor 12 is attached to one end of a worm shaft 29 provided with the worm 9 through a gear transmission system, and a linear potentiometer 49 as a position sensor for detecting the movement amount of the worm 9 is provided on the other end of the worm shaft 29. (FIG. 6) is attached. In the valve actuator, various information such as the condition of the flow path 4 and the open / closed state of the valve 5 is processed by the control unit. The torque of the spindle 1 to which the valve 5 is attached is detected by a torque switch 50. The opening is detected by a limit switch 51 and the opening of the valve 5 is displayed by an opening meter 52.
[0033]
In this valve actuator, the female screw wear sensor is disclosed in detail as a screw wear amount detecting device of Japanese Patent Application No. 2002-309679 filed by the present applicant, and the description thereof is omitted here. Of course, other types of sensor can be applied to the female screw wear sensor. Here, the above-described screw wear amount detecting device, that is, a female screw wear sensor, will be schematically described with reference to FIGS. 5 and 6.
[0034]
For example, the following can be applied to the female screw wear sensor. The screw wear amount sensor determines a gap amount between the male screw 10 and the female screw 11 based on a torque curve obtained in accordance with an axial movement amount of the worm 9, and determines a stem corresponding to the determined gap amount. It is characterized in that the rotation speed of the bush 2 is detected, and the rotation amount of the stem bush 2 is multiplied by the pitch of the female screw 11 to detect the wear amount of the female screw 11. The rotation speed of the stem bush 2 is detected by a rotation sensor such as a rotary encoder mounted on the outer periphery of the stem bush 2. The rotation sensor can be easily attached to the stem bush 2 by making the detection terminal 14 of the potentiometer face the sliding contact 13 fixed to the stem bush 2. Further, an electric signal according to the axial movement amount of the worm 9 is detected by a linear potentiometer 49 which is a position sensor shown in FIG. The above can be expressed by the following equations. The amount of screw wear is ΔA, the pitch of the female screw 11 is P, and the rotation speed of the stem bush 2 to which the female screw 11 is fixed corresponding to the gap amount between the female screw 11 and the male screw 10 due to the wear of the female screw 11 is a rotation angle α. Expressed as follows, That is, ΔA = P × (α / 360).
[0035]
As shown in FIG. 6, a linear potentiometer 49 as a position sensor is accommodated in a case 53 fixed to the housing 3 and a cover 54 fixed to the case 53. The linear potentiometer 49 is supported by a cover 54 and a plate 55 fixed to the case 53, and a joint 56 is attached to an end thereof. The rotor shaft 58 rotatably supported by a bearing 57 provided on the joint 56 is in contact with the end surface of the worm shaft 29 of the worm 9. Accordingly, the movement amount of the worm 9 is transmitted to the detection terminal 59 of the linear potentiometer 49 via the rotor 56 and the joint 56 slidably mounted on the load. The amount of movement of the detection terminal 59 of the linear potentiometer 49 is output as an electric signal and is input to the controller as information on the amount of movement of the worm 9.
[0036]
In this valve actuator, information of measured values from various sensors 7, 28, 32, 33, 34, 36, and 37 is input to the control circuit 6, and the information is processed by the control circuit 6, and is processed in a predetermined number of characters. A display device 17 for digital display is provided. Further, in this valve actuator, a transformer and a reversible device are not incorporated in the main body, but they are provided in the customer control device 40A, and determine each detected measurement value to determine the customer control device 40A. The control of the valve 5 can be performed by the instruction of the controller. The self-diagnosis function referred to in the present invention does not have a function of operating an actuator by itself, and the information obtained by the self-diagnosis function is operated by a transformer or a reversible device provided in the customer control device 40A. The operation of the actuator is controlled according to the instruction.
[0037]
Next, a device setting method for the self-diagnosis function of the valve actuator will be described. This valve actuator turns on the power switch. The normal display on the display device 17 of the valve actuator is confirmed. In the position setting mode for setting the position of the valve 5, the upper and lower limits of the position of the valve 5 are set as the set value 61. The upper limit value, that is, the open limit value of the valve 5 for the flow path 4 is set as the set value 61, and the lower limit value, that is, the close limit value of the valve 5 for the flow path 4 is set as the set value 61. The set value 61 of the opening limit value and the closing limit value is detected by the rotation speed sensor 7 including an encoder and a potentiometer. The rotation speed sensor 7 accumulates or accumulates the rotation speed of the spindle 1, detects the rotation speed of the valve actuator, and uses it as state data for estimating the life of the sliding part and the seal of each part. Further, the upper limit and the lower limit of the torque applied to the valve 5 provided on the spindle 1 are set as predetermined set values 61. The upper limit value and the lower limit value of the torque value when the valve is opened and the torque value when the valve is closed applied to the transmission device 24 of the spindle 1 to which the valve 5 is attached are set as predetermined values 61. Further, the upper limit value and the lower limit value of the temperature of the motor 12 and the temperature of the area of the control board 30 are set as predetermined set values 61. The upper limit value and the lower limit value are set as a set value 61 within a predetermined temperature range in order to prevent adverse effects such as burn-in of the motor 12 due to the ambient temperature and malfunction due to the temperature of the electric components. In this valve actuator, in position setting, torque setting, and temperature setting, for example, control is performed so that the lower limit set value is set to the upper limit set value of -100 pulses so that the lower limit set value does not exceed the upper limit set value. . In this valve actuator, the normal display is confirmed on the display device 17 and if the set value is a predetermined value 61, those settings are determined and the display device 17 is returned to the normal display.
[0038]
With this valve actuator, an abnormality display can be displayed on the display device 17. For example, when a torque abnormality occurs, the abnormality LED is turned on and the abnormality output relay is turned on in a state where the opening degree of the flow path 4 is continuously displayed by the valve 5 and the opening / closing operation of the valve 5 is stopped. Can be alarmed, and when the abnormality is cleared, the abnormal LED is turned off and the abnormal output relay is turned off. When a temperature abnormality occurs in the motor 12 or the electric parts, similarly to the case of the torque abnormality, the abnormality LED is turned on in a state where the opening degree of the flow path 4 is continuously displayed by the valve 5 and the opening and closing operation of the valve 5 is stopped. , The abnormal output relay is turned on, whereby a temperature abnormality can be alarmed. When the abnormality is cleared, the abnormal LED is turned off and the abnormal output relay is turned off. In this valve actuator, in addition to the above, the same applies to an open-phase abnormality, an undervoltage of a power supply, an indication of screw wear, an abnormality of a battery or an encoder, and a communication abnormality.
[0039]
【The invention's effect】
Since the valve actuator having the self-diagnosis function according to the present invention is configured as described above, abnormality and life can be detected and displayed in advance, actuator failure can be prevented, and accidents due to failure can be prevented. In the case of replacement of worn parts, it is only necessary to replace the abnormal parts. The number of periodic inspections can be reduced, the running cost can be reduced, and the maintenance and maintenance time can be confirmed by the self-diagnosis function. Various settings can be easily made, various state data can be set reliably, and the state of the valve can be drive-controlled by a customer controller, contributing to a reduction in management costs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of a valve actuator having a self-diagnosis function according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a main part of a control circuit which is a drive system of the valve actuator of FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing an appearance of the valve actuator of FIG.
FIG. 4 is a schematic view showing a valve actuator having a drive system for a horizontal manual handle according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing a valve actuator having a drive system of a vertical manual handle according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing an example of a torque sensor provided in the valve actuator.
[Explanation of symbols]
1 spindle
2 Stem bush
3 Housing
4 Channel
5 Valve
6 control circuit
7 Speed sensor
8 Warm wheel
9 Warm
10 Male thread
11 Female thread
12 motor
16 Channel pipe
17 Display device
28 Torque sensor
29 Worm shaft
30 Control board
31 Data sampling
32 current sensor
33,34 Temperature sensor
35 Status output
36 Humidity sensor
37 Vibration sensor
38 Communication unit
39 Setting device
40 Controller
40A Customer control device
41 output
60 comparator
61 Setting value
62 Display converter
64 wireless monitor
65 PC

Claims

A spindle mounted with a valve for opening and closing the flow passage, and supported vertically movably in a housing for opening and closing the flow passage by the valve; a female screw screwed into a male screw provided on the spindle; A stem bush rotatably supported by the housing, a worm wheel fixed to the stem bush for driving the stem bush to rotate and move the spindle up and down, and meshing with the worm wheel to transmit rotation from the driving means. A valve actuator having a transmission having a worm
A setter for setting a predetermined set value of the status data; various sensors for respectively detecting the measured values of the status data; comparing and judging the measured values with the set values to determine the measured values as the set values A control circuit for issuing a process such as a component replacement repair or an alarm in response to information deviating from the display; a display device for displaying the measurement value of the sensor and displaying the process issued from the control circuit; A control board including the control circuit, the display device, and a communication unit connected to the control circuit; and displaying the measurement value through the communication unit and operating the driving unit through the control circuit in accordance with the information. A valve actuator having a self-diagnosis function.

The sensor for detecting the state data includes: an encoder for detecting a valve position and detecting an opening of the flow path of the valve, the rotation of the spindle, and an encoder for integrating the rotation. A sensor, a torque sensor for detecting a torque applied to the spindle, a temperature sensor for detecting a temperature of an area of the motor and the control board serving as the driving means, a humidity sensor for detecting humidity inside the valve actuator, and the valve A vibration sensor that detects vibration of an actuator, a female screw wear sensor that detects wear of the female screw of the stem bush using the rotation speed sensor and the torque sensor, and a startup current that drives the motor. The self-diagnostic device according to claim 1, further comprising a current sensor for detecting the number of operations. Valve actuator with.

The control circuit compares and determines the measured values of the rotation speed sensor, the torque sensor, the temperature sensor, the humidity sensor, the vibration sensor, the female screw wear sensor, and the current sensor with the set value, and displays abnormality information. And outputting an abnormal signal to the controller, exchanging information with the controller through the communication unit, and operating the driving unit through the control circuit according to a command from the controller. Valve actuator with self-diagnosis function.

The female screw wear sensor determines a gap amount between the male screw and the female screw based on a torque curve obtained in the control circuit in accordance with an amount of movement of the worm in the axial direction by the torque sensor. A rotation amount of the stem bush corresponding to the gap amount is detected by a sensor, and a calculation is performed by multiplying the rotation speed of the stem bush by a pitch of the female screw to detect a wear amount of the female screw. Item 4. A valve actuator having a self-diagnosis function according to any one of Items 1 to 3.

The display device is an LCD for displaying the measured value obtained by measuring the state data, the predetermined set value of the state data, and various kinds of information such as component failure data and abnormalities. Item 5. A valve actuator having a self-diagnosis function according to any one of Items 1 to 4.

6. The valve actuator according to claim 1, wherein the controller is a customer control device, a personal computer, and a wireless remote controller.

3. The controller according to claim 1, wherein the controller performs predictive control of various types of information on deterioration of components such as a motor and an electronic element as the driving means based on the predetermined state data based on the measured value of the temperature sensor. 7. A valve actuator having a self-diagnosis function according to 6.

7. The controller according to claim 6, wherein the controller is capable of predictively controlling various information of a heater wiring failure, a cover installation failure, and water infiltration into the cover based on the predetermined state data based on the measurement value obtained by the humidity sensor. Or a valve actuator having a self-diagnosis function according to 7.