(57)【要約】  プロセス弁、アクチュエータ及びコントローラを有する弁パッケージと関連した方法である。この方法は、弁が第１の位置から第２の位置に動くときの、弁の開閉に対応するベースライン・シグネチャを獲得することを含む。この方法はまた、弁が第１の位置から第２の位置に動くたびに、ベースライン・シグネチャと関連した値に対応する動作シグネチャを獲得することも含む。さらに、動作シグネチャをベースライン・シグネチャと比較する。この方法は、動作シグネチャと関連した値の１つ又はそれ以上が、ベースライン・シグネチャ内の対応する１つ又はそれ以上の値からの許容範囲内にあるかどうかを判断することをさらに含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス弁、アクチュエータ、及びコントローラを有する弁パッケージと関連した方法であって、
前記弁が第１の位置から第２の位置に動くときの、前記弁の開閉に対応するベースライン・シグネチャを獲得するステップと、
前記弁が前記第１の位置から前記第２の位置に動くたびに、前記ベースライン・シグネチャと関連した値に対応する動作シグネチャを獲得するステップと、
前記動作シグネチャを前記ベースライン・シグネチャと比較するステップと、
前記動作シグネチャと関連した前記値の１つ又はそれ以上が、前記ベースライン・シグネチャ内の対応する１つ又はそれ以上の値からの許容範囲内にあるかどうかを判断するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記動作シグネチャの前記１つ又はそれ以上の値が前記許容範囲を超えたときに警報通知をトリガするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記弁が第１の位置から第２の位置に移動するたびに、前記動作シグネチャをメモリに格納することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
先入れ先出し法に従って、複数の動作シグネチャをメモリに格納することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
４つの動作シグネチャが格納されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記値は、差圧及び時間を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記許容範囲は、第１の許容範囲及び第２の許容範囲を含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の許容範囲は、約８０ｐｓｉから５ｐｓｉまでの差圧範囲と、約０．５秒の時間範囲とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記弁の閉鎖に対応する前記ベースライン・シグネチャは、差圧が排気される第１のセクションと、スルー時間を含む第２のセクションと、前記弁が閉じられる第３のセクションとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
プロセス弁、アクチュエータ及びコントローラを有する弁パッケージと関連した方法であって、
前記弁が第１の位置から第２の位置に動くときの、前記弁の開閉に対応するベースライン・シグネチャを獲得するステップと、
前記弁が前記第１の位置から前記第２の位置に動くたびに、前記ベースライン・シグネチャと関連した値に対応する動作シグネチャを獲得するステップと、
先入れ先出し法に従って、複数の動作シグネチャをメモリに格納するステップと、
前記動作シグネチャを前記ベースライン・シグネチャと比較するステップと、
前記動作シグネチャと関連した前記値の１つ又はそれ以上が、前記ベースライン・シグネチャ内の対応する１つ又はそれ以上の値からの許容範囲内にあるかどうかを判断するステップと、
前記許容範囲を超える１つ又は複数の値を有する動作シグネチャをロックするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記動作シグネチャの前記１つ又はそれ以上の値が前記許容範囲を超えたときに警報通知をトリガするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記弁が第１の位置から第２の位置に移動するたびに、前記動作シグネチャをメモリに格納することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
先入れ先出し法に従って、複数の動作シグネチャをメモリに格納することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
４つの動作シグネチャが格納されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記値は、差圧及び時間を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記許容範囲は、第１の許容範囲及び第２の許容範囲を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の許容範囲は、約８０ｐｓｉから５ｐｓｉまでの差圧範囲と、約０．５秒の時間範囲とを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記弁の閉鎖に対応する前記ベースライン・シグネチャは、差圧が排気される第１のセクションと、スルー時間を含む第２のセクションと、前記弁が閉じられる第３のセクションとを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスで使用される弁に関し、より具体的には、リミットスイッチ又は位置センサを用いずに弁が閉じているか又は開いているかを判断するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス弁は、流量を制御又は調整するために、化学産業、製薬産業、食品産業、及び他の産業において使用されている。弁が開いているか、部分的に開いているか、又は閉じているかといった、弁の動作状態を監視して、特定のプロセス又は活動が実際に実施されていることを確実にすることが望ましい。弁の動作状態を監視するための１つの方法は、リミットスイッチなどの弁位置センサを使用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００９／００８８９０６Ａ１号（米国特許出願第１２／２３６，６８０号）明細書
【特許文献２】米国特許第７，４６７，９４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くの産業では、共通のベース上に取り付けられた、空気弁などの弁の群を含む弁アイランド又はマニホルドが利用される。こうしたアイランドは、典型的には、弁アイランド内の弁を動作させるために、電気及び供給空気を与えるための電気接続部及び空気圧接続部を含む。弁アイランドの利点は、特定のプロセス又は設備に対して、必要に応じて弁ステーションをインクリメントに付加することによって、アイランドを拡張できることである。しかしながら、様々な理由で、多くの単一の弁及び弁アイランド構成において、リミットスイッチが使用されていない。１つの理由は、リミットスイッチの設置及び保守に付随する費用が比較的高いことである。例えば、施設内に遠隔配置されたリミットスイッチ用の電気配線の設置は困難である場合がある。その結果、弁アイランド内の弁の動作状態を遠隔監視することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
プロセス弁、アクチュエータ、及びコントローラを有する弁パッケージと関連した方法である。この方法は、弁が第１の位置から第２の位置に動くときの、弁の開閉に対応するベースライン・シグネチャを獲得することを含む。この方法はまた、弁が第１の位置から第２の位置に動くたびに、ベースライン・シグネチャと関連した値に対応する動作シグネチャを獲得することも含む。さらに、動作シグネチャをベースライン・シグネチャと比較する。この方法は、動作シグネチャと関連した値の１つ又はそれ以上が、ベースライン・シグネチャ内の対応する１つ又はそれ以上の値からの許容範囲内にあるかどうかを判断することをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】弁パッケージを示す。
【図２】弁パッケージについての差圧対時間の例示的なベースライン・シグネチャを示す。
【図３】ベースライン・シグネチャの部分についての差圧及び時間の例示的な許容範囲を示す。
【図４】第１の許容範囲を超えるベースライン・シグネチャからの例示的な第１の偏差を示す。
【図５】第１の許容範囲を超えるベースライン・シグネチャ２８からの例示的な第２、第３及び第４の偏差を示す。
【図６】本発明によるフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明のあらゆる実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において以下の説明で述べられる又は以下の図面で示される構成要素の構成及び配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態も可能であり、種々の方法で実施又は実行することも可能である。また、本明細書で使用される用語及び専門用語は、説明を目的とするものであり、限定とみなすべきではないことも理解されたい。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」又は「有する（ｈａｖｉｎｇ）」及びこれらの変形の使用は、それ以降に記載される項目及びそれらの同等物、並びに付加的な項目を包含することを意図している。特に指定又は限定しない限り、用語「取り付けられる（ｍｏｕｎｔｅｄ）」、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「支持される（ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ）」及び「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、並びにこれらの変形は、幅広く使用され、直接的及び間接的な取り付け、接続、支持、及び結合を包含する。さらに、「接続される」及び「結合される」は、物理的又は機械的な接続又は結合に制限されるものではない。以下の説明において、図１〜図６のうちの幾つかの図における同一の、類似する、又は対応する部分を記載するために、同様の参照番号及びラベルが使用される。さらに、「ＫＮＯＷＬＥＤＧＥ  ＢＡＳＥＤ  ＶＡＬＶＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＭＥＴＨＯＤ」という名称の２００９年４月２日公開の特許文献１、及び「ＤＥＶＩＣＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＮＥＵＭＡＴＩＣ  ＶＡＬＶＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ」という名称の２０１０年１月１９日発行の特許文献２の開示は、その全体を引用により本明細書に組み入れる。
【０００８】
図１を参照すると、弁パッケージ１０が、典型的には、コントローラ１２、メモリ１４、ソレノイド１６、アクチュエータ１８、圧力センサ２０及びプロセス弁２２を含む。弁２２は、プロセス・パイプライン内に取り付けられ、弁２２を通って流れるプロセス媒体を許容、制限、又は防止する。アクチュエータ１８は、弁２２上に取り付けられ、典型的には、空気圧作動式であるが、電気式又は油圧式であってもよい。多数の異なるタイプのアクチュエータを用いて、特定のタイプの弁を開閉することができる。例えば、線形アクチュエータを用いて、ダイヤフラム弁を開閉することができ、回転アクチュエータを用いて、バタフライ弁又はボール弁を開閉することができる。アクチュエータ１８は、弁体、又は他の可動弁部材を有する弁棒に接続された出力軸を含むことができる。出力軸は、回転して又は上方に持ち上がって（弁のタイプに応じて）、弁棒を回転する又は持ち上げるのに必要なトルクを与え、弁座に接触して弁を閉じるか、又は弁部材を弁座から遠ざかるように動かして弁２２を開ける。コントローラ１２は、種々の入力信号に基づいてアクチュエータ１８を制御するように構成される。コントローラ１２は、弁動作を監視し、故障状態が生じた場合にエラー・メッセージを知らせる能力をさらに含む。弁２２が開閉するのにかかる時間は、弁２２のタイプ及びサイズ、アクチュエータ１８の定格トルク、弁座の構成、及び他のパラメータによって決まる。弁パッケージ１０は、複数の弁パッケージ１０を有する弁アイランド２４の一部としてもよい。代替的に、弁パッケージ１０は、独立型の項目として構成してもよい。プログラム可能コンピュータ２６を用いて、弁パッケージ１０を動作させるための命令をコントローラ１２に提供することができる。
【０００９】
図２は、ばね復帰アクチュエータを有する弁パッケージ１０についての、差圧対時間の例示的なベースライン・シグネチャ２８を示す。特に、図２は、弁２２の閉鎖に関するベースライン・シグネチャ２８を示す。以下の説明は、弁２２の開放に関するベースライン・シグネチャ２８にも適用されることを理解されたい。差圧とは、供給圧力部とばね復帰アクチュエータのポートとの間の圧力である。時間ｔ＝０における圧力は、弁２２が開いており、弁２２を閉じる前の圧力に対応し、弁２２を閉じるのに、約８０ｐｓｉの最大差圧を利用できる。コントローラ１２がコマンドをアクチュエータ１８に伝送して弁２２を閉じると、差圧は、ベースライン・シグネチャ２８の第１のセクション２８ａにおいて約０．５秒後に約８０ｐｓｉから５ｐｓｉに着実に減少し、従って、弁部材が慣性及び摩擦を克服して開位置から抜け出すように、相当量の圧力が排気される。約０．９秒から１．７秒まで、ベースライン・シグネチャ２８の第２のセクション２８ｂにおいて、差圧は、約１３ｐｓｉで相対的に平坦であり、従って、弁部材が閉位置に移動するスルー（ｓｌｅｗ）時間を示す。約１．７秒から２．４秒まで、ベースライン・シグネチャ２８の第３のセクション２８ｃにおいて、差圧は、０まで徐々に減少し、従って、弁部材は弁座に移動し、その後弁２２が閉じることを示す。
【００１０】
例えば、弁は、開閉時に様々なヒステリシス・レベルを示す。特定の適用においては、ヒステリシスに起因する、差圧及び時間の所定の範囲内であるベースライン・シグネチャ２８からの偏差は許容可能であると判断された。偏差は、ベースライン・シグネチャ２８の百分率に基づいてもよく、ユーザ定義としてもよい。図３を参照すると、ベースライン・シグネチャ２８の部分についての差圧及び時間の例示的な許容範囲が示される。特に、図３は、ベースライン・シグネチャ２８の第１のセクション２８ａについての差圧及び時間の第１の許容範囲３０（即ち、弁部材が開位置から動きはじめるとき）を示す。従って、第１の許容範囲３０によると、弁部材が開位置から動き始めると、約０．５秒以内に差圧が約８０ｐｓｉから５ｐｓｉに減少した場合、弁の機能不全は生じていない。図３はまた、ベースライン・シグネチャ２８の第３のセクション２８ａについての第２の許容範囲３２（即ち、弁部材が弁座に動き、その後弁２２が閉じるとき）も示す。本発明によると、ベースライン・シグネチャ２８、並びに第１の許容範囲３０及び第２の許容範囲３２は、弁２２が閉じているかどうかを判断するためのパラメータを確立する。さらに、リミットスイッチを用いずに、弁２２が閉じているかどうかの判断が達成される。従って、例えば第２の許容範囲３２を超えた場合、これは、弁２２が閉じていないことを示す。
【００１１】
動作中、弁が閉じるように命令されるたびに、動作シグネチャが生成される。第１の許容範囲３０及び第２の許容範囲２８の範囲外にある差圧又は時間を有するいずれの動作シグネチャも、弁の機能不全の可能性を示す。図４を参照すると、使用中に生じ、第１の許容範囲３０の範囲外にある、ベースライン・シグネチャ２８からの例示的な第１の偏差３４が示される。図４において、ベースライン・シグネチャ２８の第１のセクション２８ａによる約０．５秒後の約８０ｐｓｉから５ｐｓｉまでと比べると、第１の偏差３４の間、差圧は、約１．３〜１．４秒で約８０ｐｓｉから１３ｐｓｉまで減少し、従って、第２のセクション２８ｂにおけるスルー時間の量が低減する。従って、図４の残りの部分は、ベースライン・シグネチャ２８に適合し、ベースライン・シグネチャ２８からの偏差が他のどこかに生じたとしても、依然として弁２２が閉じていることを示す。
【００１２】
各々の動作シグネチャをベースライン・シグネチャ２８と比較して、弁２２が許容範囲内で動作するかどうか、又は弁の機能不全の可能性があるかどうかを確認することが望ましい。複数の動作シグネチャをメモリ１４に格納することができ、次に各々をベースライン・シグネチャ２８と比較する。動作シグネチャは、適用のタイプ及びメモリ・サイズに応じて、先入れ先出し（即ち、「ＦＩＦＯ」）法に基づきメモリ１４に格納することができる。特に、メモリ１４は、所定量の動作シグネチャを格納し、そこで、新しい動作シグネチャが生成されると、第１の格納済み動作シグネチャは、連続的に、新しく生成された動作シグネチャに置き換えられる。１つ又はそれ以上の動作シグネチャが第１の許容範囲２８及び第２の許容範囲３０内にない場合、警告が生成され、不適合シグネチャは、日付及び時間スタンプと共にメモリ１４内にロックされる。従って、本発明は、弁２２の動作中の弁２２の状態に関する情報を提供し、次にその情報を状態ベースの又は予測保守プログラムの一部として使用することができる。メモリ１４に格納される動作シグネチャの数は、適用によって変化し得る。一実施形態においては、４つの動作シグネチャが格納される。
【００１３】
図５を参照すると、第１の許容範囲３０の範囲外にある、ベースライン・シグネチャ２８からの例示的な第２の偏差３６、第３の偏差３８及び第４の偏差４０が示される。図５において、第２の偏差３６、第３の偏差３８及び第４の偏差４０は、第１のセクション２８ａの間に生じたことが分かる。例示的な第２の偏差３６、第３の偏差３８及び第４の偏差４０は、メモリ１４に格納されたＦＩＦＯ偏差として示すことができる。従って、図５の残りの部分は、ベースライン・シグネチャ２８と適合し、ベースライン・シグネチャ２８からの偏差が他のどこかに生じたとしても、依然として弁２２が閉じることを示す。
【００１４】
図６を参照すると、本発明によるフローチャートが示される。ステップ５０において、リミットスイッチを含まない弁２２について、圧力対時間のベースライン・シグネチャ２８を生成する。ステップ５２において、ベースライン・シグネチャ２８の第１のセクション２８ａ及び第３のセクション２８ｃについての第１の許容範囲３０及び第２の許容範囲３２を判断する。ステップ５４において、弁２２についての動作シグネチャを生成する。ステップ５６において、動作シグネチャをベースライン・シグネチャ２８、並びに第１の許容範囲３０及び第２の許容範囲３２と比較する。ステップ５８において、第１の許容範囲３０及び第２の許容範囲３２に対する偏差があるかどうかについての判断を行う。偏差が生じた場合には、ステップ６０において、警告が生成され、不適合シグネチャは、日付及び時間スタンプと共にメモリ１４内にロックされる。偏差が生じなかった場合、ステップ６２において、弁２２は閉じていると判断される。従って、本発明により、弁のシグネチャ２８が第１の許容範囲３０及び第２の許容範囲３２を超えるかどうか、及びリミットスイッチを用いずに達成されるかどうかに基づいて、弁２２が閉じているかどうかの判断が可能になる、
【００１５】
本発明は、特定の実施形態と共に説明されたが、当業者には、上記の説明に照らして、多くの代替、修正、置換、及び変形が明らかになるであろう。従って、本発明は、全てのそうした代替、修正及び変形を包含することを意図している。
【符号の説明】
【００１６】
１０：弁パッケージ
１２：コントローラ
１４：メモリ
１６：ソレノイド
１８：アクチュエータ
２０：圧力センサ
２２：プロセス弁
２４：弁アイランド
２６：プログラム可能コンピュータ
２８：ベースライン・シグネチャ
２８ａ：第１のセクション
２８ｂ：第２のセクション
２８ｃ：第３のセクション
３０：第１の許容範囲
３２：第２の許容範囲
３４：第１の偏差
３６：第２の偏差
３８：第３の偏差
４０：第４の偏差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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