(57)【要約】  本発明は、作動バルブのステムの２つの状態の間の角度変化を生じさせることによってライン中の流体流を制御する前記バルブの潜在的な将来の不良を決定するためのシステムであって、（ａ）制御コマンドを前記アクチュエータが受け取ると直ぐに、ステムの角度位置を継続的に検知し、角度変動信号のそれぞれを監視ユニットに伝達するセンサと、（ｂ）監視ユニットであって、（ｂ１）前記角度変動信号を受け取り、前記信号から、周期的なサンプルからなる遷移ベクトルを生成するサンプリングユニットと、（ｂ２）前記アクチュエータとバルブとの対の標準の遷移値を記憶するローカルのストレージと、（ｂ３）前記遷移ベクトルの少なくとも一部を、対応する記憶された標準の遷移値と比較し、１つまたは複数の予め定義された閾値を越える差が決定されると、前記アクチュエータの潜在的な不良に関する警告を発するローカルのコンパレータ・ユニットとを備える監視ユニットからなるシステムに関するものである。
2015528085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン中の流体流をともに制御するアクチュエータまたはバルブの潜在的な将来の不良を決定するためのシステムであって、前記制御は、２つのバルブの状態のそれぞれの間で前記バルブのステムに続いて角度変化を生じさせるアクチュエータによる、ライン内の流量を決定するものであって、
ａ．前記アクチュエータによる前記ステムへの任意の角度の変化のすぐあとにステムの角度の方位を継続的に検知し、かつ、それぞれの角度変動信号を監視ユニットに伝達するセンサと、
ｂ．監視ユニットであって、
ｉ．前記アクチュエータとバルブとの対の標準の遷移値を記憶するローカルのストレージと、
ｉｉ．前記角度変動信号を受け取り、かつ、前記信号から、周期的なサンプルからなる遷移ベクトルを生成するサンプリングユニットと、
ｉｉｉ．（ａ）前記遷移ベクトルの少なくとも一部を、前記記憶された標準の遷移値からの対応するセットと比較し、（ｂ）１つまたは複数の予め定義された閾値を越える差が決定されると、前記アクチュエータの潜在的な不良に関する警告を発する、ローカルのコンパレータ・ユニットと
を備える監視ユニットと
からなるシステム。
【請求項２】
前記遷移ベクトルの少なくとも一部の前記比較は、前記２つのバルブの状態の間の遷移に係る全期間に関するものであり、予め定義された閾値を超える差が、前記比較に続いて、この全期間について決定されるときに、第１の種類の警告が発せられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
遷移ベクトルが、
ｉ．前記アクチュエータおよびバルブの対に関する完全なベクトルの標準の遷移値を記憶するリモートのストレージと、
ｉｉ．前記遷移ベクトルからの周期的なサンプルを、対応する記憶された標準の遷移値と比較し、１つまたは複数の予め定義された閾値を超える差が、１つまたは複数の周期的なサンプルについて決定されるときに、前記アクチュエータの潜在的な不良に関する第２の種類の警告を発するリモートのコンパレータと
を備える制御センターに伝達される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記閾値用のストレージをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記閾値用のストレージをさらに備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記コンパレータは、複数のコンパレータ要素からなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記コンパレータは、複数のコンパレータ要素からなる、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
クォータ・ターン・バルブ用のアクチュエータにおける不良を予測する方法であって、
ａ．前記アクチュエータによる作動中の前記クォータ・ターン・バルブのステムの角度変化の速度を記述する標準の遷移値を記憶することと、
ｂ．前記アクチュエータによってクォータ・ターン・バルブが動作すると直ぐに、作動中の前記ステムの角度変化の速度を記述する遷移ベクトルを得ることと、
ｃ．前記遷移ベクトルを、前記標準の遷移値の少なくとも一部と比較し、予め定義された値を超える差を決定すると、不良が存在する、または不良が起こると予想されると結論することと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学産業設備における流体流を制御するためのシステムおよび装置の分野に関するものである。より詳細には、本発明は、産業設備における作動バルブ、主にクォータ・ターン・バルブの不良を予測するための方法およびシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の産業環境において、システムおよび設備は、１０年前には不可能であったと思われるレベルで機能しなければならない。国際競争により、産業界は、プロセス操作、製品品質、生産高および生産性を以前よりも少ない人員で継続的に改善することが強いられている。施設管理者が操作コストおよびサポートコストを削減し、かつ資本投資をなくしまたは最小にする方法を模索するなか、生産設備は、前例のないレベルの信頼性、有用性および保守性を達成しなければならない。要するに、産業界は、新たな措置（ｍｅａｓｕｒｅｓ）を実施して、コストを最小にし、かつ新たな設備および古くなった設備の操作寿命を延ばしつつ、生産力、性能および安全性を向上させなければならない。
【０００３】
「クォータ・ターン・バルブ」の用語が本願において用いられており、与えられる例は、ほとんどクォータ・ターン・バルブに関するものであるが、本発明は、この種類のバルブとの使用のためだけに限定されるものではなく、本質的にあらゆる種類の産業用作動バルブとの使用に及ぶものである。
【０００４】
流体ラインが、ほぼあらゆる産業設備において広く用いられている。ライン内の流体流は通常、バルブによって制御される。クォータ・ターン・バルブは、その単純な構造および比較的低いコストを考慮して、流体制御において広く用いられている。ほとんどのバルブは手動で操作されるが、重要な位置にある優先度の高いバルブは、これに取り付けられるアクチュエータによって自動で制御される。
【０００５】
クォータ・ターン・バルブおよびアクチュエータは可動要素を備え、厳しい環境条件に曝される。クォータ・ターン・バルブのアクチュエータの不良は、非常に重大なダメージをもたらす虞がある。クォータ・ターン・バルブを取り替えるには１時間から最大数週間かかることがあり、この間プロセスは通常停止されるという事実に加え、不良は、検出かつ修復されるまで、プロセスの製品に耐え難いダメージを生じさせる虞もある。したがって、プロセスにおける重要な役割を考慮して、アクチュエータは多くの場合、予め定められた動作期間の継続時間後に、または予め定めた作動回数の後に、その現状に関係なく、取り替えられる。しかしながら、そのような実施が適用されてもなお、重大なダメージをもたらすアクチュエータの不良のケースが多く存在する。本発明は、ダメージを最小にする是正措置を発揮するのがまだ可能であるうちに、そのような不良をオンタイムで予測するものである。
【０００６】
同出願人による特許文献１は、産業設備内のクォータ・ターン・バルブを監視するための無線ネットワークシステムを開示しており、これは、（ａ）複数のバッテリ作動アドオンワイヤレスバルブ監視装置（Valve Monitoring Device：ＶＭＤ）を備え、各ＶＭＤは、既存のクォータ・ターン・バルブに外部から付されており、そして、（ｂ）クォータ・ターン・バルブの角度位置を検知するセンサ、（ｃ）前記クォータ・ターン・バルブの角度位置の任意の変化を少なくとも検知すると直ぐに、前記センサによって検知されたクォータ・ターン・バルブの新規の角度位置および前記ＶＭＤの識別を含むステータスメッセージを送信する短距離無線通信ユニット、（ｄ）クォータ・ターン・バルブの正常な操作を乱すことなく、監視されるクォータ・ターン・バルブにアドオンＶＭＤを付する機構、ならびに（ｅ）１つまたは複数の前記ＶＭＤから短距離に位置し、前記ステータスメッセージを受け取り、これをイーサネット（登録商標）通信によってサーバに転送する、１つまたは複数のバルブ装置リーダ（Valve Device Reader：ＶＤＲ）を備える。
【０００７】
特許文献１のシステムは、手動で操作されるクォータ・ターン・バルブと同様に、アクチュエータによって遠隔で作動されるクォータ・ターン・バルブを無線で監視することに適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００８／０７８３２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、クォータ・ターン・バルブを制御するための自動システム、すなわち、クォータ・ターン・バルブの自動制御のためにアクチュエータを利用するシステムの信頼性を高めることである。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、前記自動制御システムにおける保守期間を短くし、結果としてこのシステムの使用可能期間を長くすることである。
【００１１】
本発明のより具体的な目的は、クォータ・ターン・バルブのアクチュエータの不良を、その非常に初期のステージの、ダメージが発生する前の、不良がようやく生じ始めるときに、検出することである。換言すれば、本発明の目的は、クォータ・ターン・バルブのアクチュエータの不良を予測することである。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、記載が進むにつれ、明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、作動バルブのステムの２つの状態の間の角度変化を生じさせることによってライン中の流体流を制御する前記バルブの潜在的な将来の不良を決定するためのシステムであって、（ａ）制御コマンドを前記アクチュエータにおいて受け取ると直ぐに、ステムの角度位置を継続的に検知し、かつ、それぞれの角度変動信号を監視ユニットに伝達するセンサと、（ｂ）監視ユニットであって、（ｂ１）前記角度変動信号を受け取り、かつ、前記信号から、周期的なサンプルからなる遷移ベクトル（transition vector）を生成するサンプリングユニットと、（ｂ２）前記アクチュエータとバルブとの対の標準の遷移値を記憶するローカルのストレージと、（ｂ３）前記遷移ベクトルの少なくとも一部を、対応する記憶された標準の遷移値と比較し、１つまたは複数の予め定義された閾値を越える差が決定されると、前記アクチュエータの潜在的な不良に関する警告を発するローカルのコンパレータ・ユニットとを備える監視ユニットとからなるシステムに関するものである。
【００１４】
好ましくは、前記遷移ベクトルの少なくとも一部の前記比較は、クォータ・ターン・バルブの前記２つの末端の状態の間の遷移に係る全期間に関するものであり、予め定義された閾値を超える差が、前記比較に続いて、決定されるときに、第１の種類の警告が発せられる。
【００１５】
好ましくは、遷移ベクトルは、制御センターに伝達され、これは、（ａ）前記アクチュエータおよびバルブの対に関する完全なベクトルの標準の遷移値を記憶するリモートのストレージと、（ｂ）前記遷移ベクトルを、対応する記憶された標準の遷移値と比較し、１つまたは複数の予め定義された閾値を超える差が決定されるときに、前記アクチュエータの潜在的な不良に関する第２の種類の警告を発するリモートのコンパレータとを備える。
【００１６】
好ましくは、システムは、前記閾値用のストレージをさらに備える。
【００１７】
好ましくは、前記コンパレータは、複数のコンパレータ要素からなる。
【００１８】
別の態様において、本発明は、クォータ・ターン・バルブ用のアクチュエータにおける不良を予測する方法であって、（ａ）前記アクチュエータによる作動中の前記クォータ・ターン・バルブのステムの角度変化の速度を記述する標準の遷移値を記憶することと、（ｂ）前記アクチュエータによってクォータ・ターン・バルブが動作すると直ぐに、作動中の前記ステムの角度変化の速度を記述する遷移ベクトルを得ることと、（ｃ）前記遷移ベクトルを、前記標準の遷移値の少なくとも一部と比較し、予め定義された値を超える差を決定すると、不良が存在する、または不良が起こると予想されると結論することとを含む方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術のアクチュエータ−とバルブのセットを示す。
【図２】先行技術のアクチュエータ−とバルブのセットを、その作動の様式を説明する概略のブロック図と共に示す。
【図３】アドオンＶＭＤ（バルブ監視ユニット）を備える、アクチュエータとバルブの対の例を示す。
【図４】ＶＭＤの、アクチュエータ−とバルブのセット上への設置を説明する分解図である。
【図５ａ】正常なアクチュエータ−とバルブのセット、および不良を有するアクチュエータ−とバルブのセットの遷移曲線を示す。後者の前記曲線の一部は、不良発生の非常に初期のステージの不良に関するものである。
【図５ｂ】正常なアクチュエータ−とバルブのセット、および不良を有するアクチュエータ−とバルブのセットの遷移曲線を示す。後者の前記曲線の一部は、不良発生の非常に初期のステージの不良に関するものである。
【図５ｃ】正常なアクチュエータ−とバルブのセット、および不良を有するアクチュエータ−とバルブのセットの遷移曲線を示す。後者の前記曲線の一部は、不良発生の非常に初期のステージの不良に関するものである。
【図５ｄ】正常なアクチュエータ−とバルブのセット、および不良を有するアクチュエータ−とバルブのセットの遷移曲線を示す。後者の前記曲線の一部は、不良発生の非常に初期のステージの不良に関するものである。
【図５ｅ】正常なアクチュエータ−とバルブのセット、および不良を有するアクチュエータ−とバルブのセットの遷移曲線を示す。後者の前記曲線の一部は、不良発生の非常に初期のステージの不良に関するものである。
【図５ｆ】正常なアクチュエータ−とバルブのセット、および不良を有するアクチュエータ−とバルブのセットの遷移曲線を示す。後者の前記曲線の一部は、不良発生の非常に初期のステージの不良に関するものである。
【図６】本発明の実施形態における監視システムの一般的な動作を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態における監視ユニットの基本構造を、ブロック図の形式で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１および図２は、流体流を制御するために産業界で広く用いられている、典型的なクォータ・ターン・バルブ作動システム１の構造を示している。クォータ・ターン・バルブ９（図１および図２には、２つの僅かに異なるバージョンのクォータ・ターン・バルブが、それぞれ示されている）は、一般的に１／２インチから１２インチの間のサイズを有する。クォータ・ターン・バルブ９は、流体ラインまたはガスラインの２つの部分の間に設置され、ほとんどの場合において、流れのＯＰＥＮ／ＣＬＯＳＥのスイッチとして機能する。しかしながら、クォータ・ターン・バルブが、前記ＯＰＥＮ状態とＣＬＯＳＥ状態との間の選択された角度位置に位置付けられる場合がある。この種類のバルブは、制御バルブ（Control Valve）と呼ばれる。クォータ・ターン・バルブ９は、本質的には、中空部（不図示）、入口３、出口４、および、バルブ９をアクチュエータ５に連結するステム６を備える。吸気口７ａ（図２に示される）に供給される空気圧が、次いでバルブのクォータ・ターンを回転させる内部ピストンを移動させることによって、バルブを作動させる。これは、アクチュエータ５の作動の後に、内部ピストンに供給される別の空気圧７ｂによって、または内部の戻しバネ（不図示）によって、初期位置に戻ることができる。
【００２１】
図２はまた、典型的なアクチュエータ５と、クォータ・ターン・バルブ９との、典型的な相互作用を示すものでもある。クォータ・ターン・バルブ９の状態を変える必要が生じた場合、制御コマンド３２が遠隔地（制御室の制御コンピュータ等）からアクチュエータ５に伝達される。制御コマンドは、流体圧（水圧または空気圧）の形式で、または電気信号の形式であってよい。制御コマンド３２は、所望の角変化の方向および大きさの形で、アクチュエータ５に指示を与える。水圧または空気圧のコマンドの場合、制御室からの電気的なコマンド３２がソレノイド２２に送られ、ソレノイド２２がアクチュエータ５を移動させるための空気圧を供給する。例えば、クォータ・ターン・バルブ９がＣＬＯＳＥ状態とＯＰＥＮ状態との２つの間で作動するように設計されている場合には、クォータ・ターン・バルブのステム６の角変化は９０°であろう。その場合、一般的には、２つのストッパが、バルブまたはそのステム６のそれぞれの終端位置に与えられ、これによりステム６の回転が限定される。アクチュエータ５は、前記制御コマンド３２に応答して、ある期間の間、クォータ・ターン・バルブ９のステム６に回転力を加える。前記角度方向の力に応答して、ステム６は、ある角度範囲および角度方向の範囲内で回転し、クォータ・ターン・バルブ１の状態をそれぞれ変える。上記のように、状態の変化は、クォータ・ターン・バルブ９の完全な、または部分的な、開放、または閉鎖であり得る。場合によっては、一方が、時計方向の回転を生じさせるためのものであり、他方が、反時計方向の回転を生じさせるためのものである、２つの空気圧のラインが、アクチュエータ５に供給される。他の典型的な場合では、空気圧がアクチュエータ５をある方向に回転させる一方で、バネがそれを逆方向に戻し得る。
【００２２】
前記特許文献１はまた、例えば、作動されるクォータ・ターン・バルブ上に設置され得る、短距離無線クォータ・ターン・バルブ監視装置（ＶＭＤ）を開示している。特許文献１の好ましい実施形態において、ＶＭＤはアドオンの装置であり、これは、たとえそのアクチュエータが作動中であっても、既存のアクチュエータ上に容易に設置されるように構成されている。図３は、そのようなアドオンＶＭＤのシステム１１における設置に関する例を示す。最初に、Ｕ字型の支持要素１２が、１つまたは複数のネジ１３によってアクチュエータ５の既存の本体に取り付けられる。バルブ監視装置１６が、ネジ１０によって、支持要素１２の上側部分に取り付けられる。このようにすることで、支持要素１２およびバルブ監視装置１６は、アクチュエータ５の正常な操作を妨げない。ＶＭＤ１６は、アクチュエータ５の状態（すなわち、角度位置）を読み取るセンサ（図３に示されない）と、周期的に、または要求もしくはイベントに応じてアクチュエータの状態およびＶＭＤの識別番号を前記ＶＭＤの通信範囲内に位置する別の装置へ送信する通信ユニット（不図示）とを備える。前記別の装置は、特許文献１に詳述されるように、例えば、バルブ装置ルータ（Valve Device Router：ＶＤＲ）のような短距離装置であってよい。
【００２３】
アクチュエータの状態の読込みをＶＭＤ１６が実行する様式は様々あり、全てが特許文献１において詳しく述べられている。ＶＭＤ１６は好ましくはバッテリ駆動式であり（一般的にバッテリ寿命は約５年）、８０２．１５．４、ＺｉｇＢｅｅ、ＩＳＡ１００．１１ａ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨａｒｔ  ２．４ＧＨｚ等の無線プロトコル、またはメッセージを無線で通信することができる任意の他の無線周波数帯もしくはプロトコルを用いる。ＶＭＤ１６内のセンサが、アクチュエータ５の本体に対するＶＭＤシャフト１５の角度位置（実際には、ステム６の角度位置でもある）を度の単位で測定する。特許文献１のＶＭＤ１６はバルブの状態を、ステム６の移動を検知した後、さらに場合によっては所定時間毎に（例えば、１５分おきに１回）報告する。
【００２４】
さらに図３に関して、クォータ・ターン・バルブのステム６の角度位置の検知は、種々の様式で実行され得、これらの一部が特許文献１において議論されている。例えば、シャフト１５が、直接、またはギアスプールを介して、ポテンショメータに取り付けられ得、そして前記ポテンショメータの位置が、アクチュエータのステム６の角度位置についての表示を与える。
【００２５】
前述のように、特許文献１の前記ＶＭＤ１６は、いくつかある特徴の中で、アクチュエータの角度の状態を、いつでも決定し、そして変化が起こったときに、この変化を遠隔地に報告する。
【００２６】
詳しく述べられるように、本発明によれば、ＶＭＤ１６は、アクチュエータ不良の発生を、非常に初期のステージにて、すなわち、不良がようやく生じ始めるステージにて検出する機能を有するように修正されている。これは、ステム６の移動の様式を分析することによって実行される。
【００２７】
図４は、本発明の実施形態によるアクチュエータシステム２１の一般的な分解図である。アクチュエータシステム２１は、図３のシステムと比較して、初期の発生ステージにて不良を検出するように向上されている。より具体的には、向上バルブ監視ユニット（Enhanced Valve Monitoring Unit：ＥＶＭＤ）２６が、内部の角度センサから角度変動信号を受け取り、アクチュエータ５とクォータ・ターン・バルブ１との相互作用に関する前記信号から遷移ベクトルを決定し、そしてクォータ・ターン・バルブ５の状態および前記決定された遷移ベクトルの双方を遠隔地に報告する。遷移ベクトルは、ＥＶＭＤ２６によって抽出されたステム６の遷移状態のサンプルからなる。遷移状態は、予め定義されたサンプリング時間にて、例えば、その２つの各状態の間でのステム６の移動中に、周期的に、抽出される。より詳細には、各制御コマンド３２を受け取る、ＥＶＭＤ２６は、ステム６の正確な角度位置を、制御コマンド３２（図３に示される）によって定義されるように、２つの各状態の間でのステム６の移動中に、複数のサンプリング時間にて、周期的に測定する。後に示されるように、本発明のシステム２１は、アクチュエータ５に与えられる制御コマンド３２が実際に実行されるかを判定し得るだけでなく、アクチュエータの不良の発生を、非常に初期のステージにて検知し得る。
【００２８】
本発明のアクチュエータシステム２１は、以下のいくつかの観察に基づくものである、
ａ．アクチュエータが正常である場合、定義された角度回転変化（例えば、閉鎖状態から開放状態まで）を、標準的な期間内に実行するはずである。一般に、様々な種類のクォータ・ターン・バルブと、かつ種々の操作状況において用いられる場合、この期間についての表示が、アクチュエータの仕様に与えられる。
ｂ．アクチュエータがクォータ・ターン・バルブの状態を変える場合、時間に対するバルブのステムの角度の変化は、２つの状態間の全遷移期間中、本質的に線形である、または少なくとも角度遷移曲線ははっきりと定義されることが分かっている。
ｃ．アクチュエータの故障の初期ステージにて、故障が生じ始めるとき、遷移中のステムの角度の変化の割合は、前記はっきりと定義された曲線から逸れ始める。本発明のＥＶＭＤは、この遷移曲線を監視し、標準的な曲線からの、予め定義された閾値を越える発散（diversion）が検出されると、ＥＶＭＤは不良が生じ始めていると通知する警告を発する。
【００２９】
図５ａの図は、クォータ・ターン・バルブが正常であると仮定したときの、アクチュエータとクォータ・ターン・バルブとのシステムの典型的な遷移曲線を示す。より詳細には、図は、クォータ・ターン・バルブの閉鎖状態から開放状態までの遷移曲線を示す。図のＹ軸は遷移を度の単位で示しており、Ｘ軸は経過時間を示す。この遷移曲線は、本質的に線形であることが分かる。図は、最小の遷移時間（４００ｍｓ）および最大の遷移時間（１，０００ｍｓ）を示しており、これらは、バルブとアクチュエータのセットの仕様に由来する。図はまた、リファレンスの応答ライン、および実際に測定された現実の応答ラインを示す。実際の応答も線形であること、そしてこの特定のセットの遷移時間が７８０ｍｓであり、これはまだ、正常なセットに期待される限度内であることが分かる。
【００３０】
図５ｂは、図５ａと同様の図であり、不良が存在する、バルブとアクチュエータのセットの典型的な遷移曲線を示している。図は、バルブとアクチュエータのセットの移動が遅く、遷移時間の上側閾値を越えた約１９００ｍｓかかっていることを示している。このことは、このセットが故障しており、取替えまたは修理を必要とすることを示している（おそらく、Ｏ−リングが破損している、または内部に破片がある）。
【００３１】
図５ｃは、図５ａと同様の図であり、不良が存在する、バルブとアクチュエータのセットの典型的な遷移曲線を示している。バルブとアクチュエータのセットの移動の持続時間が１８０ｍｓであり、すなわちリファレンスよりも速く、そして下側閾値を下回っていたことが分かる。この測定は不良が存在することを示しており、アクチュエータとバルブとの間のシャフトが壊れている可能性が最も高い（移動に係る機械荷重がない）。
【００３２】
図５ｄは、図５ａと同様の図であり、別の不良が存在する、バルブとアクチュエータのセットの典型的な遷移曲線を示している。バルブとアクチュエータのセットの移動が途中で止まったことが分かる。このことは、バルブ移動に対する機械抵抗があまりに高く、またはアクチュエータを駆動するのに十分な空気圧がなく、したがって回転のプロセスが途中で止まった可能性が最も高いことを示す。
【００３３】
図５ｅの図は、欠陥のあるバルブとアクチュエータのセットのさらに別の遷移曲線を示す。図は、バルブとアクチュエータのセットの移動が、全体にわたってガタガタしている（jumpy）ことを示す。これは、空気圧シールのシステムがアクチュエータにて故障した（例えば、Ｏ−リングが破損した）という指示であるかもしれない。このような不良の他の原因は、（ａ）アクチュエータまたはバルブの内部に破片があること、（ｂ）空気供給が不安定であるため、アクチュエータ−とバルブのセットの回転プロセスが連続的でないこと、であるかもしれない。
【００３４】
図５ｆの図は、欠陥のあるバルブとアクチュエータのセットのさらに別の遷移曲線を示す。移動の始まりには故障はなかったが、後に回転移動は止まり、後退さえし、回転が終わるまでガタガタしていたことが分かる。これは、アクチュエータへの空気圧のシールが故障している（Ｏ−リングが破損している）という指示である可能性が最も高い。この不良の他の理由は、ある角度で始まった、アクチュエータ若しくはバルブの内部の破片、または、アクチュエータ−とバルブのセットの回転プロセスが非連続的かつ非単調となるような不安定な空気供給であるかもしれない。
【００３５】
図６は、本発明の実施形態による監視システムの一般的な動作を示すブロック図である。制御コマンド３０１がアクチュエータ３００に与えられ、バルブステムにとって所望される角度変化が示される。アクチュエータがこの角度変化を生じさせる一方で、センサ３３０が角度変動信号を検知し、監視ユニット３４０に伝達する。より詳細には、前記角度変動信号は、時間に対するクォータ・ターン・バルブのステムの角度位置（すなわち、ステムの角度変化）を示す。監視ユニット３４０は周期的に、前記変動信号をサンプリングし、時間に対する、全てのサンプルを含む、遷移ベクトルを生成する。続いて、このシーケンスまたはその一部が、予め保存された標準の値と比較され、そして、予め定義された閾値を上回る発散が見られる場合、適切な警告が発せられる。１つまたは複数の比較が、監視ユニット３４０の内部で、または遷移ベクトルが伝達される制御センターにて実行され得る。好ましくは、以下の２つの比較が、本発明のシステムによって実行される。
ａ．測定された全遷移期間と、対応する予め保存された全標準値との比較。予め定義された値を超える発散は、アクチュエータ３００の不良が生じているということを表示する。好ましくは、この比較は、アクチュエータおよびクォータ・ターン・バルブの位置にある監視ユニット３４０にて実行される。その場合、この不良に関する第１の種類の警告が、監視ユニット３４０から制御センター（不図示）に送信される。
ｂ．離散的な複数のサンプルと、対応する予め保存された離散的な標準の値との一連の比較。予め定義された値を超える１つまたは複数の発散が、これらの比較の結果として検出される場合、第２の種類の警告が発せられる。一般的に、第２の種類の警告は、アクチュエータの不良が生じていることを仄めかす。好ましくは、遷移ベクトルのこの完全な（対応する予め保存された値との）比較は、制御センターにて（すなわち、各サンプルについての別々の比較の一連として）実行される。なお、制御センターは好ましくは、各制御コマンド３０１に本質的に続けて、そのようなベクトル比較を実行する。
【００３６】
上で詳しく述べられた比較は、アクチュエータ−とバルブのセットの機能性に関して、非常に重要な表示を与えることができる。上述のように、本発明のシステムは、アクチュエータまたはバルブ不良を、発生の非常に初期のステージにて、かつ不良がプロセスまたは製品に対するいかなるダメージを生じさせる前に、検出することができることが分かっている。そのような初期のステージのアクチュエータとバルブの不良は、先行技術のいかなる従来の手段によっても観察され得ない。
【００３７】
図７は、監視ユニット３４０の基本構造を、ブロック図の形式で示す。制御信号３０１を受け取ると（図６を参照）、トリガが、監視ユニット３４０にて発せられ、またはアクチュエータから受け取られる。このトリガは、サンプリングの始まり、および遷移期間の始まりをマークする。したがって、トリガの時点から始まって、サンプリングモジュール３６１は、センサ３３０によって検知されるようにして、ステムの角度位置を時間に関してサンプリングし始める。サンプリングモジュール３６１は、遷移ベクトルを生成する。遷移ベクトル（サンプリングモジュール３６１の出力３６３）は一般に、確認のために、そしてことによると第２の種類の警告を発するために、送信機３６２を介して、制御センターに伝達される。第１の実施形態において、ステムの２つのエンドポイント間の期間（すなわち、遷移の完了にかかる期間）は、出力３６６を介して、第１のコンパレータ３７０の第１の入力に与えられる。ローカルストレージ３７１が、前記期間のための予め保存された標準の値を、第１のコンパレータ３７０の第２の入力３７８に与える。前記第１のコンパレータは、前記標準の期間と測定された期間との差を、第２のコンパレータ３８０の第１の入力３８２に出力する。第２のコンパレータ３８０の第２の入力３８１は、予め定義された閾値を受け取る。第２のコンパレータの第１の入力３８２と第２の入力３８１との差が正であるとわかる（すなわち、入力３８２が、閾値を上回っているとわかる）と、第１の種類の警告が出力３８８にて発せられ、制御センターに送信機３６２を介して送られる。そうではなく、入力３８２が閾値を下回る場合、アクチュエータは正常であると決定される。
【００３８】
本発明の第２実施形態によれば、監視ユニットは、完全な遷移ベクトルの確認を実行する。その場合、サンプリングユニット３６１は、ベクトル全体を、第１のコンパレータ３７０の第１の入力３６６に順に（すなわち、一つずつ）出力する。次に、ローカルストレージ３７１が、完全なベクトルの標準の値を維持し、そして対応する標準の値を、第１のコンパレータ３７０の第２の入力３７８に順に（一つずつ）出力する。前記２つのコンパレータ３７０および３８０による比較動作は、前記第１の実施形態における場合と同じであるが、しかしながら、複数の比較が、遷移ベクトルの各サンプルに関して個別に実行される。第２の種類の警告が、出力３８８にて発せられ、制御センターに送られる。
【００３９】
監視ユニット３４０が前記第１の実施形態によって（すなわち、第１の種類の警告のみの検出のために）動作するように設計される場合、完全なベクトルが制御センターに送られる（サンプリングユニットの出力３６３）。この場合、完全なベクトルの確認は、制御センターにて（監視ユニット３４０内ではなく）、上述の第２の実施形態に関して記載されるのと実質的に同様に実行される。この動作の様式は、監視ユニットが、あまり精巧でないプロセッサおよびより小さなストレージサイズしか必要としないため、いくぶん有利である。さらに、前記した後者の場合において、制御ユニットは、複数の（さらに多くの）アクチュエータに関して、同じソフトウェアおよび同じ記憶データを用いて（同じアクチュエータとバルブの対（セット）が用いられる限りにおいて）、確認を実行することができる。
【００４０】
本発明によれば、各遷移に関するサンプルの数は、変動してよい。例えば、一つの遷移の間のサンプル数は、３から１００の範囲にあってよい。
【００４１】
本発明のシステムによって検出され得るいくつかの典型的な不良が、次のように観察されている。
ａ．ステムの角度の経路の未完成。例えば、クォータ・ターン・バルブの閉鎖の制御コマンドが、アクチュエータに伝達されるとする。すると、アクチュエータは、クォータ・ターン・バルブをクローズしようとする。しかしながら、アクチュエータの不良のために、ステムはその完全な経路を完了しない。結果として、本質的に無限の「完了期間」が検出され、少なくとも第１の種類の警告、そしてことによると第２の種類の警告が、発せられる。
ｂ．予想されるよりも速い経路の完了。ステムが壊れ、アクチュエータに連結する上側のステムのピースと、バルブを含む下側のステムのピースの、２つのピースになる場合がある。この場合、アクチュエータは回転し、ステムの上側部分はその角度の経路を「完了する」が、バルブそれ自体は実際には静止したままである。その場合、経路の「完了」は、正常なステムに普通に存在する抵抗および摩擦の欠如から、標準よりも速いとわかる。また、この場合、少なくとも第１の種類の警告が発せられ、そして一部の場合において、第２の種類の警告も発せられる。なお、この場合、実際には不良はステム内で起こり、アクチュエータそれ自体の内部ではないが、便宜のため、本明細書中では、この不良は「アクチュエータ不良」と呼ばれる。
ｃ．予想されるよりも遅い経路の完了。この場合、アクチュエータはそのタスクを完全に実行したが、経路の完了が予想されるよりも遅く及んだ事実の結果、少なくとも第１の種類の警告が生じる。
ｄ．不規則な角度の進行。この場合、タスクが完了に達し、経路全体は標準の期間内に完了するが、全体の経路内の不規則な部分的進行が検出され、これがアクチュエータ不良の発生の初期のステージのヒントとなる。その場合、第２の種類の警告が発せられる。
【００４２】
特許文献１のシステムは、特許文献１に記載される元来のタスクに加えて、本発明のタスクを実行するように容易にアップグレードされ得ることが分かった。特許文献１のシステムは実際、このアップグレードされた目的のために必要とされる全てのハードウェア要素を本質的に備える。より具体的には、特許文献１の前記システムは、プロセッサ、角度位置を検知するセンサ、およびデータを制御センターに伝達する通信手段を備える。これらを越えて、特許文献１のシステム、特に、前記システムのＶＭＤを、本発明のタスクを実行するように適合させるのに必要な修正は、本質的にソフトウェアの修正のみである。
【００４３】
本発明の一部の実施形態が実例として記載されたが、本発明は、多くの修正、変形および改変と共に、そして当業者の範囲内である多くの等価物または別の解決案を用いて、本発明の精神を逸脱せず、かつ特許請求の範囲を越えずに実行され得ることは明白であろう。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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