JP2009505009A - バルブと通信し制御するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ回転アクチュエータを制御し、このバルブ回転アクチュエータに関する情報を通信するためのデバイスを提供する。
【解決手段】本デバイスは、バルブ回転アクチュエータに連結された回転ユニットの回転位置を、連続した回転範囲に亘って監視する非接触センサと、バルブスプールを収容する空気圧バルブ本体が一体成形された主ハウジングと、非接触センサを支持し、主ハウジングに連結されたセンサハウジングと、空気圧バルブ本体と流体連通した通路を備えたマニホールドとを含む。

Description

本発明は、例えば空気作動式のボールバルブやバタフライバルブ等の別個の自動プロセスバルブの状態を表示し、制御するためのデバイスに関する。こうしたデバイスは、代表的には、自動バルブのパラメータを視覚的に及び電気的に示す信号を送出する。一つのこのようなパラメータは、自動バルブが開放しているか或いは閉鎖しているかのいずれかを示す。デバイスは、更に、プロセスバルブを所定位置まで駆動する自動バルブアクチュエータへの空気の流入を制御する。

様々な産業に亘り、ＰＬＣ又は他の論理デバイスで流体プロセスを制御しようとする場合に自動バルブが使用されている。これらの自動バルブは、代表的には、電気ソレノイド及び空気圧アクチュエータ、又は電動モータを使用して作動し、配管内部の流体流れをプロセスバルブで遮断したり許容したりする。

空気圧アクチュエータを使用してプロセスバルブを作動する場合には、多くの場合、空気圧アクチュエータの内部の空気シリンダの一端に加圧ガス（通常は空気）を供給すると同時に他端から通気するため、別の小型バルブ（パイロットバルブ）を使用する。空気シリンダは、ラックアンドピニオン装置によって、又はリンクによって、シャフトに連結されている。シリンダの一方の側に圧力が作用すると、ロッドが、シリンダ内で、シリンダの通気端に向かって移動し、シャフトはその場で回転する。シャフトは、配管内の流体流路に位置決めされたボールデバイスやバタフライデバイス等のバルブ構成要素に取り付けられている。自動バルブの位置を逆にするには、加圧及び通気を逆にし、空気圧アクチュエータ内部のシリンダの位置を変更する。シリンダの位置を変更することによりシャフトを回転し、ボールデバイスやバタフライデバイスがシャフトとともに回転する。

幾つかの用途では、二段空気圧バルブを使用し、圧縮ガスを空気圧アクチュエータに送る。二段空気圧バルブの一例は、パイロットバルブをスプールバルブと組み合わせ、空気圧アクチュエータを制御する。空気圧バルブは、通常は、プロセスバルブの近くに設置され、場合によってはプロセスバルブ自体のアクチュエータに取り付けられる。

複雑なプロセスプラントでは、コンピュータ制御システムにより多数のアクチュエータを制御する。使用されるプロセス制御プログラムの種類に応じて、コンピュータ制御システムのプログラム制御インターロックは、特定の作動順序を続行するため、実際のバルブ位置を確認する必要がある。更に、プロセスバルブの部分的バルブ往復動を必要とする。従って、多くの用途において、バルブアクチュエータを遠隔監視できるようにするセンサがバルブアクチュエータに取り付けられている。

バルブ通信ターミナル及び空気圧バルブの性能を最適化し、空間を節約し、効率を最大にするため、一体化したアッセンブリにこれらの構成要素を組み合わせるのが望ましい。これによって、様々な構成要素間の電気的適合性を確保する。例えば、空気圧バルブの動力必要条件をバルブ通信ターミナル出力と適合させる。空気圧バルブ及びプロセスバルブ／アクチュエータについての診断を、空気圧バルブシステムに直接取り付けられたバルブ通信ターミナルで計測された性能パラメータにより、更に確実に行うことができる。更に、特定の環境必要条件について許容され且つ完全に証明された第３の種類である、単一の一体化したユニットを使用することによって、危険な領域についてのクラス分けを更に便利に且つ確実に行うことができる。

通信／制御装置及び空気圧バルブを互いに一体化しようとする従来の試みは、代表的には、空気圧バルブ及び通信端子がアクチュエータに直接的に取り付けられた、又はこれらが別に取り付けられた標準的自動バルブアッセンブリと比較して、大きな追加の空間を必要とし、複雑である。従って、本発明者は、本発明を開発したのである。

本発明は、コンパクトで丈夫なモジュール式の通信−制御プラットホームを提供する。このプラットホームは、位置を関知する性能及び空気圧制御性能を単一の一体のパッケージで組み合わせる。

本発明の一つの特徴は、バルブ回転アクチュエータを制御し、このバルブ回転アクチュエータに関する情報を通信するためのデバイスにおいて、バルブ回転アクチュエータに連結された回転ユニットの回転位置を、連続した回転範囲に亘って監視する非接触センサと、バルブスプールを収容する空気圧バルブ本体が一体成形された主ハウジングと、非接触センサを支持し、主ハウジングに連結されたセンサハウジングと、空気圧バルブ本体と流体連通した通路を有するマニホールドとを備えたデバイスである。

本発明の別の特徴は、バルブ回転アクチュエータを制御し、バルブ回転アクチュエータに関する情報を通信するためのデバイスにおいて、バルブ回転アクチュエータの回転位置を連続した回転範囲に亘って監視するための手段と、バルブスプールを収容した空気圧バルブ本体が一体成形された主ハウジングと、バルブ回転アクチュエータの回転位置を監視するための手段を支持するための手段と、空気圧バルブ本体と流体連通した複数の通路を有するマニホールドとを備えた、デバイスである。

以下の詳細な説明を、特に添付図面と関連して考慮した場合、本発明の更に完全な理解及びその多くの付随的利点が容易に明らかになるであろう。

次に、添付図面を参照すると、幾つかの図面に亘り同様の参照番号が、同じ少なくとも一つの対応する部分に付してある。

図１ａ、図１ｂ、及び図２に示す非限定的例では、通信−制御デバイス１が回転バルブアクチュエータ２に取り付けられている。回転バルブアクチュエータ２は、プロセスバルブ３２に取り付けられている。制御デバイス１は、代表的には、二つの主要部分、即ちハウジングカバー１ｂ及び主ハウジング１ａに分けられる。この特定の例では、回転バルブアクチュエータ２は、ＮＡＭＵＲアクセサリ設計パラメータに従い、主ハウジング１ａはＮＡＭＵＲアクセサリ標準による穴パターンで回転バルブアクチュエータ２に取り付けてある。しかしながら、本発明は、他の取り付け標準によるバルブアクチュエータで、及びアクセサリを取り付けるための何らかの標準によらないバルブアクチュエータで作動してもよい。

回転バルブアクチュエータ２は、代表的には、ラインに配管（図示せず）で取り付けられたボールバルブ又はバタフライバルブ等のプロセスバルブ３２を制御するが、この他の種類のデバイスを実施してもよい。例えば、通信−制御デバイス１は、ダンパーやダイヤフラムバルブ等の他の種類の回転バルブアクチュエータアクセサリで使用してもよい。

外部チューブを使用する実施例では、回転バルブアクチュエータ２は、回転バルブアクチュエータポート１２を介して空気信号を受け取る。本願では、「空気」という用語を使用するとき、空気の代わりに例えば窒素等の他のガスを使用してもよいということは理解されるべきである。空気信号は、代表的には、一方の回転バルブアクチュエータポート１２への、及びベント、即ち空気を他方の回転バルブアクチュエータポート１２から流すための開放経路への加圧空気の供給である。一つの非限定的実施例では、外部チューブ９が回転バルブアクチュエータポート１２をマニホールド４に外部マニホールドポート１１を介して連結する。別の実施例では、マニホールド４は、内部マニホールドポーティングを介して回転バルブアクチュエータ２と直接流体連通し、外部チューブを必要としない。

この例では、マニホールド４は、回転バルブアクチュエータ２から容易に取り外すことができる。このように取り外し自在であるため、回転バルブアクチュエータ２をプロセスバルブ３２から取り外す必要なしに、通信−制御デバイス１の内部の構成要素のクリーニング及び修復を容易にする。更に、プロセスバルブ３２が設置された領域から通信−制御デバイス１を取り外すことなく、回転バルブアクチュエータ２及びプロセスバルブ３２の取り外し及び交換を行うことができる。

空気圧スプールバルブ本体３がマニホールド４と流体連通している。回転バルブアクチュエータ２に供給される空気信号を切り換えるため、スプール２３（図９参照）が空気圧スプールバルブ本体３内で位置をシフトする。空気圧スプールバルブ本体３及びスプール２３が一緒になって空気圧スプールバルブ３１を形成する。かくして回転バルブアクチュエータ２は、スプールバルブ３１の開閉状態の変化に応じてプロセスバルブ３２を開閉する。スプールバルブ本体３は主ハウジング１ａと一体成形されており、コンパクトであり且つ丈夫であり、設置が容易なパッケージを形成する。

更に、図１ａ及び図１ｂには回転ユニット５が示してある。回転ユニット５は、回転バルブアクチュエータ２のシャフト（図示せず）に取り付けられている。シャフトは、プロセスバルブ３２の内部の流体流れの遮断に使用されるボール、バタフライ、又は他の構成要素にしっかりと連結されており、シャフトは、ボール、バタフライ、又は他の構成要素の回転時に回転する。回転ユニット５は、随意であるが、プロセスバルブの位置を示す視覚的インジケータ２７を備えていてもよい。

図３ａは、通信−制御デバイス１の一実施例の分解図を示す。この非限定的実施例では、一つ又はそれ以上のモジュール式空気圧パイロットバルブ１０が主ハウジング１ａに取り付けられている。しかしながら、モジュール式空気圧パイロットバルブ１０をその他の場所に取り付けてもよいということは理解されるべきである。モジュール式空気圧パイロットバルブ１０は、空気圧スプールバルブ３１に空気信号を供給する。モジュール式空気圧パイロットバルブ１０は、代表的には、電気信号に応答するように設計されたソレノイドバルブ又は圧電バルブである。モジュール式空気圧パイロットバルブ１０の作動にソレノイドバルブを使用した場合には、ソレノイドは、様々な電圧で作動するように形 成されていてもよい。一般的なソレノイド作動電圧には、直流１２Ｖ、直流２４Ｖ、及び交流１１０Ｖが含まれるが、この他の電圧を使用してもよい。

一つの非限定的実施例では、通信−制御デバイス１は、一種類以上の電圧供給に基づいてモジュール式空気圧パイロットバルブ１０を作動できるように形成されていてもよい。例えば、モジュール式空気圧パイロットバルブ１０は、通信−制御デバイス１が、電源から直流２４Ｖ又は交流１２０Ｖのいずれを受け取るのかに関わらず、作動できる。この結果は、電圧調整器及び整流回路を含む電力コンバータ３６を使用することによる。図７ｂを参照されたい。

更に、電子式センサモジュール１３が図３ａに示してある。この非限定的実施例では、電子式センサモジュール１３は、ハウジングカバー１ｂと主ハウジング１ａとの間に配置されているが、この他の位置も可能である。センサモジュールの機能を、図４ａ乃至図５ｂの議論で更に詳細に説明する。

図３ｂは、スプールバルブ３１の一つの非限定的実施例の一部を切り欠いた図である。スプール２３は、モジュール式空気圧パイロットバルブ１０が提供する空気信号に応じてその軸線に沿って前後に摺動する。スプールは、空気流通路として使用される縮径領域を有する。ケージ２５及びシーリング部材２４は、更に、空気流通路を形成する。スプール２３が摺動するとき、スプール２３の縮径領域がケージ２５の開口部を越えて移動する。縮径領域がケージ２５の開口部と一直線上に並んだとき、圧縮空気が開口部を通って移動し、内部ポート２６を通って出る。従って、内部ポート２６は、圧縮空気をマニホールド４に供給し、このマニホールド４が、更に、空気を、内部ポート２６又は外部チューブ９のいずれかを介して回転バルブアクチュエータ２に伝達する。

センサモジュール１３を備えた単一の一体化したパッケージにスプールバルブ３１を組み込むことによって、回転バルブアクチュエータ２の制御及び監視と関連した部品の数及び複雑さを低減できる。通信−制御デバイス１は、バルブ制御装置をバルブ監視装置と組み合わせた、便利であり且つ設置が容易なパッケージを提供する。この組み合わせにより、余分のブラケット又は他の取り付けハードウェアに対する必要を低減し、新たに製造したか或いは予め設置した回転バルブアクチュエータに、通信−制御機器を追加したり、これらのバルブアクチュエータから通信−制御機器を取り外すための便利な方法を提供する。

図４ａ及び図４ｂは、電子式センサモジュール１３を回転ユニット５に装着する方法を示す。上文中に論じたように、回転ユニット５は、代表的には、回転バルブアクチュエータ２の回転シャフトに取り付けられる。しかしながら、回転ユニット５は、回転アクチュエータにこの他の方法で取り付けられていてもよい。従って、回転バルブアクチュエータ２のシャフトが回転するとき、回転ユニット５も回転する。電子式センサモジュール１３は、代表的には、回転ユニット５と物理的に接触しない。その代わりに、主ハウジング１ａ又はハウジングカバー１ｂのいずれかがセンサモジュール１３を直接的に支持し、代表的には、電子式センサモジュール１３と回転ユニット５の内部との間に隙間が維持される。従って、電子式センサモジュールは、回転を計測するために必ずしも回転ユニット５と接触していなくてもよいため、センサモジュール１３でシャフト、ばね、又は磨耗部品を必要としない。センサモジュールが主ハウジング１ａによって直接的に又は間接的に支持されているため、コンパクトで強度が高い簡単なパッケージが、データを収集して制御するための一体のプラットホームを提供する。この形態は、更に、信頼性及び製造性を向上する。

ハウジングカバー１ｂを主ハウジング１ａに取り付けると、センサモジュール１３は、代表的には、通信−制御デバイスの内部に包囲される。従って、センサモジュール１３を、スプールバルブ３１と一体化したハウジングと組み合わせることにより、両デバイスを、単一の一体化したユニットとして、回転バルブアクチュエータ３に、追加の取り付けブラケットなしで容易に取り付けることができる。

図５ａ及び図５ｂに示すように、電子式センサモジュール１３は少なくとも一つのセンサ１４を支持する。この非限定的実施例のセンサ１４は、磁気抵抗センサであるが、他の非接触センサを使用してもよい。この例では、センサ１４は、回転ユニット５に取り付けられた磁石１５と協働して作動する。

図５ａ、図５ｂ、及び図５ｃに示すように、磁石は、好ましくは、回転ユニット５の両側に取り付けられている。換言すると、回転ユニット５の中心を円の中心として使用し、一方の磁石を０°の位置に取り付け、他方の磁石を約１８０°の位置に取り付けるが、他の形態も可能である。センサ１４は、隙間３３によって磁石１５から離間される。センサ１４が定置のままであるのに対し、磁石１５は、回転バルブアクチュエータ２が位置を変えるとき、電子式センサモジュール１３及びセンサ１４を中心として回転する。図５ｃに示すように、磁石１５間の磁束１６はセンサ１４を通過する。磁石が回転するとき、センサ１４は磁束１６の方向の変化を検出し、回転量を電子式制御モジュール６に提供する。センサ１４が磁束１６の大きさでなく方向の変化を計測するため、センサ１４は、回転の計測精度を低下することなく、センサ１４に対する磁石の付随的な横方向及び垂直方向の移動を吸収できる。電子式制御モジュール６は、センサ１４から集めた情報を、例えばデジタル信号、４ｍａ乃至２０ｍａの信号、又は０Ｖ乃至５Ｖの信号等の様々な形態で伝達できる。

非限定的実施例では、センサは、消費電力が０．５ｍａ以下であるように設計されていてもよく、センサ１４は、電気回路の一つのブランチを介して電力を受け取ってもよい。このブランチは、少なくとも一つの他のブランチと並列に接続されている。第２ブランチは、プロセスバルブ３２が開放しているかどうかを示す信号を搬送する。更に、センサ１４は、プロセスバルブ３２が閉鎖しているかどうかを示す信号を搬送する回路のブランチから電力を受け取ってもよい。

センサ１４は、プロセスバルブのオン／オフ位置を回転ユニット５を介して検出するだけに使用してもよいが、センサ１４は、更に、連続した範囲に亘る回転ユニット５の様々な回転量の検出にも使用できる。代表的な回転範囲は、０°乃至９０°（四分の一回転）であるが、この他の範囲が可能である。幾つかの実施例では、バルブ回転アクチュエータ２の可能な回転範囲に亘るバルブ回転アクチュエータ２の回転量の制御に通信−制御デバイス１を使用してもよい。

別個のオン／オフ信号の伝達に使用される場合、電子式制御モジュールは、プロセスバルブ３２の特定の回転位置と対応する「オン」信号又は「オフ」信号を発生する。例えば、プロセスバルブが完全に閉鎖している場合、プロセスバルブの回転は０°である。「四分の一回転」バルブについて、バルブを開放したとき、回転の値は約９０°である。電子式制御モジュール６は、ＬＥＤ１９を点灯するようにプログラムされていてもよいし、及び／又はプロセスバルブ３２が開放したことを示す信号を伝達するようにプログラムされていてもよい。同様に、電子式制御モジュール６は、プロセスバルブ３２が閉鎖されたとき、信号を伝達し、及び／又は異なるＬＥＤを点灯するようにプログラムされていてもよい。

プロセスバルブ３２の内部構成要素の物理的な開放位置及び閉鎖位置で起こり得る小さな変化を補償するため、電子式制御モジュール６はプロセスバルブ３２の「オン」位置又は「オフ」位置の辺りに特定の不感帯を発生するようにプログラムされていてもよい。例えば、プロセスバルブ３２は、開放時に実際に９０°の回転位置に達してもよいが、プロセスバルブ３２が実際には８８°しか回転していない場合でも、プロセスバルブ３２が開放していると表示するように、電子式制御モジュール６を、局所的に、又は通信ネットワークを介して設定してもよい。更に、電子式制御モジュール６は、プロセスバルブ３２を閉鎖するための回転を開始した場合、バルブが８７°を越えて回転したとき、バルブがもはや「開放」していないということを示すように設定されていてもよい。上文中に説明した例では、３°の「不感帯」が記載されている。電子式センサモジュール１３は、回転の各端で不感帯及び「ドエル (dwell)」が異なるようにプログラムされていてもよい。「ドエル」は、賦勢後にスイッチが元の位置にとどまる回転範囲である。代表的には、設定を遠隔で又は局所的にプログラムしてもよい。

電子式制御モジュール６は、診断情報及びセンサ可能化設定を、モジュール式パイロットバルブ１０を制御するハードウェア配線とは別個に通信してもよい。例えば、診断情報及びセンサ設定を、別の配線を介して、又は無線ネットワークを介して通信してもよい。更に、電子式制御モジュール６は、手持ち式無線デバイスと通信してもよい。

図６に示すように、通信−制御デバイス１の導管区分は、リンク防爆モジュール（ＬＥＭ）７を含んでいてもよい。この非限定的例では、ＬＥＭ７は、可燃性ガスを含む環境内で爆発が発生する可能性をなくすため、代表的には、少なくとも一つの本質的安全バリア８を含む。ＬＥＭ７自体は、環境から物理的に分離されている。当該領域内の可燃性ガスに点火できる火花を発生する上で十分な電気エネルギを放出しないようにＬＥＭ７の接続部を保護した後、全ての電気接続部を繋ぐ。従って、モジュール式パイロットバルブ１０のセンサ１４、圧力センサ、電圧センサ、電流センサ、及びソレノイドが、ＬＥＭ７の保護された接続部に接続されているため、来入電力を遮断することなく、これらのデバイスの保守を安全に行うことができる。

図７ａに示すように、電子式制御モジュール６は、代表的には、主ハウジング１ａの上側に取り付けられる。しかしながら電子式制御モジュールの位置を変えてもよい。例えば、別の実施例では、電子式制御モジュールをハウジングカバー１ｂに取り付けてもよい。いずれにせよ、主ハウジング１ａは、「電子式制御モジュール６が最終的に載止する基礎を提供する。

一つの非限定的実施例では、電子式センサモジュール１３は、電子式制御モジュール６に直接注封される。このような形体により、組み立てが容易になり、信頼性が向上する。別の非限定的実施例では、電子式センサモジュール１３は、電子式制御モジュールの外部にあり、このモジュールに配線を介して接続される。

電子式制御モジュール６は、代表的には、回転バルブアクチュエータ２の位置の検出に使用される制御−感知回路を含む。電子式通信−制御回路は、環境に対してシールされた、注封された完全に自律的なモジュールに含まれていてもよい。このモジュールは、膜パッド１８に面していてもよい。膜パッド１８は、回転バルブアクチュエータ２の機能を制御し、センサ１４と関連したパラメータを設定するための一つ又はそれ以上のボタンを備えていてもよい。制御ボタンを実施する他の方法を使用してもよいが、膜パッド１８は、特に湿潤環境で有利である。これは、水分の進入に膜パッドが抵抗するためである。電子式制御モジュールは、回転バルブアクチュエータの状態又は他の情報を視覚的に表示するため、一つ又はそれ以上のＬＥＤ１９を備えていてもよい。一つの例示の実施例では、ターミナルブロック１７により、制御モジュール６、モジュール式空気圧パイロットバルブ１０、プロセス制御システム、及び随意であるが圧力センサ又は電流センサの間を接続できる。別の実施例では、圧力センサ又は電流センサは、制御モジュール６に直接注封される（図７ｄ参照）。ターミナルブロック１７は、代表的には、電子式制御モジュール６上に又はその近くに配置される。従って、電子式制御モジュール６は、通信−制御デバイス１に関し、密封式の、容易に交換できる、耐汚染性の使用者インターフェースを提供する。

制御モジュール６は、マニホールド４及び／又はモジュール式空気圧パイロットバルブ１０の様々なポートに設けられた圧力接続から圧力の読みを受け取る。更に、ソレノイドに供給された電圧及び／又は電流の大きさを計測し、これを電子式制御モジュール６に伝達してもよい。計測値は、電子式制御モジュール６に記憶され、又は資産管理サーバー２０に伝達される。

図７ｂに示すように、電子式制御モジュール６は、代表的には、プロセッサ３４、ソレノイドバルブ１０の作動に使用される入力電圧を調整するための電力コンバータ３６、及び信号接点３５を収容する。信号接点３５は、例えばＰＣ又はＰＬＣ等の制御ユニットにバルブアクチュエータ状態情報の送出に使用される。上文中に論じたように、センサモジュール１３は、制御モジュール６に直接注封してもよいし、配線を介して接続されていてもよい。

図７ｃは、無線トランシーバー４１がプロセッサ３４に接続された制御モジュールの概略図である。無線トランシーバーにより、通信−制御デバイス１と、例えば資産管理サーバー２０、作動システム２２、及び／又は手持ち式デバイス等の様々な外部デバイスとの間を通信できる。

図７ｄは、随意の電流センサ３７及び随意の圧力センサ３８を電子式制御モジュール６に直接注封した制御モジュール６の概略図である。更に、図６には、バスを介して作動システムと通信する上で使用できる通信インターフェース３９が示してある。通信インターフェース３９は、代表的には、信号接点３５の代りに使用される。しかしながら、通信インターフェース３９を信号接点３５の他に設けてもよい。電流センサ３７は、モジュール式パイロットバルブ１０に設けられた特定のソレノイドが機能しているかどうかを確認し、予防的保守スケジュールを実施する上で使用できるデータを提供するため、フィードバックを提供する。随意の電流センサ３７の代りに電圧センサ（図示せず）を設けてもよいし、この電圧センサ（図示せず）を随意の電流センサ３７の他に設けてもよいということは理解されるべきである。随意の電流センサ３７は、制御モジュール６とは別に配置してもよいし、制御モジュール６に直接注封してもよい。

随意の圧力センサ３８は、加圧空気がスプールバルブに連結されているかどうか、及びどれ程の量の圧力を利用できるのかに関する情報を提供する。例えば、スプールバルブへの供給圧力が所定値以下に低下した場合、制御モジュール６は出力信号を提供する。更に、随意の圧力センサによって供給された圧力情報により、予防的保守スケジュールを実施できる。例えば、回転バルブアクチュエータ２が、これまで必要とされたよりも大きな空気圧を必要とする場合には、回転バルブアクチュエータ２は交換時期にきている。図７ｄに示す圧力センサ３８は、制御モジュール６に直接注封してある。しかしながら、圧力センサ３８は、その他の位置に配置されていてもよい。更に、圧力センサが監視する空気圧は、モジュール式空気圧パイロットバルブ１０、マニホールド４、スプールバルブ本体３、又は他の構成要素に供給された圧力であってもよい。

図７ｃは、制御モジュールの内部に配置された通信インターフェース３９を示す。しかしながら位置センサ１４と同様に、通信インターフェースは、制御モジュール６に直接注封してあってもよいし、又は随意であるが、別の構成要素として配線で接続されていてもよい。通信インターフェース３９は、有線で、無線で、又はこれらの両方を介して機能してもよい。

図７ｅは、無線トランシーバー４１を加えた図７ｄの全ての構成要素を示す。無線トランシーバー４１は、通信インターフェース３９を介して行われる通信を補助する。

図７ｆでは、通信インターフェース３９の代りに無線トランシーバーが用いられており、通信モジュール６に、及びこのモジュールから送出される全ての通信−制御情報は、無線で伝送される。代表的には、電力接続部４０は、外部電源を通信−制御ユニット１に接続する方法を提供する。しかしながら、バッテリー等の内部電源を使用してもよい。

図８ａは、Ｉ／Ｏキャビネット４２に接続された多数の通信−制御デバイス１を示す。上文中に論じたように、Ｉ／Ｏは、０Ｖ乃至５Ｖで４ｍａ乃至２０ｍａのデジタル又は他の専用の種類の情報伝達装置であってもよい。この非限定的実施例では、Ｉ／Ｏキャビネット４２は、作動システム２２とは別体である。しかしながら、Ｉ／Ｏキャビネット４２及び作動システム２２を単一の一体化したユニットで組み合わせてもよい。

図８ｂは、資産管理サーバー２０に無線通信を介して接続されており、Ｉ／Ｏキャビネット４２に配線を介して接続された多くの通信−制御デバイス１を示す。本発明の１つの非限定的例では、資産管理サーバーは、企業ネットワーク２１の部分であり、作動システム２２に接続されている。この構成では、資産管理サーバーは、例えば流体流路及び保守の問題点を確認するため、通信−制御デバイス１のパラメータを管理する。幾つかの実施例では、通信−制御デバイス１は、無線ネットワークを介して資産管理システムと通信する。他の実施例では、通信−制御デバイス１は通信に配線を使用する。通信−制御デバイス１は、更に、有線通信及び無線通信を組み合わせてもよい。通信に関し、「配線」という用語は、標準的な電気配線に限定されず、光ファイバ接続も含むということは理解されるべきである。

資産管理サーバー２０は、特定の回転バルブアクチュエータ２の作動に必要な空気圧の量に関する圧力の読みを受け取る。資産管理サーバー２０は、このデータを記憶し、トレンド線(trend line)を形成できる。データにより、回転バルブアクチュエータ２の作動に必要な空気圧が徐々に増大するか或いは減少することが経時的に明らかになる。このデータに基づき、保守技術者は予測保守を行うことができ、バルブの故障の原因を確認できる。資産管理サーバー２０は、特定の回転バルブアクチュエータ２の作動に必要な空気圧の量が、プログラムされた設定点に達したとき、警報を提供するようにプログラムできる。モジュール式空気圧パイロットバルブ１０の作動に必要な電圧及び電流に関する従来のデータを使用して保守スケジュールを実施し、又は機能不全の構成要素に関する警報を提供してもよい。警報についての圧力及び電力のデータ及び設定点を資産管理サーバー２０に記憶してもよいし、電子式制御モジュール６に記憶してもよい。

これらの圧力、電圧、及び電流のデータを連続した位置の監視と組み合わせることにより、電子式制御モジュール６等のハードウェア又はソフトウェアで、随意の局所的ディスプレー（電子式制御モジュール６にある）について、又は資産管理サーバー２０内への遠隔測定について、予測保守を行うことができ、故障の原因の分析を行うことができる。

作動システム２２は、制御信号を無線で、又は配線を介して、モジュール式空気圧パイロットバルブ１０に送出する。これらの信号は電圧の形態で伝達され、又はこれらの信号は、更に調整するため、電子式制御モジュール６に送出されたデジタル情報であってもよい。

図８ｂは、多数の通信−制御デバイス１によって制御される様々なデバイス間で、無線通信と組み合わせて使用されるネットワークバスを示す。これにより、図７ｃに示す電子式制御モジュールの使用と対応して通信及び制御が実施される。電源４３は、通信−制御デバイス１に配線を介して接続された状態で示してある。しかしながら、上文中に論じたように、電力は、密封式電源により、通信−制御デバイス１に供給されてもよい。従って、多くの実施例において、電源４３に代えて、バッテリー、無停電電源装置（ＵＰＳ）、電池等を使用してもよいし、これらを電源４３とともに使用してもよい。

図８ｃは、バスネットワークを介して実施される通信−制御を示す。この特定の実施例は、図７ｄに示す電子式制御モジュールの使用と対応する。電力は、電源４３を介して通信−制御デバイス１に供給される。電源４３は、外部電源に配線で接続されているか或いはバッテリー等の密封式電源に接続されているかのいずれかであるということは理解されるべきである。

図８ｄは、通信−制御デバイス１と資産管理サーバー２０との間のバスネットワークと無線通信との組み合わせを示す。電力は、電源４３を介して通信−制御デバイス１に供給される。

図８ｅは、電源４３に配線を介して接続されており、専ら無線通信を介して作動システム２２と通信した通信−制御デバイス１を示す。この非限定的実施例では、全ての情報交換が無線通信を介して行われる。

図８ｆは、配線バス通信装置の代表的な実施例の概略図である。この非限定的実施例ではバルブ通信ターミナル４４は、フィールドバスインターフェース４５を介してゲートウェイインターフェース４６と通信する。ゲートウェイインターフェース４６は、制御バスインターフェース４７を介して制御システム４８と通信している。制御システム４８は、作動インターフェース４９、保守インターフェース５０、及び外部インターフェース５１と、無線で、有線で、又はこれらの二つの組み合わせを介して通信する。

図８ｇは、通信−制御デバイス１と資産管理サーバーとの間の有線バス及び無線通信の組み合わせの概略図である。この非限定的実施例では、バルブ通信ターミナル４４は、フィールドバス４５を介してゲートウェイインターフェース４６と通信する。ゲートウェイインターフェース４６は、制御バス４７を介して制御システム４８と通信する。制御システム４８は、無線又は有線のいずれかで接続されることにより、作動インターフェース４９と通信する。

図８ｇに示す無線接続に関し、バルブ通信ターミナル４４は、資産管理サーバー２０と無線で通信する。資産管理サーバー２０は、この場合、保守インターフェース５０、外部インターフェース５１、重複オペレータインターフェース５２、及びウェブインターフェース５３（これらは全て随意である）に有線で又は無線で接続してもよい。

明らかに、以上の教示に照らして本発明の多くの変形及び変更が可能である。従って、特許請求の範囲の範疇で、本発明を、本明細書中に特定的に説明した以外の態様で実施してもよいということは理解されるべきである。

図１ａは、プロセスバルブに取り付けられた回転バルブアクチュエータに外部空気圧チューブが取り付けられた、通信−制御デバイスの斜視図である。 図１ｂは、プロセスバルブに取り付けられた回転バルブアクチュエータに取り付けられた通信−制御デバイスの斜視図であり、通信−制御デバイスと回転バルブアクチュエータとの間の空気連通部が内部に形成されている。 図２は、リンク防爆モジュール（ＬＥＭ）を備えた、回転バルブアクチュエータに取り付けられた通信−制御デバイスの正面図である。 図３ａは、ソレノイドバルブ、通信モジュール、空気圧スプールバルブを一体に備えた主ハウジング、及びハウジングカバーを含むアッセンブリの分解図である。 図３ｂは、スプールバルブが一体に形成された内部構造を示す主ハウジングの切欠き図である。 図４ａは、回転ユニットから分離したセンサモジュールの斜視図である。 図４ｂは、回転ユニットに取り付けたセンサモジュールの斜視図である。 図５ａは、回転ユニットに組み立てる前のセンサモジュールの正面断面図である。 図５ｂは、回転ユニットの回転を検出する所定位置にあるセンサモジュールの正面断面図である。 図５ｃは、センサ及びこのセンサを通る磁束を示す概略図である。 図６は、本質的安全バリア８を含むＬＥＭ分解図である。 図７ａは、主ハウジング及び専用Ｉ／Ｏに取り付けられた電子式制御モジュールの斜視図である。 図７ｂは、外部パイロットバルブへの接続部を持つ電子式制御モジュールの概略図である。 図７ｃは、外部パイロットバルブ、専用Ｉ／Ｏ、及び無線トランシーバーへの接続部を持つ電子式制御モジュールの概略図である。 図７ｄは、随意の圧力センサ、電流センサ、副入力、及びバス通信インターフェースを持つ電子式制御モジュールの概略図である。 図７ｅは、随意の圧力センサ、電流センサ、副入力、バス通信インターフェース、及び無線トランシーバーを持つ電子式制御モジュールの概略図である。 図７ｆは、随意の圧力センサ、電流センサ、副入力、及び無線トランシーバーを持つ電子式制御モジュールの概略図である。 図８ａは、作動システムに接続された通信−制御ユニットの概略図である。 図８ｂは、無線診断システムと組み合わせた従来の通信−制御ネットワークの概略図である。 図８ｃは、作動システムにバスネットワークを介して接続された通信−制御ユニットの概略図である。 図８ｄは、作動システムにバスを介して接続されており、資産管理サーバーに無線接続を介して接続された通信−制御ユニットの概略図である。 図８ｅは、電源に配線を介して接続されており、作動システムに無線で接続された通信−制御ユニットの概略図である。 図８ｆは、電子式制御装置の通信回路の代表的なバスを示すダイヤグラムである。 図８ｇは、バス及び無線通信を使用する通信回路の実施例を示すダイヤグラムである。

符号の説明

１ 通信−制御デバイス
１ａ 主ハウジング
１ｂ ハウジングカバー
２ 回転バルブアクチュエータ
３ 空気圧スプールバルブ本体
４ マニホールド
９ 外部チューブ
１１ 外部マニホールドポート１１
１２ 回転バルブアクチュエータポート
２３ スプール
３１ 空気圧スプールバルブ
３２ プロセスバルブ

Claims (23)

1. バルブ回転アクチュエータを制御し、このバルブ回転アクチュエータに関する情報を通信するためのデバイスにおいて、
   前記バルブ回転アクチュエータに連結された回転ユニットの回転位置を、連続した回転範囲に亘って監視する非接触センサと、
   バルブスプールを収容する空気圧バルブ本体が一体成形された主ハウジングと、
   前記非接触センサを支持し、前記主ハウジングに連結されたセンサハウジングと、
   前記空気圧バルブ本体と流体連通した少なくとも一つの通路を有するマニホールドとを備えた、デバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
   前記回転範囲は、約０°乃至９０°である、デバイス。
3. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
   前記非接触センサは、磁気抵抗センサである、デバイス。
4. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
   前記マニホールドと前記回転バルブアクチュエータとの間を流体連通する少なくとも一つの通路を更に備えた、デバイス。
5. 請求項４に記載のデバイスにおいて、
   前記少なくとも一つの通路は、外部チューブを含む、デバイス。
6. 請求項４に記載のデバイスにおいて、
   前記少なくとも一つの通路は、マニホールド内に設けられている、デバイス。
7. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
   前記マニホールドは、前記バルブ回転アクチュエータから取り外すことができる、デバイス。
8. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
   前記主ハウジングによって支持された電子式制御モジュールを更に備えた、デバイス。
9. 請求項８に記載のデバイスにおいて、
   前記センサ及び前記電子式制御モジュールの消費電力は０．５ｍａ以下であり、前記電力は、回路の枝部を介して受け入れられ、前記枝部は、前記バルブ回転アクチュエータによって制御されるバルブが開放しているかどうかを示す信号を搬送する別の枝部と並列に接続されている、デバイス。
10. 請求項８に記載のデバイスにおいて、
    前記センサ及び前記電子式制御モジュールの消費電力は０．５ｍａ以下であり、前記電力は、回路の枝部を介して受け入れられ、前記枝部は、前記バルブ回転アクチュエータによって制御されるバルブが閉鎖しているかどうかを示す信号を搬送する別の枝部と並列に接続されている、デバイス。
11. 請求項８に記載のデバイスにおいて、更に、
    密封式電源を含む、デバイス。
12. 請求項８に記載のデバイスにおいて、
    前記電子式制御モジュールは、前記電子式制御モジュールに記憶されたパラメータで決まる量だけ前記回転ユニットが回転したとき、信号を伝達する、デバイス。
13. 請求項１２に記載のデバイスにおいて、
    前記パラメータで決まる量は、前記回転ユニットの実際の回転量と異なる、デバイス。
14. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
    前記電子式制御モジュールと、前記電子式制御モジュールの外方にある作動システムとの間に電気的に接続されたリンク防爆モジュールを更に備えた、デバイス。
15. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
    前記空気圧バルブ本体と流体連通した少なくとも一つのモジュール式空気圧パイロットバルブを更に備えた、デバイス。
16. 請求項１５に記載のデバイスにおいて、
    少なくとも一つのパイロットバルブは、直流２４Ｖ又は交流１２０Ｖの両方で作動できる、デバイス。
17. 請求項１５に記載のデバイスにおいて、
    前記少なくとも一つのモジュール式空気圧パイロットバルブに供給される電圧を監視する電圧センサを更に備えた、デバイス。
18. 請求項１５に記載のデバイスにおいて、
    前記少なくとも一つのモジュール式空気圧パイロットバルブに供給される電流を監視する電流センサを更に備えた、デバイス。
19. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
    少なくとも一つの圧力センサを更に備えた、デバイス。
20. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
    無線ネットワークを介して診断情報を伝達し、情報を監視するトランスミッターを更に備えた、デバイス。
21. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
    診断−制御情報の伝達を無線リンクを介して行う、デバイス。
22. 請求項１に記載のデバイスにおいて、
    前記バルブ回転アクチュエータの回転量を制御するように構成された、デバイス。
23. バルブ回転アクチュエータを制御し、前記バルブ回転アクチュエータに関する情報を通信するためのデバイスにおいて、
    バルブ回転アクチュエータの回転位置を連続した回転範囲に亘って監視するための手段と、
    バルブスプールを収容した空気圧バルブ本体が一体成形された主ハウジングと、
    バルブ回転アクチュエータの回転位置を監視するための手段を支持するための手段と、
    前記空気圧バルブ本体と流体連通した複数の通路を有するマニホールドとを備えた、デバイス。

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