JP4795855B2

JP4795855B2 - プラントにおける電磁弁の検査方法および装置

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Publication number: JP4795855B2
Application number: JP2006160621A
Authority: JP
Inventors: 晴夫伊藤; 和男前田; 修岡田; 康夫泉
Original assignee: Japan Atomic Power Co Ltd
Current assignee: Japan Atomic Power Co Ltd
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: JP2007327606A

Description

本発明は、原子力発電所等のプラントや施設において、緊急時停止回路の緊急遮断用や、重要な流体作動弁の駆動用として、多数使用されている電磁弁の検査方法およびその装置に関する。

重要なプラントや施設、例えば原子力発電所においては、緊急時停止回路の原子炉スクラム弁や、重要な空気作動弁の作動用として、電磁弁が数多く使われている。これら電磁弁の故障を未然に防止することは、プラントの安全性や稼働率確保のために、きわめて重要である。

従来、この種の電磁弁の安全確保は、プラントの定期点検時において、分解して点検や交換をすることにより、管理されている。

このプラントの定期点検は、プラントの稼動を停止して、熟練した多くの技術者により、行われるものであるが、原子力発電所等の広域施設においては、多くの人手を要するため、熟練技術者の不足が問題となっている。

特許文献１には、検査を要する電磁弁を多数集合して、流体回路の遮断特性を検査することについて、記載されている。

特許文献２には、プリンタ装置や、ファクシミリ装置に使用されているソレノイド等の故障を、ソレノイドに流れる電流の特徴を捉えることにより、検出することについて、記載されている。

特許文献３には、電磁弁のソレノイドに通電した際、弁体の開閉動作に伴う振動を検出して、弁体が開閉したか否かを検出するようにした技術思想が開示されている。

特開２００４−１２５８０９号特開２００４−１９８３０８号特開２００５−２７３８３５号

本発明は、上記したような重要なプラントや施設等に多用されている制御用電磁弁の信頼性と安全性を保障するとともに、プラント施設自体の信頼性を高めるようにするものである。

制御電磁弁の信頼性を高めるには、プラントを停止させて行う定期点検を、頻繁に実施し、その都度、電磁弁の動作特性を確認するのが理想的であるが、このようにすると、プラントの稼動率の低下をもたらし、また熟練した保安用員の確保も困難である。

また、被点検電磁弁の分解点検は、これを、制御流体回路から外すとともに、正規の制御電源回路も外して、電磁弁を、点検の容易な場所や、検査測定機を備えている設備のあるところへ運んで行われている。

しかし、被点検電磁弁を、点検の都度制御流体回路から外して、再び取り付け、さらに、電源回路の接続を再度行うことは、プラント施設全体の信頼性を損い、かつ、既存の安定した状況から、取り付ミスや接続ミス等の人為的な復旧不能の危険な状況を作りだすおそれがある。

特許文献１には、複数の被検査電磁弁を、集合させて点検する点検装置が開示されているが、複数の被検査電磁弁を取りはずして集合させると、上述の如く、既存の安定した状況を保持しながら、既設の電磁弁の健全性を確認検証することは困難である。

特に、緊急時停止回路における原子炉スクラム弁や、重要な空気作動弁を作動用させる電磁弁は、非常時にしか作動せず、プラントの正常運転中には作動することはないので、その作動の確認検証は困難である。そのため、常に、確実に作動を行える状態に保って、作動の健全性を確保しておかなければならない。

特許文献２に記載のものは、ソレノイドが通常の作動をするたびに、漏洩磁界を検出し、正常動作時と異常動作を生じた際における、異常な特徴量を比較して、故障を判別している。
しかし、緊急遮断弁の場合には、故障を生じてから、それを検出したのでは、手遅れとなる。

また、特許文献３に開示されている技術思想は、弁体が開弁方向と閉弁方向に移動したか否かを、振動で検出することに関し、本発明の目的とするところの、電磁弁が次回に確実に動作しうるか否かを予測するために、弁体の動きの健全性について判別することについては、なんらの示唆もなされていない。

本発明は、初回における初期データを抽出するとき以外は、被検査電磁弁を、制御流体回路から外すことなく、電磁弁動作時の機械的状況を判定しうる方法を提供し、かつ、その際に測定されたデータの履歴を蓄積し、その蓄積されたデータを分析することによって、電磁弁内部の健全性を診断し、非常時において、電磁弁が確実に作動するようにするプラントにおける電磁弁の検査方法と装置を提供することを目的とするものである。

本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。

（１）最初の検査データを計測するために用意した電源をもって、被検査電磁弁を作動させ、その電源から直接的に得られる電圧信号と電流信号を検出し、それと同時に、被検査電磁弁へ着脱自在に装着した電流検出センサーと、磁界検出センサーと、振動検出センサーとをもって、電磁弁の外部から、電磁弁が作動している状況を示す、電流信号と磁界信号と振動信号を検出し、かつ、前記各信号を、信号の値を検出した時刻に基づいて、記憶手段に記録する初期データ検出過程と、
被検査電磁弁を、制御流体回路から外すことなく、正規に制御する制御電源をもって作動させ、その時に、前記最初の検査データを計測した状態とほぼ同様の位置に装着した電流検出センサーと、磁界検出センサーと、振動検出センサーとをもって、電磁弁の外部から、電磁弁が作動している状況を間接的に示す電流信号と磁界信号と振動信号を検出し、かつ、前記各信号を、信号の値を検出した時刻に基づいて、記憶手段に記録する検査データ収集過程と、
記録手段に記録された各信号を、記録した時刻順に配列して、各記録信号の波形特性を表示させ、その各信号波形の相互関係に基づいて、被検査電磁弁の健全性を評価する健全性判定過程とを有するプラントにおける電磁弁の検査方法。

(２) 上記(１)項において、初期データ検出過程は、電源の出力電圧を異ならせた複数回からなっている。

(３) 上記(１)または(２)項において、初期データ検出過程は、被検査電磁弁を制御流体回路から外して、各信号を検出するものである。

(４) 上記(１)または(２)項において、初期データ検出過程は、被検査電磁弁を制御流体回路から外すことなく、各信号を検出するものである。

(５) 上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、初期データ検出過程は、制御流体回路に制御流体の圧力が加わった状態で行われる。

(６) 上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、検査データ収集過程は、被検査電磁弁の健全性に支障を生じるまで、繰返えされる。

(７) 上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、健全性判定過程は、各記録信号の波形特性を、汎用コンピュータのセンサー画面に表示し、その各信号波形の相互関係を目視して、被検査電磁弁の健全性を評価するものとする。

(８) 上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、健全性判定過程は、初期データ検出過程において記録手段に記録された各信号と、各検査データ収集過程において順次記録手段に記録された各信号を、汎用コンピュータのデータベースに、記録した時刻順に配列して、各記録信号の波形特性を記録し、そのデータベースに記録された各信号波形の相互関係を、汎用コンピュータの診断手段により判定して、健全性を評価する。

(９) 最初の検査データを計測するために、被検査電磁弁を作動させて、直接的な駆動電圧と駆動電流を検出する電源と、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの漏洩磁界を検出する磁界検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの駆動電流を検出する電流検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の弁体作動振動を検出する振動センサーと、
各センサーに対応して、それぞれの検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
各センサー毎に分けられて時系列に発生する各センサー毎のデジタル信号群を入力する汎用コンピュータと、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記デジタル信号群を、各信号の値を検出した時刻に基づいて、記各センサー毎に分けられた時系列データとして、不揮発メモリに記録するデータ処理手段と、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記不揮発メモリに記録された各センサー毎のデジタル信号群を、記録した時刻に基づいて管理する電磁弁管理データベース手段とを備えてなるプラントにおける電磁弁の検査装置。

(10) 最初の検査データを計測するために、被検査電磁弁を作動して、直接的な駆動電圧と駆動電流を検出する電源と、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの漏洩磁界を検出する磁界検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの駆動電流を検出する電流検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の弁体作動振動を検出する振動センサーと、
各センサーに対応して、それぞれの検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
各センサー毎に分けられて時系列に発生する各センサー毎のデジタル信号群を入力する汎用コンピュータと、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記デジタル信号群を、各信号の値を検出した時刻に基づいて、記各センサー毎に分けられた時系列データとして、不揮発メモリに記録するデータ処理手段と、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記不揮発メモリに記録された各センサー毎のデジタル信号群を、記録した時刻に基づいて管理する電磁弁管理データベース手段と、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記電磁弁管理データベース手段によって管理される同一被検査電磁弁に係る各センサー毎のデジタル信号群を、記録した時刻に応じて新旧比較して、新データ取得時刻における当該被検査電磁弁の特性診断をする電磁弁診断手段とを備えてなるプラントにおける電磁弁の検査装置。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

請求項１記載の発明によれば、初回の初期データを抽出するとき以外は、被検査電磁弁を、制御流体回路から外すことなく、その電磁弁を駆動する電源を用いて、電磁弁の外部から、漏洩磁界検出センサーと、非接触式電流センサーと、振動検出センサーにより、それぞれが診断に最適とする期間を個別にして、電磁弁作動時の機械的状況を、間接的に測定する検査方法が提供される。しかも、この検査方法を実施する手順は、簡単で、熟練を要することなく、実施することができ、保守要員の確保も容易である。また、その際に測定されたデータの履歴を蓄積するとともに、その蓄積されたデータの分析を行なうことによって、電磁弁内部の健全性を、熟練を要することなく容易に診断し、非常時に電磁弁を確実に作動させることができる。

請求項２記載の発明によれば、検査データを計測するために用意した電源電圧の複数の変動状況を、初期データ検出過程において、予め記録しておくことにより、その複数の電源電圧変動から、検査データ収集過程によって間接的に得られる漏洩磁界信号や電流信号の大きさを、計算により求めることができる。

請求項３記載の発明によれば、最初に一度だけ、被点検電磁弁を、初期データ検出過程において、制御流体回路から外すだけであるので、その後の検査データ収集過程における検査の度に、電磁弁の取り外しや取り付け、電源回路の接続作業等を再度行う必要がない。そのため、既存の安定した状況から、取り付ミスや接続ミス等の、人為的復旧不全の要因を残すことがなく、プラント施設全体の信頼性を損ねることもない。

請求項４記載の発明によれば、被点検電磁弁を、制御流体回路から外すことがないので、取り付ミスや接続ミス等の、人為的復旧不全の要因を残すことはなく、プラント施設全体の信頼性を損ねることもない。

請求項５記載の発明によれば、流体回路に圧力を加えた状態で、初期データ検出過程を行うことにより、各信号波形に流体回路の影響を反映させて、精度の高い健全性の判別が行える。

請求項６記載の発明によれば、検査データ収集過程を、数多く繰り返すことにより、被検査電磁弁の履歴データを多く貯えることができ、長期の健全性を保障する診断が行える。

請求項７記載の発明によれば、検査データ収集過程を終えた後、すぐに各記録信号の波形特性を、汎用コンピュータのセンサー画面に表示し、その各信号波形の相互関係を、目視して被検査電磁弁の健全性を評価するので、診断プログラムや評価システムを必要とせず、システムを安価に構成できる。

請求項８記載の発明によれば、健全性判定過程が、コンピュータによって処理されるので、再現性を高めるともに、判定基準を安定させ、信頼性の高い健全性の評価を行うことができる。

請求項９記載の発明によれば、初回の初期データを抽出するとき以外は、被検査電磁弁を、制御流体回路から外すことなく、電磁弁作動時の機械的状況を測定することができ、かつ、その際に測定されたデータの履歴を蓄積し、この蓄積されたデータの分析を行なうことによって、電磁弁内部の健全性を診断し、非常時に、電磁弁を確実に作動させうる検査装置が提供される。

請求項１０記載の発明によれば、初回の初期データを抽出するとき以外は、被検査電磁弁を、制御流体回路から外すことなく、電磁弁作動時の機械的状況を測定することができ、かつ、その際に測定されたデータの履歴を蓄積し、その蓄積されたデータを、コンピュータで分析処理することによって、電磁弁内部の健全性を高めるとともに、判定基準を安定させて診断することができ、非常時に、電磁弁を確実に作動させうる検査装置が提供される。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

図１〜図５は、本発明に係るプラントにおける電磁弁検査方法の一実施要領と、同じく電磁弁検査装置の一実施例を示すものである。

図１は、電磁弁検査装置(１)の適所に、電磁弁初期試験部(２)を一体に組み込んで、携帯式電磁弁診断装置(３)を構成した、本発明方法に係るシステム全体を示すブロック図である。

図２は、図１に示すシステムから、汎用コンピュータ(４)を省き、その他のハードウエア部分を収めた携帯式電磁弁診断装置(３)の外観斜視図である。

図３は、本発明方法を実施するに際して、既設のプラント施設を定期点検するために、既設の電磁弁(５)に対して、初期データの検出を行うための、携帯式電磁弁診断装置(３)の接続状況を示すブロック図である。

図４は、図３に示す電磁弁(５)に、漏洩磁界検出センサー(６)と振動検出センサー(７)を取り付けた状態を示す斜視図である。

図５は、図４における電磁弁(５)の内部構造を示す中央縦断面図である。

本発明に係る電磁弁検査装置(１)は、この装置を使用する最初の定期点検の際に、本発明方法に係る初期データ検出過程を行い、既設の保守管理を要する各電磁弁(５)に対して、既に配線されている正規の駆動用電源回路の配線を取り外して、携帯式電磁弁診断装置(３)に設けた電磁弁初期試験部(２)を接続し、電磁弁(３)における現状の電気的動作特性を知るために、動作電圧（電圧信号）（Ｖ）、動作電流（電流信号）（Ｉ）、電磁弁が制御する流体回路の圧力（圧力信号）（Ｐ）を、非定常状態で試験し測定するようになっている。

なお、初期データ検出過程おいては、全ての電磁弁(５)を、流体回路から外して試験する必要はなく、必要に応じて、既設の状態のままで、電源配線を電磁弁初期試験部(２)に接続して試験することができる。また、流体回路に、流体の圧力を加えた状態と、圧力を加えない状態のいずれかで、初期データ検出過程における非定常状態の試験をすることもできる。

既設のプラントには、直流駆動型と交流駆動型の電磁弁(５)が混在しているため、電磁弁初期試験部(２)には、１００Ｖの交流電源から、所要の電圧の交流と直流を得るための、ＡＣ電源装置(８)とＤＣ電源装置(９)とが用意されている。

ＡＣ電源装置(８)から出力する交流電力は、交流電圧調整器(10)を介して、所要の電圧に調節され、かつＡＣ電源スイッチ(11)をオンすることにより出力される。

ＤＣ電源装置(９)の出力する直流電力は、直流電圧調整器(12)を介して、所要の電圧に調節され、かつＣＤ電源スイッチ(13)をオンすることにより出力される。

ＡＣ電圧調整器(10)とＤＣ電圧調整器(12)の両出力は、ＡＣ／ＤＣ切替スイッチ(14)により、被検査電磁弁(５Ａ)の電源仕様に応じて切りかえられ、被検査電磁弁(５Ａ)に印加される。

被検査電磁弁(５Ａ)が駆動された時に直接得られる動作電流（Ｉ）は、分流回路(15)により計測され、前置増幅器(16)を介して、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器(17)に送られる。

被検査電磁弁(５Ａ)を直接的に駆動する動作電圧（Ｖ）は、分圧回路(18)により、適宜に分圧して計測され、前置増幅器(16)を介して、Ａ／Ｄ変換器(17)へ送られる。

被検査電磁弁(５Ａ)における流体制御回路の出力側配管(19)には、ロードセル型の圧力センサー(20)が設けられ、その圧力信号（Ｐ）は、前置増幅器(16)を介して、Ａ／Ｄ変換器(17)へ送られる。

一方、初期データ検出過程においては、前記各信号（Ｖ）（Ｉ）（Ｐ）の検出と同時に、電磁弁検査装置(１)をもって、被検査電磁弁(５Ａ)の外部へ着脱自在に装着した漏洩磁界検出センサー(６)と、振動検出センサー(７)と非接触電流検出センサー(21)により、被検査電磁弁(５Ａ)の外部から、当該電磁弁(５Ａ)が動作している状況を間接的に検出する。

電磁弁検査装置(１)は、後述する健全性の監視においても、検査データ収集過程により、被検査電磁弁(５Ａ)を、既存の制御流体回路から外すことなく、正規に制御する制御電源をもって、被検査電磁弁(５Ａ)を作動させ、その際、前記最初の検査データを計測した状態とほぼ同様の位置に装着した漏洩磁界検出センサー(６)と振動検出センサー(７)と非接触型電流検出センサー(21)とにより、被検査電磁弁(５Ａ)が動作している状況を間接的に検出する。

初期データ検出過程および検査データ収集過程において、電磁弁検査装置(１)により計測される漏洩磁界検出センサー(６)と振動検出センサー(７)と非接触電流検出センサー(21)の磁界信号（Ｍ）、振動信号（Ｆ）、電流信号（Ｑ）は、前置増幅器(16)を介して、Ａ／Ｄ変換器(17)に送られる。

非接触型電流検出センサー(21)は、鉄心を分割型としたクランプ型変流器であり、被検査電磁弁(５Ａ)の駆動コイルへの配線済電線に、後付けしうるようになっているのが好ましい。

前置増幅器(16)は、各信号処理系の電源レベルや信号レベルを、互いに影響しないように分離するアイソレーション型のものであり、かつそれぞれの信号のダイナミックレンジや零レベルは、予め較正されている。

またＡ／Ｄ変換器(17)には、漏洩磁界検出センサー(６)から出力する磁界信号（Ｍ）と、振動検出センサー(７)から出力する振動信号（Ｆ）も、それぞれ前置増幅機(16)を介して送られる。

Ａ／Ｄ変換器(17)は、後段のデータロガー(22)の分解能とサンプリングレートに合わせて、各入力信号を、シリアルまたはパラレルにデータロガー(22)に送り出す。

そのデータロガー(22)から、各信号チャンネル毎に、時分割して出力されるデジタル変換された各デジタル信号は、汎用のユニバーサルシリアルバスと称されるデータ通信用インターフェイス（以下ＵＳＢ回路とする）(23)を介して、汎用コンピュータ(４)へ送られる。

汎用コンピュータ(４)は、携帯用の小型汎用コンピュータであり、一般的にはノート型パーソナルコンピュータと称され、汎用ＯＳ（オペレーションシステム）により制御されるものである。

ＵＳＢ回路(23)から取り込まれる各信号チャンネル毎のデジタル信号群（以下信号データとする）は、上記汎用ＯＳ上で動作するアプリケーションソフトからなるデータ処理手段(24)により、各信号データのチャンネル毎に処理され、図６に示す波形図を、センサー画面上に表示する。

また、各信号データは、ハードディスクやフラッシュメモリ等の不揮発メモリに記録され、その信号データは、同ＯＳのアプリケーションからなる電磁弁管理データベース(25)により、管理されるようになっている。

汎用コンピュータ(４)には、本発明方法における健全性判定過程を実施する電磁弁診断システム(26)が、アプリケーションソフトとして組み込まれている。

健全性判定過程は、上記不揮発メモリに記録され、電磁弁管理データベース(25)により管理される各信号を、記録した時刻順にメモリ上に配列し、かつ各記録信号の波形特性をモニタ画面（図６および図７の波形を示しているモニタであり、図示略）に表示し、その各信号波形の相互関係に基づき、操作者が目視して判定したり、前記電磁弁診断システム(26)により判定して、現在の被検査電磁弁の健全性を評価するようになっている。

電磁弁診断システム(26)は、電磁弁(５)の動作データが、数多く電磁弁管理データベース(25)に履歴として蓄積されると、その蓄積された電磁弁管理データベース(25)のデータを用いて、同一被検査電磁弁に係る各センサー毎のデジタル信号群を新旧比較して、新データ取得時刻における当該被検査電磁弁の特性を診断し、精度を高めた診断を行えるようになっている。

図２は、携帯式電磁弁診断装置(３)の外観を示し、正面パネル(27)には、被検査電磁弁(５Ａ)を接続するターミナル(28)(29)が設けられている。携帯式電磁弁診断装置(３)の中には、図１において点線で示したハードウエア部分が収容されている。

また、正面パネル(27)には、電源スイッチ(31)と電源ランプ(32)が設けられている。

携帯式電磁弁診断装置(３)の背面には、図３に示す各センサーへの接続ターミナル(30)が設けられている。

図３は、プラントの定期点検等における、被検査電磁弁(５Ａ)の初期データ検出過程において、初期データを収集するときにおける携帯式電磁弁診断装置(３)と被検査電磁弁(５Ａ)と、各センサーの接続関係を示すものである。

図４および図５は、それぞれ、被検査電磁弁(５Ａ)の外観斜視図と、縦断面図であり、電磁弁(５Ａ)の内部構造に対する漏洩磁界検出センサー(６)、振動検出センサー(７)、非接触型電流検出センサー(21)の各取り付け位置関係を示している。

被検査電磁弁(５Ａ)の形状、材質、および型式番号、ＩＤ番号等の情報、並びに各センサー(６)(７)(21)の取付位置の情報は、当該電磁弁(５Ａ)の固有のパラメータとして、電磁弁管理データベース(25)に保存しておくのが好ましい。

本発明の目的とするところは、既存プラント施設における多数の既設の電磁弁(５)の健全性を、高信頼性をもって監視診断するのに、既存プラント施設が有する信頼性を損うことのないように、既設の電磁弁(５)の制御配線や配管を外すことなく、できる限り現状を保持しつつ、既設の電磁弁(５)が次の動作機会に確実に作動しうるという健全性を維持しているかどうかを、検査した時点で判別するために、各種データをできる限り多く収集し、現時点および将来における健全性の度合を見極めることにある。

そのために、電磁弁(５)の能動的動作状態を間接的に知るには、駆動コイル(33)の能動時の状態、すなわち、動作電流（電流信号）（Ｉ）を流したときの状態を、外部から間接的に調べることが必要であり、そのために、駆動コイル(33)が能動時に放射する磁束を、モールドケース(34)の外側から、漏洩磁界検出センサー(６)により磁界信号（Ｍ）として検出するようになっている。

漏洩磁界の大きさは、モールドケース(34)内の駆動コイル(33)の向き、漏洩磁界検出センサー(６)のコイルの向き、コイル相互の距離、外装磁性材の有無などにより異なるため、電磁弁(５)の仕様に応じて、適正位置を予め定めておき、その適正位置に、漏洩磁界検出センサー(６)を、軟質のパテや両面テープ等の仮留め接着材(6a)で、着脱自在に止着しておく。

電磁弁(５)に固有のＩＤコードとともに、取付位置情報をコード化して、再検査の時に、同じ位置に漏洩磁界検出センサー(６)を取り付けるようにする。

非接触型電流検出センサー(21)は、前述の如く、クランプ型の電流センサーであり、しかも、直流レベルを検出しうる変調型式のものであり、そのセンサー(21)は、駆動コイル(33)に正規の制御電源を接続する配線用端子部(38)の保護管(39)を外してから、制御電線(40)の配線を外すことなく、一方の制御配線(40)に着脱自在にクランプされる。

この非接触型電流検出センサー(21)も、駆動コイル(33)に流れる電流を、一旦磁界に変換して検出する電流信号（Ｉ）の間接的検出手段をなしている。

振動検出センサー(７)は、電磁弁(５)の可動鉄心(35)が吸引されて、固定鉄心(36)に衝突する際の振動を検出するもので、可動鉄心(35)の動きを、一旦音響信号に変換してから、間接的に、可動鉄心の挙動を、振動もしくは振動音として検出する。この振動は、金属の弁ボデイ(37)全体に伝わるから、取付位置による再現性に差を生じることはないが、取付位置は、常に一定にしておくのが好ましい。

図示の実施例においては、振動検出センサー(７)の先端に、永久磁石(7a)を固着してあり、電磁弁(５)の鉄やステンレスの部分に、着脱自在に止着しうるようになっている。

振動検出センサー(７)の振動信号（Ｆ）には、可動鉄心(35)の能動的吸引に係る衝突音の他、流体の通過音や、バネ材の変形音、機構部の擦過音等、弁部の健全性に係る判断情報が多く雑音成分として含まれ、この音響成分の波形は、電磁弁診断システム(26)において、健全性の診断パラメータとして利用される。

上記、３つの漏洩磁界検出センサー(６)、振動検出センサー(７)、非接触型電流検出センサー(21)は、前述の如く、初期データ検出過程における、最初の初期データ収集時においても、電磁弁(５)に装着して、電磁弁初期試験部(２)による分流回路(15)、分圧回路(18)、圧力センサー(20)の各信号（Ｉ）（Ｖ）（Ｐ）と共に、各信号（Ｍ）（Ｆ）（Ｑ）を収集する。

この、初期データ検出過程において、電磁弁初期試験部(２)の出力電圧を、被検査電磁弁(５Ａ)の標準駆動電圧以外に、標準値より上下に、予め定められた量だけ増減させて印加し、予め定められた電圧変動率による電圧変動を加えたときの漏洩磁界信号（Ｍ）、電流信号（Ｑ）、振動信号（Ｆ）を、それぞれ収集しておくことにより、正規の制御電源の印加電圧を検査時に知ることができるようにしてある。

すなわち、後述する検査データ収集過程において、漏洩磁界信号（Ｍ）の極大値、または電流信号（Ｑ）の飽和値から、その時点で印加電圧を、電圧変動率から計算により求め、正規の制御電源の印加電圧を検査することができるようにしてある。

なお、駆動コイル(33)へ直接的に印加される動作電圧（Ｖ）を求めるとき、漏洩磁界信号（Ｍ）または電流信号（Ｑ）のいずれ波形から求めることはできるが、電流信号（Ｑ）は、飽和電流が動作電圧（Ｖ）に対応するので求め易い。しかし、漏洩磁界信号（Ｍ）は、極大値に対応するので求め難く、その極大値は、取り付け位置に依存するので、取付位置を毎回同じにしなければならない。

そのため、漏洩磁界信号（Ｍ）と電流信号（Ｑ）は、それぞれ別途に検出しておくと、より精度の高い健全性を判断する情報として役に立つ。

図６は、初期データ検出過程における電源仕様を直流駆動とした被検査電磁弁(５Ａ)による試験データの一例である。

図７は、上記したと同一の電磁弁(５)を、予め前回の定期点検によって、初期データ検出過程を済まし、今回の定期点検における検査データ収集過程において、被検査電磁弁(５Ａ)を流体回路(19)から外すことなく、かつ、正規の制御用電源を接続したまま、プラントシステムに変更を加えることのない状態で検査した、検査データ収集過程における検査データの一例である。

図７に示す検査データ収集過程における検査データを得る際には、電磁弁管理データベース(25)には、図６に示す初期データ検出過程における試験データが記録されており、電磁弁管理データベース(25)によって管理される同一被検査電磁弁(５)に係る各センサー(６)(７)(21)毎のデジタル信号群（Ｍ）（Ｆ）（Ｑ）は、それを記録した時刻（Ｔ）に応じて新旧比較される。なお、時刻（Ｔ）は、年／月／日／時／分／秒で表わされ、カレンダーは、コンピュータに内蔵のものを利用している。

すなわち、図６と図７の対応する各信号（Ｍ）（Ｆ）（Ｑ）を比較し、その相違部分から、新データ取得時刻における当該被検査電磁弁の特性診断をする。

検査時における電流波形は、分流器による直接的な測定が好ましいが、前述の如く、被分解状態で検査するには、非接触型の電流センサーを用いて、間接的な電流信号（Ｉ）を計る必要がある。

図６に示す初期データ検出過程において、分流器(15)による直接的動作電流（Ｉ）と、非接触型電流検出センサー(21)による間接的な電流信号（Ｑ）は、同時に計測して記録されるので、その間のオフセット値は、既知の値として、電磁弁管理データベース(25)に記録されている。

その結果、検査データ収集過程によって測定された、接触電流検出センサー(21)による電流信号（Ｑ）は、予め測定された初期データの動作電流（Ｉ）と、電流信号（Ｑ）の両波形のオフセット値（ΔＩ＝Ｉ−Ｑ）から、分流器(15)によって直接的に測られた動作電流（Ｉ）に相当する精度の動作電流（Ｉ'）の算出が可能となり、その電流信号（Ｑ）の波形特性により、電流電磁弁(５)の動作挙動が読みとれる。

なお、図７の電流信号（Ｑ）の波形から、可動鉄心(35)の挙動を、目視的に判断することもできる。

同様に、図６と図７における両磁界信号（Ｍ）の波形に変化がなければ、電磁弁(５)の駆動コイル(33)には、正規の駆動電流（Ｉ）が流れ、可動鉄心(35)は、適正の時期に、適正の速度で移動し、かつ電流信号（Ｑ）の飽和値の大きさに変化がなければ、正規の駆動電圧（Ｖ）が印加されていると判断できる。

可動鉄心(35)の挙動は、可動鉄心(35)が移動することによる可動鉄心(35)と固定鉄心(36)との間の空隙の変化に伴う動作電流（Ｉ）の変化により、読みとることができる。

また、動作電流（Ｉ）の変化は、漏洩磁界信号（Ｍ）に反映される。

さらに、可動鉄心(35)の作動の終端近くにおいて、弁体(41)が開き始めると、振動センサー(７)には、圧縮バネ(42)の変形音や機構部の擦過音等が生じはじめ、空隙が零になった両鉄心の衝突時に、振動波形（Ｆ）には、高い衝撃振動を生じる。

その後、可動鉄心(35)は、流体回路が加圧されていない場合には、跳ね返り振動（ダンピング）を生じて、空隙が変化し、その振動分は、トランジェント波形として、漏洩磁界信号（Ｍ）と電流信号（Ｉ）に生じる。なお、流体回路が加圧されていると、その圧力が弁体(41)に働くので、トランジェント波形は小さくなる。

可動鉄心(35)の作動の挙動が安定すると、動作電流（Ｉ）は、正規の制御配線(40)の抵抗分を含めたインピーダンスに応じて、飽和電流に近づく。

この電磁弁(５)の動作を、制御電圧が印加されて、駆動コイル(33)に電流が流れ始めてから、可動鉄心(35)が固定鉄心(36)に衝突するまでを第１期とし、その後、漏洩磁界信号（Ｍ）が最大値に達するまでを第２期とし、その後、駆動電流（Ｉ）がほぼ飽和電流に達するまでを第３期とする。

健全性判定過程においては、第１期、第２期、第３期の中で、健全性を判別するパラメータを分けて、電磁弁(５)の健全性を判断する。

第１期においては、主として可動鉄心(35)の挙動が反映され、その挙動は、漏洩磁界信号（Ｍ）の波形に顕著に表われる。この第１期は、漏洩磁界信号（Ｍ）の波形を注目波形にする。

次に、各期における判断の例をあげる。

第１期の時間が延びた場合。
（ａ）可動鉄心(35)の摺動部への異物の混入。
対策：電磁弁(５)の分解清掃を行う。
（ｂ）弁体(41)の弁座が凹む（空隙が大きくなる）。
対策：弁体(41)を交換する。
（ｃ）駆動電圧の低下。
対策：電源電圧の調整と、電圧供給径路の確認を行う。

第１期の時間が短くなった場合。
（ａ）弁座への異物の混入（空隙が小さくなる）。
対策：弁体(41)部の分解清掃を行う。
（ｂ）圧縮バネ(42)のへたり。
対策：圧縮バネ(42)を交換する。
（ｃ）駆動電圧の上昇。
対策：電源電圧を調整する。

第１期の時間が無限大となる（可動鉄心(35)の動作不能）。
（ａ）可動鉄心(35)の癒着もしくは引っ掛かり。
対策：分解して清掃する。
（ｂ）駆動コイル(33)の断線。
対策：駆動コイル(33)を交換する。
（ｃ）圧縮バネ(42)の欠損。
対策：圧縮バネ(42)を交換する。

第２期は、振動信号（Ｆ）が可動鉄心(35)の衝突信号を検出してから、可動鉄心(35)のトランジェント振動期間を過ぎるまでであり、漏洩磁界信号（Ｍ）は、ほぼ極大値に達しており、その期間は、振動信号（Ｆ）に、電磁弁(15)のトランジェント振動の情報が、音響振動として集中して現れる。

この音響信号（Ｆ）には、どの部位の不具合が、どの様な音として現れるかは予測できないため、初期データ検出過程において記録した雑音レベルが、検査データ収集過程において超えたとき、圧縮バネ(42)の欠損や、可動鉄心(35)の摺接異状等と判断し、分解清掃を行うものとする。

第３期は、漏洩磁界信号（Ｍ）が、ほぼ極大値に達してから、ほぼ零値に収束するまでの期間であり、駆動コイル(33)に駆動電流が流れている場合において、漏洩磁界信号（Ｍ）が零に収束するときは、駆動電流（Ｉ）が飽和電流に達する時点である。この状態にあるときには、漏洩磁界信号（Ｍ）からは、正規の電源に係る情報を得ることはできないが、非接触型電流検出センサー(21)による電流信号（Ｑ）の波形からは、飽和電流の値を得ることができる。よって、この期間の終端においては、電磁弁(５)を正規に駆動する制御配線(40)の抵抗分を含めたインピーダンスを検査する情報を得ることができる。

第１期の時間が延びた場合における駆動電圧の低下、および第１期の時間が短くなった場合駆動電圧の上昇等は、検査データ収集過程における第３期の電流信号（Ｑ）の飽和電流値から、駆動コイル(33)に流れる実効電流の大小で知ることができる。電源の不具合は、第１期の動作時間で検査するよりも、第３期の電流信号（Ｑ）の飽和値で検査した方が、精確に検証でき、かつ、原因も明らかにすることができる。この第３期は、駆動電源回路の健全性を確保するのに役立つ。

以上、電磁弁(５)を直流電圧仕様のものとして説明したが、交流仕様の電磁弁(５)に対しても、上述と同様に、初期データ検出過程と検査データ収集過程と健全性判定過程を実施することができる。

なお、電磁弁(５)の電源仕様を交流とした場合、電磁弁初期試験部(２)による初期データ検出過程においては、被検査電磁弁(５Ａ)に、交流電圧調整器(10)によって、ゼロクロスで交流正弦波が立ちあがる電圧を印加する。

通常の交流規格の被検査電磁弁(５Ａ)は、交流電圧波形の半サイクル以内の応答速度で動作するので、交流電圧をゼロクロスで印加すると、各信号の検出波形の再現性は高いものとなる。

直流駆動電磁弁と交流駆動電磁弁の電磁弁診断システムにおける診断プログラムにおいては、判定アルゴリズムを若干異ならせる必要があることは、言うまでもない。

本発明方法の一実施形態における電磁弁検査装置の要部に、初期データ検出過程に係る電磁弁初期試験装置を一体に組み込んで、携帯式電磁弁診断装置を構成した、本発明に関するシステム全体のブロック図である。汎用コンピュータの部分を省き、その他のハードウエア部分を収めた携帯式電磁弁診断装置の外観斜視図である。既設のプラント施設を定期点検時する際に、既設の電磁弁に対して、健全性の監視を行うための、初期設定に係る携帯式電磁弁診断装置の接続状況を示すブロック図である。図３に示す電磁弁へ、漏洩磁界検出センサーと振動検出センサーを取り付ける状態を示す、電磁弁の斜視図である。図４における電磁弁の内部構造を示す中央縦断面である。電源仕様を直流駆動とし、初期データ検出過程における被検査電磁弁による試験データのグラフである。検査データ収集過程における図６に示す電磁弁を、定期点検時に、プラントシステムへ取り付けた状態で検査した検査データのグラフである。

符号の説明

(１) 電磁弁検査装置
(２) 電磁弁初期試験部
(３) 携帯式電磁弁診断装置
(４) 汎用コンピュータ
(５) 電磁弁
(５Ａ) 被検査電磁弁
(６) 漏洩磁界検出センサー
(6a) 仮留め接着材
(７) 振動検出センサー
(7a) 永久磁石
(８) ＡＣ電源装置
(10) 交流電圧調整器
(11) ＡＣ電源スイッチ
(12) 直流電圧調整器
(13) ＣＤ電源スイッチ
(14) ＡＣ／ＤＣ切替スイッチ
(16) 前置増幅器
(17) Ａ／Ｄ変換器
(18) 分圧回路
(19) 出力側配管
(20) 圧力センサー
(21) 非接触型電流検出センサー
(22) データロガー
(23) ＵＳＢ回路
(24) データ処理手段
(25) 電磁弁管理データベース
(26) 電磁弁診断システム
(27) 正面パネル
(28)(29) ターミナル
(30) 接続ターミナル
(31) 電源スイッチ
(32) 電源ランプ
(33) 駆動コイル
(34) モールドケース
(35) 可動鉄心
(36) 固定鉄心
(37) 弁ボデイ
(38) 駆動コイル配線用端子
(39) 保護管
(40) 配線済電線
(41) 弁体
(42) 圧縮バネ
（Ｉ）動作電流
（Ｖ）動作電圧
（Ｐ）圧力信号
（Ｍ）磁界信号
（Ｆ）振動信号
（Ｑ）電流信号

Claims

最初の検査データを計測するために用意した電源をもって、被検査電磁弁を作動させて、その電源から直接的に得られる電圧信号と電流信号を検出し、それと同時に、被検査電磁弁へ着脱自在に装着した電流検出センサーと、磁界検出センサーと、振動検出センサーとをもって、電磁弁の外部から、電磁弁が作動している状況を示す、電流信号と磁界信号と振動信号を検出し、かつ、前記各信号を、信号の値を検出した時刻に基づいて、記憶手段に記録する初期データ検出過程と、
被検査電磁弁を、制御流体回路から外すことなく、正規に制御する制御電源をもって作動させ、その時に、前記最初の検査データを計測した状態とほぼ同様の位置に装着した電流検出センサーと、磁界検出センサーと、振動検出センサーとをもって、電磁弁の外部から、電磁弁が作動している状況を間接的に示す電流信号と磁界信号と振動信号を検出し、かつ、前記各信号を、信号の値を検出した時刻に基づいて、記憶手段に記録する検査データ収集過程と、
記録手段に記録された各信号を、記録した時刻順に配列して、各記録信号の波形特性を表示させ、その各信号波形の相互関係に基づいて、被検査電磁弁の健全性を評価する健全性判定過程
とを有することを特徴とするプラントにおける電磁弁の検査方法。
初期データ検出過程は、電源の出力電圧を異ならせた複数回からなる、請求項１に記載のプラントにおける電磁弁の検査方法。
初期データ検出過程は、被検査電磁弁を制御流体回路から外して、各信号を検出するものである、請求項１または２に記載のプラントにおける電磁弁の検査方法。
初期データ検出過程は、被検査電磁弁を制御流体回路から外すことなく、各信号を検出するものである、請求項１または２に記載のプラントにおける電磁弁の検査方法。
初期データ検出過程は、制御流体回路に制御流体の圧力が加わった状態で行われる、請求項１〜４のいずれかに記載のプラントにおける電磁弁の検査方法。
検査データ収集過程は、被検査電磁弁の健全性に支障を生じるまで、繰返えされる、請求項１〜５のいずれかに記載のプラントにおける電磁弁の検査方法。
健全性判定過程は、各記録信号の波形特性を、汎用コンピュータのモニタ画面に表示し、その各信号波形の相互関係を目視して、被検査電磁弁の健全性を評価する、請求項１〜５のいずれかに記載のプラントにおける電磁弁の検査方法。
健全性判定過程は、初期データ検出過程において記録手段に記録された各信号と、各検査データ収集過程において順次記録手段に記録された各信号を、汎用コンピュータのデータベースに、記録した時刻順に配列して、各記録信号の波形特性を記録し、そのデータベースに記録された各信号波形の相互関係を、汎用コンピュータの診断手段により判定して、健全性を評価する、請求項１〜５のいずれかに記載のプラントにおける電磁弁の検査方法。
最初の検査データを計測するために、被検査電磁弁を作動させて、直接的な駆動電圧と駆動電流を検出する電源と、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの漏洩磁界を検出する磁界検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの駆動電流を検出する電流検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の弁体作動振動を検出する振動センサーと、
各センサーに対応して、それぞれの検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
各センサー毎に分けられて時系列に発生する各センサー毎のデジタル信号群を入力する汎用コンピュータと、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記デジタル信号群を、各信号の値を検出した時刻に基づいて、記各センサー毎に分けられた時系列データとして、不揮発メモリに記録するデータ処理手段と、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記不揮発メモリに記録された各センサー毎のデジタル信号群を、記録した時刻に基づいて管理する電磁弁管理データベース手段
とを備えてなるプラントにおける電磁弁の検査装置。
最初の検査データを計測するために、被検査電磁弁を作動して、直接的な駆動電圧と駆動電流を検出する電源と、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの漏洩磁界を検出する磁界検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の駆動コイルの駆動電流を検出する電流検出センサーと、
被検査電磁弁のハウジング外側に着脱自在に止着して、初期データ検出時および検査データ収集時に、電磁弁作動時の弁体作動振動を検出する振動センサーと、
各センサーに対応して、それぞれの検出信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
各センサー毎に分けられて時系列に発生する各センサー毎のデジタル信号群を入力する汎用コンピュータと、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記デジタル信号群を、各信号の値を検出した時刻に基づいて、記各センサー毎に分けられた時系列データとして、不揮発メモリに記録するデータ処理手段と、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記不揮発メモリに記録された各センサー毎のデジタル信号群を、記録した時刻に基づいて管理する電磁弁管理データベース手段と、
汎用コンピュータのアプリケーションソフトとして構成され、前記電磁弁管理データベース手段によって管理される同一被検査電磁弁に係る各センサー毎のデジタル信号群を、記録した時刻に応じて新旧比較して、新データ取得時刻における当該被検査電磁弁の特性診断をする電磁弁診断手段
とを備えてなるプラントにおける電磁弁の検査装置。