JP5305110B2 - 油圧駆動アーマチュアの位置表示方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、中央制御装置から油圧系統を経由した圧力伝達媒体によって作動する油圧駆動アーマチュア（特に、造船に用いるようなもの）に関する。

油圧駆動のアーマチュアの位置表示は、回転式デバイスでも、直線式デバイスでも、アーマチュアと距離を置いて実行される。例えば、このアーマチュアは中央制御装置から２００メートルも離れた船に設置されるものである。そのような場合、圧力伝達媒体の圧縮性が位置表示の精度に影響する。例えば、特許文献１には、圧力伝達媒体の圧縮性により生じる表示装置の精度不足を補正するための高コストな油圧回路が開示されている。

ドイツ特許公報 ＤＥ４４２９０１９

この発明の目的は、低コストで高精度の位置表示装置を実現できるような、上記タイプの油圧駆動アーマチュアの位置表示装置を構成することにある。。

上記の目的は、特許請求の範囲に記載された特徴を有する本発明に従って解決できる。油圧系統−すなわち、油等の圧力伝達媒体が管中を移動して圧力を伝達する「圧力伝達系統」を通った通流は、位置表示に使用される電子パルスに変換される。

この電子パルスは圧力伝達系統の小さな流速にのみ対応するため、簡単に構成されたデバイスでも、高精度かつ高信頼度で制御装置から離れたアーマチュアの位置を決定することを可能にする。また、プログラムによる信号処理によって、圧力伝達媒体の圧縮性や位置表示の温度の影響等を補正することができる。

この発明に従って、圧力伝達媒体の圧縮性の影響は、実施例の一つに従って決定し補正できる。上記の圧力伝達系統を加圧系統（動作系）にした場合、アーマチュアが作動中に生じる「高パルス数（the higher number of pulses）」が計測され、「低パルス数（the lower number of pulses）」がそこから引かれる。この低パルス数は、それと同じアーマチュアの調整過程で圧力伝達系統を非加圧復帰系統（非動作系・解放系）にした場合に計測される。この電子パルスの数の差は、圧縮性の影響と一致する。

別の実施例では、圧力伝達系統を加圧系統（動作系）に切り替えて（予定された）調整過程で計測し、その後、非加圧系統（非動作系・解放系）に切り替えて減圧（解放）時のパルス数を計測する。この例では、アーマチュアがさらに動作する場合の圧縮性に対応するパルス数は考慮されない。

上述の表示装置デバイスは、簡単な手段を用いて正確な位置表示装置を実現できるため、造船に限らず大きな利点を持つ。表示装置デバイスは、例えば、製油所、精錬所等の工業プラントに適応できる。また、比較的短い、例えば、制御装置とアーマチュアが20ｍ程度であっても、使用できる。この場合、圧縮性によって、「加圧性前向流」と「非加圧性後向流」のパルス数の差が顕著になる。

表示装置デバイスは、また、圧力伝達媒体を圧力伝達系統だけ経由させた油圧作動アーマチュアでも提供できる。調整シリンダのピストンは、圧力伝達媒体で動作するが、圧力伝達系統が「後向流（非加圧系、非動作系、解放系）」になった場合にピストンをリセットするために有効に働くスプリングに逆らって動作する。

この例では、調整シリンダのピストンは「応力スプリング」の位置に固定できる。その結果、圧力伝達系統を非加圧性（非動作系、解放系）に切り替えた時、圧力伝達媒体の減圧に起因し、位置表示装置の圧縮性の影響に対応する、パルスの計測が可能になる。

本願発明の典型的な実施例を、図を参照して詳細に示す。図には位置表示装置の概略を示す。ここでは、アーマチュアは二系統の圧力伝達系統によって作動する。

参照番号(1)は、例えばパイプ中に配置したピヴォットフラップ（1.1）よりなり、調整シリンダ（1,2）、例えば、ギアボックスを用いて、油圧系統のような圧力伝達系統（2,
3）の反対側に連結している。ユニット(1)において、復帰バルブ(13)と圧力制限バルブ(14)が回路内に配置されている。

参照番号(4)は中央制御ユニットを表す。ここでは数多くのアーマチュアが制御されるが、通常は非常に距離が離れているものである。簡単のため、図では一つのアーマチュア（1.1）のみ示す。各アーマチュアに対して、制御ユニット(4)に調整バルブ
(4.1) が設置されている。これを介して、調整シリンダが（圧力伝達系統を介して）圧力によって動作する。他方の圧力伝達系統(2, 3)は復帰系統に切り替えられる。Ｐは圧力伝達媒体源（図示されず）と連結された油圧系統を示す。また、Ｔは予備オイル（図示されず）を導く復帰系統である。

流量センサ(5)は二系統の圧力伝達系統(2)あるいは(3)の一方に置かれる。制御ユニット(4)に置かれることが好ましい。この流量センサは、例えば、圧力伝達媒体の流れによってギヤが駆動され、ホールセンサを用いて、非接触による方法で電子パルスを生成する。この流量センサあるいは流量計測装置自体は周知である。流量センサによって放たれる信号は、例えば、(5a)に示されるような方形波である。ここで、一つのパルスは、事前に決定された圧力伝達媒体の単位量に相当する。例えば、一つのパルスを0.05cm³と対応させるようにすることができる。

参照記号(6)は制御・表示ユニットを表す。ディスプレー(6.1)と制御ボタン(6.2)は、図中記号(a,b)で第一電気線(6.3)を経由し、調整バルブ(4.1)の反対側で連結されている。この調整バルブは、各々の場合、電磁コイル（solenoid）により一方あるいは他方の位置を切り替える。さらに、表示ユニット(6)は第二電気線(6.41,6.42)を経由して流量センサ(5)と連結している。これによって、圧力伝達媒体の通流の方向と一致するパルスの差（のデータ）が表示装置(6)あるいはそれに具備されるプログラムに供給される。該プログラムにおいて、信号あるいはパルス数のデータが処理される。参照番号(6.5)は、表示装置(6)の電源供給線である。

互いに90°のオフセットのある二つのパルス信号を使うことで、一連のパルス系列から圧力伝達媒体の流れの方向が分かる。表示ユニットのプログラムでは、方向決定ロジックにより、圧力伝達媒体の流れの方向は、開閉動作として分かる。

言い換えれば、パルスはある方向に流れる場合一つの電気線(6.41)を介して伝達され、圧力伝達媒体が他方に流れる場合は、もう一つの電気線(6.42)を介して伝達される。圧力伝達系統の流れの前後方向の違いは、右回転か左回転かという、流量センサのギアの回転方向、あるいはエンコーダにおいて特定された回転方向から分かる。

圧力伝達系統(2)が加圧系統（動作系）に切り替わった時、圧力伝達媒体はアーマチュアの方向に流れる。圧力伝達系統を（復帰系統として）非加圧系に切り替えた時、加圧系統の圧力伝達媒体の圧縮性に起因して、高パルス数は復帰流れよりも多く生じる。この結果、調整シリンダ(1.2)のピストンが同じ調整過程を経た場合、パルスの差により圧力伝達媒体の圧縮性は表示ユニット(6)に置かれたプログラムによって計算できる。

例えば、調整シリンダのピストンが全工程動いた時、圧力伝達系統を加圧系統に切り替えて、圧力伝達系統を非加圧系統に切り替えてパルス数を計測した方法と同じ方法でパルス数を計測する。ここで、同じ調整過程を持つ二つの計測パルス数の差は、圧縮性の影響と一致する。

この実施例では、加圧系統が減圧（解放）された場合はパルスの数のみ検出する。一方、別の実施例では、開閉プロセスの間のパルス数を同時に計算する。プログラム上で、両者の実施例を結合することも可能である。

パルスの処理プログラムは、便宜上、学習プログラムとして構成される。これは、位置表示装置にインストールされた後、予定されたプログラムは、パイプ型式を含む各アーマチュア（の差異）に応じて位置表示装置（のプログラム・パラメータ）を適応させたものに置きかえられる。

従って、この構成は、移動量が時として大きく異なるアーマチュアであっても、また、異なった系統長さ、系統断面（管径）であっても、必要となる高コストな位置表示装置の適応過程（学習処理）を省くことができる。

学習あるいは検査プログラムの実施例に従えば、調整バルブ(4.1)は、終端位置の方向に動かす場合、例えば、（バルブの）閉鎖位置に動かす場合、電気線(6.3)の一つを経由して、制御・表示ユニット(6)のプログラムによって、終端位置に調整される。

これにより、加圧系統（動作系）に切り替えられた圧力伝達系統(3)を介して、調整シリンダと連結しているフラップは、閉鎖位置に動かされる。

閉鎖位置あるいは終端位置に到達したら、調整シリンダのピストンは、シリンダの前壁と接するので、圧力伝達系統(2,3)を介しての通流は、これ以上は生じない。この終端位置は、初期位置と生じる発生パルス数の計測から同定できる。

この直後、このプログラムによって、アーマチュアを他方の終端位置−この実施例では開放位置−に動かす。ここでは、圧力伝達系統(2)は加圧系統（動作系）に切り替えられ、開放位置に向かって動作中に発生するパルスが計測される。

その後、制御バルブ(4.1)はプログラムにより中央位置に戻され、加圧系統（動作系）は非加圧系（非動作系・解放系）に切り替えられる。ここで、圧力伝達系統(2)は減圧（解放）される。

この結果、パイプ(2)には戻り流が生じる。この流れは圧力伝達媒体の減圧分に一致し、発生するパルスを計測することで、その流量が決定できる。圧縮性の影響を補うためには、アーマチュアをさらに作動させて、圧力伝達媒体が減圧（解放）されている（戻り流が生じている）間のパルス数を計測する。

この減圧（解放）状態で計測されたパルス数は、当該圧力伝達系統が再び加圧系統（動作系）に切り替えられる場合までは考慮されていない。言い換えれば、減圧（解放）状態と対応するパルス数は、予定された調整過程と一致するパルス数を得るために、事前に計測された“完全な（上記の影響に相当する）”パルス数を減算しなければならない。

圧縮性の影響は、圧力伝達系統(2)を加圧系統（動作系）と復帰系統（非加圧系・解放系）を切り替えた時に、調整シリンダの全調整工程の間に発生するパルス数を計測することによって決定できる。パルスの計測数の差異は、圧力伝達媒体の圧縮性の影響を示す。

この学習・検査プログラムは、パルス数（と個々の条件による流量や圧縮性の影響と）を一致させるために、始動前あるいはアーマチュア修理後には、自動的に実行されることが望ましい。

始動前に検査プログラムを実行させることにより、その間に生じている誤差を同定することができる。アーマチュアの修理後に検査プログラムを実行させた時には、プラント操作者が実存する（修理したアーマチュアに基づく）システムに対する位置表示装置の再調整が不要になる。

この検査プログラムは、アーマチュアが中間位置に動かされた時にも実行されることが望ましい。この場合、予定した中間位置に調整シリンダを移動させるため、圧力伝達系統(2)は、例えば、加圧系統（動作系）に切り替わる。ここで、それにより生じるパルス数を計測する。

その後、フラップあるいは調整シリンダは、得られた中間位置を固定し、圧力伝達系統(2)は非加圧系（非動作系、解放系）に切り替わる。ここで圧力手段を減圧させる間に生じるパルス数を計測する。アーマチュアを再び同じあるいは別の任意の中間位置に移動させた時、その間に生じるパルス数は考慮せずに（無視して）、それによって生じると思われる圧縮性の影響を補正する。

位置表示装置を温度の影響に対して補正するために、例えば、船舶用デッキに組み付けられたアーマチュアの場合、日中と夜間では例えば２０℃の温度差があるが、パルス数を例えば単位時間当「５回」分考慮しないように、プログラムで事前に設定する。

上記の例では、標準的な操作温度と比較して、（日中の温度差の）高温あるいは低温になる間に圧力伝達媒体の体積の変化と「５回」が対応していると仮定している。

この例では、このように実験に基づいた値を予めプログラムに設定している。

しかし、例えばプログラムにおける各圧力伝達媒体の粘性曲線を保存し、温度センサと連携させて、温度作用としての圧力伝達媒体の体積変化をより正確に決定することも可能である。温度の影響に対する補正を行うために、温度センサを流量センサ(5)かつ/または調整シリンダに具備することが可能で、表示装置(6)のプログラムに対応する計測値を伝達する。

上述の装置を用いることで、例えば、（パルスが継続的に発生し得ない）アーマチュアの閉鎖位置において、パルスが継続的に発生している場合、あるいはパルス計測数が始動前に検査プログラムによって決定されたものとは（数値的な誤差が著しく大きくて）もはや認められないような状況に陥った場合には、油圧装置の「（油）漏れ」を検出し、表示装置に表示することも可能である。（この）誤動作認識によって操作の安全性は大きくなる。

表示装置ユニット(6)のプログラムは、また、制御装置のボタンの一つを押すと「アーマチュアの例えば40％の中間位置がディスプレー(6.1)で事前設定される」ような方法により、アーマチュアの制御系を構築することもできる。

例えば、アーマチュアは自動的に40％の中間位置に動き、その中間位置に達した時に当該位置を保つ。この場合は、電気線(6.3)により調整バルブを起動させ、事前設定位置に到達する迄−すなわち、プログラムによって中断されるまで、電圧が供給される（位置に到達したら動作は停止する）。

この方法では、表示装置ユニット(6)は制御ユニットとして機能する。ここで、調整バルブ(4.1)の手段を用いてアーマチュアを制御するために、事前決定された流量センサ(5)のパルス数（のデータ）を、プログラムによって処理しなければならない。

本発明の概要図

１ ユニット
１．１ アーマチュア（ピヴォット・フラップ）
１．２ 調整シリンダ
１．３ 復帰バルブ
１．４ 圧力制限バルブ
２ 圧力伝達系統
３ 圧力伝達系統
４ 中央制御ユニット
４．１ 調整バルブ
５ 流量センサ
５ａ 方形波（流量センサ５からの信号波形の例）
６ 制御表示ユニット
６．１ ディスプレー
６．２ 制御ボタン
６．３ 第一電気線
６．４１ 第二電気線
６．４２ 同上
６．５ 電源供給線
Ｐ 圧力伝達媒介源（オイル槽）
Ｔ 予備オイル

Claims (8)

1. 油圧駆動アーマチュアの位置表示方法で、アーマチュア(1.1)を駆動させるための調整シリンダ(1.2)を有し、前記調整シリンダは、少なくとも一本の油圧系統−すなわち、油等の圧力伝達媒体が管中を移動して圧力を伝達する圧力伝達系統(2,3)によって、制御バルブ(4.1)と接続され、前記圧力伝達系統は、加圧性前向流−すなわち、油圧系の動作時に生じる流れ（以下、加圧性動作系）と、非加圧性後向流−すなわち、油圧の圧力を解放して復帰させる場合に生じる流れ（以下、非加圧性復帰系）、を切り替わるものであって、
   前記圧力伝達系統を通過する流量を、一つのパルスが事前に決定された圧力伝達媒体の単位量に相当するような、電子パルス信号に変換するものであり、
   あらかじめ、前記調整シリンダのピストンが全工程動いた時、前記圧力伝達系統を前記加圧性動作系に切り替えて、前記圧力伝達系統を前記非加圧性復帰系に切り替えてパルス数を計測した方法と同じ方法でパルス数を計測することで、圧縮性の影響を同じ調整過程を持つ二つの計測パルス数の差から求めておき、その差に基づいて、前記圧力伝達系統を通過する流量を反映したパルス数を、表示装置(6)のプログラムで、補正することを特徴とするアーマチュアの位置表示方法。
2. 請求項１の方法に係わり、各アーマチュアの位置の変位に対して位置表示を自動的に適応させることを特徴とするアーマチュアの位置表示方法。
3. 請求項２の方法に係わり、アーマチュアの始動毎にプログラムが位置表示装置の検査あるいは適応を行うことを特徴としたアーマチュアの位置表示方法。
4. 請求項１〜３の何れか一つの方法に係わり、アーマチュアを第一の終端位置に移動させ、これを初期位置と見なし、アーマチュアを第一の終端位置から第二の終端位置に移動させ、それにより発生するパルス数を計測・データを保存し、アーマチュアを第二の終端位置から第一の終端位置に戻し、それにより発生するパルス数を計測・データを保存し、両者のパルス数を比較して、パルス数の小さい方の数値を、調整過程の全工程に一致するものとして、アーマチュアのさらなる操作のために設定することを特徴とするアーマチュアの位置表示方法。
5. 請求項１〜３の何れか一つの方法に係わり、圧力伝達系統を加圧性動作系に切り替え、アーマチュアを第一の位置から第二の位置に移動させ、それにより発生するパルス数を計測・データを保存し、その後、圧力伝達系統を非加圧性復帰系に切り替え、圧力伝達媒体の減圧時に生じるパルス数を計測・保存し、第一の位置から第二の位置にアーマチュアを移動させる調整過程に必要なパルス数を得るために、先に決定された値から減算することを特徴とするアーマチュアの位置表示方法。
6. 油圧駆動アーマチュアの位置表示装置で、アーマチュア(1.1)を駆動させるための調整シリンダ(1.2)を有し、前記調整シリンダは少なくとも一本の圧力伝達系統(2,3)によって、制御バルブ(4.1)と接続され、前記圧力伝達系統は、前向流（加圧性動作系）と後向流（非加圧性復帰系）との間を切り替わるものであって、圧力伝達系統(2)の圧力伝達媒体の流量を、一つのパルスが事前に決定された圧力伝達媒体の単位量に相当するような、電子パルス信号に変換するために、流量センサ(5)を該圧力伝達系統(2)に備え、流量センサ(5)は電子表示装置ユニット(6)に接続され、該ユニットのプログラムでパルスデータを処理するものであり、
   あらかじめ、前記調整シリンダのピストンが全工程動いた時、前記圧力伝達系統を前記加圧性動作系に切り替えて、前記圧力伝達系統を前記非加圧性復帰系に切り替えてパルス数を計測した方法と同じ方法でパルス数を計測することで、圧縮性の影響を同じ調整過程を持つ二つの計測パルス数の差から求めておき、その差に基づいて、前記圧力伝達系統を通過する流量を反映したパルス数を、表示装置(6)のプログラムで、補正することを特徴とするアーマチュアの位置表示装置。
7. 請求項６の装置に係わり、プログラムで発生するパルスを数え、圧力伝達系統である方向に流れる流量と対応するパルス数と、逆方向に流れる流量に対応するパルス数とを比較することを特徴とするアーマチュアの位置表示方法。
8. 請求項６の装置に係わり、二系統の圧力伝達系統を介して圧力伝達媒体によりアーマチュアが動作する場合、その一方にのみ流量センサ(5)を設置することを特徴とするアーマチュアの位置表示方法。

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