JP5819466B2 - 緊急遮断システム - Google Patents

Description

本発明は、一般的にプロセス制御システムに関するものであり、さらに詳細にはプロセス制御システムにおいて用いられる緊急遮断システムに関するものである。

一般的に、産業プロセス制御システムは、装置の故障、停電または他の緊急の場合に遮断弁を安全な状態へ移行させるために緊急遮断システムを組み込んでいる。緊急遮断システムは、安全な状態が遮断弁の状態のデフォルト位置であるように構成されていることが多い。このように、遮断システムまたはそのコンポーネントのうちの１つへの電力を遮断する緊急事態にもかかわらず安全な状態が達成されるようになっている。たとえば、遮断弁が安全な状態に達するために完全な開弁位置または完全な閉弁位置に移動してもよいし、その一方、正常な動作状態では、遮断弁が完全な閉弁位置または完全な開弁位置のまま留まるようになっている。

基本的な緊急遮断システムは、遮断コントローラと、この遮断弁を駆動させるためのソレノイド弁とを備えている。ソレノイド弁は、遮断弁を安全な状態へ移行させるための唯一の機構を提供し、試験手順中と同様、正常な状態と安全な状態との間の遮断弁の位置を確認するための唯一の手段が人による観察である。

改良型の緊急遮断システムは、遮断コントローラと、ソレノイド弁と、デジタル式弁コントローラ（ＤＶＣ）の如き弁位置決め装置を備えている。ソレノイド弁は、遮断弁を安全な状態へ移行させるための１つの機構を提供しており、その一方、ＤＶＣは、試験手順の間と同様、正常な状態と安全な状態との間の移行の間遮断弁の位置を監視および確認するようになっている。また、ＤＶＣは、遮断弁を安全な状態へ移行させるための第二の重複的な機構を提供している。遮断システムの確実性は、（ｉ）遮断弁の試験を実施および監視する機能ならびに（ｉｉ）遮断弁を重複的に動作する機能の点において基本的な単一のソレノイドと比較して向上されている。

ソレノイドとＤＶＣが設けられたシステムでは、典型的には、遮断コントローラは、二つの別々の電流ループを通じてソレノイド弁とＤＶＣとを制御するようになっている。２の別個の電流ループの重複性により、遮断コントローラ（およびプロセス制御システムの残りの部分）が、ソレノイド弁への第一のループの電力を遮断するもののその他のループを通じてＤＶＣとデジタルで通信することにより、安全な状態への移行を可能とすることができる。残念なことには、その移行を監視する機能は、ＤＶＣのための別個のさらなるループを設置、保守および運転の負担および煩雑さを伴うものとなる。

本発明の１つの態様によれば、緊急遮断システムは、緊急遮断弁と、緊急遮断弁の位置決めを決定する信号を搬送する制御回線と、緊急遮断弁の位置決めを実現する制御回線に結合されたソレノイド組立体と、制御回線およびソレノイド組立体に結合された中継器とを備えている。中継器は、ソレノイド組立体を制御するための信号に応答するスイッチを有している。

一部の実施形態では、緊急遮断システムは、緊急遮断弁の位置決めを監視するためのデジタル式弁コントローラをさらに有している。中継器は、前記デジタル式弁コントローラからの制御回線上の通信をサポートするために前記スイッチの周辺に低インピーダンスＡＣバイパス経路をさらに有している。スイッチが継電器を有していてもよく、また、インピーダンスＡＣバイパス経路が、継電器のコイルの両端に並列に接続されるコンデンサを有してもよい。制御回線における信号がＤＣ電流値のしきい値以下になると、ソレノイド組立体への電流の流れを遮断するために、継電器の接点が開くようになっている。

これらおよび他の実施形態では、スイッチが信号に応じて開くことに失敗したときでさえソレノイド組立体が消磁されるよう、スイッチおよびソレノイド組立体が、信号を加える並列負荷として接続されてもよい。

本発明の他の態様によれば、緊急遮断システムは、緊急遮断弁と、この緊急遮断弁が第一の状態または第二の状態で保持されるかを決める電流信号を搬送する制御回線とを備えている。ソレノイド組立体が、電流信号に応じて、第一の状態から第二の状態への緊急遮断弁の駆動を制御し、継電器が、電流信号に応じてソレノイド組立体を制御するために制御回線にソレノイド組立体を結合するようになっている。

場合によっては、緊急遮断システムは、制御回線を通じた前記デジタル通信をサポートするために、継電器のコイルに対して並列に接続されるコンデンサをさらに備えている。緊急遮断システムは、デジタル通信が部分ストローク試験中に緊急遮断弁の位置決めを示すデジタル式弁コントローラから送信された情報を含むように制御回線に結合されるデジタル式弁コントローラをさらに備えうる。デジタル式弁コントローラは、緊急遮断弁を第一の状態から第二の状態へ駆動させるうえで重複性を提供するよう、緊急遮断弁の駆動を制御する電流信号に対して応答するよう構成されうる。

これに代えてまたはこれに加えて、継電器は、電流信号がしきい値以下になったときに、ソレノイド組立体の電流を遮断するために開く接点を有している。継電器のコイルおよびソレノイド組立体は、電流信号がしきい値以下になったときに接点が開くことに失敗したときでさえソレノイド組立体が消磁されるように、電流信号を加える並列負荷として接続されうる。

本発明のさらに他の態様によれば、緊急遮断システムは、緊急遮断弁と、この緊急遮断弁の位置決めを決める信号を搬送する制御回線と、制御回線に結合され緊急遮断弁の位置決めを実現する信号に応答する弁位置決め装置と、制御回線に結合された中継器と、この中継器を通じて制御回線に結合され信号に応じて緊急遮断弁の位置決めを実現するように構成されているソレノイド組立体とを備えている。

実施形態によっては、中継器は、継電器と、この継電器のコイルに対して並列に前記制御回線に接続されるコンデンサとを備えている。継電器の接点は、制御回線における信号がＤＣ電流値のしきい値以下になると、ソレノイド組立体への電流の流れを遮断するために開くように構成されうる。継電器のコイルおよびソレノイド組立体は、制御回線内の電流信号がＤＣ電流値のしきい値以下になったときに接点が開くことに失敗したときでさえソレノイド組立体が消磁されるように、信号を加える並列負荷として接続されうる。

あるいは、中継器は、ソレノイド組立体と並列に接続される抵抗器を有してもよい。

本発明の他の態様によれば、緊急遮断システムは、緊急遮断弁と、緊急遮断弁の位置決めを決めるあるレベルを有するＤＣ信号を搬送する制御回線と、この制御回線に結合されているとともにある電圧が形成されるＤＣ電流に対するインピーダンスを有している負荷と、この電圧に対して応答するようになっているとともにＤＣ電流に応じて緊急遮断弁の位置決めを実現するために制御回線および負荷に結合されたソレノイド組立体とを備えている。

ソレノイド組立体は、負荷と並列に接続されうる。これに代えてまたはこれに加えて、緊急遮断システムは、負荷に対して直列に制御回線と結合されるデジタル式弁コントローラをさらに備えている。

実施形態によっては、負荷は継電器コイルを有している。あるいは、負荷は抵抗器を有している。

場合によっては、負荷は、制御回線に結合されているとともに、緊急遮断弁の位置決めを実現するためにＤＣ電流レベルに応答するようになっている弁位置決め装置を有している。弁位置決め装置は、ソレノイド組立体と直列に接続されてもよいし、またはこれに代えて、ソレノイド組立体と並列に接続されてもよい。

本発明についてさらに完全に理解するには、以下の詳細な記載よび添付の図面を参照されるべきである。同様の符号は同様の部品を表している。

開示のシステムはさまざまな実施形態を有しうるが、一または複数の特定の実施形態が図面に例示されている（および以下に記載される）。いうまでもなく、本発明の開示は、例示のみを意図したものであり、添付の特許請求の範囲を本明細書に記載および例示されている特定の実施形態に限定することを意図したものではない。

本発明の例示の実施形態にかかる緊急遮断システムを示す概略図である。 本発明の他の例示の実施形態にかかる緊急遮断システムの他の制御セクションを示す概略図である。 本発明の他の例示の実施形態にかかる緊急遮断システムの他の制御セクションを示す概略図である。 本発明の他の例示の実施形態にかかる緊急遮断システムの他の制御セクションを示す概略図である。 本発明の他の例示の実施形態にかかる緊急遮断システムの他の制御セクションを示す概略図である。

本明細書には、複数の電流ループを用いることなく緊急遮断弁の確実な位置決を一般的に可能にする緊急遮断システムが開示されている。この目的のために、このシステムの一部の実施形態は、各々が遮断弁を安全な状態に駆動するために用いられる、デジタル式弁コントローラの如き弁位置決め装置およびソレノイド組立体の動作のための中継器またはより一般的には負荷インピーダンスを備えている。一部の実施形態では、ソレノイド組立体は、遮断デバイスの位置決めを実現するための主要な機構となっている。同一の電流ループに沿って配置されるにもかかわらず、デジタル式弁コントローラは、試験機能を備えることおよび安全位置が達成されたことを確認するために遮断弁の位置決めを監視することで、確実性を追加するようになっている。さらに、デジタル式弁コントローラ（または、他の位置決め装置）は、弁制御および気体式駆動に対し重複性を供するために用いられてもよい。これらの手法では、デジタル式弁コントローラは、遮断弁の位置決めを実現するためのバックアップまたは第二の機構として働く。

このような確実性および重複性に対応する中継器によって、以下に記載するように、ソレノイド組立体およびデジタル式弁コントローラの両方を同一の制御信号により制御することができる。ただし、場合によっては間接的に制御される場合もある。したがって、当該システムは、単一の対線（ｓｉｎｇｌｅ ｃａｂｌｅ ｐａｉｒｉｎｇ）、すなわちプロセス制御ループしか必要としないため、ソレノイド組立体およびデジタル式弁コントローラ用に別々のケーブルを配線するという欠点を有することなく前述の確実性および重複性が提供される。

以下に記載するように、一部の実施形態では、中継器は、フェイルセーフまたはフォールトトレランスに、ソレノイド組立体およびデジタル式弁コントローラを単一の対線に結合または接続するようになっている。すなわち、中継器（および、その構成部品またはコンポーネント）のすべての既知の故障モードは、遮断弁が安全な状態に向けて駆動されるようになっている。このため、本明細書では、中継器を安全回路と呼んでもよい。

上述の安全回路は、プロセス制御システムにおいて一般的に用いられている標準型の４−２０ｍＡのＤＣ電流制御信の枠内で動作するように設計されている。しかしながら、一部の実施形態では、安全回路は、ＨＡＲＴ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓなどの如きプロセス制御デジタルプロトコルのうちの任意の一または複数に基づいてデジタル通信に対応するようにも構成されている。

緊急に遮断するような場合によく適しているとともに本明細書においてはそれに関連して記載されているが、開示のシステムは、いかなる１つの用途または場面に限定されるものではない。もっと正確にいえば、開示のシステムは、確実な制御または監視から弁の動作が恩恵を受けるとともに、状況を考えた場合に重複的な制御および監視に対応するために多重かつ専用の制御ループを用いることが実用的でないどのような用途に適用されてもよい。このような状況には、たとえば、弁が当該システムの他のコンポーネントから長い距離だけ分離されている場合、または、操作環境が安全ではないまたは弁と制御領域との間の複数のワイヤを用いた接続を維持の助けにならない場合が含まれる。

ここで、図面を参照すると、図１に例示の実施形態にかかる緊急遮断システムが示され、その全体が符号１０により表されている。この緊急遮断システム１０は、符号１６でその全体が示されている遮断弁組立体の確実な遮断制御を提供するように協働する、符号１２でその全体が表されている気圧セクションと、符号１４でその全体が表されている制御セクションとを備えている。一般的にいえば、緊急遮断システム１０は、遮断弁組立体１６の安全な状態への移転を実現にするための重複的機構を備えている。緊急遮断システム１０は、開示されたシステムの一または複数のコンポーネントと通信する一または複数のコントローラまたはオペレータワークステーションを有したプロセス制御システム（図示せず）と一緒にまたはその一部として動作することが可能である。

気圧セクション１２は、符号２２でその全体が表されているソレノイド弁組立体を通じて遮断弁組立体１６に連通しているデジタル式弁コントローラ（ＤＶＣ）２０を備えている。このＤＶＣ２０は、供給導管２６から気圧用供給圧力をＤＶＣ圧力入力部２４で受けるようになっている。ＤＶＣ圧力出力部２８は、出力導管３０を通じてソレノイド弁組立体２２に気圧用供給圧力を供給するようになっている。ソレノイド組立体２２は、供給導管２６が結合されているアクチュエータ入力部３６で受けた気圧用供給圧力を用いてソレノイド弁３４を駆動するソレノイド弁アクチュエータ３２を備えている。ソレノイド弁３４は、安全弁供給導管３８を通じて遮断弁組立体１６に気体圧を供給するために、ＤＶＣ
２０から出力導管３０を通ってくる空気圧に作用するようになっている。ソレノイド弁組立体２２は、ＡＳＣＯ弁社（ＡＳＣＯ Ｖａｌｖｅ Ｉｎｃ．）（フォーハム、ニュージャージ州）により製造されているＡＳＣＯＲ ３／２−４／２シリーズＩＳピエゾオペレータ弁の如きパイロット操作弁を備えうる。さらに一般的にいえば、ソレノイド組立体２２の動作は、以下にきさいするように、圧電変換または電磁変換に基づくものであってもよいし、または、加えられた電圧信号または電流信号に対して適切に応答する他のいかなる機構に基づくものであってもよい。いずれの場合であっても、供給導管２６は、気圧セクション１２内のデバイスに共通の供給圧力を供給しうるし、または、これらのデバイスの各々に対して専用の供給導管を提供するように個々に配管されてもよい。

遮断弁組立体１６は、安全弁アクチュエータ４２に機械的に結合された安全弁４０を備えている。図１の例示の実施形態では、安全弁４０は流体用の導管または配管４４に沿って配置されている。安全弁４０は、十分な気体圧が安全弁アクチュエータ４２に加えられたとき導管４４を通る矢印Ｆにより示されている流体の流れを妨げるようになっているエアツゥクローズ式弁であってもよい。具体的にいえば、ソレノイド弁アクチュエータ３２が、安全弁供給導管３８を通して安全弁アクチュエータ４２へ十分な空気圧を送るようにソレノイド弁３４を機械的に導くときに、導管４４を通る流体の流れが妨げられるようになっている。気体圧を受けると、安全弁アクチュエータ４２は、導管４４を通る流体の流れを妨げるために安全弁４０を閉じる。これは、正常状態では、アクチュエータ４２が加圧され弁４０が閉じて導管４４を通る流体の流れが遮断されるようになっている緊急通気弁の一例である。したがって、安全な状態はでは、アクチュエータ４２が通気され弁４０の開弁を可能とするため、流体が導管４４内を流れることができる。

あるいは、開示されたシステムは、正常な動作状態では弁が開弁にされ流体が流れることができ、緊急時または安全な状態では弁が閉弁にされるようになっているエアーツーオープン式弁を備えて実施されてもよい。それぞれの場合において、安全な状態とは、安全弁アクチュエータ４２が圧抜きされた状態に相当する。しかしながら、複数の他の実施形態に関連して以下に記載して示しているように、開示されたシステムは、圧力が放出されるのではなく安全弁アクチュエータ４２に加えられるようになっている安全な状態を含んでいてもよい。

図１に示している実施形態では、プロセス制御システムおよび緊急遮断システム１０の全体が正常状態に保持されているとき（たとえば、緊急状態でもなければ試験をしているわけでもない）、ＤＶＣ２０は、気圧用供給圧力を供給導管２６からＤＶＣ圧力出力部２８を通してソレノイド弁３４へ送るようになっている。それと同時に、ソレノイド弁アクチュエータ３２は、出力導管３０の気体圧を安全弁アクチュエータ４２へ導くようにソレノイド弁３４の位置決めを行う。このようにして、気体圧は、遮断弁４０をエアーツーオープンまたはエアーツークローズの方式に沿った正常状態での動作中、開弁位置または閉弁位置にそれぞれ対応して維持している。

緊急の場合には、気体圧の遮断弁組立体１６への供給が解除される。具体的にいえば、ＤＶＣ２０は、正常状態でＤＶＣ圧力出力部２８を通して送られている気体圧をＤＶＣ換気口４６を通して低圧側に逃がす。したがって、出力導管３０内の圧力も逃がされることになる。いずれの場合であっても、ソレノイド弁組立体２２は、弁供給導管３８をソレノイド弁通気口４８に接続して、アクチュエータ４２を減圧するようになっている。そのあと、ソレノイド弁３４が導管３８および導管４８を連通させたため導管３０がもはやソレノイド弁３４に圧力を供給していないので、遮断弁４０は、閉弁し、導管４４を通る流体の流れを妨げるようになっている（エアーツーオープン式弁の場合の一例）。

ＤＶＣ２０の故障によりＤＶＣ２０がＤＶＣ通気口４６を通じて気体圧力を逃がすことができなくなった場合、ソレノイド弁アクチュエータ３２は、安全供給導管３８および安全弁アクチュエータ４２をソレノイド弁通気口導管４８を通じて通気させてもよい。その一方、ソレノイド弁アクチュエータ３２が弁３４の位置を気圧式に切り替えるのに失敗した場合、ＤＶＣ２０は、供給導管２６からの気圧用供給圧力を、弁組立体１６の移行を実現するように導くようになっている。このようにして、緊急遮断システム１０は、正常状態で供給導管２６を通じて供給される気圧用供給圧力の逃がしの重複的な制御を提供することにより、緊急時に、安全弁４０を安全な状態に移行させるようになっている。

ここで、図１の例示の実施形態に関連して、制御セクション１４が気圧セクション１２の動作を制御する方法を記載する。制御セクション１４は、遮断コントローラ５２からのコマンドをＤＶＣ２０およびソレノイド組立体２２にまで伝達するためのケーブル５０（たとえば、家庭配線用のケーブル）を備えている。この実施形態では、制御セクション１４は、遮断弁組立体１６の位置決めを実現するようにＤＶＣ２０およびソレノイド組立体２２に命じることにより重複的な遮断制御を提供するようになっている。ケーブル５０は、遮断コントローラ５２とＤＶＣ２０との間の４−２０ｍＡＤＣ制御信号およびデジタル通信に対応することができるワイヤまたは回線５４、５６から構成される２線式制御ループであってもよい。たとえば、このような通信には、ＤＶＣ２０からの弁位置データを遮断コントローラ５２まで送信することが含まれうる。このため、ＤＶＣ２０は、遮断弁組立体の動作を監視するために、遮断弁組立体の位置データを回線５７を通じて受信するようになっている。また、このように、ＤＶＣ２０は、４−２０ｍＡの制御信号への応答に限定されないインテリジェント位置決め装置として機能するようになっている。このようなインテリジェントな監視および制御に適しているコントローラの一つとして、フィッシャ・コントロールズ・インターナショナル・エル・エル・シー（Ｆｉｓｈｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＬＬＣ）（マーシャルタウン、アイオワ州）から市販されているＤＶＣ６０００デジタル式弁コントローラが挙げられる。実際のところ、一部の実施形態は、以下に記載するようにどのようなデジタル制御または他の機能にも依存しない。

また、制御セクション１４は、ケーブル５０、ソレノイド組立体２２およびＤＶＣ２０へ結合された中継器または安全回路５８をさらに備えている。中継器５８は、プロセス制御ループ内でＤＶＣ２０と直列に接続されていることが一般的であるので、ソレノイド組立体２２およびＤＶＣ２０に対して電力および制御機能を供給すべく、従来型の４−２０ｍＡＤＣ電流信号用の一または複数の電流路を提供している。さらに詳細にいえば、中継器５８は、ソレノイド組立体２２をケーブル５０および遮断コントローラ５２に結合し、また、ＤＶＣ２０と送受信するデジタル信号用の通信路をさらに提供する。このようにして、デジタル通信は、緊急時および試験期間を含む動作全体にわたって利用可能となっている。中継器５８が設置されることにより、遮断コントローラ５２は、命じられた弁位置を表す制御信号を送信することが可能となり、ＤＶＣ２０から情報またはデータを表すデジタル信号を受信することも可能となる。たとえば、遮断コントローラ５２は、ＤＣ制御信号のための電流レベル（たとえば、２０ｍＡ）を維持しながら、部分ストローク試験の如き試験手順を実行するために遮断弁組立体１６の位置を変更するようにＤＶＣ２０に対してデジタルで命じることが可能となる。部分ストローク試験からの試験結果は、緊急遮断システムの確実性を著しく向上させることができる。開示されたシステムにより、部分ストローク位置試験シーケンスを可能とし試験結果の収集および送信を容易にすることにより上記の試験が促進される。

中継器５８を用いることにより、同一の２線式ループ、すなわち制御回線５４、５６がＤＣ制御信号およびＡＣ（デジタル）制御信号を扱うことが可能となる。このため、制御回線５４、５６は、ＤＣ電流信号上に重畳されたデジタル信号を搬送することが可能である。デジタル信号は、ＨＡＲＴプロトコルの如きいかなる所望の通信プロトコルに準拠してもよい。 以下に記載するように、中継器５８の特性により、ソレノイド組立体２２へのＤＣ電流が故意にまたは他の理由で禁じられている場合であっても、このようなデジタル信号をＤＣ電流信号のレベルに関係なく送信することが可能となる。このように、ソレノイド組立体２２もしくは気圧セクション１２のコンポーネントまたはそれらの関連する制御セクション１４が動作しない場合であっても、遮断弁組立体１６が安全な状態にあることを確認するためにＤＶＣ２０とのデジタル通信に依存することが可能である。さらに一般的にいえば、ＤＶＣ２０と遮断コントローラ５２（またはプロセス制御システムの他のコンポーネント）との間のデジタル通信は、遮断弁組立体１６の位置または他の様相に関するステータス情報の送信を含みうる。他の様相とは、たとえばアラーム情報、システムＤＣ電流レベル、通信ステータス、または、通信プロトコルが対応しているその他の所望のプロセスもしくはデバイスに関するパラメータもしくは特性のことである。

緊急状態または動作試験がない動作中、遮断コントローラ５２は、２０ｍＡまたはその他の所望のレベルでありうる正常状態を示すレベルでＤＣ電流信号を提供するようになっている。通常、この２０ｍＡＤＣ電流信号は、ワイヤ５４、５６と、ＤＶＣ２０と、ソレノイド組立体２２と、中継器５８とを含むループの中を流れる。以下でさらに記載するように、２０ｍＡ電流信号は、中継器５８で第一のパス６０および第二のパス６２に分割されるまでこのループを流れる。第二のパス６２を流れる電流はソレノイド組立体２２を流れ、第一のパス６０を流れる電流はソレノイド組立体２２に対して平行になっている負荷を流れるようになっている。ソレノイド組立体２２が圧電制御素子を含んでいる実施形態では、ソレノイド組立体２２が励磁されるか否かはパス６０の負荷の前後の電圧によって決まる。ソレノイド組立体２２がコイルまたは他の電流駆動式の制御要素を含んでいる他の実施形態では、ソレノイド組立体２２が励磁されるか否かは、パス６０およびパス６２により形成されている電流分割器により決まる。いずれの場合であって、パス６０負荷は、（ｉ）パス６０および６２を通って流れる電流、および、（ｉｉ）ソレノイド組立体２２の両端に生じる電圧を決めるインピーダンスを有している。

図１の実施形態では、中継器５８は、継電器接点６４と、パス６０内の負荷として作用する継電器コイル６６とを有した継電器を備えている。また、中継器５８は、継電器コイル６６に対して並列になっているコンデンサ６８をさらに備えている。コンデンサ６８は、ＤＶＣ ２０と遮断コントローラ５２との間のデジタル通信を支えるための低インピーダンスＡＣバイパス路として機能する。動作時は、ケーブル５０（すなわち、回線５４および回線５６のうちの１つ）の電流レベルが前もって決められたしきい値よりも大きくなると、電流がパス６２およびソレノイド組立体２２に流れるように継電器コイル６６が接点６４を閉じるようになっている。ソレノイド組立体２２に圧電制御素子を備えている上記の例示の実施形態では、電流がパス６０を流れると、ソレノイド組立体を励磁することができる十分な電圧降下が継電器コイル６６の前後に生じるようになっている。たとえば、継電器が、約１８ｍＡの電流レベルで接点６４を閉じるように選択されてもよく、この場合、継電器コイル６６の前後で生じる電圧降下は約６ボルトＤＣ以上となる。その場合、ソレノイドを約６ボルトレベルで励磁するように、上記のＡＳＣＯの圧電式ソレノイドアクチュエータ３２が選択されることになる。他の電流駆動に関する実施形態では、２ｍＡで駆動すべくソレノイドを選択してもよいしまたは構成してもよい。いずれの場合であっても、遮断コントローラ５２により２０ｍＡＤＣ制御信号が提供されると、それに従って、中継器５８は、ソレノイド組立体２２をケーブル５０に接続し、駆動するようになっている。

緊急状態が発生すると、ＤＣ電流制御信号は、２０ｍＡレベルからたとえば４ｍＡレベルまで降下する。継電器は、降下ポイント、すなわち、継電器コイル６６が接点６４を閉じることができなくなる電流値が、約４ｍＡよりも大きいように選択または構成されている。また、降下レベルが約４ｍＡを超えたとき、継電器コイル６６の両端の電圧は、ソレノイド組立体２２を励磁するために必要な電圧レベルを下回るように、継電器は構成されている。たとえば、ソレノイド組立体２２は、約３ボルトＤＣで消磁されるように選択または構成されている。このように、ソレノイド組立体２２は、４ｍＡＤＣ制御信号に応答して、リラックスすることにより安全な状態への移行を可能としている。

もちろん、本明細書では、電圧、電流および回路の他の詳細事項については、値が本来例示的なものであり、他の実施形態では、異なる回路素子、システムコンポーネントまたは制御信号レベルの使用に応じて修正されうるという理解のもとに提供されている。

図１に示した実施形態の１つの利点は、継電器の既知の故障モードはすべて、ソレノイド組立体２２を消磁することにより遮断弁組立体１６に安全な状態に入らせるという意味において、中継器５８が、フォールトトレラントまたはフェイルセーフに動作するということにある。継電器の１つの故障モードとしては、ケーブル５０の電流信号が約４ｍＡにまで落ちたときに接点６４が閉じられたままとどまる、すなわち、開かないでいるということが挙げられる。この故障モードでは、制御回線５４または同等の回線７０を流れる４ｍＡＤＣ電流は、ソレノイド組立体２２を励磁するための十分な電圧が継電器コイル６６の両端に生じない。換言すれば、ソレノイド組立体２２は、継電器コイル６６およびソレノイド組立体２２が並列負荷として接続されるので接点６４が開かないときでさえリラックス状態にある。

他の発生しうる故障モードでは、継電器コイル６６が正常状態での動作中に開く場合がある。この場合、パス６０に電流が流れず、継電器接点６４が開くことになるため、回線７２の中をソレノイド組立体２２に向かって電流が流れず、ソレノイド組立体２２がリラックスすることになる。したがって、この故障モードに入ると、遮断弁組立体１６が安全な状態に移行することになる。それとは反対に、継電器コイル６６がショートすると、ソレノイド組立体２２の両端の電圧がゼロになり、従って先の場合と同様に、ソレノイド組立体２２がリラックスすることになる。これらの故障モードの各々の場合、遮断弁組立体１６が安全な状態に移行することになる。

また、中継器５８の外側の緊急遮断システム１０の故障もシステム１０を安全な状態に移行させる。たとえば、ケーブル５０が破壊された場合には、パス６０を流れる電流がゼロになり、継電器接点６４が開くことになる。このように、ソレノイド組立体２２は、システム１０の他の部分から切断され、消磁される。

図２〜図５には、開示された緊急遮断システムの他の実施形態が示されている。分かり易いように、各図には、制御セクションの必要な部分しか示されていない。一般的にいえば、これらの他の実施形態は、制御回線に結合される負荷を備えている。この負荷は、制御回線を流れるＤＣ電流に対してインピーダンスを有し、ソレノイド組立体２２に印加される電圧を発生させる。このように、図２〜図５の実施形態は、図１の例示的な実施形態のように、ソレノイド組立体２２をＤＶＣ２０の如き他の位置決め装置と同一の制御回線に接続することを可能とする。

ここで図２を参照すると、他の緊急遮断システムのうちの参照符号１００で全体が示されている制御セクションは、ＤＶＣ２０と、ソレノイド組立体２２とを備えている。これらは、たとえば図１に示されている配置を含むいかなる適切なニューマチック配置（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）に構成されてもよい。また、制御セクション１００は、４−２０ｍＡ電流制御信号を搬送する制御回線５４、５６へソレノイド組立体２２を結合させる中継器１０２をさらに備えている。図１の実施形態と同様に、中継器１０２により提供されるインピーダンスは、一般的に、プロセス制御ループ内でＤＶＣ２０に対して直列に接続されている。しかしながら、この場合、中継器１０２は、図１に示されている継電器の如きスイッチ装置を備えていない。もっと正確にいえば、中継器１０２は、抵抗器１０４と、コンデンサ１０６とを備えている。これらの各々はソレノイド組立体２２に対して並列に接続されている。動作時には、抵抗器１０４とソレノイド組立体２２とからなる並列負荷が、協働してソレノイド組立体２２が励磁されるときを決める。このように、図１および図２の実施形態は、ソレノイド組立体２２の作動および制御のためにこれと平行に接続された負荷またはインピーダンスを有しているという意味において類似している。この場合、ある電圧を発生させるＤＣ電流に対するインピーダンスを生じるように抵抗器１０４が選択される。そして、ソレノイド組立体２２は、抵抗器１０４の両端の電圧に応答し、緊急遮断弁組立体１６（図１）の位置決めを実現する。

ＤＶＣ２０は、弁位置を監視することが重要でないまたは核心とは関係ないような場合には、非インテリジェントな位置決め装置と取り替えられてもよい。したがって、コンデンサ６８、１０６が必要でない場合もある。そのような他の実施形態は、図１および図２に示されているシステムのどおりの確実性の程度を提供しない場合がある。それにもかかわらず、ＤＶＣ２０を交換する位置決め装置は、遮断弁組立体１６（図１）の位置決めを実現するために重複的な機構を提供する。

図３には、緊急遮断システムのうちの符号１１０によりその全体が示されている制御セクションがソレノイド組立体２２を制御回線５４、５６のうちの１つに結合する中継器１１２を有している開示のシステムの他の実施形態がさらに示されている。図２に示されている実施形態とは対照的に、中継器１１２は、ＤＶＣ２０とのデジタル通信をサポートするコンデンサを有していない。しかしながら、中継器１１２は、ＤＶＣ２０と遮断コントローラ５２との間のデジタル通信信号の減衰を最小限に抑えるように選択される抵抗器１１４を有している。また、この抵抗は、図１および図２の実施形態に関して先に記載されたように、ソレノイド組立体２２の制御をサポートするようにも選択される。それらの場合のように、抵抗器１１４は、制御回線５４、５６に流れるＤＣ電流に対してある電圧が形成される負荷インピーダンスを提供している。そして、この電圧は、ソレノイド組立体２２に印加され、ソレノイド組立体２２がＤＣ電流レベルに従って緊急遮断弁組立体１６（図１）の位置決めを実現する。上述のように、たとえば意図する目的が弁位置の監視よりも駆動の重複性に向けられている場合、ＤＶＣ２０は非インテリジェント位置決め装置に取り替えられてもよい。

図４および図５には、ソレノイド組立体２２の駆動するための電圧または電流を決める制御回線５４、５６に結合された負荷が、重複的な駆動機構を提供している位置決め装置自体である開示のシステムさらに２つの他の実施形態が示されている。とくに、図４および図５は、それぞれ対応して他の制御セクション１２０および１２２を呈示しており、その各々は位置決め装置１２４を備えている。２つの他の実施形態では、位置決め装置１２４は、直列にまたは並列にソレノイド組立体２２に結合されている。それぞれの場合、制御回線５４、５６のＤＣ電流制御信号のレベルが変わるに従って、位置決め装置１２４の両端の電圧降下が変わるようになっている。したがって、ソレノイド組立体２２は、変化する電圧信号および／または電流信号を受け、そして、この変化する電圧信号および／または電流信号が、緊急遮断弁組立体１６（図１）の位置決めを実現する動作を決めるようになっている。位置決め装置１２４は、実効インピーダンスの両端の電圧降下が４ｍＡ電流レベルと２０ｍＡ電流レベルとの間で十分に変わりそれに応じてソレノイド組立体２２の動作を変えるように、選択および／または構成されてもよい。そして、ソレノイド組立体２２は、位置決め装置１２４により呈示される電圧レベル（または電流レベル）に従って選択および／または構成されてもよい。

場合によっては、位置決め装置１２４はデジタル式弁コントローラ（ＤＶＣ）である場合もある。デジタル通信をサポートするために、ソレノイド組立体２２は、ＤＶＣと遮断コントローラ５２（図１）との間のデジタル通信信号がソレノイド組立体２２により減衰されすぎないようにまたは他の方法で悪影響を与えられないように構成される。

上記の実施形態のうちのいずれかに関連して、開示のシステムは、ソレノイド弁アクチュエータ３２およびＤＶＣ２０が安全弁組立体１６の駆動を制御することを可能とする他のまたは追加の気体式のおよび機械的な部品を備えてもよいしまたは組み入れてもよい。また、場合によっては、開示のシステムは、一または複数のさらなる遮断弁の駆動を制御してもよい。

上述のように、開示されたシステムの他の実施形態は、安全な状態への移行が圧力が安全弁アクチュエータに加えられること（逃がすのではなく）を含むように構成された気圧セクションを備えうる。このために、ソレノイド組立体は、消磁のとき空気圧力を加えるように（逃がすのではなく）構成されてもよい。したがって、２０ｍＡＤＣ制御信号を安全な状態と対応づけし４ｍＡＤＣ制御信号を正常状態と対応づけすることが必要ということではないが有益なこともある。したがって、ＤＶＣが設けられる実施形態では、ＤＶＣは、４ｍＡの制御信号に応答して空気圧力を加えるように構成されうる。異なるニューマチック配置およびＤＣ電流レベルにもかかわらず、これらの実施形態のソレノイド組立体およびＤＶＣは、同一の電流ループ（すなわち、同一のワイヤペアまたはケーブル）を通じて制御されてもよい。このため、単純な抵抗または他のインピーダンスを有する中継器は、リレーが設けられ、異なる電流レベルの制御信号が与えられる実施形態に比べて確実性が高くなる。いずれの場合であっても、ソレノイド組立体は、ＤＶＣに対して直列に接続されたインピーダンスの両端の電圧を通じて制御される。

開示の遮断システムおよびプロセス制御システムの他のコンポーネントの動作に関する緊急遮断のための試験手順のさらなる詳細事項は、「緊急遮断システム」の表題が付された米国特許第６、１８６、１６７号に記載されており、その全開示内容は、本明細書において参照することによりここに援用されるものとする。

本発明が特定の例示の実施形態に関して記載されているが、これらは例示のみを意図したものであり、本発明を制限するものではない。当業者にとって明らかなように、本発明の技術思想および範囲を逸脱することなく、本発明に対して変更、追加および／または削除を加えてもよい。

以上のように、先の記載は、理解を明確にするためのみに与えられている。当業者にとって、本発明の範囲内の変更は明らかであるので、不必要な制限を解釈すべきではない。

Claims (17)

1. 緊急遮断弁と、
   前記緊急遮断弁の位置決めを決定するＤＣ電流信号を提供するコントローラと、
   前記コントローラに接続され、前記緊急遮断弁の位置決めを決定する前記ＤＣ電流信号を搬送する第１及び第２の制御回線と、
   前記ＤＣ電流信号を受信する弁位置決め装置と、
   前記弁位置決め装置に接続され、前記弁位置決め装置において発生した電圧降下により、当該電圧降下は前記緊急遮断弁の位置決めを実現するソレノイド組立体と
   を備えてなる、緊急遮断システム。
2. 前記ソレノイド組立体が、前記弁位置決め装置に並列に接続される、請求項１記載の緊急遮断システム。
3. 前記弁位置決め装置が、前記ソレノイド組立体と直列に接続される、請求項１記載の緊急遮断システム。
4. 緊急遮断弁と、
   前記緊急遮断弁の位置決めを決定するＤＣ電流信号を提供する遮断コントローラと、
   前記コントローラに接続され、前記緊急遮断弁の位置決めを決定する前記ＤＣ電流信号を搬送する第１及び第２の制御回線と、
   前記第１及び第２の制御回線に接続されたデジタル式弁コントローラと、
   前記遮断コントローラ及び前記デジタル式弁コントローラの間の前記第２の制御回線に接続された中継器と、
   前記中継器を経由して前記第２の制御回線に接続され、前記信号に従って前記緊急遮断弁の位置決めを実行するように構成されるソレノイド組立体と
   を備え、
   前記中継器は、前記第２の制御回線に接続された継電器と、前記継電器のコイルに並列になるように前記第２の制御回線に接続されたコンデンサとを備える、緊急遮断システム。
5. 前記第２の制御回線内の前記ＤＣ電流信号が、失敗又はＤＣ電流値のしきい値以下になると、前記ソレノイド組立体への電流の流れを遮断するために、前記継電器の接点が開く、請求項４記載の緊急遮断システム。
6. 前記継電器のコイルおよび前記ソレノイド組立体は、前記第２の制御回線内の前記電流信号が前記ＤＣ電流値のしきい値以下になったときに前記接点が開くことに失敗したときでさえ前記ソレノイド組立体が消磁されるように、前記ＤＣ電流信号を加える並列負荷として接続されてなる、請求項５記載の緊急遮断システム。
7. 緊急遮断弁と、
   前記緊急遮断弁の位置決めを決定するＤＣ電流信号を提供する遮断コントローラと、
   前記コントローラに接続され、前記緊急遮断弁の位置決めを決定する前記ＤＣ電流信号を搬送する第１及び第２の制御回線と、
   前記第１及び第２の制御回線に接続されたデジタル式弁コントローラと、
   前記遮断コントローラ及び前記デジタル式弁コントローラの間の前記第２の制御回線に接続された中継器と、
   前記中継器を経由して前記第２の制御回線に接続され、前記信号に従って前記緊急遮断弁の位置決めを実行するように構成されるソレノイド組立体と
   を備え、
   前記中継器が、前記ソレノイド組立体に並列に接続される抵抗器を備えてなる、緊急遮断システム。
8. 緊急遮断弁と、
   前記緊急遮断弁の位置決めを決定するＤＣ電流信号を提供する遮断コントローラと、
   前記コントローラに接続され、前記緊急遮断弁の位置決めを決定する前記ＤＣ電流信号を搬送する第１及び第２の制御回線と、
   前記第１及び第２の制御回線に接続されたデジタル式弁コントローラと、
   前記遮断コントローラ及び前記デジタル式弁コントローラの間の前記第２の制御回線に接続された中継器と、
   前記中継器を経由して前記第２の制御回線に接続され、前記信号に従って前記緊急遮断弁の位置決めを実行するように構成されるソレノイド組立体と
   を備え、
   前記ＤＣ電流信号に応答して、当該ＤＣ電流信号に対するインピーダンスを有する前記第２の制御回線に接続された負荷の両端に電圧が生じ、
   前記ソレノイド組立体が前記負荷に並列に接続されてなる、緊急遮断システム。
9. 前記負荷に対して直列に接続された前記第２の制御回線に接続されたデジタル式弁コントローラをさらに備えてなる、請求項８記載の緊急遮断システム。
10. 前記負荷が継電器コイルを有してなる、請求項８記載の緊急遮断システム。
11. 前記負荷が抵抗器を有してなる、請求項８記載の緊急遮断システム。
12. 緊急遮断弁と、
    前記緊急遮断弁の位置決めを決定するＤＣ電流信号を提供する遮断コントローラと、
    前記コントローラに接続され、前記緊急遮断弁の位置決めを決定する前記ＤＣ電流信号を搬送する第１及び第２の制御回線と、
    前記第１及び第２の制御回線に接続されたデジタル式弁コントローラと、
    前記遮断コントローラ及び前記デジタル式弁コントローラの間の前記第２の制御回線に接続された中継器と、
    前記中継器を経由して前記第２の制御回線に接続され、前記信号に従って前記緊急遮断弁の位置決めを実行するように構成されるソレノイド組立体と
    を備え、
    前記電流信号は、前記緊急遮断弁が第一の状態または第二の状態で保持されるかを決定するものであって、
    前記制御回線に接続された前記中継器は、継電器である、緊急遮断システム。
13. 前記第２の制御回線を通じたデジタル通信をサポートするために前記継電器のコイルに対して並列に接続されるコンデンサをさらに備えてなる、請求項１２記載の緊急遮断システム。
14. 前記デジタル通信が部分ストローク試験中に前記緊急遮断弁の位置決めを示す前記デジタル式弁コントローラから送信された情報を含むように前記第２の制御回線に結合されるデジタル式弁コントローラをさらに備えてなる、請求項１３記載の緊急遮断システム。
15. 前記デジタル式弁コントローラが、前記第一の状態から前記第二の状態へ前記緊急遮断弁を駆動させるうえで重複性を提供するよう前記緊急遮断弁の駆動を制御するように前記電流信号に対して応答するように構成されてなる、請求項１４記載の緊急遮断システム。
16. 前記継電器は、前記電流信号がしきい値以下になったときに、前記ソレノイド組立体の電流を遮断するために開く接点を有してなる、請求項１２記載の緊急遮断システム。
17. 前記継電器のコイルおよび前記ソレノイド組立体は、前記電流信号が前記しきい値以下になったときの前記接点が開くことに失敗したときでさえ前記ソレノイド組立体が消磁されるように、前記電流信号を加える並列負荷として接続されてなる、請求項１６記載の緊急遮断システム。

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