コントロールバルブおよびそれを用いた配管網遠隔監視制御システム
【課題】設置が容易であり、調整やメンテナンスに手間がかからないコントロールバルブおよびそれを用いた配管網遠隔監視制御システムを提供する。
【解決手段】コントロールバルブ１０は、第一配管接続部１７０、第二配管接続部１７０Ａと配管１１０を有し、その配管の略中間には、流体の流量を調整するための弁体１２０が配置されている。配管における弁体の上流側には第一圧力センサ１４０が取付けられ、下流側には第二圧力センサ１５０が取付けられる。弁体の上部には駆動軸１３４を介して弁体が開閉可能となるように弁体駆動装置１３０が取付けられる。また第一圧力センサ及び第二圧力センサからの検出データに基づき弁体の駆動量を演算・制御する制御装置２００が一体的に具備されている。このコントロールバルブ１０を用いて配管網遠隔監視制御システムを構築できる。
【解決手段】コントロールバルブ１０は、第一配管接続部１７０、第二配管接続部１７０Ａと配管１１０を有し、その配管の略中間には、流体の流量を調整するための弁体１２０が配置されている。配管における弁体の上流側には第一圧力センサ１４０が取付けられ、下流側には第二圧力センサ１５０が取付けられる。弁体の上部には駆動軸１３４を介して弁体が開閉可能となるように弁体駆動装置１３０が取付けられる。また第一圧力センサ及び第二圧力センサからの検出データに基づき弁体の駆動量を演算・制御する制御装置２００が一体的に具備されている。このコントロールバルブ１０を用いて配管網遠隔監視制御システムを構築できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コントロールバルブおよびそれを用いた配管網遠隔監視制御システムに関し、特に、配管網を流れる水等における流体の流量または圧力を任意に制御するためのコントロールバルブおよびそれを用いた配管網遠隔監視制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体制御装置は、単体のバルブと単体のセンサ等から構成されている。すなわち、配管網において流体の流量や圧力を制御する際に、配管網に設置されたバルブに対し、バルブとは別の箇所に単一の機能をもつ流量センサや圧力センサといったセンサを設置し、これらから得られる流量、圧力などの信号値を基に流体の制御が行われている。
【０００３】
例えば、従来の流体制御装置としては、１つの圧力センサの計測データを用いることにより配管内における流体の逆流を阻止するとしたものであって、バルブの下流側にバルブの設置箇所とは異なる箇所にセンサとして圧力センサを設置したものがある（例えば、特許文献１）。従来の流体制御装置によると、この圧力センサにより計測された圧力信号の値をあらかじめ定められた圧力信号と比較することで、逆流に至る前にバルブを全閉するように制御して、流体が下流から上流へ逆流するのを未然に防ぐという流体制御を行うことができるとしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７４０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の流体制御装置において、流体の制御に使用されるのは、バルブの下流側あるいは上流側で検出される一箇所の圧力の信号に限られる。そのため、配管網内の流量、流速、圧力および流れ方向を計測し、逆流発生防止等のほかの制御を、リアルタイムでより精密に行うといった高度な制御を行うためには、流量計、圧力計、圧力制御弁、流量制御弁、開閉制御弁、逆流防止弁、緊急遮断弁、水撃吸収装置等の個別の設置が必要となるという問題がある。また、従来の流体制御装置を設置する場合、バルブと制御目的に応じた制御機器やセンサを、バルブと異なった箇所にそれぞれ設置し、設置状態に基づいて制御条件を設定しなければならないことから、設置コストおよび手間が大きくかかるという問題がある。さらに、バルブの設置箇所と制御機器やセンサの設置箇所とが異なる箇所にあるので、それらの設置と調整、並びにメンテナンスに時間と費用がかかるという問題がある。
【０００６】
このように従来の流体制御装置では、バルブと制御機器やセンサが、それぞれ単体で個別に設置された状態で、その機能を発揮するようになされているため、流体制御装置としてのバルブの故障の診断機能は得られず、わずかに制御機器やセンサ単体の機能の異常がわかる程度であった。従って、配管網の破損の診断や、破損に伴う配管網の必要箇所の緊急閉止等の遠隔での操作は望むべくもなかった。
【０００７】
また、配管網内の流量、流速、圧力および流れ方向を監視・制御することを望む場合には、配管網の状態及び配管網に設置される個々の単体設置機器に合わせて、特別に制御プログラムを作成しなければならないので、コストが高いうえに、時間がかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した種々の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、バルブ、センサ、駆動装置及び制御装置（演算装置・通信装置を含む）を一体的に形成した流体制御装置であるコントロールバルブであって、設置が容易であり、調整やメンテナンスに手間がかからず、さらに、バルブの前後における流体の圧力を常に計測し、任意の設定値との差異を監視・制御することによって、定流量制御、定圧力制御、水撃防止、逆流防止、緊急遮断などの流体制御機能を持ち、かつ、バルブの故障又は故障の発生予知の自己診断が可能であり、制御項目ごとのプログラムの新たな作成が不要なコントロールバルブを提供することである。また、通信手段を用いてパソコン等の外部端末でコントロールバルブの監視、診断および制御が行え、さらに、配管網の監視、破損診断および制御が可能な配管網遠隔監視制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載のコントロールバルブは、配管、配管の略中間に配置される弁体、弁体を電気的に駆動するための弁体駆動手段、配管の一方端部と弁体との間に配置される第一圧力センサ、および、配管の他方端部と弁体との間に配置される第二圧力センサを含むバルブと、第一圧力センサおよび／または第二圧力センサからの検出データに基づき、弁体の駆動量を演算して弁体駆動手段を制御する機能を有する制御手段とを有する流体の流れを制御するコントロールバルブであって、配管、弁体、第一圧力センサ、第二圧力センサおよび弁体駆動手段が一体に形成されていると共に第一圧力センサと第二圧力センサとの間に水流抵抗手段を供えたことを特徴とするコントロールバルブである。
【００１０】
請求項２に記載のコントロールバルブは、制御手段は、コントロールバルブと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコントロールバルブである。
【００１１】
請求項３に記載のコントロールバルブは、弁体は、ボールバルブ又はゲートバルブの弁体構造よりなり、水流抵抗手段は、配管内であって、第一圧力センサと第二圧力センサとの間に設けられたオリフィス部を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコントロールバルブである。
【００１２】
このように、第一圧力センサと第二圧力センサとの間に流体抵抗部を備えることで、第一圧力センサの位置における圧力と第二圧力センサの位置における圧力の圧力差が大きくなることから、流量が明確に分かるという特徴がある。
【００１３】
請求項４に記載のコントロールバルブは、配管の内面と第一圧力センサの第一圧力計測面および第二圧力センサの第二圧力計測面とが同一の面を形成するように、第一圧力センサおよび第二圧力センサが配管に取付けられることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のコントロールバルブである。
【００１４】
請求項５に記載のコントロールバルブは、弁体は、配管の軸方向に形成される貫通穴を有するボールバルブの弁体構造よりなり、貫通穴は一方端部の径と他方端部の径とが相違するテーパ状に形成され、貫通穴が水流抵抗手段を構成する、請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載のコントロールバルブである。
【００１５】
請求項６に記載の配管網遠隔監視制御システムは、単体または複数の請求項１から請求項４のいずれかに記載のコントロールバルブを用いて配管網を構成するとした配管網遠隔監視制御システムであって、制御手段は通信手段を含み、通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して、単体または複数のコントロールバルブの制御手段からのデータを取得し、コントロールバルブの状態を遠隔監視するために取得したデータを表示する機能と、取得したデータに基づき単体または複数のコントロールバルブへの各種制御データを最適に設定する機能と、取得したデータに基づき単体または複数のコントロールバルブを遠隔制御する機能と、を有する遠隔監視制御手段を備えることを特徴とする、配管網遠隔監視制御システムである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載のコントロールバルブによれば、弁体を中心に、配管、第一圧力センサ、第二圧力センサ、弁体駆動装置が一体に形成されており、かつ、第一圧力センサおよび第二圧力センサの検出データに基づいて弁体の駆動量を演算して弁体駆動装置を制御する制御手段を備えているので、定流量制御、定圧力制御、水撃防止、逆流防止、緊急遮断などの流体制御を行うことができ、設置が容易であり、調整やメンテナンスにも手間がかからないという効果がある。加えて、バルブやセンサの位置関係や設置状態に合わせて、新たに制御プログラムを作成する必要がない。さらに、第一圧力センサおよび第二圧力センサの検出値をデータロガーに記録し、現在値と比較・検証することによってコントロールバルブが正常に機能し、流体が正常に流れているかどうかの状況の診断が可能で、バルブの故障発生の予知と自己診断等のできる効果がある。又、第一圧力センサと第二圧力センサとの間に水流抵抗手段を備えたので、各々のセンサによる検知圧力の差がより明瞭となり、流量等の測定精度が向上する。
【００１７】
請求項２に記載のコントロールバルブによれば、請求項１の効果に加えて、制御手段は、コントロールバルブと一体に形成されているので、よりコンパクトなコントロールバルブ１０となる。
【００１８】
請求項３に記載のコントロールバルブによれば、請求項１または請求項２の効果に加えて、配管内であって第一圧力センサと弁体との間に設けられた流体抵抗手段としてのオリフィスによって、弁体が全開時に圧力損失の少ないボールバルブやゲートバルブのフルボアタイプのバルブであっても、第一圧力センサと第二圧力センサのそれぞれの検出圧力の差が大きくなり、流量が明確に分かるという効果がある。
【００１９】
請求項４に記載のコントロールバルブによれば、請求項１から請求項３のいずれかの効果に加えて、第一圧力センサおよび第二圧力センサは、配管内の水流の妨げにならないように配置されるので、配管内における乱流やキャビテーションの発生を防止することができるので、より正確な計測値が得られる。
【００２０】
請求項５に記載のコントロールバルブによれば、請求項１、請求項２および請求項４のいずれかの効果に加えて、貫通穴が水流抵抗手段を構成するので、全開時にあっても弁体の抵抗が大きくなるためオリフィス部等を特に必要とせずに第一圧力センサと第二圧力センサのそれぞれの検出圧力の差が大きくなり、流量が明確に分かるという効果がある。
【００２１】
請求項６に記載の配管網遠隔監視制御システムによれば、請求項１から請求項５のいずれかのコントロールバルブの効果に加えて、通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して、単体または複数のコントロールバルブのデータを取得し、表示する機能を有するので、遠隔監視制御装置により絶えず配管網に設置された単体または複数のコントロールバルブ内の流体の流量、圧力、流れの方向の遠隔による監視が可能である。すなわち、各々のコントロールバルブが正常に機能しているかどうかの判断が遠隔でできる効果があると共に、単体または複数のコントロールバルブが設置されている配管網が、正常に機能しているかの判断をも遠隔でできる効果がある。これによって、例えば、自然災害や事故等のときに、配管網内の被災箇所をいち早く発見し、被災箇所のコントロールバルブの緊急閉止や、逆に被災した配管を迂回して、正常な配管を判別・特定し、特定された正常な配管を用いて、緊急の消火用水や飲料水の供給ができる等、災害時のライフラインの確保にも効果を発揮する。
【００２２】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１から図９により、この発明の実施形態の例を説明する。
【００２４】
図１はこの発明の第１の実施の形態によるコントロールバルブの断面図および制御装置、遠隔監視制御装置を含めた構成図である。このコントロールバルブ１０は、バルブ１００と制御装置（弁体駆動装置１３０の制御手段）２００とを有し、バルブ１００と制御装置２００とが一体として形成されている。また後述する如く、制御装置２００に通信機能を備えることにより、遠隔監視制御装置２５０が、例えば、無線回線または公衆回線を介して接続されている。
【００２５】
バルブ１００は、円筒形の配管１１０を有し、この配管１１０の略中間には、流体の流量を調整するための弁体１２０が配置される。弁体１２０は、少なくとも配管１１０の内径よりも大きな径の球体状に形成されており、配管１１０の内径と略同一の径による貫通穴１２２が配管１１０と軸中心が同一方向に向けられるように設けられている。このような弁体１２０としては、例えば、ボールバルブの弁体が用いられる。
【００２６】
弁体１２０の上部には、弁体駆動装置１３０が取付けられている。
【００２７】
弁体駆動装置１３０は、駆動手段１３２、筒部１３４、駆動軸１３６および軸受１３８により構成されている。弁体駆動装置１３０における上部には、駆動手段１３２が配置される。駆動手段１３２としては、例えば、ギアドモータが用いられる。そして、駆動手段１３２の下部と筒部１３４の上端部とが接続される。続いて、筒部１３４の下端部が配管１１０と垂直に接続される。この筒部１３４の内部には、駆動軸１３６が軸受１３８で支えられた状態で回動自在に配置されている。また、駆動軸１３６の上端部と駆動手段１３２におけるギアドモータとが接続され、駆動軸１３６の下端部と弁体１２０の上部とが接続される。よって、弁体駆動装置１３０における駆動手段１３２のギアドモータが回転することで、駆動軸１３６を介して弁体１２０を回転させることができ、結果、バルブ１００の開閉制御を行うことができる。
【００２８】
配管１１０の一方端部においては円形フランジ状の第一配管接続部１７０が、配管１１０の他方端部には円形フランジ状の第二配管接続部１７０Ａが各々形成されており、第一配管接続部１７０および第二配管接続部１７０Ａには配管同士を接続するためにボルト等が挿入できるように取付孔１７２および取付孔１７２Ａが周方向に複数設けられる。配管１１０における弁体１２０の上流側、即ち第一配管接続部１７０側には、第一圧力センサ１４０が取り付けられ、弁体１２０の下流側には、第二圧力センサ１５０が取り付けられる。
【００２９】
第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０は、それぞれ弁体１２０を中心にお互い略等間隔の位置に取付けられる。また、第一圧力センサ１４０は、弁体１２０と第一配管接続部１７０との略中間の位置に取り付けられ、第二圧力センサ１５０は、弁体１２０と第二配管接続部１７０Ａとの略中間の位置に取り付けられるが、これらは必ずしも中間位置でなくても良い。尚、そして、配管１１０におけるそれぞれの圧力センサの取り付け位置においては、それら圧力センサが取り付けられる大きさの第一くぼみ部１１４および第二くぼみ部１１６が形成される。
【００３０】
ここで、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０に用いられる圧力センサとしては、例えば、有機／無機ナノゴム感圧センサによる圧力センサが用いられる。この圧力センサは、外部圧力に応じて非常に敏感に、かつ線形的に電気抵抗が変化する特徴と、センサをコンパクトに形成できる特徴がある。なお、圧力センサは、有機／無機ナノゴム感圧センサに限らず、同等の機能を有する他の圧力センサでもよい。
【００３１】
また、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０における第一圧力計測面１４２および第二圧力計測面１５２が、配管１１０の内面１１２と同一の面を形成するように、第一くぼみ部１１４および第二くぼみ部１１６に第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０がそれぞれ配置される。そのため、第一圧力センサおよび第二圧力センサは、配管内の水流の妨げにならないように配置されるので、配管内における乱流やキャビテーションの発生を防止することができるので、より正確な計測値が得られる。
【００３２】
配管１１０における第一圧力センサ１４０と弁体１２０との間の配管１１０内には、水流抵抗部（水流抵抗手段）としてオリフィス部１６０が設けられ、配管１１０の内径の大きさ（配管の断面積）を部分的に小さくする機能を有する。このオリフィス部１６０の設けられる位置と第二圧力センサ１５０の配置される位置との間の距離は、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０との差圧が明瞭に求めることができるだけの大きさの間隔が確保される。さらに、配管１１０において、オリフィス部１６０の設けられる位置は、第二圧力センサ１５０に対する乱流および二層流の影響を最小限に抑えるために、第二圧力センサ１５０の取付け位置から離れていることが望ましい。
【００３３】
以上の如く、コントロールバルブ１０は、第一配管接続部１７０、第二配管接続部１７０Ａ、配管１１０、弁体１２０、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０、弁体駆動装置１３０、制御装置２００が一体に形成されている。尚、コントロールバルブ１００と制御装置２００とは別体としても良いが、一体とすることにより、よりコンパクトなコントロールバルブ１０となる。
【００３４】
制御装置２００は、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０において計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａを取得し、その圧力計測データ１４０ａ，１５０ａに基づいて、弁体１２０を駆動すべき駆動量を算出し、その算出されたデータを弁体駆動装置１３０に送信する機能を有している。また、駆動量を算出する際に比較される設定された差圧および圧力の値が、制御装置２００のデータベースに格納されたデータとして記憶されている。
【００３５】
第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０によって計測されたそれぞれの圧力計測データ１４０ａ，１５０ａが制御装置２００で取得されると、制御装置２００では、取得された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａであるアナログデータが、Ａ／Ｄ変換されることでデジタルデータに変換される。さらに、変換されたデジタルデータは、圧力値に変換されてから、それぞれの圧力値に基づいて差圧が求められる。そして、求められた差圧からデータベースに格納されたデータに基づいて配管内における流量が算出される。
【００３６】
制御装置２００では、算出された差圧データとあらかじめ設定された差圧データとの比較に基づいて、弁体駆動装置１３０において駆動すべき弁体１２０の駆動量データ２００ａが算出される。そして、算出された駆動量データ２００ａが制御装置２００から弁体駆動装置１３０に送信される。弁体駆動装置１３０は、送信された駆動量データ２００ａに基づいて、弁体１２０を駆動し必要とする流量を確保する。ここで、確保した流量を一定に維持するために、設定された差圧データよりも算出された差圧データが低い場合は、流量不足であるため弁体１２０は開くように、つまり、配管１１０と貫通穴１２２との軸中心の向きが一致する方向に駆動する。また、設定された差圧データよりも算出された差圧データが高い場合は流量過多であるため弁体１２０は閉じるように、つまり、配管１１０と貫通穴１２２との軸中心の向きが垂直となる方向に駆動する。併せて臨界制動を行い、動作を安定させる。
【００３７】
また、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値が第一圧力センサ１４０で計測された圧力値よりも大きくなった場合、即ち、求められた差圧の値が負の値となった場合は、配管１１０内の流れが下流側から上流側へ逆流しているものと制御装置２００において判断される。この場合、逆流を防止するために制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対してバルブ１００の弁体１２０が閉まるように駆動するように、駆動量データ２００ａが送信される。
【００３８】
遠隔監視制御装置２５０は、単体または複数のコントロールバルブ１０の制御装置２００が取得したデータ、通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して取得する機能と表示する機能とを有する。また、取得したデータに基づき、演算を行い、単体または複数のコントロールバルブ１０の弁体駆動装置１３０を個々に駆動させるために必要なデータを送信する機能を有しているので、単体または複数のコントロールバルブ１０をそれぞれに遠隔制御することが可能となる。
【００３９】
なお、データを表示する機能は、パソコンや携帯端末に備えるようにしてもよい。また、遠隔監視制御装置２５０は、取得したデータに基づき単体または複数のコントロールバルブ１０への各種制御データを最適に設定する機能を備えてもよい。
【００４０】
以下、本実施形態における制御装置の制御フローについて詳細に説明する。
【００４１】
図２は、第一圧力センサ１４０による計測に伴う本実施形態の制御フローを示す。第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０から制御装置２００に計測データが送られてきたとき、制御装置２００は、その計測データの大小からコントロールバルブ１０の水流の流れ方向を判断する。即ち、第一圧力センサ１４０の計測データが第二圧力センサ１５０の計測データより大きい場合は、第一圧力センサ１４０側が上流と判断する。このようにして、水流が第一圧力センサ１４０から第二圧力センサ１５０の方向に流れている（水流正）場合（Ｓ１でＹＥＳ）には、第一圧力センサ１４０の計測値が、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ２）。
【００４２】
逆に、水流が第二圧力センサ１５０から第一圧力センサ１４０の方向に流れている場合（Ｓ１でＮＯ）は、第一圧力センサ１４０が下流側として出口圧力の計測を行う（Ｓ３１、図３）。
【００４３】
サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ３）。そして、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰが得られ、記録される（Ｓ４）。続いて、サンプリング毎の圧力差の値：ΔＰが求められる（Ｓ５）。設定された時間当たりの第一圧力センサ１４０により計測された圧力値の変化量を算出するためである。
【００４４】
ここで、まず、設定された時間：Ｔ当たりの圧力下降限界値：ΔＰｄｎ（Ｓ６）とΔＰとの比較が行われる（Ｓ７）。ΔＰ＜ΔＰｄｎの場合（Ｓ８）、圧力が急激下降しているものと判断され（Ｓ９）、一定時間：Ｔａの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１０）。
【００４５】
また、設定された時間：Ｔ当たりの圧力上昇限界値：ΔＰｕｐ（Ｓ１１）とΔＰとの比較が行われる（Ｓ１２）。ΔＰ＞ΔＰｕｐの場合（Ｓ１３）、圧力が急激上昇しているものと判断され（Ｓ１４）、一定時間：Ｔａの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１５）。
【００４６】
また、ΔＰ≧ΔＰｄｎ（Ｓ１６）又はΔＰ≦ΔＰｕｐ（Ｓ１７）の場合、即ちΔＰとΔＰｄｎとがほぼ等しい場合には、圧力は安定しているものと判断され（Ｓ１８）、バルブは、現状が維持されるように制御される（Ｓ１９）。
【００４７】
さらに、上記の処理と並行して、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰ（Ｓ４）が、配管１１０の圧力の低下を検知し、設定された下降限界設定値：ＡＰｄｎ（Ｓ２０）と比較が行われる。そして、ＡＰ≦ＡＰｄｎ（Ｓ２１）となるように計測された結果、下降限界設定値以下に達したものと判断され（Ｓ２２）、逆流を防止するために、弁体１２０を閉めるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ２３）。
【００４８】
また、この第一圧力センサ１４０における制御フローによって発生する弁体１２０に対する制御装置２００から弁体駆動装置１３０への指令は、次に述べる第二圧力センサ１５０による制御フローによって発生する指令よりも優先して制御される。それはコントロールバルブ１０による事故防止の機能のためである。
【００４９】
図３は、第二圧力センサ１５０による計測に伴う本実施形態の制御フローを示す。
【００５０】
上述のように第一圧力センサ１４０の計測データと共に第二圧力センサ１５０より制御装置２００に計測データが送られてきたとき、水流が第一圧力センサ１４０から第二圧力センサ１５０の方向に流れている（水流正）と判断された場合（Ｓ３０でＹＥＳ）は、第二圧力センサ１５０の計測値が、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ３１）。逆に、水流が第二圧力センサ１５０から第一圧力センサ１４０の方向に流れていると判断された場合（Ｓ３０でＮＯ）は、第二圧力センサ１５０が上流側として入口圧力の計測を行う（Ｓ２、図２）。サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ３２）。そして、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰが得られ、記録される（Ｓ３３）。
【００５１】
ここで、本実施形態では、定流量制御と定水圧制御とを切替えて制御可能であるが、最初に、定流量制御について述べる。
【００５２】
まず、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰが記録されると、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰとの差圧：ＤＰが求められる（Ｓ３４）。これは本コントロールバルブ１０を通過する流量を算出するためである。
【００５３】
続いて、希望の流量を得るために設定された差圧設定値：ＤＰｄｅｆ（Ｓ３５）との比較が行われる（Ｓ３６）。流量制御には、この差圧設定値：ＤＰｄｅｆが用いられる。
【００５４】
ＤＰ＜ＤＰｄｅｆの場合（Ｓ３７）、流量が所望の量より少ないと判断され（Ｓ３８）、一定時間：Ｔｄの間、弁体１２０が開くように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ３９）。また、ＤＰ＝ＤＰｄｅｆの場合（Ｓ４０）、流量が所望の量となっているものと判断され（Ｓ４１）、一定時間：Ｔｄの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ４２）。
【００５５】
さらに、ＤＰ＞ＤＰｄｅｆの場合（Ｓ４３）、流量が所望の量より多いと判断され（Ｓ４４）、一定時間：Ｔｄの間、弁体１２０が閉まるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ４５）。
【００５６】
次に、定水圧制御について述べる。まず、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰと設定された希望の圧力値：Ｐｃｏｎｓｔとが比較される（Ｓ５１）。ＢＰ＜Ｐｃｏｎｓｔの場合（Ｓ５２）、圧力が所望の圧力より低いものと判断され（Ｓ５３）、一定時間：Ｔｂの間、弁体１２０が開くように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ５４）。また、ＢＰ＝Ｐｃｏｎｓｔの場合（Ｓ５６）、圧力は安定しているものと判断され（Ｓ５６）、一定時間：Ｔｂの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ５７）。さらに、ＢＰ＞Ｐｃｏｎｓｔの場合（Ｓ５８）、圧力が所望の圧力より高いものと判断され（Ｓ５９）、一定時間：Ｔｂの間、弁体１２０が閉まるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ６０）。
【００５７】
図４は制御装置２００を構成しているＩ／Ｏコントローラに対する本実施形態の制御フローを示す。弁体駆動装置１３０に対して上述の図２および図３のフローによって弁体１２０の駆動に関する指令がされると、制御装置２００の一部を構成しているＩ／Ｏコントローラ（Ｓ７０）から弁体駆動装置１３０に対して駆動量データが送信され、弁体１２０の制御が行われる（Ｓ７１）。また、Ｉ／Ｏコントローラは、第一圧力センサ１４０の計測値、第二圧力センサ１５０の計測値、そのほか、弁体駆動装置１３０への弁体１２０の駆動に関する指令のデータのログデータを記録する（Ｓ７２）。このログデータは、運転記録として記録され、例えば、異常発生時の解析等に利用される（Ｓ７３）。さらに、Ｉ／Ｏコントローラにおいて、異常設定時間以上の間、弁体１２０の開指令または閉指令が連続した場合は、異常とみなし（Ｓ７４）、続いて、異常通報が行われる（Ｓ７５）。
【００５８】
このコントロールバルブ１０では、バルブ１００の配管１１０において弁体１２０をはさんで上流側と下流側に第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０を配置していることから、それぞれの圧力計測データ１４０ａ，１５０ａを用いて得られる差圧から流量を算出することができる。また、算出された差圧データとあらかじめ設定された差圧の設定値とを比較することで、配管内において定流量となるような制御をすることが可能となる。
【００５９】
また、第二圧力センサ１５０において計測された圧力計測データ１５０ａから得られる圧力値が一定となるようにバルブ１００の弁体１２０を駆動するように制御することで、バルブ１００の二次側の圧力を一定圧に保つよう制御することが可能である。よって、バルブの下流側における配管系統において、一定圧以下の加圧状態を確保することができる。
【００６０】
さらに、第一圧力センサ１４０と弁体１２０との間にオリフィス部１６０が形成されることで、第一圧力センサ１４０における動水圧と第二圧力センサ１５０における動水圧との圧力差が大きくなることから、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０とにより計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａから差圧を明瞭に求めることができるので、より精度よく流量を算出することができる。また、算出された差圧の値が正から負へ変化するときは、配管１１０内の流れが下流側から上流側へ逆流する可能性があると制御装置２００で判断することで、バルブ１００の弁体１２０が閉まるように制御できることから、流体における逆流の防止のための制御も可能である。また、上述のように第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０より算出された圧力値の大小を比較することで、配管１１０内の流れの向きを把握することが可能である。
【００６１】
さらに、制御装置２００が、第一配管接続部１７０、第二配管接続部１７０Ａ、配管１１０、弁体１２０、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０、弁体駆動装置１３０とともに一体に形成されているので、コントロールバルブ１０のみを設置するだけで、水流の制御に必要な圧力センサといった各種センサも含めて一度に設置することが可能であり、初期の費用が大幅に軽減される。また、圧力センサのメンテナンス箇所がコントロールバルブ１０という同一箇所にまとめられることから、メンテナンスにかかる時間と費用の軽減となるほか、装置の信頼性の向上にも寄与する。
【００６２】
また、遠隔監視制御装置２５０は、無線回線または公衆回線を介して、単体または複数のコントロールバルブ１０におけるデータを取得し、表示する機能を有するので、単体または複数のコントロールバルブ１０内の流体の流量、圧力および流れの方向等の遠隔による集中監視が可能である。また、単体または複数のコントロールバルブ１０の制御データを設定することが可能である。従って、設定された制御データに基づき、単体または複数のコントロールバルブ１０の弁体駆動手段を集中制御することができ、コントロールバルブ１０を配管網に設置することによって、自然災害や事故等で破損を受けた配管箇所をいち早く発見すると共に、被災箇所のコントロールバルブ１０を閉止し、逆に、被災した配管を迂回する正常な配管を判別し、これを使って緊急の消火用水や飲料水の供給等を可能とすることができる。
【００６３】
コントロールバルブ１０では、配管１１０内に配置された第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０における第一圧力計測面１４２および第二圧力計測面１５２が、配管１１０の内面１１２と同一の面を形成するように、配管内の水流の妨げにならないように配置されるので、圧力センサの設置による乱流やキャビテーションの発生を防止し、より正確な計測値が得られる。
【００６４】
また、遠隔監視制御装置２５０は、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０において計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａから得られるそれぞれの圧力値を時系列にログデータとして記録することで、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０の圧力値の時系列変化の状態を検出することが可能となる。さらに、記録された圧力値の時系列のログデータに基づいて、例えば、単位時間当たりの圧力値の変化の割合を求めることで、その変化の割合の値がある設定値より大きくなったときには、バルブ１００の作動状態になんらかの異常が発生したものと診断することが可能となる。このように、バルブ１００の作動状態を監視できるようにすることで、バルブ１００が故障する前に交換することも可能となり、事故の未然防止が可能となる。
【００６５】
また、第一圧力センサ１４０において計測された圧力計測データ１４０ａから得られる圧力値のログデータにおいて、バルブ１００の閉止動作時の圧力上昇の検出が見られた場合には、あらかじめ圧力急変時にバルブ１００の閉止時間を延ばすように弁体１２０を駆動するように制御することで、水撃作用を防止することが可能である。
【００６６】
さらに、第一圧力センサ１４０において計測された圧力計測データ１４０ａから得られる圧力値のログデータにおいて、バルブ１００の開動作時の圧力降下の検出がみられた場合には、あらかじめ圧力急変時にバルブ１００の開動作時間を延ばすように弁体１２０を駆動するように制御することで、配管内の急激な圧力降下を防止することも可能である。
【００６７】
尚、これらの制御は、遠隔監視制御装置２５０のみならず、制御装置２００によっても同様に達成することができる。
【００６８】
次に、図５を参照して、この発明の第１の実施の形態によるコントロールバルブを用いた貯水装置を説明する。
【００６９】
図５に示す貯水装置１２は、図１の実施例から遠隔監視制御装置２５０を除き、さらに、送水管３００、貯水タンク４００および第三圧力センサ４１０が構成要素として追加されたものである。また、図１の実施例における制御装置２００は、図５においては、Ａ／Ｄ変換装置２０２、演算装置２０４および開度制御装置２０６として構成され、これらは、バルブ１００に一体的に取付けられているが、別体としても良い。
【００７０】
送水管３００は、バルブ１００の下流側の第二配管接続部１７０Ａにおいて、ボルト等を用いて接続され、貯水タンク４００に水を送水するために設けられている。貯水タンク４００は、送水管３００を介して送水されてきた水を一時的に溜め置く機能を有する。第三圧力センサ４１０は、貯水タンク４００の内部底面４０２上に配置されている。そして、貯水タンク４００内に溜め置かれた水による水圧を計測するための機能を有しており、この第三圧力センサ４１０により計測された水圧の圧力計測データ４１０ａを用いることにより水位が算出される。
【００７１】
Ａ／Ｄ変換装置２０２は、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０および第三圧力センサ４１０において計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａ，４１０ａを取得し、デジタルデータ１４０ｂ，１５０ｂ，４１０ｂに変換する機能を有する。
【００７２】
演算装置２０４は、Ａ／Ｄ変換装置２０２において出力される圧力計測データ１４０ａ，１５０ａ，４１０ａのデジタルデータ１４０ｂ，１５０ｂ，４１０ｂを取得し、記録する機能を有し、記録されたデジタルデータ１４０ｂ，１５０ｂ，４１０ｂから圧力値を算出する機能を有する。そして、算出された圧力値に基づいて、弁体を駆動すべき制御内容が決定され、弁体１２０を駆動するための駆動量データ２０４ａを算出し、開度制御装置２０６に対して送信する。また、駆動量データ２０４ａを算出する際に比較される設定された差圧および圧力の設定値が、演算装置２０４のデータベースに格納されたデータとして記憶されている。
【００７３】
開度制御装置２０６は、送信された駆動量データ２０４ａを取得し、さらに、弁体１２０を駆動するために必要な駆動量データ２０６ａとして弁体駆動装置１３０に送信する機能を有する。
【００７４】
弁体駆動装置１３０は、送信された駆動量データ２０６ａに基づいて、弁体１２０を駆動する。
【００７５】
以下、より詳細に演算装置２０４で処理される処理内容について述べる。演算装置２０４では、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０のデジタルデータ１４０ｂ、１５０ｂから算出されたそれぞれの圧力値の差を求めることで、差圧が算出される。続いて、算出された差圧の値から、流量データが算出される。また、演算装置２０４では、第三圧力センサ４１０の圧力計測データ４１０ａのデジタルデータ４１０ｂから算出された圧力値から、貯水タンク４００における水位データが算出される。
【００７６】
続いて、上記算出された差圧および水位データを利用して弁体の駆動量が算出されるわけであるが、その前に、演算装置２０４において、あらかじめ希望する差圧、圧力および水位の値が設定され、データベース等に記憶される。それによって、それら設定された差圧、圧力および水位の設定値と算出された差圧、圧力および水位のデータとを、それぞれ比較することにより、弁体１２０を駆動すべき駆動量データ２０４ａを算出することができる。すなわち、あらかじめ設定された差圧の設定値と算出された差圧データとを比較したとき、算出された差圧データが低い場合は、バルブ１００の弁体１２０が開くように駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。また、算出された差圧データが高い場合は、バルブ１００の弁体１２０が閉じるように駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。算出された駆動量データ２０４ａは、開度制御装置２０６に送信される。
【００７７】
また、あらかじめ設定された水位の設定値と算出された水位データとを比較したとき、水位が下がってきたと認められたときは、バルブ１００の弁体１２０を開くことで水を供給できるように、弁体１２０が駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。また、設定された水位の設定値になったと認められたときは、バルブ１００の弁体１２０が閉じるように駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。それぞれ算出された駆動量データ２０４ａは、開度制御装置２０６に送信される。
【００７８】
さらに、演算装置２０４では、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０および第三圧力センサ４１０のそれぞれの圧力計測データ１４０ａ，１５０ａ，４１０ａに基づき算出された圧力値または水位データを時系列に表示することにより、圧力値や水位データの時系列変化を画面上でモニタすることが可能である。
【００７９】
ここで、さらに、本実施形態における制御装置の制御フローについて詳細に説明する。
【００８０】
図６は、図５におけるコントロールバルブを用いた貯水装置を模式的に表したものである。第三圧力センサ４１０によって貯水タンク４００に溜め置かれる水等の量の変化に応じて計測される水圧データと、演算装置２０４において設定された、例えば、６段階の水圧設定値とが比較されることで、貯水タンク４００における水位が制御される。ここで、６段階の水圧設定値とは、「Ｌｅｖｅｌ−１ 下限警報水位」、「Ｌｅｖｅｌ−２ 下限警報復旧水位」、「Ｌｅｖｅｌ−３ 給水開始水位」、「Ｌｅｖｅｌ−４ 給水停止水位」、「Ｌｅｖｅｌ−５ 上限警報復旧水位」、「Ｌｅｖｅｌ−６ 上限警報水位」である。
【００８１】
ここで、「Ｌｅｖｅｌ−１ 下限警報水位」は、取水停止および水位異常通報のための設定値であり、「Ｌｅｖｅｌ−２ 下限警報復旧水位」は、取水開始許可および異常通報解除のための設定値である。そして、「Ｌｅｖｅｌ−３ 給水開始水位」は、弁体１２０の開動作開始のための設定値である。「Ｌｅｖｅｌ−４ 給水停止水位」は、弁体１２０の閉動作開始のための設定値であり、蓄積流入量および貯水回転率と蓄積された使用水量データとを用いることで、最適な給水停止水位が計算される（図７参照）。ここで蓄積流入量とは、１日当たりの積算流量であり、貯水回転率とは、１日当たりの積算流量／貯水量である。さらに、「Ｌｅｖｅｌ−５ 上限警報復旧水位」は、水位異常通報解除のための設定値であり、「Ｌｅｖｅｌ−６ 上限警報水位」は、水位異常通報のための設定値である。
【００８２】
図７は、上記の「Ｌｅｖｅｌ−４ 給水停止水位」の最適な設定値を算出するための制御フロー等を示す。第一圧力センサ１４０より計測されたデータは（Ｓ８０）、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ８１）。サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換装置２０２によりＡ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ８２）。そして、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰが得られ、演算装置２０４に記録される（Ｓ８３）。また、第二圧力センサ１５０により計測されたデータは（Ｓ８４）、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ８５）。サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換装置２０２によりＡ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ８６）。そして、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰが得られ、演算装置２０４に記録される（Ｓ８７）。
【００８３】
続いて、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰと第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰとの差圧から、貯水タンク４００への流入量：Ｑｉｎが算出される（Ｓ８８）。ここで、流入量：Ｑｉｎは、Ｑｉｎ＝Ｆｎ（ＡＰ−ＢＰ）により算出される。また、ここで、Ｆｎは，流量に変換するための演算係数である。
【００８４】
また、貯水タンク４００における使用水量のデータ（Ｓ８９）が記録として蓄積されており、算出された蓄積流入量および貯水回転率と蓄積された使用水量データとを用いることで、Ｌｅｖｅｌ−４である給水停止水位の最適な設定値が算出される（Ｓ９０）。
【００８５】
また、第一圧力センサ１４０より計測された圧力値：ＡＰから、時間当たりの圧力変化が算出され（Ｓ９１）、図２におけるＳ５以下のルーチンにより、水撃防止制御が実行される（Ｓ９２）。
【００８６】
図８は、第三圧力センサ４１０を利用した貯水タンク４００における液面制御の制御フローを示す。第三圧力センサ４１０により計測されたデータは（Ｓ１００）、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ１０１）。続いて、圧力値に変換される（Ｓ１０２）。そして、第三圧力センサ４１０で計測された圧力値：ＣＰが得られ、演算装置２０４に記録される（Ｓ１０３）。
【００８７】
続いて、第三圧力センサ４１０により計測された圧力値：ＣＰとあらかじめ設定された６段階の水圧設定値とが比較される。
【００８８】
まず、ＣＰ（Ｓ１０３）とＬｅｖｅｌ−１（下限警報水位）との比較が行われる（Ｓ１０４）。その結果、ＣＰ＜Ｌｅｖｅｌ−１（下限警報水位）ならば（Ｓ１０５）、受水減水警報が発信されることで（Ｓ１０６）、弁体１２０が開くように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１０７）。
【００８９】
また、ＣＰ（Ｓ１０３）とＬｅｖｅｌ−６（上限警報水位）との比較が行われる（Ｓ１０８）。結果、ＣＰ＞Ｌｅｖｅｌ−６（上限警報水位）ならば（Ｓ１０９）、受水満水警報が発信されることで（Ｓ１１０）、弁体１２０が閉じるように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１１１）。
【００９０】
さらに、開始水位がＬｅｖｅｌ−２より少し上においてＬｅｖｅｌ−３（給水開始水位）の設定水圧値が設定され（Ｓ１１２）、続いて、ＣＰ（Ｓ１０３）とＬｅｖｅｌ−３（給水開始水位）との比較が行われる（Ｓ１１３）。結果、ＣＰ≦Ｌｅｖｅｌ−３の場合（Ｓ１１４）、給水開始水位が発信されることで（Ｓ１１５）、弁体１２０が開くように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１１６）。
【００９１】
続いて、ＣＰ（Ｓ１０３）と図７のＳ９０において算出されたＬｅｖｅｌ−４（給水停止水位）との比較が行われる（Ｓ１１７）。結果、ＣＰ≧Ｌｅｖｅｌ−４（給水停止水位）ならば（Ｓ１１８）、給水停止水位が発信されることで（Ｓ１１９）、弁体１２０が閉じるように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１２０）。
【００９２】
また、ＣＰ＞Ｌｅｖｅｌ−３（Ｓ１２１）あるいはＣＰ＜Ｌｅｖｅｌ−４（Ｓ１２２）の場合には、中間水位であるものと判断され（Ｓ１２３）、バルブは現状が維持される（Ｓ１２４）。ここで、中間水位とは、給水開始水位と給水停止水位との間の水位である。
【００９３】
以上のごとく、この発明にかかるコントロールバルブを用いた貯水装置１２を使用することで、貯水タンク４００の流入量と流出量とのバランスが保たれることから、この貯水装置１２は、貯水タンク４００における水位が中間水位を維持するような定水位制御を可能とする。すなわち、最適なＬｅｖｅｌ−４である給水停止水位の設定値を算出する際に、貯水タンク４００における水位の安定性を確保するような臨界制動の条件が整うように、図６から図８の制御フローが実行されることで、貯水タンク４００における定水位制御が行われる。
【００９４】
この貯水装置１２に用いられるコントロールバルブ１０は、前述のコントロールバルブ１０と同様の効果を発揮するとともに、貯水装置１２として次の効果も発揮する。
【００９５】
すなわち、第三圧力センサ４１０の圧力計測データ４１０ａから水位データを算出し、その算出された水位データとあらかじめ設定された水位の設定値とを比較することで、バルブ１００の弁体１２０の開閉が制御されるので、貯水タンク４００内に溜め置かれる水の水位が定水位となるように制御することが可能となる。
【００９６】
また、演算装置２０４において記録された圧力計測データ１４０ｂ、１５０ｂ、４１０ｂを、演算装置２０４に接続された通信装置等を用いることで、例えば、パソコンや携帯端末等といった外部端末に送信することも可能である。それによって、遠隔的にバルブ１００の状況を監視することができ、多数のバルブがある場合には、集中監視システムの構築も可能となる。バルブ１００とＡ／Ｄ変換装置２０２、演算装置２０４及び開度制御装置２０６とが一体に構成されることによって、設置費用、メンテナンス、機能、信頼性等でそのメリットを発揮する。なお、バルブ１００を非常に劣悪な環境に設置せざるをえない場合には、Ａ／Ｄ変換装置２０２、演算装置２０４及び開度制御装置２０６よりなる制御装置の保護のため、これらをバルブ１００から離して設置してもよい。
【００９７】
図９は、本発明の第１の実施の形態によるコントロールバルブを用いた配管網遠隔監視制御システム５００の使用例を示したブロック図である。具体的には、浄水場５０２から、給水Ａ地区５１０、給水Ｂ地区５２０および給水Ｃ地区５３０へ、それぞれ給水する配管網を示している。配管網とは、３つの給水ライン、即ちＡライン５１４、Ｂライン５２４およびＣライン５３４である。配管網の要所には本発明にかかるコントロールバルブ５０４、５１１、５１２、５１３、５１５、５２１、５２２、５２３、５２５、５３１、５３２、５３３が設置されている。また、各コントロールバルブ５０４，５１１，５１２，５１３，５１５、５２１，５２２，５２３，５２５、５３１，５３２，５３３には、各コントロールバルブを制御するための制御装置２００、２００、・・・が配置される。さらに、遠隔監視制御装置５５０が、制御装置２００、２００、・・・と無線回線もしくは公衆回線を介して接続されている。
【００９８】
ここで、図９は、それらラインの内、自然災害や事故等によって、Ａライン５１４が破損し使用できなくなった状態を示している。このとき、コントロールバルブ５１１の第二圧力センサ１５０およびコントロールバルブ５１２の第一圧力センサ１４０の圧力計測値が遠隔監視制御装置５５０に取得されている。コントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の圧力計測値は、遠隔監視制御装置５５０により視覚的に把握できる。そして、コントロールバルブ５１１の出側圧力、およびコントロールバルブ５１２の入側圧力が、制御装置２００および遠隔監視制御装置５５０において事前に記憶されていた設定値あるいはログデータ値と比較することにより、明らかに低下していることがわかる。
【００９９】
そうすると、まず、制御装置２００により、配管路、即ちＡライン５１４に設置されているコントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の間において異常があると判断される。そして、直ちに、制御装置２００からコントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の弁体駆動装置（図示せず）に対して弁体が閉じられるように駆動するための駆動量データが送信され、弁体が閉止される。それと共に、弁体閉止後のコントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の各々の第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０の圧力計測値が遠隔監視制御装置５５０で表示・確認される。
【０１００】
一方、残りのコントロールバルブでは第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０の圧力計測値が正常値であることが遠隔監視制御装置５５０において表示されることで確認されることから、結果、Ａライン５１４を除く配管網が正常であることが確認される。そして、前もって準備されたマニュアルに従って、給水Ａ地区への給水再開の安全性を確認した後、遠隔監視制御装置５５０よりコントロールバルブ５１５の弁体を開く旨の制御データを設定する。そうすると、設定された制御データに基づき、コントロールバルブ５１５の弁体駆動装置（図示せず）に対して、遠隔監視制御装置５５０において弁体が開かれるように駆動するための駆動量データが演算され、送信される。
【０１０１】
この配管網遠隔監視制御システム５００では、配管網に対して、複数のコントロールバルブを設置し、それらコントロールバルブとその制御装置（演算装置、通信装置を含む）から取得されるデータを遠隔監視制御装置５５０において一括して監視・制御を行うことで、絶えず、各配管内の流量、圧力および流れの方向等を記録し、チェックすることができる。そして、それら記録されたデータを利用することで、配管網の破損箇所を特定すると共に、その配管網の破損箇所やコントロールバルブの異常状態等を、例えば、遠隔監視制御装置５５０に表示させることも可能である。さらに、配管網の一部の配管の破損状況を考慮して、異なる配管網に設置されたコントロールバルブを制御することで、災害や事故等におけるライフラインの確保にも威力を発揮することができる。
【０１０２】
なお、通信のインフラストラクチャーおよび／または電源が遮断された場合は、コントロールバルブをバッテリーによってバックアップすることにより、あらかじめ遠隔監視制御装置５５０から受け取った設定に基づいて制御装置２００を動作させることも可能である。
【０１０３】
なお、本実施例におけるバルブ１００に用いられる弁体１２０は、ボールバルブの弁体が用いられるが、それに限られるものではなく、バタフライバルブ、ゲートバルブおよびグローブバルブ等のいずれの弁体を用いてもかまわない。この場合、ボールバルブ、ゲートバルブ以外のバタフライバルブ、グローブバルブ等の弁体の全開時にあっても弁体部分の抵抗が大きなバルブにあっては配管内のオリフィス部は必ずしも必要なものではない。
【０１０４】
ここで、弁体１２０として、ボールバルブの貫通穴１２２の入口（一方端部）の径が出口（他方端部）の径よりも大きいとしたテーパ状の貫通穴１２２が設けられていてもよく、このテーパ状の貫通穴１２２を備えたボールバルブの弁体１２０を用いることで、この貫通穴１２２が弁体１２０の全開時にあっても水流抵抗部（水流抵抗手段）の役割を果たすため、オリフィス部を設ける必要がなくなる。尚、水流抵抗の観点からは貫通穴１２２のテーパ形状は入口の径が出口の径より小さくても良い。
【０１０５】
また、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０は、それぞれ弁体をはさんで等間隔に配置されているが、それに限られるものではなく、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０との間隔の距離は、近づいていてもかまわないし、離れてもかまわない。
【０１０６】
また、オリフィス部１６０の断面形状は、実施例に用いられるような形状に限られるものではなく、長方形、半円および正三角形等でもかまわないし、ノズル形状でもかまわない。
【０１０７】
本実施例における制御装置２００または演算装置２０４において定流量制御を行う際には、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０との差圧に対する設定値として定めているが、これに限られるものではなく、例えば、流量を設定値として定めておき、配管１１０内における差圧から算出された流量と比較することで定流量制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】この発明第１の実施の形態によるコントロールバルブの断面図および制御装置、遠隔監視制御装置を含めた構成図である。
【図２】図１のコントロールバルブの第一圧力センサの制御フローを示すフローチャートである。
【図３】図１のコントロールバルブの第二圧力センサの制御フローを示すフローチャートである。
【図４】図１のコントロールバルブの制御装置を構成しているＩ／Ｏコントローラの制御フローを示すフローチャートである。
【図５】図１のコントロールバルブを用いた貯水装置の概略構成図である。
【図６】図５に示した貯水装置を模式的に示した図である。
【図７】図５に示した貯水装置におけるＬｅｖｅｌ−４（給水停止水位）の最適な設定値を算出するための制御フロー等を示すフローチャートである。
【図８】図５に示した貯水装置における第三圧力センサを利用した貯水タンクにおける液面制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図９】図１のコントロールバルブを複数用いた配管網遠隔監視制御システムの構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、５０４、５１１〜５１３、５１５、５２１〜５２３、５２５、５３１〜５３３ コントロールバルブ
１２ 貯水装置
１００ バルブ
１１０ 配管
１１２ 内面
１１４ 第一くぼみ部
１１６ 第二くぼみ部
１２０ 弁体
１２２ 貫通穴
１３０ 弁体駆動装置
１３２ 駆動手段
１３４ 筒部
１３６ 駆動軸
１３８ 軸受
１４０ 第一圧力センサ
１４２ 第一圧力計測面
１５０ 第二圧力センサ
１５２ 第二圧力計測面
１６０ オリフィス部
１７０ 第一配管接続部
１７０Ａ 第二配管接続部
１７２ １７２Ａ 取付孔
２００ 制御装置
２０２ Ａ／Ｄ変換装置
２０４ 演算装置
２０６ 開度制御装置
２５０、５５０ 遠隔監視制御装置
３００ 送水管
４００ 貯水タンク
４０２ 内部底面
４１０ 第三圧力センサ
５００ 配管網遠隔監視制御システム
５０２ 浄水場
５１０ 給水Ａ地区
５１４ Ａライン
５２０ 給水Ｂ地区
５２４ Ｂライン
５３０ 給水Ｃ地区
５３４ Ｃライン
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コントロールバルブおよびそれを用いた配管網遠隔監視制御システムに関し、特に、配管網を流れる水等における流体の流量または圧力を任意に制御するためのコントロールバルブおよびそれを用いた配管網遠隔監視制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体制御装置は、単体のバルブと単体のセンサ等から構成されている。すなわち、配管網において流体の流量や圧力を制御する際に、配管網に設置されたバルブに対し、バルブとは別の箇所に単一の機能をもつ流量センサや圧力センサといったセンサを設置し、これらから得られる流量、圧力などの信号値を基に流体の制御が行われている。
【０００３】
例えば、従来の流体制御装置としては、１つの圧力センサの計測データを用いることにより配管内における流体の逆流を阻止するとしたものであって、バルブの下流側にバルブの設置箇所とは異なる箇所にセンサとして圧力センサを設置したものがある（例えば、特許文献１）。従来の流体制御装置によると、この圧力センサにより計測された圧力信号の値をあらかじめ定められた圧力信号と比較することで、逆流に至る前にバルブを全閉するように制御して、流体が下流から上流へ逆流するのを未然に防ぐという流体制御を行うことができるとしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７４０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の流体制御装置において、流体の制御に使用されるのは、バルブの下流側あるいは上流側で検出される一箇所の圧力の信号に限られる。そのため、配管網内の流量、流速、圧力および流れ方向を計測し、逆流発生防止等のほかの制御を、リアルタイムでより精密に行うといった高度な制御を行うためには、流量計、圧力計、圧力制御弁、流量制御弁、開閉制御弁、逆流防止弁、緊急遮断弁、水撃吸収装置等の個別の設置が必要となるという問題がある。また、従来の流体制御装置を設置する場合、バルブと制御目的に応じた制御機器やセンサを、バルブと異なった箇所にそれぞれ設置し、設置状態に基づいて制御条件を設定しなければならないことから、設置コストおよび手間が大きくかかるという問題がある。さらに、バルブの設置箇所と制御機器やセンサの設置箇所とが異なる箇所にあるので、それらの設置と調整、並びにメンテナンスに時間と費用がかかるという問題がある。
【０００６】
このように従来の流体制御装置では、バルブと制御機器やセンサが、それぞれ単体で個別に設置された状態で、その機能を発揮するようになされているため、流体制御装置としてのバルブの故障の診断機能は得られず、わずかに制御機器やセンサ単体の機能の異常がわかる程度であった。従って、配管網の破損の診断や、破損に伴う配管網の必要箇所の緊急閉止等の遠隔での操作は望むべくもなかった。
【０００７】
また、配管網内の流量、流速、圧力および流れ方向を監視・制御することを望む場合には、配管網の状態及び配管網に設置される個々の単体設置機器に合わせて、特別に制御プログラムを作成しなければならないので、コストが高いうえに、時間がかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した種々の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、バルブ、センサ、駆動装置及び制御装置（演算装置・通信装置を含む）を一体的に形成した流体制御装置であるコントロールバルブであって、設置が容易であり、調整やメンテナンスに手間がかからず、さらに、バルブの前後における流体の圧力を常に計測し、任意の設定値との差異を監視・制御することによって、定流量制御、定圧力制御、水撃防止、逆流防止、緊急遮断などの流体制御機能を持ち、かつ、バルブの故障又は故障の発生予知の自己診断が可能であり、制御項目ごとのプログラムの新たな作成が不要なコントロールバルブを提供することである。また、通信手段を用いてパソコン等の外部端末でコントロールバルブの監視、診断および制御が行え、さらに、配管網の監視、破損診断および制御が可能な配管網遠隔監視制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載のコントロールバルブは、配管、配管の略中間に配置される弁体、弁体を電気的に駆動するための弁体駆動手段、配管の一方端部と弁体との間に配置される第一圧力センサ、および、配管の他方端部と弁体との間に配置される第二圧力センサを含むバルブと、第一圧力センサおよび／または第二圧力センサからの検出データに基づき、弁体の駆動量を演算して弁体駆動手段を制御する機能を有する制御手段とを有する流体の流れを制御するコントロールバルブであって、配管、弁体、第一圧力センサ、第二圧力センサおよび弁体駆動手段が一体に形成されていると共に第一圧力センサと第二圧力センサとの間に水流抵抗手段を供えたことを特徴とするコントロールバルブである。
【００１０】
請求項２に記載のコントロールバルブは、制御手段は、コントロールバルブと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコントロールバルブである。
【００１１】
請求項３に記載のコントロールバルブは、弁体は、ボールバルブ又はゲートバルブの弁体構造よりなり、水流抵抗手段は、配管内であって、第一圧力センサと第二圧力センサとの間に設けられたオリフィス部を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコントロールバルブである。
【００１２】
このように、第一圧力センサと第二圧力センサとの間に流体抵抗部を備えることで、第一圧力センサの位置における圧力と第二圧力センサの位置における圧力の圧力差が大きくなることから、流量が明確に分かるという特徴がある。
【００１３】
請求項４に記載のコントロールバルブは、配管の内面と第一圧力センサの第一圧力計測面および第二圧力センサの第二圧力計測面とが同一の面を形成するように、第一圧力センサおよび第二圧力センサが配管に取付けられることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のコントロールバルブである。
【００１４】
請求項５に記載のコントロールバルブは、弁体は、配管の軸方向に形成される貫通穴を有するボールバルブの弁体構造よりなり、貫通穴は一方端部の径と他方端部の径とが相違するテーパ状に形成され、貫通穴が水流抵抗手段を構成する、請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載のコントロールバルブである。
【００１５】
請求項６に記載の配管網遠隔監視制御システムは、単体または複数の請求項１から請求項４のいずれかに記載のコントロールバルブを用いて配管網を構成するとした配管網遠隔監視制御システムであって、制御手段は通信手段を含み、通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して、単体または複数のコントロールバルブの制御手段からのデータを取得し、コントロールバルブの状態を遠隔監視するために取得したデータを表示する機能と、取得したデータに基づき単体または複数のコントロールバルブへの各種制御データを最適に設定する機能と、取得したデータに基づき単体または複数のコントロールバルブを遠隔制御する機能と、を有する遠隔監視制御手段を備えることを特徴とする、配管網遠隔監視制御システムである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載のコントロールバルブによれば、弁体を中心に、配管、第一圧力センサ、第二圧力センサ、弁体駆動装置が一体に形成されており、かつ、第一圧力センサおよび第二圧力センサの検出データに基づいて弁体の駆動量を演算して弁体駆動装置を制御する制御手段を備えているので、定流量制御、定圧力制御、水撃防止、逆流防止、緊急遮断などの流体制御を行うことができ、設置が容易であり、調整やメンテナンスにも手間がかからないという効果がある。加えて、バルブやセンサの位置関係や設置状態に合わせて、新たに制御プログラムを作成する必要がない。さらに、第一圧力センサおよび第二圧力センサの検出値をデータロガーに記録し、現在値と比較・検証することによってコントロールバルブが正常に機能し、流体が正常に流れているかどうかの状況の診断が可能で、バルブの故障発生の予知と自己診断等のできる効果がある。又、第一圧力センサと第二圧力センサとの間に水流抵抗手段を備えたので、各々のセンサによる検知圧力の差がより明瞭となり、流量等の測定精度が向上する。
【００１７】
請求項２に記載のコントロールバルブによれば、請求項１の効果に加えて、制御手段は、コントロールバルブと一体に形成されているので、よりコンパクトなコントロールバルブ１０となる。
【００１８】
請求項３に記載のコントロールバルブによれば、請求項１または請求項２の効果に加えて、配管内であって第一圧力センサと弁体との間に設けられた流体抵抗手段としてのオリフィスによって、弁体が全開時に圧力損失の少ないボールバルブやゲートバルブのフルボアタイプのバルブであっても、第一圧力センサと第二圧力センサのそれぞれの検出圧力の差が大きくなり、流量が明確に分かるという効果がある。
【００１９】
請求項４に記載のコントロールバルブによれば、請求項１から請求項３のいずれかの効果に加えて、第一圧力センサおよび第二圧力センサは、配管内の水流の妨げにならないように配置されるので、配管内における乱流やキャビテーションの発生を防止することができるので、より正確な計測値が得られる。
【００２０】
請求項５に記載のコントロールバルブによれば、請求項１、請求項２および請求項４のいずれかの効果に加えて、貫通穴が水流抵抗手段を構成するので、全開時にあっても弁体の抵抗が大きくなるためオリフィス部等を特に必要とせずに第一圧力センサと第二圧力センサのそれぞれの検出圧力の差が大きくなり、流量が明確に分かるという効果がある。
【００２１】
請求項６に記載の配管網遠隔監視制御システムによれば、請求項１から請求項５のいずれかのコントロールバルブの効果に加えて、通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して、単体または複数のコントロールバルブのデータを取得し、表示する機能を有するので、遠隔監視制御装置により絶えず配管網に設置された単体または複数のコントロールバルブ内の流体の流量、圧力、流れの方向の遠隔による監視が可能である。すなわち、各々のコントロールバルブが正常に機能しているかどうかの判断が遠隔でできる効果があると共に、単体または複数のコントロールバルブが設置されている配管網が、正常に機能しているかの判断をも遠隔でできる効果がある。これによって、例えば、自然災害や事故等のときに、配管網内の被災箇所をいち早く発見し、被災箇所のコントロールバルブの緊急閉止や、逆に被災した配管を迂回して、正常な配管を判別・特定し、特定された正常な配管を用いて、緊急の消火用水や飲料水の供給ができる等、災害時のライフラインの確保にも効果を発揮する。
【００２２】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１から図９により、この発明の実施形態の例を説明する。
【００２４】
図１はこの発明の第１の実施の形態によるコントロールバルブの断面図および制御装置、遠隔監視制御装置を含めた構成図である。このコントロールバルブ１０は、バルブ１００と制御装置（弁体駆動装置１３０の制御手段）２００とを有し、バルブ１００と制御装置２００とが一体として形成されている。また後述する如く、制御装置２００に通信機能を備えることにより、遠隔監視制御装置２５０が、例えば、無線回線または公衆回線を介して接続されている。
【００２５】
バルブ１００は、円筒形の配管１１０を有し、この配管１１０の略中間には、流体の流量を調整するための弁体１２０が配置される。弁体１２０は、少なくとも配管１１０の内径よりも大きな径の球体状に形成されており、配管１１０の内径と略同一の径による貫通穴１２２が配管１１０と軸中心が同一方向に向けられるように設けられている。このような弁体１２０としては、例えば、ボールバルブの弁体が用いられる。
【００２６】
弁体１２０の上部には、弁体駆動装置１３０が取付けられている。
【００２７】
弁体駆動装置１３０は、駆動手段１３２、筒部１３４、駆動軸１３６および軸受１３８により構成されている。弁体駆動装置１３０における上部には、駆動手段１３２が配置される。駆動手段１３２としては、例えば、ギアドモータが用いられる。そして、駆動手段１３２の下部と筒部１３４の上端部とが接続される。続いて、筒部１３４の下端部が配管１１０と垂直に接続される。この筒部１３４の内部には、駆動軸１３６が軸受１３８で支えられた状態で回動自在に配置されている。また、駆動軸１３６の上端部と駆動手段１３２におけるギアドモータとが接続され、駆動軸１３６の下端部と弁体１２０の上部とが接続される。よって、弁体駆動装置１３０における駆動手段１３２のギアドモータが回転することで、駆動軸１３６を介して弁体１２０を回転させることができ、結果、バルブ１００の開閉制御を行うことができる。
【００２８】
配管１１０の一方端部においては円形フランジ状の第一配管接続部１７０が、配管１１０の他方端部には円形フランジ状の第二配管接続部１７０Ａが各々形成されており、第一配管接続部１７０および第二配管接続部１７０Ａには配管同士を接続するためにボルト等が挿入できるように取付孔１７２および取付孔１７２Ａが周方向に複数設けられる。配管１１０における弁体１２０の上流側、即ち第一配管接続部１７０側には、第一圧力センサ１４０が取り付けられ、弁体１２０の下流側には、第二圧力センサ１５０が取り付けられる。
【００２９】
第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０は、それぞれ弁体１２０を中心にお互い略等間隔の位置に取付けられる。また、第一圧力センサ１４０は、弁体１２０と第一配管接続部１７０との略中間の位置に取り付けられ、第二圧力センサ１５０は、弁体１２０と第二配管接続部１７０Ａとの略中間の位置に取り付けられるが、これらは必ずしも中間位置でなくても良い。尚、そして、配管１１０におけるそれぞれの圧力センサの取り付け位置においては、それら圧力センサが取り付けられる大きさの第一くぼみ部１１４および第二くぼみ部１１６が形成される。
【００３０】
ここで、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０に用いられる圧力センサとしては、例えば、有機／無機ナノゴム感圧センサによる圧力センサが用いられる。この圧力センサは、外部圧力に応じて非常に敏感に、かつ線形的に電気抵抗が変化する特徴と、センサをコンパクトに形成できる特徴がある。なお、圧力センサは、有機／無機ナノゴム感圧センサに限らず、同等の機能を有する他の圧力センサでもよい。
【００３１】
また、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０における第一圧力計測面１４２および第二圧力計測面１５２が、配管１１０の内面１１２と同一の面を形成するように、第一くぼみ部１１４および第二くぼみ部１１６に第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０がそれぞれ配置される。そのため、第一圧力センサおよび第二圧力センサは、配管内の水流の妨げにならないように配置されるので、配管内における乱流やキャビテーションの発生を防止することができるので、より正確な計測値が得られる。
【００３２】
配管１１０における第一圧力センサ１４０と弁体１２０との間の配管１１０内には、水流抵抗部（水流抵抗手段）としてオリフィス部１６０が設けられ、配管１１０の内径の大きさ（配管の断面積）を部分的に小さくする機能を有する。このオリフィス部１６０の設けられる位置と第二圧力センサ１５０の配置される位置との間の距離は、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０との差圧が明瞭に求めることができるだけの大きさの間隔が確保される。さらに、配管１１０において、オリフィス部１６０の設けられる位置は、第二圧力センサ１５０に対する乱流および二層流の影響を最小限に抑えるために、第二圧力センサ１５０の取付け位置から離れていることが望ましい。
【００３３】
以上の如く、コントロールバルブ１０は、第一配管接続部１７０、第二配管接続部１７０Ａ、配管１１０、弁体１２０、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０、弁体駆動装置１３０、制御装置２００が一体に形成されている。尚、コントロールバルブ１００と制御装置２００とは別体としても良いが、一体とすることにより、よりコンパクトなコントロールバルブ１０となる。
【００３４】
制御装置２００は、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０において計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａを取得し、その圧力計測データ１４０ａ，１５０ａに基づいて、弁体１２０を駆動すべき駆動量を算出し、その算出されたデータを弁体駆動装置１３０に送信する機能を有している。また、駆動量を算出する際に比較される設定された差圧および圧力の値が、制御装置２００のデータベースに格納されたデータとして記憶されている。
【００３５】
第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０によって計測されたそれぞれの圧力計測データ１４０ａ，１５０ａが制御装置２００で取得されると、制御装置２００では、取得された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａであるアナログデータが、Ａ／Ｄ変換されることでデジタルデータに変換される。さらに、変換されたデジタルデータは、圧力値に変換されてから、それぞれの圧力値に基づいて差圧が求められる。そして、求められた差圧からデータベースに格納されたデータに基づいて配管内における流量が算出される。
【００３６】
制御装置２００では、算出された差圧データとあらかじめ設定された差圧データとの比較に基づいて、弁体駆動装置１３０において駆動すべき弁体１２０の駆動量データ２００ａが算出される。そして、算出された駆動量データ２００ａが制御装置２００から弁体駆動装置１３０に送信される。弁体駆動装置１３０は、送信された駆動量データ２００ａに基づいて、弁体１２０を駆動し必要とする流量を確保する。ここで、確保した流量を一定に維持するために、設定された差圧データよりも算出された差圧データが低い場合は、流量不足であるため弁体１２０は開くように、つまり、配管１１０と貫通穴１２２との軸中心の向きが一致する方向に駆動する。また、設定された差圧データよりも算出された差圧データが高い場合は流量過多であるため弁体１２０は閉じるように、つまり、配管１１０と貫通穴１２２との軸中心の向きが垂直となる方向に駆動する。併せて臨界制動を行い、動作を安定させる。
【００３７】
また、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値が第一圧力センサ１４０で計測された圧力値よりも大きくなった場合、即ち、求められた差圧の値が負の値となった場合は、配管１１０内の流れが下流側から上流側へ逆流しているものと制御装置２００において判断される。この場合、逆流を防止するために制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対してバルブ１００の弁体１２０が閉まるように駆動するように、駆動量データ２００ａが送信される。
【００３８】
遠隔監視制御装置２５０は、単体または複数のコントロールバルブ１０の制御装置２００が取得したデータ、通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して取得する機能と表示する機能とを有する。また、取得したデータに基づき、演算を行い、単体または複数のコントロールバルブ１０の弁体駆動装置１３０を個々に駆動させるために必要なデータを送信する機能を有しているので、単体または複数のコントロールバルブ１０をそれぞれに遠隔制御することが可能となる。
【００３９】
なお、データを表示する機能は、パソコンや携帯端末に備えるようにしてもよい。また、遠隔監視制御装置２５０は、取得したデータに基づき単体または複数のコントロールバルブ１０への各種制御データを最適に設定する機能を備えてもよい。
【００４０】
以下、本実施形態における制御装置の制御フローについて詳細に説明する。
【００４１】
図２は、第一圧力センサ１４０による計測に伴う本実施形態の制御フローを示す。第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０から制御装置２００に計測データが送られてきたとき、制御装置２００は、その計測データの大小からコントロールバルブ１０の水流の流れ方向を判断する。即ち、第一圧力センサ１４０の計測データが第二圧力センサ１５０の計測データより大きい場合は、第一圧力センサ１４０側が上流と判断する。このようにして、水流が第一圧力センサ１４０から第二圧力センサ１５０の方向に流れている（水流正）場合（Ｓ１でＹＥＳ）には、第一圧力センサ１４０の計測値が、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ２）。
【００４２】
逆に、水流が第二圧力センサ１５０から第一圧力センサ１４０の方向に流れている場合（Ｓ１でＮＯ）は、第一圧力センサ１４０が下流側として出口圧力の計測を行う（Ｓ３１、図３）。
【００４３】
サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ３）。そして、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰが得られ、記録される（Ｓ４）。続いて、サンプリング毎の圧力差の値：ΔＰが求められる（Ｓ５）。設定された時間当たりの第一圧力センサ１４０により計測された圧力値の変化量を算出するためである。
【００４４】
ここで、まず、設定された時間：Ｔ当たりの圧力下降限界値：ΔＰｄｎ（Ｓ６）とΔＰとの比較が行われる（Ｓ７）。ΔＰ＜ΔＰｄｎの場合（Ｓ８）、圧力が急激下降しているものと判断され（Ｓ９）、一定時間：Ｔａの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１０）。
【００４５】
また、設定された時間：Ｔ当たりの圧力上昇限界値：ΔＰｕｐ（Ｓ１１）とΔＰとの比較が行われる（Ｓ１２）。ΔＰ＞ΔＰｕｐの場合（Ｓ１３）、圧力が急激上昇しているものと判断され（Ｓ１４）、一定時間：Ｔａの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１５）。
【００４６】
また、ΔＰ≧ΔＰｄｎ（Ｓ１６）又はΔＰ≦ΔＰｕｐ（Ｓ１７）の場合、即ちΔＰとΔＰｄｎとがほぼ等しい場合には、圧力は安定しているものと判断され（Ｓ１８）、バルブは、現状が維持されるように制御される（Ｓ１９）。
【００４７】
さらに、上記の処理と並行して、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰ（Ｓ４）が、配管１１０の圧力の低下を検知し、設定された下降限界設定値：ＡＰｄｎ（Ｓ２０）と比較が行われる。そして、ＡＰ≦ＡＰｄｎ（Ｓ２１）となるように計測された結果、下降限界設定値以下に達したものと判断され（Ｓ２２）、逆流を防止するために、弁体１２０を閉めるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ２３）。
【００４８】
また、この第一圧力センサ１４０における制御フローによって発生する弁体１２０に対する制御装置２００から弁体駆動装置１３０への指令は、次に述べる第二圧力センサ１５０による制御フローによって発生する指令よりも優先して制御される。それはコントロールバルブ１０による事故防止の機能のためである。
【００４９】
図３は、第二圧力センサ１５０による計測に伴う本実施形態の制御フローを示す。
【００５０】
上述のように第一圧力センサ１４０の計測データと共に第二圧力センサ１５０より制御装置２００に計測データが送られてきたとき、水流が第一圧力センサ１４０から第二圧力センサ１５０の方向に流れている（水流正）と判断された場合（Ｓ３０でＹＥＳ）は、第二圧力センサ１５０の計測値が、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ３１）。逆に、水流が第二圧力センサ１５０から第一圧力センサ１４０の方向に流れていると判断された場合（Ｓ３０でＮＯ）は、第二圧力センサ１５０が上流側として入口圧力の計測を行う（Ｓ２、図２）。サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ３２）。そして、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰが得られ、記録される（Ｓ３３）。
【００５１】
ここで、本実施形態では、定流量制御と定水圧制御とを切替えて制御可能であるが、最初に、定流量制御について述べる。
【００５２】
まず、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰが記録されると、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰとの差圧：ＤＰが求められる（Ｓ３４）。これは本コントロールバルブ１０を通過する流量を算出するためである。
【００５３】
続いて、希望の流量を得るために設定された差圧設定値：ＤＰｄｅｆ（Ｓ３５）との比較が行われる（Ｓ３６）。流量制御には、この差圧設定値：ＤＰｄｅｆが用いられる。
【００５４】
ＤＰ＜ＤＰｄｅｆの場合（Ｓ３７）、流量が所望の量より少ないと判断され（Ｓ３８）、一定時間：Ｔｄの間、弁体１２０が開くように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ３９）。また、ＤＰ＝ＤＰｄｅｆの場合（Ｓ４０）、流量が所望の量となっているものと判断され（Ｓ４１）、一定時間：Ｔｄの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ４２）。
【００５５】
さらに、ＤＰ＞ＤＰｄｅｆの場合（Ｓ４３）、流量が所望の量より多いと判断され（Ｓ４４）、一定時間：Ｔｄの間、弁体１２０が閉まるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ４５）。
【００５６】
次に、定水圧制御について述べる。まず、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰと設定された希望の圧力値：Ｐｃｏｎｓｔとが比較される（Ｓ５１）。ＢＰ＜Ｐｃｏｎｓｔの場合（Ｓ５２）、圧力が所望の圧力より低いものと判断され（Ｓ５３）、一定時間：Ｔｂの間、弁体１２０が開くように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ５４）。また、ＢＰ＝Ｐｃｏｎｓｔの場合（Ｓ５６）、圧力は安定しているものと判断され（Ｓ５６）、一定時間：Ｔｂの間、弁体１２０の開度が保持されるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ５７）。さらに、ＢＰ＞Ｐｃｏｎｓｔの場合（Ｓ５８）、圧力が所望の圧力より高いものと判断され（Ｓ５９）、一定時間：Ｔｂの間、弁体１２０が閉まるように制御装置２００から弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ６０）。
【００５７】
図４は制御装置２００を構成しているＩ／Ｏコントローラに対する本実施形態の制御フローを示す。弁体駆動装置１３０に対して上述の図２および図３のフローによって弁体１２０の駆動に関する指令がされると、制御装置２００の一部を構成しているＩ／Ｏコントローラ（Ｓ７０）から弁体駆動装置１３０に対して駆動量データが送信され、弁体１２０の制御が行われる（Ｓ７１）。また、Ｉ／Ｏコントローラは、第一圧力センサ１４０の計測値、第二圧力センサ１５０の計測値、そのほか、弁体駆動装置１３０への弁体１２０の駆動に関する指令のデータのログデータを記録する（Ｓ７２）。このログデータは、運転記録として記録され、例えば、異常発生時の解析等に利用される（Ｓ７３）。さらに、Ｉ／Ｏコントローラにおいて、異常設定時間以上の間、弁体１２０の開指令または閉指令が連続した場合は、異常とみなし（Ｓ７４）、続いて、異常通報が行われる（Ｓ７５）。
【００５８】
このコントロールバルブ１０では、バルブ１００の配管１１０において弁体１２０をはさんで上流側と下流側に第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０を配置していることから、それぞれの圧力計測データ１４０ａ，１５０ａを用いて得られる差圧から流量を算出することができる。また、算出された差圧データとあらかじめ設定された差圧の設定値とを比較することで、配管内において定流量となるような制御をすることが可能となる。
【００５９】
また、第二圧力センサ１５０において計測された圧力計測データ１５０ａから得られる圧力値が一定となるようにバルブ１００の弁体１２０を駆動するように制御することで、バルブ１００の二次側の圧力を一定圧に保つよう制御することが可能である。よって、バルブの下流側における配管系統において、一定圧以下の加圧状態を確保することができる。
【００６０】
さらに、第一圧力センサ１４０と弁体１２０との間にオリフィス部１６０が形成されることで、第一圧力センサ１４０における動水圧と第二圧力センサ１５０における動水圧との圧力差が大きくなることから、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０とにより計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａから差圧を明瞭に求めることができるので、より精度よく流量を算出することができる。また、算出された差圧の値が正から負へ変化するときは、配管１１０内の流れが下流側から上流側へ逆流する可能性があると制御装置２００で判断することで、バルブ１００の弁体１２０が閉まるように制御できることから、流体における逆流の防止のための制御も可能である。また、上述のように第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０より算出された圧力値の大小を比較することで、配管１１０内の流れの向きを把握することが可能である。
【００６１】
さらに、制御装置２００が、第一配管接続部１７０、第二配管接続部１７０Ａ、配管１１０、弁体１２０、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０、弁体駆動装置１３０とともに一体に形成されているので、コントロールバルブ１０のみを設置するだけで、水流の制御に必要な圧力センサといった各種センサも含めて一度に設置することが可能であり、初期の費用が大幅に軽減される。また、圧力センサのメンテナンス箇所がコントロールバルブ１０という同一箇所にまとめられることから、メンテナンスにかかる時間と費用の軽減となるほか、装置の信頼性の向上にも寄与する。
【００６２】
また、遠隔監視制御装置２５０は、無線回線または公衆回線を介して、単体または複数のコントロールバルブ１０におけるデータを取得し、表示する機能を有するので、単体または複数のコントロールバルブ１０内の流体の流量、圧力および流れの方向等の遠隔による集中監視が可能である。また、単体または複数のコントロールバルブ１０の制御データを設定することが可能である。従って、設定された制御データに基づき、単体または複数のコントロールバルブ１０の弁体駆動手段を集中制御することができ、コントロールバルブ１０を配管網に設置することによって、自然災害や事故等で破損を受けた配管箇所をいち早く発見すると共に、被災箇所のコントロールバルブ１０を閉止し、逆に、被災した配管を迂回する正常な配管を判別し、これを使って緊急の消火用水や飲料水の供給等を可能とすることができる。
【００６３】
コントロールバルブ１０では、配管１１０内に配置された第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０における第一圧力計測面１４２および第二圧力計測面１５２が、配管１１０の内面１１２と同一の面を形成するように、配管内の水流の妨げにならないように配置されるので、圧力センサの設置による乱流やキャビテーションの発生を防止し、より正確な計測値が得られる。
【００６４】
また、遠隔監視制御装置２５０は、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０において計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａから得られるそれぞれの圧力値を時系列にログデータとして記録することで、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０の圧力値の時系列変化の状態を検出することが可能となる。さらに、記録された圧力値の時系列のログデータに基づいて、例えば、単位時間当たりの圧力値の変化の割合を求めることで、その変化の割合の値がある設定値より大きくなったときには、バルブ１００の作動状態になんらかの異常が発生したものと診断することが可能となる。このように、バルブ１００の作動状態を監視できるようにすることで、バルブ１００が故障する前に交換することも可能となり、事故の未然防止が可能となる。
【００６５】
また、第一圧力センサ１４０において計測された圧力計測データ１４０ａから得られる圧力値のログデータにおいて、バルブ１００の閉止動作時の圧力上昇の検出が見られた場合には、あらかじめ圧力急変時にバルブ１００の閉止時間を延ばすように弁体１２０を駆動するように制御することで、水撃作用を防止することが可能である。
【００６６】
さらに、第一圧力センサ１４０において計測された圧力計測データ１４０ａから得られる圧力値のログデータにおいて、バルブ１００の開動作時の圧力降下の検出がみられた場合には、あらかじめ圧力急変時にバルブ１００の開動作時間を延ばすように弁体１２０を駆動するように制御することで、配管内の急激な圧力降下を防止することも可能である。
【００６７】
尚、これらの制御は、遠隔監視制御装置２５０のみならず、制御装置２００によっても同様に達成することができる。
【００６８】
次に、図５を参照して、この発明の第１の実施の形態によるコントロールバルブを用いた貯水装置を説明する。
【００６９】
図５に示す貯水装置１２は、図１の実施例から遠隔監視制御装置２５０を除き、さらに、送水管３００、貯水タンク４００および第三圧力センサ４１０が構成要素として追加されたものである。また、図１の実施例における制御装置２００は、図５においては、Ａ／Ｄ変換装置２０２、演算装置２０４および開度制御装置２０６として構成され、これらは、バルブ１００に一体的に取付けられているが、別体としても良い。
【００７０】
送水管３００は、バルブ１００の下流側の第二配管接続部１７０Ａにおいて、ボルト等を用いて接続され、貯水タンク４００に水を送水するために設けられている。貯水タンク４００は、送水管３００を介して送水されてきた水を一時的に溜め置く機能を有する。第三圧力センサ４１０は、貯水タンク４００の内部底面４０２上に配置されている。そして、貯水タンク４００内に溜め置かれた水による水圧を計測するための機能を有しており、この第三圧力センサ４１０により計測された水圧の圧力計測データ４１０ａを用いることにより水位が算出される。
【００７１】
Ａ／Ｄ変換装置２０２は、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０および第三圧力センサ４１０において計測された圧力計測データ１４０ａ，１５０ａ，４１０ａを取得し、デジタルデータ１４０ｂ，１５０ｂ，４１０ｂに変換する機能を有する。
【００７２】
演算装置２０４は、Ａ／Ｄ変換装置２０２において出力される圧力計測データ１４０ａ，１５０ａ，４１０ａのデジタルデータ１４０ｂ，１５０ｂ，４１０ｂを取得し、記録する機能を有し、記録されたデジタルデータ１４０ｂ，１５０ｂ，４１０ｂから圧力値を算出する機能を有する。そして、算出された圧力値に基づいて、弁体を駆動すべき制御内容が決定され、弁体１２０を駆動するための駆動量データ２０４ａを算出し、開度制御装置２０６に対して送信する。また、駆動量データ２０４ａを算出する際に比較される設定された差圧および圧力の設定値が、演算装置２０４のデータベースに格納されたデータとして記憶されている。
【００７３】
開度制御装置２０６は、送信された駆動量データ２０４ａを取得し、さらに、弁体１２０を駆動するために必要な駆動量データ２０６ａとして弁体駆動装置１３０に送信する機能を有する。
【００７４】
弁体駆動装置１３０は、送信された駆動量データ２０６ａに基づいて、弁体１２０を駆動する。
【００７５】
以下、より詳細に演算装置２０４で処理される処理内容について述べる。演算装置２０４では、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０のデジタルデータ１４０ｂ、１５０ｂから算出されたそれぞれの圧力値の差を求めることで、差圧が算出される。続いて、算出された差圧の値から、流量データが算出される。また、演算装置２０４では、第三圧力センサ４１０の圧力計測データ４１０ａのデジタルデータ４１０ｂから算出された圧力値から、貯水タンク４００における水位データが算出される。
【００７６】
続いて、上記算出された差圧および水位データを利用して弁体の駆動量が算出されるわけであるが、その前に、演算装置２０４において、あらかじめ希望する差圧、圧力および水位の値が設定され、データベース等に記憶される。それによって、それら設定された差圧、圧力および水位の設定値と算出された差圧、圧力および水位のデータとを、それぞれ比較することにより、弁体１２０を駆動すべき駆動量データ２０４ａを算出することができる。すなわち、あらかじめ設定された差圧の設定値と算出された差圧データとを比較したとき、算出された差圧データが低い場合は、バルブ１００の弁体１２０が開くように駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。また、算出された差圧データが高い場合は、バルブ１００の弁体１２０が閉じるように駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。算出された駆動量データ２０４ａは、開度制御装置２０６に送信される。
【００７７】
また、あらかじめ設定された水位の設定値と算出された水位データとを比較したとき、水位が下がってきたと認められたときは、バルブ１００の弁体１２０を開くことで水を供給できるように、弁体１２０が駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。また、設定された水位の設定値になったと認められたときは、バルブ１００の弁体１２０が閉じるように駆動するような駆動量データ２０４ａが算出される。それぞれ算出された駆動量データ２０４ａは、開度制御装置２０６に送信される。
【００７８】
さらに、演算装置２０４では、第一圧力センサ１４０、第二圧力センサ１５０および第三圧力センサ４１０のそれぞれの圧力計測データ１４０ａ，１５０ａ，４１０ａに基づき算出された圧力値または水位データを時系列に表示することにより、圧力値や水位データの時系列変化を画面上でモニタすることが可能である。
【００７９】
ここで、さらに、本実施形態における制御装置の制御フローについて詳細に説明する。
【００８０】
図６は、図５におけるコントロールバルブを用いた貯水装置を模式的に表したものである。第三圧力センサ４１０によって貯水タンク４００に溜め置かれる水等の量の変化に応じて計測される水圧データと、演算装置２０４において設定された、例えば、６段階の水圧設定値とが比較されることで、貯水タンク４００における水位が制御される。ここで、６段階の水圧設定値とは、「Ｌｅｖｅｌ−１ 下限警報水位」、「Ｌｅｖｅｌ−２ 下限警報復旧水位」、「Ｌｅｖｅｌ−３ 給水開始水位」、「Ｌｅｖｅｌ−４ 給水停止水位」、「Ｌｅｖｅｌ−５ 上限警報復旧水位」、「Ｌｅｖｅｌ−６ 上限警報水位」である。
【００８１】
ここで、「Ｌｅｖｅｌ−１ 下限警報水位」は、取水停止および水位異常通報のための設定値であり、「Ｌｅｖｅｌ−２ 下限警報復旧水位」は、取水開始許可および異常通報解除のための設定値である。そして、「Ｌｅｖｅｌ−３ 給水開始水位」は、弁体１２０の開動作開始のための設定値である。「Ｌｅｖｅｌ−４ 給水停止水位」は、弁体１２０の閉動作開始のための設定値であり、蓄積流入量および貯水回転率と蓄積された使用水量データとを用いることで、最適な給水停止水位が計算される（図７参照）。ここで蓄積流入量とは、１日当たりの積算流量であり、貯水回転率とは、１日当たりの積算流量／貯水量である。さらに、「Ｌｅｖｅｌ−５ 上限警報復旧水位」は、水位異常通報解除のための設定値であり、「Ｌｅｖｅｌ−６ 上限警報水位」は、水位異常通報のための設定値である。
【００８２】
図７は、上記の「Ｌｅｖｅｌ−４ 給水停止水位」の最適な設定値を算出するための制御フロー等を示す。第一圧力センサ１４０より計測されたデータは（Ｓ８０）、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ８１）。サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換装置２０２によりＡ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ８２）。そして、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰが得られ、演算装置２０４に記録される（Ｓ８３）。また、第二圧力センサ１５０により計測されたデータは（Ｓ８４）、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ８５）。サンプリングされた計測値は、Ａ／Ｄ変換装置２０２によりＡ／Ｄ変換され、続いて圧力値に変換される（Ｓ８６）。そして、第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰが得られ、演算装置２０４に記録される（Ｓ８７）。
【００８３】
続いて、第一圧力センサ１４０で計測された圧力値：ＡＰと第二圧力センサ１５０で計測された圧力値：ＢＰとの差圧から、貯水タンク４００への流入量：Ｑｉｎが算出される（Ｓ８８）。ここで、流入量：Ｑｉｎは、Ｑｉｎ＝Ｆｎ（ＡＰ−ＢＰ）により算出される。また、ここで、Ｆｎは，流量に変換するための演算係数である。
【００８４】
また、貯水タンク４００における使用水量のデータ（Ｓ８９）が記録として蓄積されており、算出された蓄積流入量および貯水回転率と蓄積された使用水量データとを用いることで、Ｌｅｖｅｌ−４である給水停止水位の最適な設定値が算出される（Ｓ９０）。
【００８５】
また、第一圧力センサ１４０より計測された圧力値：ＡＰから、時間当たりの圧力変化が算出され（Ｓ９１）、図２におけるＳ５以下のルーチンにより、水撃防止制御が実行される（Ｓ９２）。
【００８６】
図８は、第三圧力センサ４１０を利用した貯水タンク４００における液面制御の制御フローを示す。第三圧力センサ４１０により計測されたデータは（Ｓ１００）、一定時間：Ｔ毎にサンプリングされる（Ｓ１０１）。続いて、圧力値に変換される（Ｓ１０２）。そして、第三圧力センサ４１０で計測された圧力値：ＣＰが得られ、演算装置２０４に記録される（Ｓ１０３）。
【００８７】
続いて、第三圧力センサ４１０により計測された圧力値：ＣＰとあらかじめ設定された６段階の水圧設定値とが比較される。
【００８８】
まず、ＣＰ（Ｓ１０３）とＬｅｖｅｌ−１（下限警報水位）との比較が行われる（Ｓ１０４）。その結果、ＣＰ＜Ｌｅｖｅｌ−１（下限警報水位）ならば（Ｓ１０５）、受水減水警報が発信されることで（Ｓ１０６）、弁体１２０が開くように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１０７）。
【００８９】
また、ＣＰ（Ｓ１０３）とＬｅｖｅｌ−６（上限警報水位）との比較が行われる（Ｓ１０８）。結果、ＣＰ＞Ｌｅｖｅｌ−６（上限警報水位）ならば（Ｓ１０９）、受水満水警報が発信されることで（Ｓ１１０）、弁体１２０が閉じるように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１１１）。
【００９０】
さらに、開始水位がＬｅｖｅｌ−２より少し上においてＬｅｖｅｌ−３（給水開始水位）の設定水圧値が設定され（Ｓ１１２）、続いて、ＣＰ（Ｓ１０３）とＬｅｖｅｌ−３（給水開始水位）との比較が行われる（Ｓ１１３）。結果、ＣＰ≦Ｌｅｖｅｌ−３の場合（Ｓ１１４）、給水開始水位が発信されることで（Ｓ１１５）、弁体１２０が開くように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１１６）。
【００９１】
続いて、ＣＰ（Ｓ１０３）と図７のＳ９０において算出されたＬｅｖｅｌ−４（給水停止水位）との比較が行われる（Ｓ１１７）。結果、ＣＰ≧Ｌｅｖｅｌ−４（給水停止水位）ならば（Ｓ１１８）、給水停止水位が発信されることで（Ｓ１１９）、弁体１２０が閉じるように演算装置２０４から開度制御装置２０６を介して弁体駆動装置１３０に対して指令が出される（Ｓ１２０）。
【００９２】
また、ＣＰ＞Ｌｅｖｅｌ−３（Ｓ１２１）あるいはＣＰ＜Ｌｅｖｅｌ−４（Ｓ１２２）の場合には、中間水位であるものと判断され（Ｓ１２３）、バルブは現状が維持される（Ｓ１２４）。ここで、中間水位とは、給水開始水位と給水停止水位との間の水位である。
【００９３】
以上のごとく、この発明にかかるコントロールバルブを用いた貯水装置１２を使用することで、貯水タンク４００の流入量と流出量とのバランスが保たれることから、この貯水装置１２は、貯水タンク４００における水位が中間水位を維持するような定水位制御を可能とする。すなわち、最適なＬｅｖｅｌ−４である給水停止水位の設定値を算出する際に、貯水タンク４００における水位の安定性を確保するような臨界制動の条件が整うように、図６から図８の制御フローが実行されることで、貯水タンク４００における定水位制御が行われる。
【００９４】
この貯水装置１２に用いられるコントロールバルブ１０は、前述のコントロールバルブ１０と同様の効果を発揮するとともに、貯水装置１２として次の効果も発揮する。
【００９５】
すなわち、第三圧力センサ４１０の圧力計測データ４１０ａから水位データを算出し、その算出された水位データとあらかじめ設定された水位の設定値とを比較することで、バルブ１００の弁体１２０の開閉が制御されるので、貯水タンク４００内に溜め置かれる水の水位が定水位となるように制御することが可能となる。
【００９６】
また、演算装置２０４において記録された圧力計測データ１４０ｂ、１５０ｂ、４１０ｂを、演算装置２０４に接続された通信装置等を用いることで、例えば、パソコンや携帯端末等といった外部端末に送信することも可能である。それによって、遠隔的にバルブ１００の状況を監視することができ、多数のバルブがある場合には、集中監視システムの構築も可能となる。バルブ１００とＡ／Ｄ変換装置２０２、演算装置２０４及び開度制御装置２０６とが一体に構成されることによって、設置費用、メンテナンス、機能、信頼性等でそのメリットを発揮する。なお、バルブ１００を非常に劣悪な環境に設置せざるをえない場合には、Ａ／Ｄ変換装置２０２、演算装置２０４及び開度制御装置２０６よりなる制御装置の保護のため、これらをバルブ１００から離して設置してもよい。
【００９７】
図９は、本発明の第１の実施の形態によるコントロールバルブを用いた配管網遠隔監視制御システム５００の使用例を示したブロック図である。具体的には、浄水場５０２から、給水Ａ地区５１０、給水Ｂ地区５２０および給水Ｃ地区５３０へ、それぞれ給水する配管網を示している。配管網とは、３つの給水ライン、即ちＡライン５１４、Ｂライン５２４およびＣライン５３４である。配管網の要所には本発明にかかるコントロールバルブ５０４、５１１、５１２、５１３、５１５、５２１、５２２、５２３、５２５、５３１、５３２、５３３が設置されている。また、各コントロールバルブ５０４，５１１，５１２，５１３，５１５、５２１，５２２，５２３，５２５、５３１，５３２，５３３には、各コントロールバルブを制御するための制御装置２００、２００、・・・が配置される。さらに、遠隔監視制御装置５５０が、制御装置２００、２００、・・・と無線回線もしくは公衆回線を介して接続されている。
【００９８】
ここで、図９は、それらラインの内、自然災害や事故等によって、Ａライン５１４が破損し使用できなくなった状態を示している。このとき、コントロールバルブ５１１の第二圧力センサ１５０およびコントロールバルブ５１２の第一圧力センサ１４０の圧力計測値が遠隔監視制御装置５５０に取得されている。コントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の圧力計測値は、遠隔監視制御装置５５０により視覚的に把握できる。そして、コントロールバルブ５１１の出側圧力、およびコントロールバルブ５１２の入側圧力が、制御装置２００および遠隔監視制御装置５５０において事前に記憶されていた設定値あるいはログデータ値と比較することにより、明らかに低下していることがわかる。
【００９９】
そうすると、まず、制御装置２００により、配管路、即ちＡライン５１４に設置されているコントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の間において異常があると判断される。そして、直ちに、制御装置２００からコントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の弁体駆動装置（図示せず）に対して弁体が閉じられるように駆動するための駆動量データが送信され、弁体が閉止される。それと共に、弁体閉止後のコントロールバルブ５１１およびコントロールバルブ５１２の各々の第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０の圧力計測値が遠隔監視制御装置５５０で表示・確認される。
【０１００】
一方、残りのコントロールバルブでは第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０の圧力計測値が正常値であることが遠隔監視制御装置５５０において表示されることで確認されることから、結果、Ａライン５１４を除く配管網が正常であることが確認される。そして、前もって準備されたマニュアルに従って、給水Ａ地区への給水再開の安全性を確認した後、遠隔監視制御装置５５０よりコントロールバルブ５１５の弁体を開く旨の制御データを設定する。そうすると、設定された制御データに基づき、コントロールバルブ５１５の弁体駆動装置（図示せず）に対して、遠隔監視制御装置５５０において弁体が開かれるように駆動するための駆動量データが演算され、送信される。
【０１０１】
この配管網遠隔監視制御システム５００では、配管網に対して、複数のコントロールバルブを設置し、それらコントロールバルブとその制御装置（演算装置、通信装置を含む）から取得されるデータを遠隔監視制御装置５５０において一括して監視・制御を行うことで、絶えず、各配管内の流量、圧力および流れの方向等を記録し、チェックすることができる。そして、それら記録されたデータを利用することで、配管網の破損箇所を特定すると共に、その配管網の破損箇所やコントロールバルブの異常状態等を、例えば、遠隔監視制御装置５５０に表示させることも可能である。さらに、配管網の一部の配管の破損状況を考慮して、異なる配管網に設置されたコントロールバルブを制御することで、災害や事故等におけるライフラインの確保にも威力を発揮することができる。
【０１０２】
なお、通信のインフラストラクチャーおよび／または電源が遮断された場合は、コントロールバルブをバッテリーによってバックアップすることにより、あらかじめ遠隔監視制御装置５５０から受け取った設定に基づいて制御装置２００を動作させることも可能である。
【０１０３】
なお、本実施例におけるバルブ１００に用いられる弁体１２０は、ボールバルブの弁体が用いられるが、それに限られるものではなく、バタフライバルブ、ゲートバルブおよびグローブバルブ等のいずれの弁体を用いてもかまわない。この場合、ボールバルブ、ゲートバルブ以外のバタフライバルブ、グローブバルブ等の弁体の全開時にあっても弁体部分の抵抗が大きなバルブにあっては配管内のオリフィス部は必ずしも必要なものではない。
【０１０４】
ここで、弁体１２０として、ボールバルブの貫通穴１２２の入口（一方端部）の径が出口（他方端部）の径よりも大きいとしたテーパ状の貫通穴１２２が設けられていてもよく、このテーパ状の貫通穴１２２を備えたボールバルブの弁体１２０を用いることで、この貫通穴１２２が弁体１２０の全開時にあっても水流抵抗部（水流抵抗手段）の役割を果たすため、オリフィス部を設ける必要がなくなる。尚、水流抵抗の観点からは貫通穴１２２のテーパ形状は入口の径が出口の径より小さくても良い。
【０１０５】
また、第一圧力センサ１４０および第二圧力センサ１５０は、それぞれ弁体をはさんで等間隔に配置されているが、それに限られるものではなく、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０との間隔の距離は、近づいていてもかまわないし、離れてもかまわない。
【０１０６】
また、オリフィス部１６０の断面形状は、実施例に用いられるような形状に限られるものではなく、長方形、半円および正三角形等でもかまわないし、ノズル形状でもかまわない。
【０１０７】
本実施例における制御装置２００または演算装置２０４において定流量制御を行う際には、第一圧力センサ１４０と第二圧力センサ１５０との差圧に対する設定値として定めているが、これに限られるものではなく、例えば、流量を設定値として定めておき、配管１１０内における差圧から算出された流量と比較することで定流量制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】この発明第１の実施の形態によるコントロールバルブの断面図および制御装置、遠隔監視制御装置を含めた構成図である。
【図２】図１のコントロールバルブの第一圧力センサの制御フローを示すフローチャートである。
【図３】図１のコントロールバルブの第二圧力センサの制御フローを示すフローチャートである。
【図４】図１のコントロールバルブの制御装置を構成しているＩ／Ｏコントローラの制御フローを示すフローチャートである。
【図５】図１のコントロールバルブを用いた貯水装置の概略構成図である。
【図６】図５に示した貯水装置を模式的に示した図である。
【図７】図５に示した貯水装置におけるＬｅｖｅｌ−４（給水停止水位）の最適な設定値を算出するための制御フロー等を示すフローチャートである。
【図８】図５に示した貯水装置における第三圧力センサを利用した貯水タンクにおける液面制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図９】図１のコントロールバルブを複数用いた配管網遠隔監視制御システムの構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、５０４、５１１〜５１３、５１５、５２１〜５２３、５２５、５３１〜５３３ コントロールバルブ
１２ 貯水装置
１００ バルブ
１１０ 配管
１１２ 内面
１１４ 第一くぼみ部
１１６ 第二くぼみ部
１２０ 弁体
１２２ 貫通穴
１３０ 弁体駆動装置
１３２ 駆動手段
１３４ 筒部
１３６ 駆動軸
１３８ 軸受
１４０ 第一圧力センサ
１４２ 第一圧力計測面
１５０ 第二圧力センサ
１５２ 第二圧力計測面
１６０ オリフィス部
１７０ 第一配管接続部
１７０Ａ 第二配管接続部
１７２ １７２Ａ 取付孔
２００ 制御装置
２０２ Ａ／Ｄ変換装置
２０４ 演算装置
２０６ 開度制御装置
２５０、５５０ 遠隔監視制御装置
３００ 送水管
４００ 貯水タンク
４０２ 内部底面
４１０ 第三圧力センサ
５００ 配管網遠隔監視制御システム
５０２ 浄水場
５１０ 給水Ａ地区
５１４ Ａライン
５２０ 給水Ｂ地区
５２４ Ｂライン
５３０ 給水Ｃ地区
５３４ Ｃライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管、前記配管の略中間に配置される弁体、前記弁体を電気的に駆動するための弁体駆動手段、前記配管の一方端部と前記弁体との間に配置される第一圧力センサ、および、前記配管の他方端部と前記弁体との間に配置される第二圧力センサを含むバルブと、
前記第一圧力センサおよび／または前記第二圧力センサからの検出データに基づき、前記弁体の駆動量を演算して前記弁体駆動手段を制御する制御手段と、を有する流体の流れを制御するコントロールバルブであって、
前記配管、前記弁体、前記第一圧力センサ、前記第二圧力センサおよび前記弁体駆動手段が一体に形成されていると共に前記第一圧力センサと前記第二圧力センサとの間に水流抵抗手段を供えたことを特徴とするコントロールバルブ。
【請求項２】
前記制御手段は、前記コントロールバルブと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコントロールバルブ。
【請求項３】
前記弁体は、ボールバルブ又はゲートバルブの弁体構造よりなり、
前記水流抵抗手段は、前記配管内であって、前記第一圧力センサの配置される位置と、前記第二圧力センサの配置される位置との間に形成されたオリフィス部を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコントロールバルブ。
【請求項４】
前記配管の内面と前記第一圧力センサの第一圧力計測面および前記第二圧力センサの第二圧力計測面とが同一の面を形成するように、前記第一圧力センサおよび前記第二圧力センサが前記配管に取付けられることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のコントロールバルブ。
【請求項５】
前記弁体は、前記配管の軸方向に形成される貫通穴を有するボールバルブの弁体構造よりなり、前記貫通穴は一方端部の径と他方端部の径とが相違するテーパ状に形成され、
前記貫通穴が前記水流抵抗手段を構成する、請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載のコントロールバルブ。
【請求項６】
単体または複数の請求項１から請求項５のいずれかに記載のコントロールバルブを用いて配管網を構成するとした配管網遠隔監視制御システムであって、
前記制御手段は通信手段を含み、
前記通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して、単体または複数の前記コントロールバルブの前記制御手段からのデータを取得し、前記コントロールバルブの状態を遠隔監視するために前記取得したデータを表示する機能と、
前記取得したデータに基づき単体または複数の前記コントロールバルブへの各種制御データを最適に設定する機能と、
前記取得したデータに基づき単体または複数の前記コントロールバルブを遠隔制御する機能と、を有する遠隔監視制御手段を備えることを特徴とする、配管網遠隔監視制御システム。
【請求項１】
配管、前記配管の略中間に配置される弁体、前記弁体を電気的に駆動するための弁体駆動手段、前記配管の一方端部と前記弁体との間に配置される第一圧力センサ、および、前記配管の他方端部と前記弁体との間に配置される第二圧力センサを含むバルブと、
前記第一圧力センサおよび／または前記第二圧力センサからの検出データに基づき、前記弁体の駆動量を演算して前記弁体駆動手段を制御する制御手段と、を有する流体の流れを制御するコントロールバルブであって、
前記配管、前記弁体、前記第一圧力センサ、前記第二圧力センサおよび前記弁体駆動手段が一体に形成されていると共に前記第一圧力センサと前記第二圧力センサとの間に水流抵抗手段を供えたことを特徴とするコントロールバルブ。
【請求項２】
前記制御手段は、前記コントロールバルブと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコントロールバルブ。
【請求項３】
前記弁体は、ボールバルブ又はゲートバルブの弁体構造よりなり、
前記水流抵抗手段は、前記配管内であって、前記第一圧力センサの配置される位置と、前記第二圧力センサの配置される位置との間に形成されたオリフィス部を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコントロールバルブ。
【請求項４】
前記配管の内面と前記第一圧力センサの第一圧力計測面および前記第二圧力センサの第二圧力計測面とが同一の面を形成するように、前記第一圧力センサおよび前記第二圧力センサが前記配管に取付けられることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のコントロールバルブ。
【請求項５】
前記弁体は、前記配管の軸方向に形成される貫通穴を有するボールバルブの弁体構造よりなり、前記貫通穴は一方端部の径と他方端部の径とが相違するテーパ状に形成され、
前記貫通穴が前記水流抵抗手段を構成する、請求項１、請求項２および請求項４のいずれかに記載のコントロールバルブ。
【請求項６】
単体または複数の請求項１から請求項５のいずれかに記載のコントロールバルブを用いて配管網を構成するとした配管網遠隔監視制御システムであって、
前記制御手段は通信手段を含み、
前記通信手段を用いて無線回線または公衆回線を介して、単体または複数の前記コントロールバルブの前記制御手段からのデータを取得し、前記コントロールバルブの状態を遠隔監視するために前記取得したデータを表示する機能と、
前記取得したデータに基づき単体または複数の前記コントロールバルブへの各種制御データを最適に設定する機能と、
前記取得したデータに基づき単体または複数の前記コントロールバルブを遠隔制御する機能と、を有する遠隔監視制御手段を備えることを特徴とする、配管網遠隔監視制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１７６７７４（Ｐ２００８−１７６７７４Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２６６３４（Ｐ２００７−３２６６３４）
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（０００１２６２９６）株式会社アイエス工業所 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（０００１２６２９６）株式会社アイエス工業所 (9)
【Ｆターム（参考）】
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