遮断弁制御システム
【課題】設定時の作動テストにより、システムの構成部品等の故障を的確に診断、予知できる遮断弁制御システムを提供すること。
【解決手段】エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に圧力センサー（６）で実測したシリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時のシリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段（７）とを備え、判定手段（７）は、実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定する。
【解決手段】エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に圧力センサー（６）で実測したシリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時のシリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段（７）とを備え、判定手段（７）は、実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断弁制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラント設備における石油やガス等のパイプラインには、設備に異常が発生した場合にラインを緊急遮断するために、ボールバルブ等からなる遮断弁が設けられている。遮断弁は、プラント設備への設置後、１年に１回程度の頻度でシャットダウン（全開から全閉）のフルストローク作動テストを実施して故障の有無を確認していた。
【０００３】
しかし、遮断弁を全閉することは、プラントを停止することになり通常運転に支障を来すことになるため、通常運転中には遮断弁の作動テストを実行することができなかった。そこで、出願人は、プラントを停止することなく通常運転中に遮断弁の作動テストを実行して故障の有無を診断、予知できる遮断弁制御システムを開発している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０９２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、設置後の遮断弁制御システムの故障診断を行う技術については、既に開発されているが、プラント設備のパイプライン等へ緊急遮断弁を設置する際にも故障診断を行う必要があることが考えられており、この場合の故障診断技術についても開発することが要求されている。
【０００６】
すなわち、プラント設備のパイプライン等へ設置した際、遮断弁及び制御システムからなる遮断弁制御システムは種々の設定を行うが、この設定時に正常に作動するか否かを調べる作動テストを実施して、システムの各構成部品の故障の有無を診断する必要がある。
【０００７】
本発明は、設定時の作動テストにより、システムの構成部品等の故障を的確に診断、予知できる遮断弁制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、前記シリンダー（３１）の内圧を検出する圧力センサー（６）と、前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサー（６）で実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段（７）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の遮断弁制御システムにおいて、前記判定手段（７）は、前記電磁弁（５）への通電時点または停電時点から前記エアーシリンダー（３）の作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記電磁弁（５）の正常／異常を判定し、前記エアーシリンダー（３）の作動開始時点から前記遮断弁（１）の作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記エアーシリンダー（３）の正常／異常を判定し、前記遮断弁（１）の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性に基づいて前記遮断弁（１）の正常／異常を判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の遮断弁制御システムにおいて、前記判定手段（７）は、前記遮断弁（１）の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性が、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にあって、その圧力特性の傾きが、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記正常作動時の圧力特性の傾きと等しい場合は、前記遮断弁が正常かつ前記エアーシリンダーが異常と判定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、前記シリンダー（３１）の内圧を検出する圧力センサー（６）と、制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサー（６）で実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段（７）と、ディスプレイ（１２）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、前記ディスプレイ（１２）は、前記実測の圧力特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性を表示することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムにおいて、前記遮断弁（１）の弁軸の変位を検出する変位検出手段（８）と、前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段（８）で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段（７）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムにおいて、前記遮断弁（１）の弁軸の変位を検出する変位検出手段（８）と、前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段（８）で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段（７）と、ディスプレイ（１２）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記故障予知境界の変位特性と前記故障時の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、前記ディスプレイ（１２）は、前記実測の変位特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性を表示することを特徴とする。
【００１４】
なお、上述の課題を解決するための手段の説明におけるかっこ書きの参照符号は、以下の発明を実施するため形態の説明における構成要素の参照符号に対応しているが、これらは、特許請求の範囲の解釈を限定するものではない。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給を行った場合に圧力センサーで実測したシリンダー内圧の圧力特性が正常作動時の圧力特性と故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定するので、プラント設備のパイプライン等に設置する際に作動確認試験を行い、システムの故障／異常を判定することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、判定手段は、電磁弁への通電時点または停電時点からエアーシリンダーの作動開始時点までの実測の圧力特性に基づいて電磁弁の正常／異常を判定し、エアーシリンダーの作動開始時点から遮断弁の作動開始時点までの実測の圧力特性に基づいてエアーシリンダー（３）の正常／異常を判定し、遮断弁の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性に基づいて遮断弁の正常／異常を判定するので、システムの構成要素（電磁弁、エアーシリンダー、遮断弁）別の正常／異常を判定することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、判定手段は、遮断弁の作動開始時点以降の実測の圧力特性が、正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にあって、その圧力特性の傾きが、遮断弁の作動開始時点以降の正常作動時の圧力特性の傾きと等しい場合は、遮断弁が正常かつエアーシリンダーが異常と判定するので、システムの構成要素の遮断弁の正常、エアーシリンダーの異常を判定することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、ディスプレイは、実測の圧力特性、システムの初期の正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性を表示するので、圧力特性の実測値が正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することができ、より詳細な故障の予知が可能となる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給を行った場合に変位検出手段で検出した実測の変位特性が正常作動時の変位特性と故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、正常作動時の変位特性と故障予知境界の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定するので、システムの故障／異常を判定することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、ディスプレイは、実測の変位特性、システムの初期の正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性を表示するので、変位特性の実測値が正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することができ、より詳細な故障の予知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の遮断弁制御システムの一実施形態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は部分断面図である。
【図２】発明の遮断弁制御システムの一実施形態におけるエアーシリンダーと電磁弁の構成を示す構成図である。
【図３】発明の遮断弁制御システムの一実施形態における電気的構成を示すブロック図である。
【図４】発明の遮断弁制御システムの一実施形態におけるエアーシリンダーの内圧の圧力特性を示すグラフである。
【図５】図４のグラフの一部拡大図である。
【図６】発明の遮断弁制御システムの一実施形態における故障診断の手順を説明するフローチャートである。
【図７】発明の遮断弁制御システムの他の実施形態におけるエアーシリンダーと電磁弁の構成を示す構成図である。
【図８】発明の遮断弁制御システムの他の実施形態におけるポテンショメータの変位特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の遮断弁制御システムの構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は部分断面図である。遮断弁制御システムは、遮断弁１と、遮断弁１の上部に固定ヨーク２を介して取り付けられ、遮断弁１の開度を制御するエアーシリンダー３と、エアーシリンダー３の上部に取り付けた屋外型または防爆型構造のポジションボックス４とを備えている。ポジションボックス４には、電磁弁５、圧力センサ−（電子式デジタル圧力計）６、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７、ポテンショメータ８、電源１０及びディスプレイ１２等が収納されている。エアーシリンダー３と電磁弁５は、請求項における制御手段に相当し、マイコン７は、請求項における判定手段及び記憶手段に相当し、ポテンショメータ８は、請求項における変位検出手段に相当する。
【００２４】
遮断弁１は、例えばボール状の弁体１ａを有するボールバルブからなり、プラント設備のパイプライン等に接続される。弁体１ａには、上方に延びる弁軸１ｂが連結されている。弁体１ａは、弁軸１ｂが９０度回転することによって全開状態（図１（Ｂ）参照）と全閉状態（図示しない）に切り換えられる。弁体１ａの周りは、シートパッキン１ｃでシールされており、弁軸１ｂの周りは、グランドパッキン１ｄでシールされている。
【００２５】
図２に示すように、エアーシリンダー３は、単作動空気式のシリンダー３１内にピストンロッド３２で連結した一対のピストン３３および３４を設けたものである。一方のピストン３３は、シリンダー３１の一端部内に配設したコイルバネ３５の付勢力により、常に閉弁方向（図２における右方向）に向けて摺動するように付勢されている。他方のピストン３４は、シリンダー３１の他端部に設けたエアー送入口３６に接続された電磁弁５の出口ポートＯＵＴから供給されるエアーにより、コイルバネ３５の付勢力に抗して開弁方向（図２における左方向）に向けて摺動するように付勢される。ピストンロッド３２には、このピストンロッド３２の往復運動を回転運動に変換して弁軸１ｂに伝達する伝達機構３７が設けられている。伝達機構３７は、ピストンロッド３２に突設した係合ピン３７ａと、弁軸１ｂの上端部に取り付けられている二股係合片３７ｂとを有し、係合ピン３７ａに二股係合片３７ｂの先端を係合させ、係合ピン３７ａの左右移動により、二股係合片３７ｂが回動し、それにより、弁軸１ｂが９０度回転するようになっている。
【００２６】
電磁弁５は、大流量３方電磁弁５Ａと小流量３方電磁弁５Ｂの２つの３方電磁弁を１つのボデーに内蔵したものである。大流量３方電磁弁５Ａは、弁切り換え用のソレノイドＡおよびＢを有し、弁の有効断面積が大きく、パイプラインで異常が発生した場合に、エアーシリンダー３を急速に閉弁方向に駆動して、遮断弁１を緊急遮断する緊急遮断用のものである。小流量３方電磁弁５Ｂは、弁切り換え用のソレノイドＣおよびＤを有し、弁の有効断面積が大流量３方電磁弁５Ａより小さいものであり、システムの作動テストを行う際に使用される作動テスト用のものである。大流量３方電磁弁５Ａおよび小流量３方電磁弁５Ｂのそれぞれの入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴおよび排気ポートＥＸＨは互いに接続され、ボデーにそれぞれ１つずつ設けられた共通の入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴおよび排気ポートＥＸＨとされている。電磁弁５は、ポジションボックス４の外部にあるエアー供給源１１からのエアーを、共通の入口ポートＩＮから大流量３方電磁弁５Ａまたは小流量３方電磁弁５Ｂを介して共通の出口ポートＯＵＴを経由してエアーシリンダー３のシリンダー３１に供給すると共に、シリンダー２１内のエアーを、共通の出口ポートＯＵＴから大流量３方電磁弁５Ａまたは小流量３方電磁弁５Ｂを介して共通の排気ポートＥＸＨを経由して大気中に排気する。
【００２７】
図３は、遮断弁制御システムの電気的構成を示すブロック図である。遮断弁制御システムは、電磁弁５、圧力センサー６、マイコン７、ポテンショメータ８及びディスプレイ１２が電源１０に接続されている。圧力センサー６は、エアーシリンダー３の送入口３６側のシリンダー内圧を検出し、検出信号をマイコン７に供給する。ポテンショメータ８は、弁軸１ｂの回転位置を検出し、検出信号をマイコン７に供給する。マイコン７は、電磁弁５のソレノイドの通電制御を行うと共に、圧力センサー６およびポテンショメータ８の検出信号を演算処理してシステムの正常／故障を判定し、判定信号を外部出力部９より出力する。
【００２８】
本発明は、上述の構成の遮断弁制御システムにおいて、設定時の作動テストにおいて、電磁弁５からエアーを供給し遮断弁１を弁閉から弁開方向へ作動させ、そのときのエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化（以下、圧力特性という）を観測することによってシステムの各部（電磁弁５、エアーシリンダー３及び遮断弁１）の故障を予知するものである。
【００２９】
以下、故障の予知方法について説明するが、その前に遮断弁制御システムの通常動作について説明する。
【００３０】
まず、エアーシリンダー３の切り換え用電磁弁５は、１つのボデーに３方弁となる弁が２つ（大流量３方電磁弁５Ａと小流量３方電磁弁５Ｂ）内蔵されている。そこで、通常は、大流量３方電磁弁５Ａを使用する。この時、小流量３方電磁弁５Ｂは、停電状態になるように制御され、３つのポート全てが閉となるオールポートブロック状態になっている。大流量３方電磁弁５Ａと小流量３方電磁弁５Ｂは、一方の電磁弁が通電している時は他方の電磁弁が停電状態になるようにマイコン７の制御により電気的にインターロックされているため、両方が同時に通電状態になることはない。
【００３１】
大流量３方電磁弁５ＡのソレノイドＡが停電状態で、ソレノイドＢに通電すると、エアー供給源１１からのエアーは、電磁弁５の共通の入口ポートＩＮから大流量３方電磁弁５Ａを介して共通の出口ポートＯＵＴを経由して送入口３６よりシリンダー３１に供給されて、ピストン３４が左方向に摺動し、遮断弁１は全開状態となる。それにより、ソレノイドＢへの通電中、パイプラインの運転が可能となる。なお、大流量３方電磁弁５Ａにおいて、１つのソレノイドに通電中は他のソレノイドに通電されないようにマイコン７の制御により電気的にインターロックされている。
【００３２】
次に、プラント設備の異常検出信号または図示しない緊急遮断スイッチの操作信号に基づいてマイコン７がソレノイドＡに通電すると、シリンダー３１内のエアーは、電磁弁５の出口ポートＯＵＴから大流量３方電磁弁５Ａを経由して共通の排気ポートＥＸＨから大気に排気され、バネ荷重によってピストン３４が左から右方向に摺動し、弁軸１ａが９０度回転して、遮断弁１は全閉状態となる。それにより、ソレノイドＡへの通電中、パイプラインは緊急遮断される。
【００３３】
なお、上記の動作では、ソレノイドＡまたはＢのどちらかが常に通電されるように制御されているが、他の実施例として、ソレノイドＡが停電状態のままで、ソレノイドＢに通電して全開になった後にソレノイドＢも停電すると、大流量３方電磁弁５Ａはオールポートブロック状態になり、遮断弁１は全開状態を保持し、ソレノイドＢが停電状態のまま、ソレノイドＡに通電して全閉になった後にソレノイドＡも停電すると、オールポートブロック状態になり、遮断弁１は全閉状態を保持するので、このように、全開状態時または全閉状態時になった時にソレノイドＡおよびＢの両方を停電状態に制御することにより、電力消費を軽減することもできる。
【００３４】
次に、故障の予知を含む設定時の作動テスト時の動作について説明する。作動テスト時は、小流量３方電磁弁５Ｂを使用する。
【００３５】
パイプラインへの設置の際の設定時、遮断弁１が全閉状態にある時、図示しない作動テストスイッチの操作信号に基づいて、マイコン７が小流量３方電磁弁５ＢのソレノイドＣに通電すると、大流量３方電磁弁５Ａは、停電状態になるように制御され、３つのポート全てが閉となるオールポートブロック状態になる。そして、エアー供給源１１からのエアーは、電磁弁５の共通の入口ポートＩＮから小流量３方電磁弁５Ｂを経由して、共通の出口ポートＥＸＨから送入口３６よりシリンダー３１内に供給される。それにより、ピストン３４は、バネ荷重に打ち勝って右から左方向に摺動し、遮断弁１は全閉状態から開方向へ移動する。
【００３６】
このとき、ソレノイドＣへの通電は、遮断弁１が全閉状態から全開状態まで作動した時に停止し、それと同時に、ソレノイドＤに通電する。
【００３７】
ソレノイドＤに通電すると、シリンダー３１内のエアーは、送入口３６、電磁弁５の出口ポートＯＵＴ、小流量３方電磁弁５Ｂを経由して共通の排気ポートＥＸＨから大気に排気される。それにより、ピストン３４は、バネ荷重によって左から右方向に摺動し、弁軸１ａが９０度回転して、遮断弁１は全閉状態に戻る。なお、小流量３方電磁弁５Ｂにおいて、１つのソレノイドに通電中は他のソレノイドに通電されないようにマイコン７の制御により電気的にインターロックされている。
【００３８】
このように、設定時の作動テストの際には、遮断弁１を全閉状態から全開状態まで作動させた時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化（以下、圧力特性という）を圧力センサー６の検出信号に基づいて測定し、測定した圧力特性の推移に基づいて故障判定を行う。具体的には、作動テスト時に実測した圧力特性を、マイコン７のメモリに予め記憶してある初期の正常作動時の圧力特性（後述する図４における曲線Ａ）および故障予知境界の圧力特性（後述する図４における故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）と比較し、その比較結果により故障判定を行うものである。
【００３９】
初期の正常作動時の圧力特性（図５における曲線Ａ）および故障予知境界の圧力特性（図５における故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）については、次のように求められる。
【００４０】
シリンダー内圧の変化に伴うエアーシリンダー３の動作を説明すると、遮断弁１が全閉状態から全開状態に移行する際には、送入口３６よりエアーが供給されることによる供給圧力によって、ピストン３４の直径をＤとすると、ピストン３４の受圧面積ＡｃはπＤ2／４となり、発生する力は、受圧面積Ａｃ×シリンダー内圧Ｐとなる。一方、バネ定数ｋを持つコイルバネ３５が変位ｘだけ移動してたわむと、バネ荷重はｋｘとなる。
【００４１】
そこで、ピストンの質量、始動抵抗（摩擦抵抗）、変位、速度および加速度を、それぞれをｍ、Ｃ、ｘ′、ｘ′′とすれば、（ｍｘ′′＋Ｃｘ′＋ｋｘ）＜（Ｐ×Ａｃ）になった時に、ピストン３４は右側から左側へ移動し、その時連結されている遮断弁１のボール状弁体１ａが開方向に回転する。シリンダー３１のピストン３４の変位ｘが最大移動距離だけ左側へ移動すると、遮断弁１のボール状弁体１ａは、開方向に９０度回転して全開状態となる。
【００４２】
次に、遮断弁１が全開状態から全閉状態に戻る際には、遮断弁１が全開の状態から、シリンダー３１内のエアーは、小流量３方電磁弁５Ｂを経由して大気に放出される。ｋｘ＞｛（Ｐ×Ａｃ）＋ｍｘ′′＋Ｃｘ′｝になった時に、ピストン３４は左側から右側へ移動し、その時連結されている遮断弁１のボール状弁体１ａが閉方向に回転する。シリンダー３１のピストン３４の変位ｘが最大移動距離だけ右側へ移動すると、遮断弁１のボール状弁体１ａは、閉方向に９０度回転して全閉状態となる。
【００４３】
このように、小流量３方電磁弁５Ｂを用いた際の遮断弁１の全閉状態から全開状態になるまでのフルストローク作動確認試験を、プラント設備のパイプラインに遮断弁制御システムを設置した試運転の際に実施して、その時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化を実測することで、設定時の初期の正常作動時の圧力特性としてマイコン７のメモリ（記憶手段）に予め記憶する。
【００４４】
マイコン７は、下記の３つの計算式、すなわち運動方程式、状態方程式および熱エネルギー方程式を用いて実測値に近似するように、計算式における各パラメータの数値を変化させて、何度も繰り返し計算させて一致させたパラメータをデータとして記憶させる機能を持つ。
【００４５】
（運動方程式） ｍｘ′′＋Ｃｘ′＋Ｐ×Ａｃ＝ｋｘ・・・（１）
ただし、ｍ：エアーシリンダー３のピストン質量、Ｃ：エアーシリンダー３の始動抵抗、ｘ：エアーシリンダー３の変位、ｘ′：エアーシリンダー３の速度、ｘ′′：エアーシリンダー３の加速度、Ｐ：エアーシリンダー３のシリンダー内圧、Ａｃ：エアーシリンダー３のシリンダー受圧面積である。
【００４６】
（状態方程式） ｄＰ／ｄｔ＝（Ｒθａ／Ｖｃ）Ｇ−（Ｐ／Ｖｃ）（ｄＶ／ｄｔ）＋（ＷＲ／Ｖｃ）（ｄθｃ／ｄｔ）・・・（２）
ただし、Ｒ：空気のガス定数、θａ：エアーシリンダー３のシリンダー内壁温度（シリンダー外周の周囲温度と同一とする）、Ｖｃ：エアーシリンダー３のシリンダー体積、Ｇ：空気の質量流量、Ｗ：空気のガス質量、θｃ：エアーシリンダー３のシリンダー内空気温度である。なお、θａは、図示しない温度センサからの温度検出信号に基づいて、マイコン７で計測される。また、θｃは、シリンダー体積およびシリンダー内圧とボイル−シャルルの法則から計算により求められる。
Ｇ＝ｋｇ・Ｑｎ・・・（３）
ただし、ｋｇ：係数、Ｑｎ：空気の体積流量（標準状態）である。体積流量Ｑｎは以下の放出流量の式で求められる。
（放出流量の式） （Ｐａ／Ｐ）＜０．５２８の時、Ｑｎ＝１１．１ＳｅＰｃ√（θｏ／θｃ）・・・（４）
ただし、Ｐａ：大気圧力、Ｓｅ：小流量３方電磁弁５Ｂの有効断面積、θｏ：標準状態空気温度（２７３°Ｋ）である。
（Ｐａ／Ｐ）≧０．５２８の時、Ｑｎ＝２２．２Ｓｅ√Ｐａ（Ｐ−Ｐａ）√（θｏ／θｃ）・・・（５）
【００４７】
（熱エネルギー方程式） ｄθｃ／ｄｔ＝（Ｒθｃ／ＣｖＷ）Ｇ＋（ｈＳｈ／ＣｖＷ）（θａ−θｃ）・・・（６）
ただし、Ｃｖ：空気の定積比熱、ｈ：シリンダー内壁と空気との熱伝達率、Ｓｈ：シリンダー内壁表面積である。
【００４８】
故障診断は、最終的にはシリンダー内圧変化（圧力特性）の実測値に合うように計算した各パラメータを当てはめた上記の状態方程式（２）によって求めた圧力（シリンダー内圧）−時間の特性で判定する。状態方程式（２）のみではシリンダー内圧変化による温度変化を考慮していないので、熱エネルギー方程式（６）を使用して温度補正する。作動テストスイッチの操作時点から遮断弁１が実際に作動を開始するところまでと、遮断弁１の全閉からシリンダー内圧０ＭＰａに至るまでは、運動方程式の変位ｘ＝０のため、状態方程式（２）と熱エネルギー方程式（６）のみが適用される。
【００４９】
計算した各パラメータを当てはめた上記状態方程式（２）をグラフに表すと、設定時の初期の正常作動時の圧力特性は、図４の曲線Ａで示される。この曲線Ａは、設定時の初期の正常作動時の圧力特性としてマイコン７のメモリに予め記憶される。
【００５０】
曲線Ａにおいて、時点ｔ１は、作動テストスイッチがオンとされ小流量電磁弁５ｂに通電され、小流量電磁弁５Ｂが作動を開始した時点、時点ｔ２は、エアーシリンダー３の作動開始時点、時点ｔ３は、遮断弁１の作動開始時点、時点ｔ４は、遮断弁１が全開状態になった時点を示す。
【００５１】
時点ｔ１では、小流量電磁弁５ｂの作動開始により、エアーが単位時間当たり一定量となるようにシリンダー３１へ供給され始めるが、ピストン３４は始動抵抗等の影響によりまだ移動を開始しないので、シリンダー内圧は、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間Ｔ１においては、小流量３方電磁弁５Ｂからのエアーの一定供給のみに依存して圧力ゼロ（大気圧）から直線的に次第に増大する。
【００５２】
時点ｔ２では、ピストン３４が作動を開始して右側から左方向への移動し、遮断弁１が開方向に作動する。ピストン３４が動き始めると、エアーが供給されるシリンダー３１の内部空間が広がるため、シリンダー内圧は、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間Ｔ２においては、期間Ｔ１よりも圧力変化の傾斜が緩やかとなり直線的に次第に増大する。
【００５３】
時点ｔ３では、遮断弁１が作動を開始して全閉状態から開方向へ作動する。遮断弁１が動き始めると、その作動抵抗のため、シリンダー内圧は、時点ｔ３から時点ｔ４までの期間Ｔ３においては、期間Ｔ２よりも圧力変化の傾斜が急になるが期間Ｔ１よりも緩やかとなって直線的に次第に増大する。
【００５４】
したがって、実線Ａで示される正常作動時のシリンダー内圧の圧力特性は、時点ｔ１から時点ｔ４まで各時点で折れ曲がる折れ線グラフのような特性を呈する。また、圧力特性が折れ曲がる時点（時点ｔ２，ｔ３）は、その前後の期間における圧力特性の勾配の変化点として捕らえることができる。
【００５５】
一方、小流量電磁弁５Ｂが故障している場合は、小流量電磁弁５Ｂの作動が遅くなったりしてエアー供給源１からのエアーの供給は正常作動時よりも少なくなるため、期間Ｔ１におけるシリンダー内圧は、一般的に正常作動時よりも低くなることが予想される。そこで、期間Ｔ１では、正常作動時の曲線Ａに対して、曲線Ａより圧力が低くなる一定の許容値を定め、点線で示される故障予知境界線Ｂ１として設定する。
【００５６】
また、エアーシリンダー３が故障している場合は、エアーシリンダー３のピストン３４、３３のパッキンの経時的劣化による固着や摺動抵抗の増加等が予想されるため、期間Ｔ２におけるシリンダー内圧は、一般的に正常作動時よりも高くなることが予想される。そこで、期間Ｔ２では、正常作動時の曲線Ａに対して、曲線Ａより圧力が高くなる一定の許容値を定め、点線で示される故障予知境界線Ｂ２として設定する。
【００５７】
また、遮断弁１が故障している場合は、シートパッキン１ｃやグランドパッキン１ｄのの経時的劣化による作動抵抗の増加等が予想されるため、期間Ｔ３におけるシリンダー内圧は、一般的に正常作動時よりも高くなることが予想される。そこで、期間Ｔ３では、正常作動時の曲線Ａに対して、曲線Ａより圧力が高くなる一定の許容値を定め、点線で示される故障予知境界線Ｂ３として設定する。
【００５８】
そこで、期間Ｔ１〜Ｔ３において設定した故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性を同様にマイコン７のメモリに予め記憶する。そして、正常作動時の曲線Ａで示される圧力特性と故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性の間の範囲を正常作動領域とし、正常作動時の圧力特性と故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性の間の範囲外にある場合は、危険作動領域とする。
【００５９】
例えば、図４では、期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３においてそれぞれハッチングで示される領域ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３が危険作動領域とされる。シリンダー内圧の実測値が、期間Ｔ１において危険作動領域ＤＡ１にあれば、電磁弁の作動が遅くなり異常であることを表しており、期間Ｔ２において危険作動領域ＤＡ２にあれば、エアーシリンダー３の固着あるいは作動が遅くなっていることによる異常であることを表しており、期間Ｔ３において危険作動領域ＤＡ３にあれば、遮断弁１（主に、シートパッキン１ｃやグランドパッキン１ｄ部分）の固着あるいは作動が作動が遅くなっていることによる異常であることを表している。
【００６０】
以上のようにして、遮断弁制御システムの設定時に、正常作動時の曲線Ａで示される圧力特性および故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性をマイコン７のメモリに予め記憶しておく。
【００６１】
次に、遮断弁制御システムをプラント設備に設置した際、遮断弁制御システムの設定時の作動テストを実施し、遮断弁１を全閉状態から全開状態まで遷移させる作動確認試験を行い、その時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の圧力値を圧力センサー６の検出信号に基づいて実測し、測定した圧力特性をマイコン７のメモリに記憶する。
【００６２】
次に、実測した圧力特性と、予めマイコン７のメモリに記憶されている初期の正常作動時の曲線Ａ及び故障予知境界の曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３とをマイコン７で比較し、故障の有無の判定を行う。判定結果は、正常と異常の２段階に区分する。
【００６３】
実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の正常作動領域内にあれば、正常と判定する。正常と判定された場合は、遮断弁制御システムは、その時点より、例えば１年後まで使用可とする。
【００６４】
一方、実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の範囲外の危険作動領域にあれば、異常と判定する。異常と判定された場合は、電磁弁５、エアーシリンダー３や遮断弁１のメンテナンスまたは部品、新品交換要とする。
【００６５】
なお、判定結果は、マイコン７から外部出力部９より、例えばＤＣ４〜２０ｍＡの電気信号で外部出力できる。また、ディスプレイ１２に正常作動時の曲線Ａと、故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３と実測の圧力特性とを表示させて、正常／異常の判定結果と共に視認できるようにする。ディスプレイ１２の表示より、圧力特性の実測値が曲線Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することにより、故障の予知が可能となる。
【００６６】
次に、上述した故障診断の手順について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。まず、正常作動時のシリンダ内圧の圧力特性を測定するために、標準の遮断弁制御システムをプラント設備のパイプラインに設置する（ステップＳ１）。次に、プラント設備の試運転時に、小流量３方電磁弁５Ｂを用いた際の遮断弁１の全閉状態から全開状態になるまでのフルストローク作動確認試験を実施し、その時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化を実測し、上記の各方程式に基づいて、初期の正常作動時の圧力特性（図４の曲線Ａ）と、この圧力特性に許容値を加えて設定した故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３をマイコン７のメモリに記憶する（ステップＳ２）。
【００６７】
次に、上記標準の遮断弁制御システムで測定した初期の正常作動時の圧力特性（図４の曲線Ａ）と故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３をマイコン７のメモリに予め記憶させた、顧客に納品する遮断弁制御システムを、顧客のプラント設備のパイプラインに設置し、設定時の作動テストのための作動確認試験を実施し、エアーシリンダー３のシリンダー内圧の圧力特性を実測する（ステップＳ３）。次に、マイコン７のメモリに予め記憶されている圧力特性（図４の曲線Ａおよび故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３と、実測した圧力特性を比較し、２段階（正常および異常）の判定をマイコン７により行う（ステップＳ４）。
【００６８】
次に、ステップＳ４の判定の結果、実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の正常作動領域にあれば、正常と判定する（ステップＳ５）。正常と判定された場合は、遮断弁制御システムは、正常作動製品なので、例えば１年後まで使用可とする。
【００６９】
一方、ステップＳ４の判定の結果、実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の範囲外の危険作動領域にあれば、異常と判定する。（ステップＳ６）。この時、
ディスプレイ１２の表示より、圧力特性の実測値が危険作動領域にどのようにかつどの辺に位置しているかを視認することにより、故障の予知が可能となる。異常と判定された場合は、エアーシリンダー３、遮断弁１、小流量３方電磁弁５Ｂ等のメンテナンスまたは部品、新品交換要とする。
【００７０】
例えば、図４において、期間Ｔ１における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ１にあると判定された場合は、電磁弁５の故障と判定し、また、圧力特性の実測値が危険表示領域ＤＡ１のどの辺に表示されているかによって電磁弁５の異常程度を予知することができる。同様に、期間Ｔ２における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ２にあると判定された場合は、エアーシリンダー３の故障と判定し、また、圧力特性の実測値が危険表示領域ＤＡ２のどの辺に表示されているかによってエアーシリンダー３の異常程度を予知することができ、期間Ｔ３における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ３にあると判定された場合は、遮断弁１の故障と判定し、また、圧力特性の実測値が危険表示領域ＤＡ３のどの辺に表示されているかによって遮断弁１の異常程度を予知することができる。遮断弁１における異常（故障）は、主に、シートパッキン１ｃやグランドパッキン１ｄ部分の劣化に依存することが多いので、これらの部品の交換を行う必要がある。
【００７１】
また、例えば図５に示されるように、期間Ｔ３における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ３に表示された場合でも、１点鎖線でしめされる曲線Ａ′のように、危険作動領域ＤＡ３において曲線Ａとほぼ平行になるように表示された場合は、遮断弁１は正常であり、エアーシリンダー３の故障と予知することができる。これは、期間Ｔ３における実測値の圧力変化が、正常作動時の圧力特性と同じ圧力変化であるならば、遮断弁１は正常に作動していると判断できるからである。このような予知は、期間Ｔ２でも同様に行うことができ、期間Ｔ２における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ２に表示された場合でも、危険作動領域ＤＡ２において曲線Ａとほぼ平行になるように表示された場合は、エアーシリンダー３が正常、小流量電磁弁５の異常と判定することができる。
【００７２】
ステップＳ６で異常と判定された場合は、次に、メンテナンスまたは故障部品の交換等の処置を実施し（ステップＳ７）、次いで、メンテナンスまたは故障部品の交換等の実施後の遮断弁制御システムの試運転を実施する（ステップＳ８）。次に、ステップＳ３と同様の作業を実施し、それに基づき、初期の正常作動時の圧力特性（曲線Ａ）を再記憶（ステップＳ３で記憶した曲線Ａの更新）を行い（ステップＳ９）、次いでステップＳ４に戻る。
【００７３】
以上の通り、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００７４】
例えば、他の実施形態として、ディスプレイ１２の表示において、期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３における表示が、それぞれ異なる色で表示されるように色分けし、視認し易くなるようにしても良い。
【００７５】
また、上述の一実施形態では、電磁弁５は、大流量３方電磁弁５Ａおよび小流量３方電磁弁５Ｂを内蔵しているが、これに代えて、他の実施形態として大流量４方電磁弁および小流量４方電磁弁を内蔵した構成としても良い。また、電磁弁５は、通電時点からエアー供給源１１からのエアーをエアーシリンダー３に供給するタイプのものとして説明したが、これに代えて停電時点から供給するタイプとしても良い。
【００７６】
図７は、電磁弁５が大流量４方電磁弁および小流量４方電磁弁を内蔵した構成を有する他の一実施形態を示す構成図である。図７において、エアーシリンダー３の切り換え用電磁弁５は、１つのボデー内に４方弁となる電磁弁が２つ内蔵されており、使い方によって出口ポートＯＵＴ１または出口ポートＯＵＴ２のどちらかをプラグして３方弁として使用することができる。大流量４方電磁弁５Ｃおよび小流量４方電磁弁５Ｄのそれぞれの入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴ１、出口ポートＯＵＴ２、排気ポートＥ１および排気ポートＥ２は互いに接続され、ボデーにそれぞれ１つずつ設けられた共通の入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２および排気ポートＥ１，Ｅ２とされている。通常は大流量３方電磁弁５Ｃを使用する。この時、小流量４方電磁弁５Ｄは停電状態になるように制御され、５つのポート全てが閉となるオールポートブロック状態になっている。大流量４方電磁弁５Ｃと小流量４方電磁弁５Ｄは、一方の電磁弁が通電している時は他方の電磁弁が停電状態になるようにインターロックされているため、両方が同時に通電状態になることはない。
【００７７】
出口ポートＯＵＴ１をプラグして使用する場合を例にすると、大流量４方電磁弁５ＣのソレノイドＡが停電状態で、ソレノイドＢに通電すると、エアーは、ＩＮポートから出口ポートＯＵＴ２を経由してエアーシリンダー３のシリンダー３１に供給され、それにより、遮断弁１は全開状態となる。大流量４方電磁弁５Ｃにおいて、１つのソレノイドに通電中は他のソレノイドに通電されないようにインターロックされている。ソレノイドＡが停電状態のままソレノイドＢを停電すると、大流量４方電磁弁５Ｃはオールポートブロック状態になり、遮断弁は全開状態を保持する。
【００７８】
次に、プラント設備の異常検出信号または図示しない緊急遮断スイッチの操作信号に基づいてマイコン７がソレノイドＡに通電すると、エアーは、ＩＮポートから出口ポートＯＵＴ１に流れようとするが、プラグされているため止まる。一方、エアーシリンダー３１内のエアーは、大流量４方電磁弁５Ｃの出口ポートＯＵＴ２を経由してＥ２ポートから大気に排気されて、遮断弁１はバネ荷重によって全閉状態となる。それにより、ソレノイドＡへの通電中、パイプラインは緊急遮断される。なお、故障診断時に使用される小流量４方電磁弁５Ｄの作動も同様である。
【００７９】
また、上述の一実施形態および他の実施形態では、遮断弁１の全開状態または全閉状態において、対応する大流量３方電磁弁５Ａまたは大流量４方電磁弁５ＣのソレノイドＡ、Ｂのどちらかが通電されたままとなっているが、これに代えて遮断弁１が全開状態または全閉状態になった後、ソレノイドＡ，Ｂの両方を停電状態にするように制御しても良い。この場合、大流量３方電磁弁５Ａまたは大流量４方電磁弁５Ｃはオールポートブロック状態となるため、電力消費を軽減して、遮断弁１の全開状態または全閉状態を保持することができる。また、オールポートブロック状態を利用すれば、遮断弁１は任意の弁開度で停止保持できる。この作動は、小流量３方電磁弁５Ｂまたは小流量４方電磁弁５Ｄでも同様であるので、作動確認試験による作動テスト時に故障して元の全開に戻したくても作動しない場合に、その位置で保持するのに役立つ。
【００８０】
また、上述の一実施形態では、故障／異常の判定を実測の圧力特性と曲線Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の圧力特性とを比較して行っているが、これに代えて、作動後の任意の時点における実測の圧力値と、その時点における曲線Ａの圧力値Ｐ１と、曲線Ｂ１またはＢ２またはＢ３の圧力値Ｐ２とを比較し、実測の圧力値がＰ１とＰ２の間の範囲内にあれば正常、Ｐ１とＰ２の間の範囲外にあれば異常と判定するようにしても良い。
【００８１】
また、上述の一実施形態では、図４及び図５のハッチング部分を危険作動領域としているが、正常作動領域以外であってハッチングされていない領域も危険作動領域としても良い。
【００８２】
また、プラント設備のパイプラインへの設置後に作動テストを行って遮断弁制御システムの故障診断を行っているが、設置前にシステムの故障診断を行っても良い。
【００８３】
また、上述の一実施形態では、圧力特性における各部品の作動開始の時点は、期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の区切りとなり、圧力特性が折れ曲がる時点（時点ｔ２，ｔ３）は、その前後の期間における圧力特性の勾配の変化点として検出できるが、他の実施形態として、圧力特性のみでは明確には捕らえづらい場合は、ポテンショメータ８の検出信号を併用して検出しても良い。
【００８４】
また、上述の一実施形態では、エアシリンダー３のシリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性とによって正常／異常の判定を行っているが、他の実施形態として、各期間の正常作動時の圧力特性の勾配と、対応する期間の実測の圧力特性の勾配とを比較し、実測の圧力特性の勾配が、正常作動時の圧力特性の勾配より予め定めた勾配しきい値を超えなければ正常、予め定めた勾配しきい値以上異なっている場合は、異常と判定しても良い。例えば、期間Ｔ３における実測の圧力特性の勾配が、正常作動時の圧力特性の勾配と等しければ正常と判定し、勾配しきい値以上に異なっていた場合は、遮断弁１の異常と判定することができる。
【００８５】
また、上述の一実施形態では、エアシリンダー３のシリンダー内圧の圧力特性を監視することによって故障診断を行っているが、本発明の他の実施形態として、ポテンショメータ８の検出電圧信号の推移を表す変位特性のみを監視することによって故障診断を行うように構成することができる。ポテンショメータ８は、ポジショナーまたはロータリーエンコーダに代えても良い。
【００８６】
この場合は、例えば図８に示すように、標準の遮断弁制御システムを設置したプラント設備の試運転時に作動確認試験を実施し、そのときのポテンショメータ８の検出電圧信号の時間的変化を実測することで、初期の正常作動時の変位特性Ｃとしてマイコン７のメモリに予め記憶する。変位特性Ｃは、小流量電磁弁５Ｂの作動開始時点ｔ１からエアーシリンダー３の作動開始時点ｔ２まで（期間Ｔ１′）は検出電圧がゼロ、時点ｔ２から遮断弁１の全閉から開方向への作動開始時点ｔ３まで（期間Ｔ２′）はある傾きで直線的に検出電圧が上昇し、時点ｔ３から全開状態となる時点ｔ４まで（期間Ｔ３′）は、期間Ｔ２′より緩やかな傾きで直線的に検出電圧が上昇して最大電圧（Ｖｍａｘ）になるように変化し、この検出電圧の変化が電磁弁の作動開始から遮断弁１が全開状態に達するまでの位置の変位（弁軸１ｂの回転位置の変位）を表している。期間ｔ２′においてポテンショメータ８は弁軸１ｂの回転位置を検出した検出電圧信号を出力するが、この期間Ｔ２′は、弁軸１ｂは回転していても、機械的な遊びのために弁体１ａにはまだ弁軸１ｂの回転が伝達されていない期間である。
【００８７】
また、正常作動時の変位特性Ｃの電圧値から予め定めたしきい値だけ傾きが減少した、点線で示される故障予知境界の変位特性Ｄ１、Ｄ２を設定し、マイコン７のメモリに予め記憶する。
【００８８】
作動テスト時には、実測したポテンショメータ８の変位特性が、曲線Ｃと曲線Ｄ１、Ｄ２の間の範囲内にある場合は正常と判定し、範囲外すなわち曲線Ｄ１、Ｄ２と電圧ゼロの間の範囲内にある場合は異常と判定することができる。そして、期間Ｔ２′において異常と判定された場合はエアーシリンダー３の異常、期間Ｔ３′において異常と判定された場合は遮断弁１の異常と判定することができる。また、ディスプレイ１２に、ポテンショメータ８の検出電圧信号の実測値と、正常作動時の変位特性Ｃと、故障予知境界線Ｄ１、Ｄ２とを表示させて、正常／異常の判定結果と共に視認できるようにする。ディスプレイ１２の表示より、圧力特性の実測値が曲線Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することにより、故障の予知が可能となる。
【００８９】
また、上述の他の実施の形態では、故障／異常の判定を実測の変位特性と曲線Ｃ、Ｄ１、Ｄ２の変位特性とを比較して行っているが、これに代えて、期間Ｔ２′〜Ｔ３′における任意の時点における実測のポテンショメータ８の検出電圧と、その時点における曲線Ｃの電圧値Ｖ１と、曲線Ｄ１またはＤ２の電圧値Ｖ２とを比較し、実測の電圧値が、Ｖ１とＶ２の間の範囲内にあれば正常、Ｖ１またはＶ２以下であれば異常と判定するようにしても良い。
【００９０】
なお、ポテンショメータ８による正常作動時の変位特性が直線にならない場合は、危険予知境界の変位特性Ｄ１、Ｄ２は、正常作動時の変位特性の電圧値から所定の許容値だけ低い電圧値で描かれる特性としても良い。
【符号の説明】
【００９１】
１ 遮断弁
３ エアーシリンダー（制御手段の一部）
５ 電磁弁（制御手段の一部）
５Ａ 大流量３方電磁弁
５Ｂ 小流量３方電磁弁
６ 圧力センサー
７ マイコン（判定手段、記憶手段）
８ ポテンショメータ（変位検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断弁制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラント設備における石油やガス等のパイプラインには、設備に異常が発生した場合にラインを緊急遮断するために、ボールバルブ等からなる遮断弁が設けられている。遮断弁は、プラント設備への設置後、１年に１回程度の頻度でシャットダウン（全開から全閉）のフルストローク作動テストを実施して故障の有無を確認していた。
【０００３】
しかし、遮断弁を全閉することは、プラントを停止することになり通常運転に支障を来すことになるため、通常運転中には遮断弁の作動テストを実行することができなかった。そこで、出願人は、プラントを停止することなく通常運転中に遮断弁の作動テストを実行して故障の有無を診断、予知できる遮断弁制御システムを開発している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０９２１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、設置後の遮断弁制御システムの故障診断を行う技術については、既に開発されているが、プラント設備のパイプライン等へ緊急遮断弁を設置する際にも故障診断を行う必要があることが考えられており、この場合の故障診断技術についても開発することが要求されている。
【０００６】
すなわち、プラント設備のパイプライン等へ設置した際、遮断弁及び制御システムからなる遮断弁制御システムは種々の設定を行うが、この設定時に正常に作動するか否かを調べる作動テストを実施して、システムの各構成部品の故障の有無を診断する必要がある。
【０００７】
本発明は、設定時の作動テストにより、システムの構成部品等の故障を的確に診断、予知できる遮断弁制御システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、前記シリンダー（３１）の内圧を検出する圧力センサー（６）と、前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサー（６）で実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段（７）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の遮断弁制御システムにおいて、前記判定手段（７）は、前記電磁弁（５）への通電時点または停電時点から前記エアーシリンダー（３）の作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記電磁弁（５）の正常／異常を判定し、前記エアーシリンダー（３）の作動開始時点から前記遮断弁（１）の作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記エアーシリンダー（３）の正常／異常を判定し、前記遮断弁（１）の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性に基づいて前記遮断弁（１）の正常／異常を判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の遮断弁制御システムにおいて、前記判定手段（７）は、前記遮断弁（１）の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性が、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にあって、その圧力特性の傾きが、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記正常作動時の圧力特性の傾きと等しい場合は、前記遮断弁が正常かつ前記エアーシリンダーが異常と判定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、前記シリンダー（３１）の内圧を検出する圧力センサー（６）と、制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサー（６）で実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段（７）と、ディスプレイ（１２）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、前記ディスプレイ（１２）は、前記実測の圧力特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性を表示することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムにおいて、前記遮断弁（１）の弁軸の変位を検出する変位検出手段（８）と、前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段（８）で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段（７）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、遮断弁（１）と、該遮断弁（１）の弁軸（１ｂ）を回転制御するエアーシリンダー（３）および該エアーシリンダー（３）のシリンダー（３１）にエア供給源（１１）からのエアーの供給および排気を行う電磁弁（５）を有し、前記遮断弁（１）の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムにおいて、前記遮断弁（１）の弁軸の変位を検出する変位検出手段（８）と、前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダー（３）の前記シリンダー（３１）に前記エア供給源（１１）からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段（８）で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段（７）と、システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段（７）と、ディスプレイ（１２）とを備え、前記判定手段（７）は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記故障予知境界の変位特性と前記故障時の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、前記ディスプレイ（１２）は、前記実測の変位特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性を表示することを特徴とする。
【００１４】
なお、上述の課題を解決するための手段の説明におけるかっこ書きの参照符号は、以下の発明を実施するため形態の説明における構成要素の参照符号に対応しているが、これらは、特許請求の範囲の解釈を限定するものではない。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給を行った場合に圧力センサーで実測したシリンダー内圧の圧力特性が正常作動時の圧力特性と故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定するので、プラント設備のパイプライン等に設置する際に作動確認試験を行い、システムの故障／異常を判定することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、判定手段は、電磁弁への通電時点または停電時点からエアーシリンダーの作動開始時点までの実測の圧力特性に基づいて電磁弁の正常／異常を判定し、エアーシリンダーの作動開始時点から遮断弁の作動開始時点までの実測の圧力特性に基づいてエアーシリンダー（３）の正常／異常を判定し、遮断弁の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性に基づいて遮断弁の正常／異常を判定するので、システムの構成要素（電磁弁、エアーシリンダー、遮断弁）別の正常／異常を判定することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、判定手段は、遮断弁の作動開始時点以降の実測の圧力特性が、正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にあって、その圧力特性の傾きが、遮断弁の作動開始時点以降の正常作動時の圧力特性の傾きと等しい場合は、遮断弁が正常かつエアーシリンダーが異常と判定するので、システムの構成要素の遮断弁の正常、エアーシリンダーの異常を判定することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明によれば、ディスプレイは、実測の圧力特性、システムの初期の正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性を表示するので、圧力特性の実測値が正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することができ、より詳細な故障の予知が可能となる。
【００１９】
請求項５記載の発明によれば、エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給を行った場合に変位検出手段で検出した実測の変位特性が正常作動時の変位特性と故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、正常作動時の変位特性と故障予知境界の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定するので、システムの故障／異常を判定することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、ディスプレイは、実測の変位特性、システムの初期の正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性を表示するので、変位特性の実測値が正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することができ、より詳細な故障の予知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の遮断弁制御システムの一実施形態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は部分断面図である。
【図２】発明の遮断弁制御システムの一実施形態におけるエアーシリンダーと電磁弁の構成を示す構成図である。
【図３】発明の遮断弁制御システムの一実施形態における電気的構成を示すブロック図である。
【図４】発明の遮断弁制御システムの一実施形態におけるエアーシリンダーの内圧の圧力特性を示すグラフである。
【図５】図４のグラフの一部拡大図である。
【図６】発明の遮断弁制御システムの一実施形態における故障診断の手順を説明するフローチャートである。
【図７】発明の遮断弁制御システムの他の実施形態におけるエアーシリンダーと電磁弁の構成を示す構成図である。
【図８】発明の遮断弁制御システムの他の実施形態におけるポテンショメータの変位特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の遮断弁制御システムの構成を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は部分断面図である。遮断弁制御システムは、遮断弁１と、遮断弁１の上部に固定ヨーク２を介して取り付けられ、遮断弁１の開度を制御するエアーシリンダー３と、エアーシリンダー３の上部に取り付けた屋外型または防爆型構造のポジションボックス４とを備えている。ポジションボックス４には、電磁弁５、圧力センサ−（電子式デジタル圧力計）６、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）７、ポテンショメータ８、電源１０及びディスプレイ１２等が収納されている。エアーシリンダー３と電磁弁５は、請求項における制御手段に相当し、マイコン７は、請求項における判定手段及び記憶手段に相当し、ポテンショメータ８は、請求項における変位検出手段に相当する。
【００２４】
遮断弁１は、例えばボール状の弁体１ａを有するボールバルブからなり、プラント設備のパイプライン等に接続される。弁体１ａには、上方に延びる弁軸１ｂが連結されている。弁体１ａは、弁軸１ｂが９０度回転することによって全開状態（図１（Ｂ）参照）と全閉状態（図示しない）に切り換えられる。弁体１ａの周りは、シートパッキン１ｃでシールされており、弁軸１ｂの周りは、グランドパッキン１ｄでシールされている。
【００２５】
図２に示すように、エアーシリンダー３は、単作動空気式のシリンダー３１内にピストンロッド３２で連結した一対のピストン３３および３４を設けたものである。一方のピストン３３は、シリンダー３１の一端部内に配設したコイルバネ３５の付勢力により、常に閉弁方向（図２における右方向）に向けて摺動するように付勢されている。他方のピストン３４は、シリンダー３１の他端部に設けたエアー送入口３６に接続された電磁弁５の出口ポートＯＵＴから供給されるエアーにより、コイルバネ３５の付勢力に抗して開弁方向（図２における左方向）に向けて摺動するように付勢される。ピストンロッド３２には、このピストンロッド３２の往復運動を回転運動に変換して弁軸１ｂに伝達する伝達機構３７が設けられている。伝達機構３７は、ピストンロッド３２に突設した係合ピン３７ａと、弁軸１ｂの上端部に取り付けられている二股係合片３７ｂとを有し、係合ピン３７ａに二股係合片３７ｂの先端を係合させ、係合ピン３７ａの左右移動により、二股係合片３７ｂが回動し、それにより、弁軸１ｂが９０度回転するようになっている。
【００２６】
電磁弁５は、大流量３方電磁弁５Ａと小流量３方電磁弁５Ｂの２つの３方電磁弁を１つのボデーに内蔵したものである。大流量３方電磁弁５Ａは、弁切り換え用のソレノイドＡおよびＢを有し、弁の有効断面積が大きく、パイプラインで異常が発生した場合に、エアーシリンダー３を急速に閉弁方向に駆動して、遮断弁１を緊急遮断する緊急遮断用のものである。小流量３方電磁弁５Ｂは、弁切り換え用のソレノイドＣおよびＤを有し、弁の有効断面積が大流量３方電磁弁５Ａより小さいものであり、システムの作動テストを行う際に使用される作動テスト用のものである。大流量３方電磁弁５Ａおよび小流量３方電磁弁５Ｂのそれぞれの入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴおよび排気ポートＥＸＨは互いに接続され、ボデーにそれぞれ１つずつ設けられた共通の入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴおよび排気ポートＥＸＨとされている。電磁弁５は、ポジションボックス４の外部にあるエアー供給源１１からのエアーを、共通の入口ポートＩＮから大流量３方電磁弁５Ａまたは小流量３方電磁弁５Ｂを介して共通の出口ポートＯＵＴを経由してエアーシリンダー３のシリンダー３１に供給すると共に、シリンダー２１内のエアーを、共通の出口ポートＯＵＴから大流量３方電磁弁５Ａまたは小流量３方電磁弁５Ｂを介して共通の排気ポートＥＸＨを経由して大気中に排気する。
【００２７】
図３は、遮断弁制御システムの電気的構成を示すブロック図である。遮断弁制御システムは、電磁弁５、圧力センサー６、マイコン７、ポテンショメータ８及びディスプレイ１２が電源１０に接続されている。圧力センサー６は、エアーシリンダー３の送入口３６側のシリンダー内圧を検出し、検出信号をマイコン７に供給する。ポテンショメータ８は、弁軸１ｂの回転位置を検出し、検出信号をマイコン７に供給する。マイコン７は、電磁弁５のソレノイドの通電制御を行うと共に、圧力センサー６およびポテンショメータ８の検出信号を演算処理してシステムの正常／故障を判定し、判定信号を外部出力部９より出力する。
【００２８】
本発明は、上述の構成の遮断弁制御システムにおいて、設定時の作動テストにおいて、電磁弁５からエアーを供給し遮断弁１を弁閉から弁開方向へ作動させ、そのときのエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化（以下、圧力特性という）を観測することによってシステムの各部（電磁弁５、エアーシリンダー３及び遮断弁１）の故障を予知するものである。
【００２９】
以下、故障の予知方法について説明するが、その前に遮断弁制御システムの通常動作について説明する。
【００３０】
まず、エアーシリンダー３の切り換え用電磁弁５は、１つのボデーに３方弁となる弁が２つ（大流量３方電磁弁５Ａと小流量３方電磁弁５Ｂ）内蔵されている。そこで、通常は、大流量３方電磁弁５Ａを使用する。この時、小流量３方電磁弁５Ｂは、停電状態になるように制御され、３つのポート全てが閉となるオールポートブロック状態になっている。大流量３方電磁弁５Ａと小流量３方電磁弁５Ｂは、一方の電磁弁が通電している時は他方の電磁弁が停電状態になるようにマイコン７の制御により電気的にインターロックされているため、両方が同時に通電状態になることはない。
【００３１】
大流量３方電磁弁５ＡのソレノイドＡが停電状態で、ソレノイドＢに通電すると、エアー供給源１１からのエアーは、電磁弁５の共通の入口ポートＩＮから大流量３方電磁弁５Ａを介して共通の出口ポートＯＵＴを経由して送入口３６よりシリンダー３１に供給されて、ピストン３４が左方向に摺動し、遮断弁１は全開状態となる。それにより、ソレノイドＢへの通電中、パイプラインの運転が可能となる。なお、大流量３方電磁弁５Ａにおいて、１つのソレノイドに通電中は他のソレノイドに通電されないようにマイコン７の制御により電気的にインターロックされている。
【００３２】
次に、プラント設備の異常検出信号または図示しない緊急遮断スイッチの操作信号に基づいてマイコン７がソレノイドＡに通電すると、シリンダー３１内のエアーは、電磁弁５の出口ポートＯＵＴから大流量３方電磁弁５Ａを経由して共通の排気ポートＥＸＨから大気に排気され、バネ荷重によってピストン３４が左から右方向に摺動し、弁軸１ａが９０度回転して、遮断弁１は全閉状態となる。それにより、ソレノイドＡへの通電中、パイプラインは緊急遮断される。
【００３３】
なお、上記の動作では、ソレノイドＡまたはＢのどちらかが常に通電されるように制御されているが、他の実施例として、ソレノイドＡが停電状態のままで、ソレノイドＢに通電して全開になった後にソレノイドＢも停電すると、大流量３方電磁弁５Ａはオールポートブロック状態になり、遮断弁１は全開状態を保持し、ソレノイドＢが停電状態のまま、ソレノイドＡに通電して全閉になった後にソレノイドＡも停電すると、オールポートブロック状態になり、遮断弁１は全閉状態を保持するので、このように、全開状態時または全閉状態時になった時にソレノイドＡおよびＢの両方を停電状態に制御することにより、電力消費を軽減することもできる。
【００３４】
次に、故障の予知を含む設定時の作動テスト時の動作について説明する。作動テスト時は、小流量３方電磁弁５Ｂを使用する。
【００３５】
パイプラインへの設置の際の設定時、遮断弁１が全閉状態にある時、図示しない作動テストスイッチの操作信号に基づいて、マイコン７が小流量３方電磁弁５ＢのソレノイドＣに通電すると、大流量３方電磁弁５Ａは、停電状態になるように制御され、３つのポート全てが閉となるオールポートブロック状態になる。そして、エアー供給源１１からのエアーは、電磁弁５の共通の入口ポートＩＮから小流量３方電磁弁５Ｂを経由して、共通の出口ポートＥＸＨから送入口３６よりシリンダー３１内に供給される。それにより、ピストン３４は、バネ荷重に打ち勝って右から左方向に摺動し、遮断弁１は全閉状態から開方向へ移動する。
【００３６】
このとき、ソレノイドＣへの通電は、遮断弁１が全閉状態から全開状態まで作動した時に停止し、それと同時に、ソレノイドＤに通電する。
【００３７】
ソレノイドＤに通電すると、シリンダー３１内のエアーは、送入口３６、電磁弁５の出口ポートＯＵＴ、小流量３方電磁弁５Ｂを経由して共通の排気ポートＥＸＨから大気に排気される。それにより、ピストン３４は、バネ荷重によって左から右方向に摺動し、弁軸１ａが９０度回転して、遮断弁１は全閉状態に戻る。なお、小流量３方電磁弁５Ｂにおいて、１つのソレノイドに通電中は他のソレノイドに通電されないようにマイコン７の制御により電気的にインターロックされている。
【００３８】
このように、設定時の作動テストの際には、遮断弁１を全閉状態から全開状態まで作動させた時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化（以下、圧力特性という）を圧力センサー６の検出信号に基づいて測定し、測定した圧力特性の推移に基づいて故障判定を行う。具体的には、作動テスト時に実測した圧力特性を、マイコン７のメモリに予め記憶してある初期の正常作動時の圧力特性（後述する図４における曲線Ａ）および故障予知境界の圧力特性（後述する図４における故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）と比較し、その比較結果により故障判定を行うものである。
【００３９】
初期の正常作動時の圧力特性（図５における曲線Ａ）および故障予知境界の圧力特性（図５における故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）については、次のように求められる。
【００４０】
シリンダー内圧の変化に伴うエアーシリンダー３の動作を説明すると、遮断弁１が全閉状態から全開状態に移行する際には、送入口３６よりエアーが供給されることによる供給圧力によって、ピストン３４の直径をＤとすると、ピストン３４の受圧面積ＡｃはπＤ2／４となり、発生する力は、受圧面積Ａｃ×シリンダー内圧Ｐとなる。一方、バネ定数ｋを持つコイルバネ３５が変位ｘだけ移動してたわむと、バネ荷重はｋｘとなる。
【００４１】
そこで、ピストンの質量、始動抵抗（摩擦抵抗）、変位、速度および加速度を、それぞれをｍ、Ｃ、ｘ′、ｘ′′とすれば、（ｍｘ′′＋Ｃｘ′＋ｋｘ）＜（Ｐ×Ａｃ）になった時に、ピストン３４は右側から左側へ移動し、その時連結されている遮断弁１のボール状弁体１ａが開方向に回転する。シリンダー３１のピストン３４の変位ｘが最大移動距離だけ左側へ移動すると、遮断弁１のボール状弁体１ａは、開方向に９０度回転して全開状態となる。
【００４２】
次に、遮断弁１が全開状態から全閉状態に戻る際には、遮断弁１が全開の状態から、シリンダー３１内のエアーは、小流量３方電磁弁５Ｂを経由して大気に放出される。ｋｘ＞｛（Ｐ×Ａｃ）＋ｍｘ′′＋Ｃｘ′｝になった時に、ピストン３４は左側から右側へ移動し、その時連結されている遮断弁１のボール状弁体１ａが閉方向に回転する。シリンダー３１のピストン３４の変位ｘが最大移動距離だけ右側へ移動すると、遮断弁１のボール状弁体１ａは、閉方向に９０度回転して全閉状態となる。
【００４３】
このように、小流量３方電磁弁５Ｂを用いた際の遮断弁１の全閉状態から全開状態になるまでのフルストローク作動確認試験を、プラント設備のパイプラインに遮断弁制御システムを設置した試運転の際に実施して、その時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化を実測することで、設定時の初期の正常作動時の圧力特性としてマイコン７のメモリ（記憶手段）に予め記憶する。
【００４４】
マイコン７は、下記の３つの計算式、すなわち運動方程式、状態方程式および熱エネルギー方程式を用いて実測値に近似するように、計算式における各パラメータの数値を変化させて、何度も繰り返し計算させて一致させたパラメータをデータとして記憶させる機能を持つ。
【００４５】
（運動方程式） ｍｘ′′＋Ｃｘ′＋Ｐ×Ａｃ＝ｋｘ・・・（１）
ただし、ｍ：エアーシリンダー３のピストン質量、Ｃ：エアーシリンダー３の始動抵抗、ｘ：エアーシリンダー３の変位、ｘ′：エアーシリンダー３の速度、ｘ′′：エアーシリンダー３の加速度、Ｐ：エアーシリンダー３のシリンダー内圧、Ａｃ：エアーシリンダー３のシリンダー受圧面積である。
【００４６】
（状態方程式） ｄＰ／ｄｔ＝（Ｒθａ／Ｖｃ）Ｇ−（Ｐ／Ｖｃ）（ｄＶ／ｄｔ）＋（ＷＲ／Ｖｃ）（ｄθｃ／ｄｔ）・・・（２）
ただし、Ｒ：空気のガス定数、θａ：エアーシリンダー３のシリンダー内壁温度（シリンダー外周の周囲温度と同一とする）、Ｖｃ：エアーシリンダー３のシリンダー体積、Ｇ：空気の質量流量、Ｗ：空気のガス質量、θｃ：エアーシリンダー３のシリンダー内空気温度である。なお、θａは、図示しない温度センサからの温度検出信号に基づいて、マイコン７で計測される。また、θｃは、シリンダー体積およびシリンダー内圧とボイル−シャルルの法則から計算により求められる。
Ｇ＝ｋｇ・Ｑｎ・・・（３）
ただし、ｋｇ：係数、Ｑｎ：空気の体積流量（標準状態）である。体積流量Ｑｎは以下の放出流量の式で求められる。
（放出流量の式） （Ｐａ／Ｐ）＜０．５２８の時、Ｑｎ＝１１．１ＳｅＰｃ√（θｏ／θｃ）・・・（４）
ただし、Ｐａ：大気圧力、Ｓｅ：小流量３方電磁弁５Ｂの有効断面積、θｏ：標準状態空気温度（２７３°Ｋ）である。
（Ｐａ／Ｐ）≧０．５２８の時、Ｑｎ＝２２．２Ｓｅ√Ｐａ（Ｐ−Ｐａ）√（θｏ／θｃ）・・・（５）
【００４７】
（熱エネルギー方程式） ｄθｃ／ｄｔ＝（Ｒθｃ／ＣｖＷ）Ｇ＋（ｈＳｈ／ＣｖＷ）（θａ−θｃ）・・・（６）
ただし、Ｃｖ：空気の定積比熱、ｈ：シリンダー内壁と空気との熱伝達率、Ｓｈ：シリンダー内壁表面積である。
【００４８】
故障診断は、最終的にはシリンダー内圧変化（圧力特性）の実測値に合うように計算した各パラメータを当てはめた上記の状態方程式（２）によって求めた圧力（シリンダー内圧）−時間の特性で判定する。状態方程式（２）のみではシリンダー内圧変化による温度変化を考慮していないので、熱エネルギー方程式（６）を使用して温度補正する。作動テストスイッチの操作時点から遮断弁１が実際に作動を開始するところまでと、遮断弁１の全閉からシリンダー内圧０ＭＰａに至るまでは、運動方程式の変位ｘ＝０のため、状態方程式（２）と熱エネルギー方程式（６）のみが適用される。
【００４９】
計算した各パラメータを当てはめた上記状態方程式（２）をグラフに表すと、設定時の初期の正常作動時の圧力特性は、図４の曲線Ａで示される。この曲線Ａは、設定時の初期の正常作動時の圧力特性としてマイコン７のメモリに予め記憶される。
【００５０】
曲線Ａにおいて、時点ｔ１は、作動テストスイッチがオンとされ小流量電磁弁５ｂに通電され、小流量電磁弁５Ｂが作動を開始した時点、時点ｔ２は、エアーシリンダー３の作動開始時点、時点ｔ３は、遮断弁１の作動開始時点、時点ｔ４は、遮断弁１が全開状態になった時点を示す。
【００５１】
時点ｔ１では、小流量電磁弁５ｂの作動開始により、エアーが単位時間当たり一定量となるようにシリンダー３１へ供給され始めるが、ピストン３４は始動抵抗等の影響によりまだ移動を開始しないので、シリンダー内圧は、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間Ｔ１においては、小流量３方電磁弁５Ｂからのエアーの一定供給のみに依存して圧力ゼロ（大気圧）から直線的に次第に増大する。
【００５２】
時点ｔ２では、ピストン３４が作動を開始して右側から左方向への移動し、遮断弁１が開方向に作動する。ピストン３４が動き始めると、エアーが供給されるシリンダー３１の内部空間が広がるため、シリンダー内圧は、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間Ｔ２においては、期間Ｔ１よりも圧力変化の傾斜が緩やかとなり直線的に次第に増大する。
【００５３】
時点ｔ３では、遮断弁１が作動を開始して全閉状態から開方向へ作動する。遮断弁１が動き始めると、その作動抵抗のため、シリンダー内圧は、時点ｔ３から時点ｔ４までの期間Ｔ３においては、期間Ｔ２よりも圧力変化の傾斜が急になるが期間Ｔ１よりも緩やかとなって直線的に次第に増大する。
【００５４】
したがって、実線Ａで示される正常作動時のシリンダー内圧の圧力特性は、時点ｔ１から時点ｔ４まで各時点で折れ曲がる折れ線グラフのような特性を呈する。また、圧力特性が折れ曲がる時点（時点ｔ２，ｔ３）は、その前後の期間における圧力特性の勾配の変化点として捕らえることができる。
【００５５】
一方、小流量電磁弁５Ｂが故障している場合は、小流量電磁弁５Ｂの作動が遅くなったりしてエアー供給源１からのエアーの供給は正常作動時よりも少なくなるため、期間Ｔ１におけるシリンダー内圧は、一般的に正常作動時よりも低くなることが予想される。そこで、期間Ｔ１では、正常作動時の曲線Ａに対して、曲線Ａより圧力が低くなる一定の許容値を定め、点線で示される故障予知境界線Ｂ１として設定する。
【００５６】
また、エアーシリンダー３が故障している場合は、エアーシリンダー３のピストン３４、３３のパッキンの経時的劣化による固着や摺動抵抗の増加等が予想されるため、期間Ｔ２におけるシリンダー内圧は、一般的に正常作動時よりも高くなることが予想される。そこで、期間Ｔ２では、正常作動時の曲線Ａに対して、曲線Ａより圧力が高くなる一定の許容値を定め、点線で示される故障予知境界線Ｂ２として設定する。
【００５７】
また、遮断弁１が故障している場合は、シートパッキン１ｃやグランドパッキン１ｄのの経時的劣化による作動抵抗の増加等が予想されるため、期間Ｔ３におけるシリンダー内圧は、一般的に正常作動時よりも高くなることが予想される。そこで、期間Ｔ３では、正常作動時の曲線Ａに対して、曲線Ａより圧力が高くなる一定の許容値を定め、点線で示される故障予知境界線Ｂ３として設定する。
【００５８】
そこで、期間Ｔ１〜Ｔ３において設定した故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性を同様にマイコン７のメモリに予め記憶する。そして、正常作動時の曲線Ａで示される圧力特性と故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性の間の範囲を正常作動領域とし、正常作動時の圧力特性と故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性の間の範囲外にある場合は、危険作動領域とする。
【００５９】
例えば、図４では、期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３においてそれぞれハッチングで示される領域ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３が危険作動領域とされる。シリンダー内圧の実測値が、期間Ｔ１において危険作動領域ＤＡ１にあれば、電磁弁の作動が遅くなり異常であることを表しており、期間Ｔ２において危険作動領域ＤＡ２にあれば、エアーシリンダー３の固着あるいは作動が遅くなっていることによる異常であることを表しており、期間Ｔ３において危険作動領域ＤＡ３にあれば、遮断弁１（主に、シートパッキン１ｃやグランドパッキン１ｄ部分）の固着あるいは作動が作動が遅くなっていることによる異常であることを表している。
【００６０】
以上のようにして、遮断弁制御システムの設定時に、正常作動時の曲線Ａで示される圧力特性および故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で示される圧力特性をマイコン７のメモリに予め記憶しておく。
【００６１】
次に、遮断弁制御システムをプラント設備に設置した際、遮断弁制御システムの設定時の作動テストを実施し、遮断弁１を全閉状態から全開状態まで遷移させる作動確認試験を行い、その時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の圧力値を圧力センサー６の検出信号に基づいて実測し、測定した圧力特性をマイコン７のメモリに記憶する。
【００６２】
次に、実測した圧力特性と、予めマイコン７のメモリに記憶されている初期の正常作動時の曲線Ａ及び故障予知境界の曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３とをマイコン７で比較し、故障の有無の判定を行う。判定結果は、正常と異常の２段階に区分する。
【００６３】
実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の正常作動領域内にあれば、正常と判定する。正常と判定された場合は、遮断弁制御システムは、その時点より、例えば１年後まで使用可とする。
【００６４】
一方、実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の範囲外の危険作動領域にあれば、異常と判定する。異常と判定された場合は、電磁弁５、エアーシリンダー３や遮断弁１のメンテナンスまたは部品、新品交換要とする。
【００６５】
なお、判定結果は、マイコン７から外部出力部９より、例えばＤＣ４〜２０ｍＡの電気信号で外部出力できる。また、ディスプレイ１２に正常作動時の曲線Ａと、故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３と実測の圧力特性とを表示させて、正常／異常の判定結果と共に視認できるようにする。ディスプレイ１２の表示より、圧力特性の実測値が曲線Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することにより、故障の予知が可能となる。
【００６６】
次に、上述した故障診断の手順について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。まず、正常作動時のシリンダ内圧の圧力特性を測定するために、標準の遮断弁制御システムをプラント設備のパイプラインに設置する（ステップＳ１）。次に、プラント設備の試運転時に、小流量３方電磁弁５Ｂを用いた際の遮断弁１の全閉状態から全開状態になるまでのフルストローク作動確認試験を実施し、その時のエアーシリンダー３のシリンダー内圧の時間的変化を実測し、上記の各方程式に基づいて、初期の正常作動時の圧力特性（図４の曲線Ａ）と、この圧力特性に許容値を加えて設定した故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３をマイコン７のメモリに記憶する（ステップＳ２）。
【００６７】
次に、上記標準の遮断弁制御システムで測定した初期の正常作動時の圧力特性（図４の曲線Ａ）と故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３をマイコン７のメモリに予め記憶させた、顧客に納品する遮断弁制御システムを、顧客のプラント設備のパイプラインに設置し、設定時の作動テストのための作動確認試験を実施し、エアーシリンダー３のシリンダー内圧の圧力特性を実測する（ステップＳ３）。次に、マイコン７のメモリに予め記憶されている圧力特性（図４の曲線Ａおよび故障予知境界線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３と、実測した圧力特性を比較し、２段階（正常および異常）の判定をマイコン７により行う（ステップＳ４）。
【００６８】
次に、ステップＳ４の判定の結果、実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の正常作動領域にあれば、正常と判定する（ステップＳ５）。正常と判定された場合は、遮断弁制御システムは、正常作動製品なので、例えば１年後まで使用可とする。
【００６９】
一方、ステップＳ４の判定の結果、実測した圧力特性が、曲線Ａと曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の間の範囲外の危険作動領域にあれば、異常と判定する。（ステップＳ６）。この時、
ディスプレイ１２の表示より、圧力特性の実測値が危険作動領域にどのようにかつどの辺に位置しているかを視認することにより、故障の予知が可能となる。異常と判定された場合は、エアーシリンダー３、遮断弁１、小流量３方電磁弁５Ｂ等のメンテナンスまたは部品、新品交換要とする。
【００７０】
例えば、図４において、期間Ｔ１における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ１にあると判定された場合は、電磁弁５の故障と判定し、また、圧力特性の実測値が危険表示領域ＤＡ１のどの辺に表示されているかによって電磁弁５の異常程度を予知することができる。同様に、期間Ｔ２における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ２にあると判定された場合は、エアーシリンダー３の故障と判定し、また、圧力特性の実測値が危険表示領域ＤＡ２のどの辺に表示されているかによってエアーシリンダー３の異常程度を予知することができ、期間Ｔ３における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ３にあると判定された場合は、遮断弁１の故障と判定し、また、圧力特性の実測値が危険表示領域ＤＡ３のどの辺に表示されているかによって遮断弁１の異常程度を予知することができる。遮断弁１における異常（故障）は、主に、シートパッキン１ｃやグランドパッキン１ｄ部分の劣化に依存することが多いので、これらの部品の交換を行う必要がある。
【００７１】
また、例えば図５に示されるように、期間Ｔ３における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ３に表示された場合でも、１点鎖線でしめされる曲線Ａ′のように、危険作動領域ＤＡ３において曲線Ａとほぼ平行になるように表示された場合は、遮断弁１は正常であり、エアーシリンダー３の故障と予知することができる。これは、期間Ｔ３における実測値の圧力変化が、正常作動時の圧力特性と同じ圧力変化であるならば、遮断弁１は正常に作動していると判断できるからである。このような予知は、期間Ｔ２でも同様に行うことができ、期間Ｔ２における圧力特性の実測値が、危険作動領域ＤＡ２に表示された場合でも、危険作動領域ＤＡ２において曲線Ａとほぼ平行になるように表示された場合は、エアーシリンダー３が正常、小流量電磁弁５の異常と判定することができる。
【００７２】
ステップＳ６で異常と判定された場合は、次に、メンテナンスまたは故障部品の交換等の処置を実施し（ステップＳ７）、次いで、メンテナンスまたは故障部品の交換等の実施後の遮断弁制御システムの試運転を実施する（ステップＳ８）。次に、ステップＳ３と同様の作業を実施し、それに基づき、初期の正常作動時の圧力特性（曲線Ａ）を再記憶（ステップＳ３で記憶した曲線Ａの更新）を行い（ステップＳ９）、次いでステップＳ４に戻る。
【００７３】
以上の通り、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００７４】
例えば、他の実施形態として、ディスプレイ１２の表示において、期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３における表示が、それぞれ異なる色で表示されるように色分けし、視認し易くなるようにしても良い。
【００７５】
また、上述の一実施形態では、電磁弁５は、大流量３方電磁弁５Ａおよび小流量３方電磁弁５Ｂを内蔵しているが、これに代えて、他の実施形態として大流量４方電磁弁および小流量４方電磁弁を内蔵した構成としても良い。また、電磁弁５は、通電時点からエアー供給源１１からのエアーをエアーシリンダー３に供給するタイプのものとして説明したが、これに代えて停電時点から供給するタイプとしても良い。
【００７６】
図７は、電磁弁５が大流量４方電磁弁および小流量４方電磁弁を内蔵した構成を有する他の一実施形態を示す構成図である。図７において、エアーシリンダー３の切り換え用電磁弁５は、１つのボデー内に４方弁となる電磁弁が２つ内蔵されており、使い方によって出口ポートＯＵＴ１または出口ポートＯＵＴ２のどちらかをプラグして３方弁として使用することができる。大流量４方電磁弁５Ｃおよび小流量４方電磁弁５Ｄのそれぞれの入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴ１、出口ポートＯＵＴ２、排気ポートＥ１および排気ポートＥ２は互いに接続され、ボデーにそれぞれ１つずつ設けられた共通の入口ポートＩＮ、出口ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２および排気ポートＥ１，Ｅ２とされている。通常は大流量３方電磁弁５Ｃを使用する。この時、小流量４方電磁弁５Ｄは停電状態になるように制御され、５つのポート全てが閉となるオールポートブロック状態になっている。大流量４方電磁弁５Ｃと小流量４方電磁弁５Ｄは、一方の電磁弁が通電している時は他方の電磁弁が停電状態になるようにインターロックされているため、両方が同時に通電状態になることはない。
【００７７】
出口ポートＯＵＴ１をプラグして使用する場合を例にすると、大流量４方電磁弁５ＣのソレノイドＡが停電状態で、ソレノイドＢに通電すると、エアーは、ＩＮポートから出口ポートＯＵＴ２を経由してエアーシリンダー３のシリンダー３１に供給され、それにより、遮断弁１は全開状態となる。大流量４方電磁弁５Ｃにおいて、１つのソレノイドに通電中は他のソレノイドに通電されないようにインターロックされている。ソレノイドＡが停電状態のままソレノイドＢを停電すると、大流量４方電磁弁５Ｃはオールポートブロック状態になり、遮断弁は全開状態を保持する。
【００７８】
次に、プラント設備の異常検出信号または図示しない緊急遮断スイッチの操作信号に基づいてマイコン７がソレノイドＡに通電すると、エアーは、ＩＮポートから出口ポートＯＵＴ１に流れようとするが、プラグされているため止まる。一方、エアーシリンダー３１内のエアーは、大流量４方電磁弁５Ｃの出口ポートＯＵＴ２を経由してＥ２ポートから大気に排気されて、遮断弁１はバネ荷重によって全閉状態となる。それにより、ソレノイドＡへの通電中、パイプラインは緊急遮断される。なお、故障診断時に使用される小流量４方電磁弁５Ｄの作動も同様である。
【００７９】
また、上述の一実施形態および他の実施形態では、遮断弁１の全開状態または全閉状態において、対応する大流量３方電磁弁５Ａまたは大流量４方電磁弁５ＣのソレノイドＡ、Ｂのどちらかが通電されたままとなっているが、これに代えて遮断弁１が全開状態または全閉状態になった後、ソレノイドＡ，Ｂの両方を停電状態にするように制御しても良い。この場合、大流量３方電磁弁５Ａまたは大流量４方電磁弁５Ｃはオールポートブロック状態となるため、電力消費を軽減して、遮断弁１の全開状態または全閉状態を保持することができる。また、オールポートブロック状態を利用すれば、遮断弁１は任意の弁開度で停止保持できる。この作動は、小流量３方電磁弁５Ｂまたは小流量４方電磁弁５Ｄでも同様であるので、作動確認試験による作動テスト時に故障して元の全開に戻したくても作動しない場合に、その位置で保持するのに役立つ。
【００８０】
また、上述の一実施形態では、故障／異常の判定を実測の圧力特性と曲線Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の圧力特性とを比較して行っているが、これに代えて、作動後の任意の時点における実測の圧力値と、その時点における曲線Ａの圧力値Ｐ１と、曲線Ｂ１またはＢ２またはＢ３の圧力値Ｐ２とを比較し、実測の圧力値がＰ１とＰ２の間の範囲内にあれば正常、Ｐ１とＰ２の間の範囲外にあれば異常と判定するようにしても良い。
【００８１】
また、上述の一実施形態では、図４及び図５のハッチング部分を危険作動領域としているが、正常作動領域以外であってハッチングされていない領域も危険作動領域としても良い。
【００８２】
また、プラント設備のパイプラインへの設置後に作動テストを行って遮断弁制御システムの故障診断を行っているが、設置前にシステムの故障診断を行っても良い。
【００８３】
また、上述の一実施形態では、圧力特性における各部品の作動開始の時点は、期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の区切りとなり、圧力特性が折れ曲がる時点（時点ｔ２，ｔ３）は、その前後の期間における圧力特性の勾配の変化点として検出できるが、他の実施形態として、圧力特性のみでは明確には捕らえづらい場合は、ポテンショメータ８の検出信号を併用して検出しても良い。
【００８４】
また、上述の一実施形態では、エアシリンダー３のシリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性とによって正常／異常の判定を行っているが、他の実施形態として、各期間の正常作動時の圧力特性の勾配と、対応する期間の実測の圧力特性の勾配とを比較し、実測の圧力特性の勾配が、正常作動時の圧力特性の勾配より予め定めた勾配しきい値を超えなければ正常、予め定めた勾配しきい値以上異なっている場合は、異常と判定しても良い。例えば、期間Ｔ３における実測の圧力特性の勾配が、正常作動時の圧力特性の勾配と等しければ正常と判定し、勾配しきい値以上に異なっていた場合は、遮断弁１の異常と判定することができる。
【００８５】
また、上述の一実施形態では、エアシリンダー３のシリンダー内圧の圧力特性を監視することによって故障診断を行っているが、本発明の他の実施形態として、ポテンショメータ８の検出電圧信号の推移を表す変位特性のみを監視することによって故障診断を行うように構成することができる。ポテンショメータ８は、ポジショナーまたはロータリーエンコーダに代えても良い。
【００８６】
この場合は、例えば図８に示すように、標準の遮断弁制御システムを設置したプラント設備の試運転時に作動確認試験を実施し、そのときのポテンショメータ８の検出電圧信号の時間的変化を実測することで、初期の正常作動時の変位特性Ｃとしてマイコン７のメモリに予め記憶する。変位特性Ｃは、小流量電磁弁５Ｂの作動開始時点ｔ１からエアーシリンダー３の作動開始時点ｔ２まで（期間Ｔ１′）は検出電圧がゼロ、時点ｔ２から遮断弁１の全閉から開方向への作動開始時点ｔ３まで（期間Ｔ２′）はある傾きで直線的に検出電圧が上昇し、時点ｔ３から全開状態となる時点ｔ４まで（期間Ｔ３′）は、期間Ｔ２′より緩やかな傾きで直線的に検出電圧が上昇して最大電圧（Ｖｍａｘ）になるように変化し、この検出電圧の変化が電磁弁の作動開始から遮断弁１が全開状態に達するまでの位置の変位（弁軸１ｂの回転位置の変位）を表している。期間ｔ２′においてポテンショメータ８は弁軸１ｂの回転位置を検出した検出電圧信号を出力するが、この期間Ｔ２′は、弁軸１ｂは回転していても、機械的な遊びのために弁体１ａにはまだ弁軸１ｂの回転が伝達されていない期間である。
【００８７】
また、正常作動時の変位特性Ｃの電圧値から予め定めたしきい値だけ傾きが減少した、点線で示される故障予知境界の変位特性Ｄ１、Ｄ２を設定し、マイコン７のメモリに予め記憶する。
【００８８】
作動テスト時には、実測したポテンショメータ８の変位特性が、曲線Ｃと曲線Ｄ１、Ｄ２の間の範囲内にある場合は正常と判定し、範囲外すなわち曲線Ｄ１、Ｄ２と電圧ゼロの間の範囲内にある場合は異常と判定することができる。そして、期間Ｔ２′において異常と判定された場合はエアーシリンダー３の異常、期間Ｔ３′において異常と判定された場合は遮断弁１の異常と判定することができる。また、ディスプレイ１２に、ポテンショメータ８の検出電圧信号の実測値と、正常作動時の変位特性Ｃと、故障予知境界線Ｄ１、Ｄ２とを表示させて、正常／異常の判定結果と共に視認できるようにする。ディスプレイ１２の表示より、圧力特性の実測値が曲線Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３で表される正常作動領域および危険作動領域のどの辺に位置しているかを視認することにより、故障の予知が可能となる。
【００８９】
また、上述の他の実施の形態では、故障／異常の判定を実測の変位特性と曲線Ｃ、Ｄ１、Ｄ２の変位特性とを比較して行っているが、これに代えて、期間Ｔ２′〜Ｔ３′における任意の時点における実測のポテンショメータ８の検出電圧と、その時点における曲線Ｃの電圧値Ｖ１と、曲線Ｄ１またはＤ２の電圧値Ｖ２とを比較し、実測の電圧値が、Ｖ１とＶ２の間の範囲内にあれば正常、Ｖ１またはＶ２以下であれば異常と判定するようにしても良い。
【００９０】
なお、ポテンショメータ８による正常作動時の変位特性が直線にならない場合は、危険予知境界の変位特性Ｄ１、Ｄ２は、正常作動時の変位特性の電圧値から所定の許容値だけ低い電圧値で描かれる特性としても良い。
【符号の説明】
【００９１】
１ 遮断弁
３ エアーシリンダー（制御手段の一部）
５ 電磁弁（制御手段の一部）
５Ａ 大流量３方電磁弁
５Ｂ 小流量３方電磁弁
６ 圧力センサー
７ マイコン（判定手段、記憶手段）
８ ポテンショメータ（変位検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、
前記シリンダーの内圧を検出する圧力センサーと、
前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサーで実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段とを備え、
前記判定手段は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の遮断弁制御システムにおいて、
前記判定手段は、前記電磁弁への通電時点または停電時点から前記エアーシリンダーの作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記電磁弁の正常／異常を判定し、前記エアーシリンダーの作動開始時点から前記遮断弁の作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記エアーシリンダーの正常／異常を判定し、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性に基づいて前記遮断弁の正常／異常を判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項３】
請求項２記載の遮断弁制御システムにおいて、
前記判定手段は、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にあって、その圧力特性の傾きが、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記正常作動時の圧力特性の傾きと等しい場合は、前記遮断弁が正常かつ前記エアーシリンダーが異常と判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項４】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、
前記シリンダーの内圧を検出する圧力センサーと、
制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサーで実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段と、
ディスプレイとを備え、
前記判定手段は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、
前記ディスプレイは、前記実測の圧力特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性を表示する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項５】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムにおいて、
前記遮断弁の弁軸の変位を検出する変位検出手段と、
前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段とを備え、
前記判定手段は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項６】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、
前記遮断弁の弁軸の変位を検出する変位検出手段と、
前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段と、
ディスプレイとを備え、
前記判定手段は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記故障予知境界の変位特性と前記故障時の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、
前記ディスプレイは、前記実測の変位特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性を表示する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項１】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、
前記シリンダーの内圧を検出する圧力センサーと、
前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサーで実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段とを備え、
前記判定手段は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の遮断弁制御システムにおいて、
前記判定手段は、前記電磁弁への通電時点または停電時点から前記エアーシリンダーの作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記電磁弁の正常／異常を判定し、前記エアーシリンダーの作動開始時点から前記遮断弁の作動開始時点までの前記実測の圧力特性に基づいて前記エアーシリンダーの正常／異常を判定し、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性に基づいて前記遮断弁の正常／異常を判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項３】
請求項２記載の遮断弁制御システムにおいて、
前記判定手段は、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にあって、その圧力特性の傾きが、前記遮断弁の作動開始時点以降の前記正常作動時の圧力特性の傾きと等しい場合は、前記遮断弁が正常かつ前記エアーシリンダーが異常と判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項４】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、
前記シリンダーの内圧を検出する圧力センサーと、
制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記圧力センサーで実測した前記シリンダー内圧の圧力特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の前記シリンダー内圧の圧力特性と故障予知境界の圧力特性を予め記憶する記憶手段と、
ディスプレイとを備え、
前記判定手段は、前記実測の圧力特性が前記正常作動時の圧力特性と前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の圧力特性及び前記故障予知境界の圧力特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、
前記ディスプレイは、前記実測の圧力特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の圧力特性及び故障予知境界の圧力特性を表示する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項５】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムにおいて、
前記遮断弁の弁軸の変位を検出する変位検出手段と、
前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段とを備え、
前記判定手段は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【請求項６】
遮断弁と、該遮断弁の弁軸を回転制御するエアーシリンダーおよび該エアーシリンダーのシリンダーにエア供給源からのエアーの供給および排気を行う電磁弁を有し、前記遮断弁の開度を制御する制御手段とを備えた遮断弁制御システムであって、
前記遮断弁の弁軸の変位を検出する変位検出手段と、
前記制御手段の制御により、前記エアーシリンダーの前記シリンダーに前記エア供給源からのエアーの供給を行った場合に前記変位検出手段で検出した変位特性に基づいてシステムの正常／異常を判定する判定手段と、
システムの初期の正常作動時の変位特性および故障予知境界の変位特性を予め記憶する記憶手段と、
ディスプレイとを備え、
前記判定手段は、前記実測の変位特性が前記正常作動時の変位特性と前記故障予知境界の変位特性の間の範囲内にある場合は正常と判定し、前記故障予知境界の変位特性と前記故障時の変位特性の間の範囲外にある場合は、異常と判定し、
前記ディスプレイは、前記実測の変位特性、前記記憶手段に記憶された前記システムの初期の正常作動時の変位特性及び故障予知境界の変位特性を表示する
ことを特徴とする遮断弁制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５２６５２（Ｐ２０１２−５２６５２Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３２８４（Ｐ２０１０−２４３２８４）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（５９２１１５５０４）金子産業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（５９２１１５５０４）金子産業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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