閥控制系統及閥控制方法

2024-02-02 15:02:15 1

專利名稱：閥控制系統及閥控制方法
技術領域：
本發明涉及閥控制系統及閥控制方法，特別是設計可適用於安全標準的閥控制系統及其控制方法。
背景技術：
圖13是用於說明現有的通用閥之一例的圖。參照圖13，閥101設於流體(例如空氣、水、油等)流動的配管1內。閥101為通過電信號可進行開閉的閥，具體而言為電磁閥。通過彈簧104按壓閥柱102，由此，通常情況下閥101關閉。電磁鐵103通過電信號而接通，由此電磁鐵103使閥柱102動作。由此，閥101成為打開狀態。另一方面，在電磁鐵103斷開時，通過彈簧104的力使閥柱102返回原來的位置。由此，閥101成為關閉狀態。不僅提供上述那樣的通用閥，而且還提供對應於安全標準的閥(「ISOvalves in accordance with 5599-lwith position sensing of the piston spool，，、"Safety engineering guidelines」、p62、[online]、FEST0、[2009 年 11 月 12 日檢索]、參照網絡 <URL :http://www. festo. com/net/fi_fi/downloads/Download, ashx ？! nk = 29273/HB_ Safety_en. pdf 。圖14是用於說明對應於安全標準的閥之一例的圖。圖14中，對與圖13所示的通用閥相同或相對應的要素標註同一符號。在與安全標準(例如IS013849-1)相對應的閥110上設置用於檢測該閥110的開閉的限位開關115。在電磁鐵103接通時，通過閥柱102使限位開關115接通。另一方面，在電磁鐵 103斷開時，通過彈簧104使閥柱102返回，因此，使限位開關115斷開。根據圖14所示的構成，可通過限位開關檢測閥110的打開狀態及關閉狀態。圖15是用於說明適於安全標準的現有的控制系統的構成例的圖。參照圖15，閥控制系統150具備閥110AU10B和安全控制器120。閥110A、110B為安全標準對應閥，串聯配置於配管1。閥110A、110B各自的構造與圖14所示的閥110的構造相同。閥110A的開閉由限位開關115A檢測，閥110B的開閉由限位開關115B檢測。安全控制器120接收來自限位開關115A的信號inl及來自限位開關115B的信號 in2，並輸出用於控制電磁鐵103A的信號outl、及用於控制電磁鐵10!3B的信號out2。安全控制器120如下控制閥110A、110B。首先，安全控制器120將信號outl、out2 同時設為接通狀態。由此，電磁鐵103A、10;3B分別接通。 其次，安全控制器120確認信號inl、in2均為接通狀態。如果信號inl、in2均為接通狀態，則閥110A、110B兩者成為打開狀態。因此，安全控制器120繼續使信號outl、out2 為接通狀態。閥11(^、1108、限位開關115々，1158及安全控制器120為滿足安全標準的構成零部件。圖15所示的閥控制系統150可滿足規定的安全標準。上述安全標準例如為IS013849-1。圖15所示的構成為可適合於由IS013849-1決定的類別4的構成。目前，在降低設備的風險的方針中，考慮安全防護，關於風險的大小的預測、和與之對應的安全系統的性能基準，通常通過歐州標準EN%4-1、或以其為基礎的國際標準 IS013849-1 :1999的「類別」表現。「類別」是指安全控制系統的組織(構造)，以至此開發的開關及繼電器的觸點技術為代表的電設備零件可以說是已經確定的技術。圖16是說明由IS013849-1 :1999定義的類別的圖。參照圖16，在IS013849-1 1999中規定了 「B 」、「 1 」、「 2 」、「 3 」、「 4 」這5個級別的類別。類別隨著從「B 」進入「 4 」，性能基準的實現水平變高。IS013849-1的修訂版中，作為安全控制系統的評價指標，定義有被稱為「PL (完成水平)，，的「a」 「e」這5個級別的指標。PL是指目前的「類別」的概念上取「可靠性」、「品質」的概念，評價平均危險側故障時間(MTTFd)、DCavg(Average Diagnostic Coverage)、共通原因故障(CCF)。通過PL按實際的使用狀況可定量地評價安全控制系統。另外，IS013849-1的修訂版的正式名稱為「IS013849-1 (Second edition2006_l1-01)Safety of machinery Safety-related parts of control systems, Partl =General principles for design :機械類的安全性-控制系統的安全關聯部-第一部用於設計的一般原則)」。下面，為了方便說明，將IS013849-1的修訂版記為 "IS013849-1 2006"ο在IS013849-1 :2006中，對各類別求出的安全控制系統的要件不能代替為 IS013849-1 :1999或EN卯4-1的內容。但是，將各安全控制系統以I (輸入設備)、L(邏輯運算設備)、0(輸出設備)這3部分為軸，容易明了各自的特徵而圖示化。圖17是用於說明由IS013849-1 :2006所示的對各類別求出的安全控制系統的要件的框圖。參照圖17，適用於類別B、類別1的構造可通過I、L、0實現。適用於類別2的構造可通過在上述I、L、0上增加TE (檢查設備)而實現。適用於類別3、4的構造可通過將上述的I、L、0雙重化而實現。類別4在要求比類別3高的檢測能力這一點上與類別3不同，但構造這一點與類別3相同。圖18是用於說明性能指標的評價方法的圖表。參照圖18，為評價PL而使用類別 (圖18中表示為「Cat」)、MTTFcUDCavg及CCF這四個參數。如圖18所示，例如可實現性能指標「C」的參數的組合存在多個。換言之，通過上述四個參數的適當的組合，可實現所希望的性能指標。因此，根據IS013849-1 :2006，相比現有的ISQ13849-1 :1999可以說構築安全系統時的自由度變高。圖13所示的通用閥多數適用於例如工廠內的設備(系統)。目前，為以適合安全標準(例如上述的IS013849-1的類別3或4)的方式構成已有的系統，從而不僅要求在系統中追加安全標準對應閥，而且還必須將該安全標準對應閥雙重化。但是，從圖13及圖14的比較表明，安全標準對應閥為構造與通用閥不同的特殊品。因此，在已有的系統中導入安全標準對應閥構築安全標準對應的系統時，例如產生如下的課題。首先，由於在已有的系統中追加作為特殊品的安全標準對應閥，因此，系統的設計複雜化。另外，為系統的運行而不僅需要通用閥，而且還需要管理安全標準對應閥的庫存，因此，庫存管理變得複雜，並且用於維護系統的管理複雜。另外，由於安全標準對應閥為特殊品，所以與通用閥相比，其選擇範圍少。因此，系統設計上有限制。另外，由於安全標準對應閥的價格比通用閥的價格容易變高，所以可能使用於構築及維持系統的成本增大。另外，安全標準對應閥由於具有用於檢測其開閉的開關，所以相比通用閥而變得大型。在已有的系統中導入安全標準對應閥時，可能系統大型化。因此，安全標準對應閥的配置成為系統設計上的大的限制事項。即，系統的設計自由度受到安全標準對應閥的制約。另外，在安全標準對應閥的情況下，通過使閥柱的行程和限位開關的行程相一致， 可確認完全的打開狀態及完全的關閉狀態。但是，由於為這樣的構成，所以存在完全的打開狀態與完全的關閉狀態之間的狀態(例如閥稍微打開的狀態)不能被檢測的課題。這樣，在適合於安全標準的現有的閥控制系統的情況下，存在根據安全標準對應閥的構成、規格而系統的規格被限定的課題。

發明內容
本發明的目的在於，提供容易設計、容易維持等且可以對應於安全標準的閥控制系統、及其控制方法。本發明的某方面的閥控制系統具備第一閥，其設在用於流體流過的流路，並通過電信號可開閉；第二閥，其設在所述流路中並在所述第一閥的下遊側，且通過電信號可開閉；第一傳感器，其設在所述流路中並在所述第一閥及所述第二閥之間，用於檢測所述流體從所述第一閥的流出狀況；第二傳感器，其設在所述流路中並在所述第二閥的下遊側，用於檢測所述流體從所述第二閥的流出狀況；控制裝置，其以滿足安全標準的方式而構成，且用於基於所述第一傳感器的檢測結果及所述第二傳感器的檢測結果，控制所述第一閥及所述第二閥。優選的是，所述控制裝置以如下方式而構成，S卩、確認所述第一傳感器的檢測結果表示所述流體未從所述第一閥流出，且所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體未從所述第二閥流出，在確認了所述第一傳感器的檢測結果和所述第二傳感器的檢測結果後，執行用於打開所述第一閥的第一控制，確認從執行了所述第一控制開始經過了第一時間後的所述第一傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第一閥流出，根據所述第一傳感器的檢測結果的變化，執行用於打開所述第二閥的第二控制，確認從執行了所述第二控制開始經過了第二時間後的所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第二閥流出，將所述第一閥及所述第二閥維持在打開狀態。優選的是，所述控制裝置以如下方式而構成，S卩、儘管尚未執行所述第一控制，但在所述第一傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第一閥流出的情況下，不執行所述第一控制及所述第二控制而結束所述第一閥及所述第二閥的控制。優選的是，所述控制裝置以如下方式而構成，S卩、儘管尚未執行所述第一控制及所述第二控制，但在所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第二閥流出的情況下， 不執行所述第一控制及所述第二控制而結束所述第一閥及所述第二閥的控制。優選的是，所述控制裝置以如下方式而構成，即、儘管執行了所述第一控制，但在經過了所述第一時間後的所述第一傳感器的檢測結果未發生變化的情況下，將所述第一閥控制為關閉狀態，且由於不執行所述第二控制，從而結束所述第一閥及所述第二閥的控制。優選的是，所述控制裝置以如下方式而構成，S卩、在執行了所述第一控制且尚未執行第二控制的階段，在所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第二閥流出的情況下，通過將所述第一閥控制為關閉狀態，從而結束所述第一閥及所述第二閥的控制。優選的是，所述控制裝置以如下方式而構成，S卩、儘管執行了所述第二控制，但在經過了所述第二時間後的所述第二傳感器的檢測結果未發生變化的情況下，通過將所述第一閥及所述第二閥控制為關閉狀態，從而結束所述第一閥及所述第二閥的控制。優選的是，所述第一傳感器及所述第二傳感器分別包括利用所述流體在所述流路流動而動作的開關。優選的是，所述開關為利用所述流體的壓力而動作的壓力開關。本發明另一方面的閥控制方法為閥控制系統進行的閥控制方法，所述閥控制系統具備第一閥，其設在用於流體流過的流路，並通過電信號可開閉；第二閥，其設在所述流路中並在所述第一閥的下遊側，且通過電信號可開閉；第一傳感器，其設在所述流路中並在所述第一閥及所述第二閥之間，用於檢測所述流體從所述第一閥的流出狀況；第二傳感器， 其設在所述流路中並在所述第二閥的下遊側，用於檢測所述流體從所述第二閥的流出狀況；控制裝置，其以滿足安全標準的方式而構成，且基於所述第一傳感器的檢測結果及所述第二傳感器的檢測結果，用於控制所述第一閥及所述第二閥，其特徵在於，所述閥控制方法包括如下的步驟確認所述第一傳感器的檢測結果表示所述流體未從所述第一閥流出，且所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體未從所述第二閥流出的步驟；在確認了所述第一傳感器的檢測結果和所述第二傳感器的檢測結果後，執行用於打開所述第一閥的第一控制的步驟；確認從執行了所述第一控制開始經過了第一時間後的所述第一傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第一閥流出的步驟；在所述第一傳感器的檢測結果發生變化後，執行用於打開所述第二閥的第二控制的步驟；確認從執行了所述第二控制開始經過了第二時間後的所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第二閥流出的步驟。優選的是，還包括儘管尚未執行所述第一控制，但在所述第一傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第一閥流出的情況下，將所述第二閥維持為關閉狀態的步驟。優選的是，還包括儘管尚未執行所述第一控制及所述第二控制，但在所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第二閥流出的情況下，將所述第一閥控制為關閉狀態的步驟。優選的是，還包括儘管執行了所述第一控制，但在經過了所述第一時間後的所述第一傳感器的檢測結果未發生變化的情況下，將所述第一閥控制為關閉狀態的步驟。優選的是，還包括在執行了所述第一控制且尚未執行第二控制的階段，在所述第二傳感器的檢測結果表示所述流體從所述第二閥流出的情況下，將所述第一閥控制為關閉狀態的步驟。優選的是，還包括儘管執行了所述第二控制，但在經過了所述第二時間後的所述第二傳感器的檢測結果未發生變化的情況下，將所述第一閥及所述第二閥控制為關閉狀態的步驟。因此，根據本發明，可以實現使設計、維持方面的管理容易並且可以對應於安全標準的閥控制系統。
本發明的上述內容及其它目的、特徵、方面及優點通過與附圖相關聯地理解的本發明的下述詳細的說明會變得更加清楚。


圖1是本發明一實施方式的閥控制系統的構成圖；圖2是用於說明圖1所示的通用閥的構成例的圖；圖3是表示圖1所示的安全控制器的構成例的框圖；圖4是用於說明圖1所示的安全控制器的安全I/O數據的運算處理的圖；圖5是用於說明圖1所示的安全控制器的閥控制流程的流程圖；圖6是用於說明安全控制器的閥的控制的第一時間圖；圖7是用於說明安全控制器的閥的控制的第二時間圖；圖8是用於說明安全控制器的閥的控制的第三時間圖；圖9是用於說明安全控制器的閥的控制的第四時間圖；圖10是用於說明安全控制器的閥的控制的第五時間圖；圖11是用於說明安全控制器的閥的控制的第六時間圖；圖12是表示與本發明實施方式的閥控制系統進行對比的閥控制系統的構成例的圖；圖13a、圖13b是用於說明現有的通用閥之一例的圖；圖14a、圖14b是用於說明對應於安全標準的閥之一例的圖；圖15是用於說明適合於安全標準的現有的控制系統的構成例的圖；圖16是說明由IS013849-1 :1999定義的類別的圖；圖17是用於說明由IS013849-1 :2006表示的對各類別求出的安全控制系統的要件的框圖；圖18是用於說明性能指標的評價方法的圖表。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。另外，圖中相同或相當的部分標註同一符號而不再重複說明。圖1是本發明一實施方式的閥控制系統的構成圖。參照圖1，閥控制系統50具備閥11、12、傳感器13、14、安全控制器20。閥控制系統50例如被導入工廠的設備(系統)。閥11、12被設於作為流體流動的流路的配管(管)1。閥12相對於閥11配置於配管1的下遊側。配管1中流動的流體可以是氣體也可以是液體。另外，流體的具體的種類也沒有特別限定。另外，配管1的材質、截面形狀等也沒有特別限定。閥11、12為通過電信號可進行開閉的閥。具體而言，閥11、12為通用的電磁閥，分別具備通過電信號進行接通、斷開的電磁鐵3A、3B。如圖2所示，閥11、12分別具備閥柱2、電磁鐵(3A或3B)及彈簧4。在電磁鐵3A 斷開時，彈簧4按壓閥柱2，由此閥11(12)關閉。通過電磁鐵3A(3B)接通，電磁鐵3A(3B) 使閥柱2動作。由此，閥11(12)成為打開狀態。另一方面，在電磁鐵3A(3B)斷開時，通過彈簧4的力將閥柱2壓回。由此，閥11 (1 成為關閉狀態。
返回圖1，傳感器13配置於配管1的閥11、12之間，檢測流體從閥11的流出狀況。 傳感器14在配管1中配置於閥12的下遊側，檢測流體從閥12的流出狀況。各傳感器輸出表示其檢測結果的信號。在從閥11流出流體時，傳感器13將信號inl設為接通狀態，另一方面，在流體從閥11的流出停止時，傳感器13將信號inl設為斷開狀態。同樣，在從閥12流出流體時，傳感器14將信號in2設為接通狀態，另一方面，在流體從閥12的流出停止時，傳感器14將信號in2設為斷開狀態。在該實施方式中，利用通用的壓力開關作為傳感器13、14。該壓力開關為通過流體在流路中流動而動作的開關的一種。具體而言，利用流體在配管1中流動而配管1的內部壓力上升時，壓力開關接通。另一方面，通過流體的流動停止而配管1的內部壓力降低時， 壓力開關斷開。用於使壓力開關進行接通、斷開的壓力值預先被調整。另外，通用的壓力開關的構成是公知的，因此，在此不再重複說明其構成。安全控制器20基於傳感器13、14的檢測結果控制閥11、12。具體而言，安全控制器20基於來自傳感器13的信號inl及來自傳感器14的信號in2對電磁鐵3A輸出用於控制電磁鐵3A的信號outl，同時對電磁鐵:3B輸出用於控制電磁鐵:3B的信號out2。安全控制器20為使電磁鐵3A接通而將信號outl設為接通狀態，另一方面，為使電磁鐵3A斷開而將信號outl設為斷開狀態。同樣，安全控制器20為使電磁鐵:3B接通而將信號out2設為接通狀態，另一方面，為使電磁鐵:3B斷開而將信號out2設為斷開狀態。安全控制器20例如是PLCO^rogrammable logic controller)，以滿足規定的安全標準的方式構成。在該實施方式中，安全控制器20例如構成為在相當於上述「IS013849-1 2006」的類別4的安全系統中可使用。圖3是表示圖1所示的安全控制器的構成例的框圖。參照圖3，安全控制器20具有將輸入電路、輸出電路、邏輯運算電路、及存儲電路雙重化的構成。具體而言，安全控制器 20具有輸入電路21A、21B、微機電路22A、22B、存儲器23A、23B、輸出電路24A、24B。微機電路22A、22B與上述的邏輯運算電路相對應。預先假設在該硬體(安全控制器20)中發生的故障模式，將用於對其進行檢測的適當的自我診斷分配給微機電路22A、22B周期性地執行。在檢測到故障時，安全控制器20 根據設計過渡到預先定義的安全狀態。由此，能夠避免硬體故障造成的非安全狀態的發生。圖4是用於說明圖1所示的安全控制器的安全1/0數據的運算處理的圖。參照圖 4，微機電路22A、22B分別具備監視功能及控制功能。具體而言，微機電路22A、22B分別監視輸入電路21A，21B、輸出電路24A、24B。另外，微機電路22A、22B可彼此之間互相進行監視。診斷完的安全1/0數據通過微機電路22A、22B進行冗長運算。微機電路22A、22B 將兩個運算結果進行比較，同時確認它們一致。 如圖3及圖4所示，安全控制器20具有將輸入電路(I)、邏輯運算電路(L)、及輸出電路(0)雙重化的構成。另外，安全控制器20具有診斷功能，為防止安全功能的喪失而在某時間內檢測故障。因此，安全控制器20具有可在相當於IS013849-1 :2006的類別4(參照圖16)的安全系統中使用。 圖5是用於說明圖1所示的安全控制器的閥控制流程的流程圖。參照圖5開始處理時，在步驟S10，安全控制器20判定信號inl、in2是否均為斷開狀態。在判定為信號inl、 in2均為斷開狀態的情況下(步驟SlO中為YES)，處理進入步驟S20。在步驟S20中，安全控制器20將信號outl設為接通。該控制相當於用於打開閥 11的第一控制。在閥11為正常的情況下，通過將信號OUtl設為接通，閥11成為打開狀態。在步驟S30中，安全控制器20判定從信號outl接通時開始到規定時間(tl)後的信號inl的狀態是否為接通狀態。例如安全控制器20在從信號outl接通的時刻開始經過了規定時間(tl)時，判定信號inl是否為接通狀態。但是，安全控制器20也可以從信號 outl接通的時刻定期地判定信號outl是否為接通狀態。規定時間tl與本發明的「第一時間」相對應。在判定為信號inl為接通狀態的情況下(步驟S30中為YEQ，處理進入步驟S40。 在步驟S40中，安全控制器20待機規定時間(t2)的時間。在步驟S50中，安全控制器20判定信號in2是否為斷開狀態。在判定為信號in2 為斷開狀態的情況下(步驟S50中為YES)，處理進入步驟S60，在步驟S60中，安全控制器20將信號out2接通。該控制相當於用於打開閥12的第二控制。在閥12為正常的情況下，通過將信號out2設為接通，閥12成為打開狀態。在步驟S70中，安全控制器20判定從信號out2接通時開始到規定時間(t!3)後的信號in2的狀態是否為接通狀態。與在步驟S30的處理相同，例如安全控制器20在從信號 out2接通的時刻開始經過了規定時間(U)時，判定信號in2是否為接通狀態。另外，規定時間t3相當於在本發明的「第二時間」。步驟S70的處理結束後，結束全部的處理。上述的流程為閥11、12及傳感器13、14 為正常時的閥11、12的控制流程。另一方面，在步驟S10，在判定為信號inl、in2的至少之一為接通狀態的情況下 (在步驟SlO為NO)，處理進入步驟S80。在步驟S80，安全控制器20使信號outl、out2均斷開。例如，儘管尚未執行第一控制，但在信號inl為接通狀態的情況下，有可能發生閥 11的開路故障或傳感器13的接通故障。另外，儘管尚未執行第一控制，但在信號in2為接通狀態的情況下，會認為是傳感器14的接通故障。在這些情況下，通過使信號outl，out2 均斷開，至少可以將閥12保持為關閉狀態。另外，在步驟S30，在判定為信號inl的狀態為斷開狀態的情況下(在步驟S30為 NO)，處理返回步驟S90。在步驟S90，安全控制器20將信號outl設為斷開。由於信號outl為斷開狀態，從而閥11關閉。儘管從信號outl接通時經過了時間 tl，但在信號inl的狀態為斷開狀態的情況下，可能會發生傳感器13的斷開故障或閥11不能打開的故障。該情況下，通過將信號outl設為斷開，將閥11控制為關閉狀態。另外，由於信號out2保持斷開狀態不變，所以閥12也被控制為關閉狀態。同樣，在步驟S50，在判定為信號in2為接通狀態的情況下(在步驟S50為N0)，處理進入步驟S90。在執行第二控制之前信號inl、in2均處於接通狀態的情況下，作為原因考慮到閥12的接通故障。因此，該情況下，通過將信號outl設為斷開，閥11、12均被控制為關閉狀態。另外，在步驟S70，在判定為從信號out2接通時開始至時間t4後的信號in2的狀態為斷開狀態的情況下(在步驟S70為NO)，處理進入步驟S100。在步驟S100，安全控制器20將信號outl、out2均設為斷開。儘管信號out2接通，但在信號in2為斷開狀態的情況下，可能發生傳感器14的斷開故障或閥12不能打開的故障。該情況下，由於信號outl、 out2斷開，從而閥11、12被控制為關閉狀態。在執行了步驟S80 SlOO的任一處理後，全部的處理也結束。圖6是用於說明安全控制器進行的閥的控制的第一時間圖。圖6表示閥11、12及傳感器13、14正常時的閥11、12的控制。參照圖6，在時刻ts之前，安全控制器20確認了信號inl表示沒有從閥11流出流體，且信號in2表示沒有從閥12流出流體。具體而言，安全控制器20確認了信號inl、in2 均為斷開狀態(步驟S10)。安全控制器20在時刻ts開始閥11、12的控制。首先，在時刻ts，安全控制器20 使信號outl接通(步驟S20)。S卩，執行第一控制。安全控制器20確認了從信號outl接通的時刻開始至經過了時間tl後信號inl 為接通狀態(步驟S30)。安全控制器20在確認了信號inl為接通狀態後，待機規定時間 t2(步驟S40)。在經過了規定時間t2後，安全控制器20確認信號in2為斷開狀態(步驟 S50)。安全控制器20在確認了信號in2為斷開狀態後，使信號out2接通(步驟S60)。 即，執行第二控制。安全控制器20確認了在從信號out2接通的時刻開始到經過了時間t3 後信號in2為接通狀態(步驟S70)。該情況下，閥11、12被維持為打開狀態。因此，產生最終輸出(從閥12輸出流體)。另外，在圖14所示的安全標準對應閥中，閥柱的位置通過限位開關檢測。因此，如本實施方式，不需要監視規定時間(tl、t2、t3)的經過。另一方面，在本實施方式中，通過由壓力開關檢測流體從閥的流出狀況，檢測閥是否打開。因此，為檢測通用閥是否正常動作(例如閥柱中混入異物導致閥柱是否產生粘著)，在信號outl (或ouU)接通後需要一定程度的時間。通過根據圖5或圖6所示的順序使信號outl、out2接通，與設於安全標準對應閥的限位開關相同，可通過壓力開關檢測閥是打開狀態及關閉狀態的哪一狀態。圖7是用於說明安全控制器進行的閥的控制的第二時間圖。圖7表示閥11的開路故障的情況或與閥11相對應的傳感器13的接通故障的情況下的閥11、12的控制。該控制與圖5所示的步驟SlO的NO判定時的處理相對應。參照圖7，在時刻ts以前，通過安全控制器20檢測信號inl為接通狀態。該情況下(在步驟SlO為NO)，安全控制器20使信號outl，out2均維持為斷開狀態(步驟S80)， 使全部的控制結束。即，不執行第一控制(步驟S20的處理)及第二控制(步驟S60的處理)而結束全部的控制。因此，由於至少將閥12維持為關閉狀態，所以不產生最終輸出。圖8是用於說明安全控制器進行的閥的控制的第三時間圖。圖8表示與閥12相對應的傳感器14的接通故障的情況下的閥11、12的控制。該控制也與圖5所示的步驟SlO 的NO判定時的處理相對應。參照圖8，在時刻ts以前，通過安全控制器20檢測信號in2為接通狀態。該情況下(在步驟SlO為N0)，安全控制器20使信號outl、out2均維持為斷開狀態(步驟S80)，使全部的控制結束。該情況下，也不產生最終輸出。圖9是用於說明安全控制器進行的閥的控制的第四時間圖。圖9表示傳感器13 的斷開故障的情況下的閥11、12的控制。該控制與圖5所示的步驟S30的NO判定時的處
理相對應。參照圖9，在時刻ts之前信號inl、in2均為斷開狀態。因此，安全控制器20在時刻ts使信號outl接通(步驟S20)。但是，在從時刻ts經過了 tl後，信號inl仍為斷開狀態。在安全控制器20檢測到信號inl為斷開狀態的情況下(在步驟S30為NO)，安全控制器20使信號outl斷開(步驟S90)，同時結束全部的處理。該情況下，由於將信號out2維持為斷開狀態，所以不產生最終輸出。圖10是用於說明安全控制器進行的閥的控制的第五時間圖。圖10表示閥12的開路故障的情況下的閥11、12的控制。該控制與圖5所示的步驟S50的NO判定時的處理
相對應。參照圖10，在時刻ts之前信號inl、in2均為斷開狀態。因此，安全控制器20在時刻ts使信號outl接通(步驟S20)。在從時刻ts經過了 tl後，信號inl為接通狀態。因此，安全控制器20待機規定時間t2的時間。由於閥12的開路故障，閥11、12均成為打開狀態，流體從閥12流出。傳感器14 檢測到流體從閥12流出，同時使信號in2接通。安全控制器20檢測信號in2為接通狀態(在步驟S50為NO)。該情況下，安全控制器20使信號outl斷開(步驟S90)，同時，結束全部的處理。另外，信號out2維持為斷開狀態。僅在信號outl的接通期間產生最終輸出。圖11是用於說明安全控制器進行的閥的控制的第六時間圖。圖11表示傳感器14 的斷開故障的情況下的閥11、12的控制。該控制與圖5所示的步驟S70的NO判定時的處
理相對應。參照圖11，在時刻ts之前，信號inl、in2均為斷開狀態。因此，安全控制器20在時刻ts使信號outl接通。在從時刻ts經過了 tl後，信號inl為接通狀態。因此，安全控制器20在經過了時間t2後使信號out2接通。儘管信號out2接通後經過了規定時間t3，但信號in2仍為斷開狀態保持不變。在安全控制器20檢測到經過了規定時間t3後的信號in2為斷開狀態的情況下(在步驟S70 為NO)，安全控制器20使信號outl、out2均斷開(步驟S100)，同時，結束全部的處理。雖然僅在信號outl、out2均為接通狀態的時間產生最終輸出，但在信號0utl、0ut2均斷開之後，不產生最終輸出。圖12是表示與本發明實施方式的閥控制系統對比的閥控制系統的構成例的圖。 參照圖12，該系統具備閥11 (通用閥)、傳感器13 (通用的壓力開關)、通用控制器20A。另外，在圖12中，僅表示了一組通用閥及對應的傳感器，但例如在工廠的設備中可導入多組通用閥及傳感器組。通用閥、通用傳感器及通用控制器的任一個並不是適合於安全標準的製品，因此， 在圖12所示的構成中，不能與安全標準對應。在現有的方法中，為使圖12所示的構成適合於安全標準、例如上述的IS013849-1 1999的類別3或4，不僅在配管1上設置安全標準對應閥，而且還必須使該安全標準對應閥雙重化。另外，也需要將用於控制閥的控制器從通用
13控制器置換為安全控制器。但是，由於安全標準對應閥為其構造與通用閥不同的特殊品，因此，在已有的系統中導入安全標準對應閥來構築適合於安全標準的系統的情況下，系統的設計變得複雜。另外，為了系統的運用，必須管理通用閥和安全標準對應閥這兩者的庫存，因此，庫存管理變得複雜。另外，由於安全標準對應閥為特殊品，所以與通用閥相比，其選擇範圍少。因此，系統的設計受到制約。另外，由於安全標準對應閥的價格比通用閥的價格容易升高，所以用於系統的構築及維持的成本可能會增大。如上所述，例如在工廠的設備中導入了多組通用閥及傳感器。因此，在將多個通用閥置換為安全標準對應閥的情況下，用於構築適合於安全標準的系統的成本大幅上升的可能性變高。另外，由於安全標準對應閥具有用於直接檢測閥柱的位置的限位開關，因此，與通用閥相比其尺寸容易變大，通過將比通用閥大的閥導入設備中，設備可能會大型化。即，由於安全標準對應閥大型，所以該閥的物理的配置成為設計上的大的制約。另外，在安全標準對應閥的情況下，通過使閥柱的行程和限位開關的行程一致，可確認完全的打開狀態及完全的關閉狀態。但是，由於為這種構成，所以不能檢測完全的打開狀態與完全的關閉狀態之間的狀態(例如閥稍微打開的狀態)。與之相對，在本發明的實施方式中，通過通用閥、通用傳感器、以滿足安全標準 (例如IS013849-1 2006的類別4)的方式構成的安全控制器來構成閥控制系統。如圖18 所示，按IS013849-1 :2006規定的性能指標可通過多個參數的組合實現。因此，根據本實施方式，通過適當設定各構成要素的MTTFd，DCavg等參數，可以實現IS013849-1 :2006的性能指標c e ο另外，根據本發明的實施方式，通過通用閥和通用傳感器的組合，可構築與安全標準相對應的系統。因此，不需要安全標準對應閥那樣的特殊品，因此，能夠避免適合於安全標準的系統的設計及閥的庫存管理複雜化、此外，根據本發明的實施方式，由於不需要在已有的系統中追加特殊的閥，因此， 可以從多種通用閥中選擇適合於系統的閥。此外，根據本發明的實施方式，從已有的構成(參照圖12)向適合於安全標準的構成的變更變得容易。具體而言，只要在配管1中追加一組通用閥及通用傳感器即可。因此， 根據本發明的實施方式，可以抑制已有的設備的大型化。而且，可以容易地提高已經工作的設備的安全水平。如上，根據本發明的實施方式，可以不使用特殊的閥而構築對應於安全標準的系統，因此，可以大幅降低用於構築系統的成本。此外，在壓力開關等通用的傳感器中，可以容易地調節監視值即用於使開關進行接通、斷開的值。因此，能夠更精細地確認閥的開關狀態。例如，閥稍微打開的狀態也可以通過傳感器進行檢測。另外，在上述的實施方式中，作為通過流體在流路流動而進行動作的開關採用壓力開關。但是，這種開關不限於壓力開關。例如在流體的流量超過監視值的情況下成為接通狀態的流量開關也可以適用於本發明。另外，傳感器不限於檢測流體是否在流路流動的傳感器，也可以是檢測壓力值或
14流量值的傳感器。另外，該檢測值也可以以數位訊號及模擬信號的任一形式從傳感器輸出。 例如，在作為表示檢測值的信號從傳感器輸出模擬信號的情況下，安全控制器只要以具有用於將模擬信號轉換成數位訊號的模擬/數字轉換功能的構成即可。在這種構成的情況下，安全控制器通過將其檢測值和基準值進行比較，可以檢測流體從閥流出。另外，在上述的實施方式中，作為通過電信號可進行開閉的閥，應用僅具有打開狀態和關閉狀態這兩狀態的電磁切換閥(也稱作開關閥)。但是，通過電信號可進行開閉的閥並不限於上述電磁切換閥，例如也可以是根據所輸入的信號可控制開度的比例閥。另外，在本實施方式中，作為安全標準示例了 IS013849-1 :2006，但本發明的閥控制系統可應用的安全標準並不限於此。本發明的閥控制系統可應用的安全標準並不特別限定在國際標準、業界標準、國家或地區標準等。作為本發明可適用的安全標準之一例可列舉以下的標準。1. SEMI S2(與半導體製造裝置的環境、健康、安全相關的準則)2. CSA Z432-04 機械安全(CSA Z432-04 Safety of machinery)3. IEC62061機械類安全性/安全關係的電氣、電子、可編程電子控制系統的功能安全(IEC62061 Safety machinery-Functional safety of safety-relatedelectrical， electronic and programmable electronic control systems)以上詳細說明並表示了本發明，但這是用於示例並沒有進行限定，本發明的精神和範圍僅請求的範圍限定。
權利要求
1.一種閥控制系統，其特徵在於，具備第一閥，其設在用於流體流過的流路，並通過電信號可開閉；第二閥(12)，其設在所述流路中並在所述第一閥(11)的下遊側，且通過電信號可開閉；第一傳感器(13)，其設在所述流路中並在所述第一閥及所述第二閥(11、1幻之間，用於檢測所述流體從所述第一閥(11)的流出狀況；第二傳感器(14)，其設在所述流路中並在所述第二閥(1 的下遊側，用於檢測所述流體從所述第二閥(1 的流出狀況；控制裝置(20)，其以滿足安全標準的方式而構成，且用於基於所述第一傳感器(13)的檢測結果及所述第二傳感器(14)的檢測結果，控制所述第一閥及所述第二閥(11、12)。
2.如權利要求1所述的閥控制系統，其特徵在於， 所述控制裝置00)以如下方式而構成，即、確認所述第一傳感器(1 的檢測結果表示所述流體未從所述第一閥(11)流出，且所述第二傳感器(14)的檢測結果表示所述流體未從所述第二閥(1 流出，在確認了所述第一傳感器(1 的檢測結果和所述第二傳感器(14)的檢測結果後，執行用於打開所述第一閥(11)的第一控制(S20)，確認從執行了所述第一控制(S20)開始經過了第一時間(tl)後的所述第一傳感器(13)的檢測結果表示所述流體從所述第一閥(11)流出，根據所述第一傳感器(13)的檢測結果的變化，執行用於打開所述第二閥(12)的第二控制(S60)，確認從執行了所述第二控制(S60)開始經過了第二時間(U)後的所述第二傳感器(14)的檢測結果表示所述流體從所述第二閥(1 流出， 將所述第一閥及所述第二閥(11、1幻維持在打開狀態。
3.如權利要求2所述的閥控制系統，其特徵在於， 所述控制裝置00)以如下方式而構成，即、儘管尚未執行所述第一控制(S20)，但在所述第一傳感器(1 的檢測結果表示所述流體從所述第一閥(11)流出的情況下，不執行所述第一控制及所述第二控制(S20、S60)而結束所述第一閥及所述第二閥(11、1幻的控制。
4.如權利要求2所述的閥控制系統，其特徵在於， 所述控制裝置OO)以如下方式而構成，即、儘管尚未執行所述第一控制及所述第二控制(S20、S60)，但在所述第二傳感器(14)的檢測結果表示所述流體從所述第二閥(1 流出的情況下，不執行所述第一控制及所述第二控制(S20、S60)而結束所述第一閥及所述第二閥(11、1幻的控制。
5.如權利要求2所述的閥控制系統，其特徵在於， 所述控制裝置OO)以如下方式而構成，即、儘管執行了所述第一控制(S20)，但在經過了所述第一時間(tl)後的所述第一傳感器 (13)的檢測結果未發生變化的情況下，將所述第一閥(11)控制為關閉狀態，且由於不執行所述第二控制(S60)，從而結束所述第一閥及所述第二閥(11、1幻的控制。
6.如權利要求2所述的閥控制系統，其特徵在於，所述控制裝置00)以如下方式而構成，即、在執行了所述第一控制(S20)且尚未執行第二控制(S60)的階段，在所述第二傳感器 (14)的檢測結果表示所述流體從所述第二閥(1 流出的情況下，通過將所述第一閥(11) 控制為關閉狀態，從而結束所述第一閥及所述第二閥(11、1幻的控制。
7.如權利要求2所述的閥控制系統，其特徵在於， 所述控制裝置OO)以如下方式而構成，即、儘管執行了所述第二控制(S60)，但在經過了所述第二時間(U)後的所述第二傳感器 (14)的檢測結果未發生變化的情況下，通過將所述第一閥及所述第二閥(11、1幻控制為關閉狀態，從而結束所述第一閥及所述第二閥(11、1幻的控制。
8.如權利要求1所述的閥控制系統，其特徵在於，所述第一傳感器及所述第二傳感器(13、14)分別包括利用所述流體在所述流路流動而動作的開關。
9.如權利要求8所述的閥控制系統，其特徵在於， 所述開關為利用所述流體的壓力而動作的壓力開關。
10.一種閥控制方法，其為閥控制系統進行的閥控制方法， 所述閥控制系統具備第一閥，其設在用於流體流過的流路，並通過電信號可開閉；第二閥(12)，其設在所述流路中並在所述第一閥(11)的下遊側，且通過電信號可開閉；第一傳感器(13)，其設在所述流路中並在所述第一閥及所述第二閥(11、1幻之間，用於檢測所述流體從所述第一閥(11)的流出狀況；第二傳感器(14)，其設在所述流路中並在所述第二閥(1 的下遊側，用於檢測所述流體從所述第二閥(1 的流出狀況；控制裝置(20)，其以滿足安全標準的方式而構成，且基於所述第一傳感器(1 的檢測結果及所述第二傳感器(14)的檢測結果，用於控制所述第一閥及所述第二閥(11、12)， 其特徵在於，所述閥控制方法包括如下的步驟確認所述第一傳感器(1 的檢測結果表示所述流體未從所述第一閥(11)流出，且所述第二傳感器(14)的檢測結果表示所述流體未從所述第二閥(1 流出的步驟(SlO)；在確認了所述第一傳感器(1 的檢測結果和所述第二傳感器(14)的檢測結果後，執行用於打開所述第一閥(11)的第一控制的步驟(S20)；確認從執行了所述第一控制(S20)開始經過了第一時間(tl)後的所述第一傳感器 (13)的檢測結果表示所述流體從所述第一閥(11)流出的步驟(S30)；在所述第一傳感器(13)的檢測結果發生變化後，執行用於打開所述第二閥(12)的第二控制的步驟(S60)；確認從執行了所述第二控制開始經過了第二時間(U)後的所述第二傳感器(14)的檢測結果表示所述流體從所述第二閥(1 流出的步驟(S70)。
11.如權利要求10所述的閥控制方法，其特徵在於，還包括儘管尚未執行所述第一控制，但在所述第一傳感器(1 的檢測結果表示所述流體從所述第一閥(11)流出的情況下，將所述第二閥(1 維持為關閉狀態的步驟(S80)。
12.如權利要求10所述的閥控制方法，其特徵在於，還包括儘管尚未執行所述第一控制及所述第二控制，但在所述第二傳感器(14)的檢測結果表示所述流體從所述第二閥(1 流出的情況下，將所述第一閥(11)控制為關閉狀態的步驟(S80)。
13.如權利要求10所述的閥控制方法，其特徵在於，還包括儘管執行了所述第一控制，但在經過了所述第一時間(tl)後的所述第一傳感器(1 的檢測結果未發生變化的情況下，將所述第一閥(11)控制為關閉狀態的步驟 (S90)。
14.如權利要求10所述的閥控制方法，其特徵在於，還包括在執行了所述第一控制且尚未執行第二控制的階段，在所述第二傳感器(14) 的檢測結果表示所述流體從所述第二閥(1 流出的情況下，將所述第一閥(11)控制為關閉狀態的步驟(S90)。
15.如權利要求10所述的閥控制方法，其特徵在於，還包括儘管執行了所述第二控制，但在經過了所述第二時間(U)後的所述第二傳感器(14)的檢測結果未發生變化的情況下，將所述第一閥及所述第二閥(11、1幻控制為關閉狀態的步驟(S100)。
全文摘要
一種閥控制系統及閥控制方法，該閥控制系統(50)具備設在用於流體流過的配管(1)的通用閥(11、12)、第一傳感器及第二傳感器(13、14)、安全控制器(20)。通用閥(11、12)為通過電信號可進行開閉的閥，例如為電磁閥。第一傳感器及第二傳感器(13、14)為檢測流體從相對應的閥的流出狀況的傳感器，例如由壓力開關構成。安全控制器(20)以滿足安全標準的方式而構成，並且，用於基於來自第一傳感器(13)的信號(in1)及來自第二傳感器(14)的信號(in2)輸出控制通用閥(11、12)的信號(out1、out2)。
文檔編號F16K31/06GK102192353SQ20111003529
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月10日 優先權日2010年3月4日
發明者下原史靖, 松本強, 泉谷作 申請人:歐姆龍株式會社