【計装】調節弁(コントロールバルブ)について

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計装
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概要

調節弁(コントロールバルブ)とは、流量・圧力・温度・液位など工場やプラントで必要となる物理量(プロセス量)を制御するための操作機器です。

配管やタンクに存在する様々な液体は、圧力計やレベル計によってその物理量を測定しています。

当然測定した以上、次はこのプロセス量をコントロールする必要があると思います。

調節弁は通常のバルブのようなという二通りの状態だけでなく、例えば20%だけ弁を開いてほしい、もしくは60%だけ閉として欲しい、という断続的な変化をつけることが可能となるバルブです。

下のイラストを参考にしてみてください。

調節弁(コントロールバルブ)の役割について

調節弁はイラストで説明している通り、調節計などと一緒に組み合わせて使用するケースが多く、最近はPLCから直接4~20mAの指令を出すことも多いです。

例では調節計は配管に取り付けた流量計から「液体の流量」を計測し、設定値と計測値の偏差を考慮して、調節弁へと開度を指令します。

調節計が頭脳なら、調節弁は手足のような存在ということになります。

※調節計の原理については下記の記事をご参照ください。

【計装】調節計について
概要 調節計とは温度・圧力・流量などの物理量やプロセス量(測定値)を目標値(設定値)と比較し、一致させるように制御を行う機器のことです。 デジタル指示調節計とも呼ばれ、工場やプラントなどで幅広く使用されています。 分かりやすく...

調節弁(コントロールバルブ)は調節計の演算結果に基づき、正確に弁体の開度を維持・修正する役割を担っているんですね。

調節弁の構成

調節弁自体はPLCや調節計からの信号を下に、忠実に開度を変える機器であることを前述しました。

では実際にどういった構成なのか、イラストを見てみましょう。

調節弁(コントロールバルブ)の本体構成と各部名称について

調節弁は主に「ポジショナ」「駆動部」の二つで構成されています。

ポジショナ

外部からの開度指令を受信し、信号と開度が一致するように制御する機器になります。

動作機構としては電空式空空式の二種類が一般的です。

電空式:電流信号(DC4~20mA)の信号を下に、エアーの力で0~100%の開度に反映。

空空式:空気信号(20~100kPa)の信号を下に、エアーの力で0~100%の開度に反映。

ようは開度指令が電流かエアーかの違いになります。

駆動部

駆動部はポジショナと連動し、実際に液体の流れている弁体部を駆動させる機器になります。

ポジショナと駆動部はフィードバックレバーで接続されており、このレバーによって弁体が上や下に上げ下げされ、流体の通り道を大きくしたり小さくしたり……という動作を行うんですね。

弁体にはグローブ弁という形状が汎用的に使用されますが、そのほかプロセスによってバタフライ弁やゲート弁などが適用されるケースもあるようです。

 

以上二点が調節弁のオーソドックスな構成になります。

化学プラントなどの危険物エリアでは、エアーを駆動源とした方が安全であり、イラストのようなエアー駆動となる調節弁が多いです。その場合、駆動用エアーには140~280kPa程度の空気圧が使用されます。

調節弁のインテリジェント化

ここまでで調節弁の基本的な機能・構成については述べました。

しかし近年のモデルは本体のインテリジェント化が進み、HART通信などに対応するスマートバルブポジショナというモノが生まれています。

※HART通信については以下の記事をご参照ください。

【FA通信】HART通信について
概要 HART通信とはHighway Addressable Remote Tranducerの略で、米国のRosemount社が提唱した通信規格です。 現場機器と制御機器、もしくは制御システム間の4~20mAのアナログ信号線にディ...

スマートバルブポジショナ式の調節弁(コントロールバルブ)について

HART通信や横河のBRAIN通信は、主に二線式伝送方式というDC4~20mAのループ回路に適用される通信規格です。

ディジタル信号を4~20mAのアナログ信号に重畳させることで、PCやコミュニケータ⇔調節弁で通信を行い、本体のセットアップや調整が可能となります。

また調節弁自体が故障診断機能を持ち合わせており、これにより障害が起きた日時、内容、対処法までをすぐに確認することも出来ます。

他にもパラメータのバックアップが簡単にCSVやhtml形式で保存できるため、保全や更新おいても利用できます。

相当便利なので、活用しない手はありませんよ!

まとめ

  • 調節弁は計測したプロセス量の制御に用いる操作機器である。
  • 「ポジショナ」「駆動部」の大きく二つで構成される
  • 近年はスマートバルブポジショナなど、本体のインテリジェント化が進んだモデルがある。

参考文献・サイト

コメント

  1. […] 【計装】調節弁(コントロールバルブ)について […]

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