(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位装置から送られてくる制御信号と、調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号とを入力とし、前記制御信号が示す値と前記弁開度信号が示す値との偏差を求め、この偏差に応じて自己のユニット内に設けられている制御用トランジスタに流れる電流の値を連続的に変化させて調整し、この調整した電流信号を出力する制御ユニットと、前記制御ユニットからの電流信号を空気圧信号に変換する電空変換器とを備え、前記電空変換器からの空気圧信号に基づいて前記調節弁の操作器へ出力空気圧を供給するポジショナにおいて、
前記上位装置からの前記制御ユニットへの制御信号を分岐入力とし、この分岐入力された制御信号の値とその制御信号に対して定められている正常範囲とを比較し、その比較結果を前記制御ユニットに出力する比較回路を備え、
前記制御ユニットは、
前記比較回路より前記制御信号の値が正常範囲を逸脱している旨の比較結果が送られてきた場合、前記制御用トランジスタに流れる電流の値を調整して前記電空変換器への電流信号を前記偏差に拘わらず強制的に零とする
ことを特徴とするポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上位装置から送られてくる制御信号の値に応じて調節弁の開度を制御するポジショナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種のポジショナは、上位装置から一対の電線を介して送られてくる４〜２０ｍＡの直流の電流信号（制御信号）で動作するように設計されている。例えば、上位側システムより４ｍＡの電流が送られてきた場合には調節弁の開度を０％とし、２０ｍＡの電流が送られてきた場合には調節弁の開度を１００％とする。
【０００３】
このような調節弁が設置されるいくつかの産業用プロセス制御システム、例えばオイルやガスなどの処理システムでは、緊急時の対応が重要である。すなわち、潜在的に毒性のあるいは可燃性の化学物質、ガス等が漏れたり、制御されずに排出されたりすることがないようすることが重要である。
【０００４】
そのために、調節弁には緊急時にバルブを緊急遮断（シャットダウン）する機能が求められ、そのために調節弁の開度を制御するポジショナにはその緊急遮断機能を有するように設計される。
【０００５】
近年、ポジショナにはマイクロプロセッサを有するインテリジェント型のポジショナが広く普及している。このようなインテリジェント型のポジショナであれば、弁開度制御用のソフトウェアに加えて、緊急遮断機能用のソフトウェアを搭載し、緊急時にバルブを全閉とすることが可能である。
【０００６】
例えば、弁開度制御用のソフトウェアに従うマイクロプロセッサの処理動作によって、上位装置から送られてくる制御信号の値をチェックし、この制御信号の値が所定の設定値を下回ったことを確認した場合に、強制的にバルブを全閉とする。
【０００７】
しかしながら、このようなソフトウェアによって緊急遮断時の機能を得ることは、あまり望ましいことではない。これは、かかるソフトウェアやこのソフトウェアを実行させるためのマイクロプロセッサに関連するデジタル回路などの確実性を証明するために、コストがかかり、時間もかかるからである。さらに、ソフトウェアに従う処理動作は元来複雑であるため、かかる処理動作によって実現される緊急遮断の失敗率が許容できないほどに高くなってしまう虞もある。
【０００８】
そこで、例えば特許文献１に、ソフトウェアに依存するのではなく、ポジショナ自身に緊急遮断用の回路を設けるようにした例が示されている。この特許文献１に示された電空コントローラ（ポジショナ）では、マクロプロセッサやデジタル回路で構成された制御ユニットと電空変換器との間に緊急遮断用の回路としてシャットダウンユニットを設けるようにしている。
【０００９】
図５に制御ユニットと電空変換器との間にシャットダウンユニットを設けるようにしたポジショナの要部を示す。同図において、１００は上位装置、２００はポジショナ、３００は調節弁である。ポジショナ２００は、制御ユニット１と、電空変換器２と、パイロットリレー３と、開度センサ４とを備えており、制御ユニット１と電空変換器２との間にシャットダウンユニット５が設けられている。
【００１０】
このポジショナ２００において、制御ユニット１は、上位装置１００から送られてくる４〜２０ｍＡの制御信号（直流の電流信号）と、調節弁３００から開度センサ４を介してフィードバックされてくる弁開度信号とを入力とし、制御信号が示す値（設定開度θｓｐ）と弁開度信号が示す値（実開度θｐｖ）との偏差を求め、この偏差に応じてその値を連続的に変化させて調整した電流信号Ｉｏを調整電流として出力する。この制御ユニット１における電流の調整には制御用トランジスタＱ１が用いられる。
【００１１】
電空変換器２は、制御ユニット１からのシャットダウンユニット５を介する電流信号（調整電流）Ｉｏを入力とし、この入力された電流信号（調整電流）Ｉｏを空気圧信号Ｐｎに変換する。なお、電空変換器２は、制御ユニット１からの電流信号（調整電流）Ｉｏを励磁コイルに供給することによって、供給空気を噴出するノズルとフラッパとの離間距離を調整し、これによって得られるノズル背圧を空気圧信号Ｐｎとして出力する。パイロットリレー３は、電空変換器２からの空気圧信号Ｐｎを増幅し、出力空気圧Ｐｏｕｔとして調節弁３００の操作器７へ供給する。
【００１２】
シャットダウンユニット５は、比較回路５１とＦＥＴなどの電子デバイスによる電子スイッチ５２とを備え、電子スイッチ５２が制御ユニット１からの電空変換器２への電流信号（調整電流）Ｉｏの供給通路に設けられている。シャットダウンユニット５において、比較回路５１は、上位装置１００からの制御ユニット１への制御信号を分岐入力とし、この分岐入力された制御信号の値が所定の閾値より小さい場合、電子スイッチ５２をオフとし、制御ユニット１からの電空変換器２への電流信号（調整電流）Ｉｏの供給を遮断する。これにより、ポジショナ２００からの出力空気圧Ｐｏｕｔが実質的にゼロ近くまで低減され、調節弁３００が強制的に全閉とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表２００７−５１２６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ポジショナにおいて、電空変換器へ供給する調整電流は、調節弁の開度をコントロールするものであり、非常に重要なものである。シャットダウンを実行すべきでない状況において、万が一にでも電空変換器への調整電流の供給が遮断された場合は、プラントが停止してしまうなどの虞がある。例えば、電空変換器へ供給する調整電流のループが途中で断線した場合には、供給停止に陥ってしまうことになる。
【００１５】
しかしながら、図５に示したポジショナ２００では、この重要な調整電流のループに電子スイッチ５２を配置し、この電子スイッチ５２をオフとすることでシャットダウンを実現している。このような構成では、例えば、ノイズなどの衝撃で、あるいは、自身の不良，劣化によって、電子スイッチ５２に破損が発生する虞があり、この電子スイッチ５２の存在が、正常時にも拘わらず不要なシャットダウンを引き起こす原因となってしまう。また、制御ユニット１と電空変換器２との間に電子スイッチ５２を追加しなければならず、コストアップになってしまう。
【００１６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、調整電流のループに電子スイッチを配置することなく、ソフトウェアに依存しない緊急遮断機能を得ることが可能なポジショナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために本発明は、上位装置から送られてくる制御信号と、調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号とを入力とし、制御信号が示す値と弁開度信号が示す値との偏差を求め、この偏差に応じて自己のユニット内に設けられている制御用トランジスタに流れる電流の値を連続的に変化させて調整し、この調整した電流信号を出力する制御ユニットと、制御ユニットからの電流信号を空気圧信号に変換する電空変換器とを備え、電空変換器からの空気圧信号に基づいて調節弁の操作器へ出力空気圧を供給するポジショナにおいて、上位装置からの制御ユニットへの制御信号を分岐入力とし、この分岐入力された制御信号の値とその制御信号に対して定められている正常範囲とを比較し、その比較結果を制御ユニットに出力する比較回路を備え、制御ユニットは、比較回路より制御信号の値が正常範囲を逸脱している旨の比較結果が送られてきた場合、制御用トランジスタに流れる電流の値を調整して電空変換器への電流信号を偏差に拘わらず強制的に零とすることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、上位装置からの制御ユニットへの制御信号が比較回路に分岐入力され、比較回路においてその制御信号の値とその制御信号に対して定められている正常範囲とが比較され、その比較結果が制御ユニットへ送られる。制御ユニットは、比較回路より制御信号の値が正常範囲を逸脱している旨の比較結果が送られてくると、制御信号が示す値（設定開度）と弁開度信号が示す値（実開度）との偏差に拘わらず、自己のユニット内に設けられている制御用トランジスタに流れる電流の値を調整して電空変換器への電流信号を強制的に零とする。この電流信号の零への調整は、制御ユニットが有している通常の機能、すなわち制御信号が示す値（設定開度）と弁開度信号が示す値（実開度）との偏差に応じて自己のユニット内に設けられている制御用トランジスタに流れる電流の値を連続的に変化させて調整する機能を利用して行われる。したがって、本発明において、調整電流のループ（制御ユニットと電空変換器との間）に電子スイッチを配置する必要がなく、電子スイッチの破損による影響を受けないし、コストアップも避けられる。
【００１９】
本発明において、例えば制御信号の正常範囲を５〜１９ｍＡとした場合、制御信号の値が５ｍＡを下回っていれば、あるいは制御信号の値が１９ｍＡを上回っていれば、電空変換器への電流信号が強制的に零とされる。なお、正常範囲を５ｍＡ以上として定めたり、正常範囲を１９ｍＡ以下として定めたりするなどしてもよい。正常範囲を５ｍＡ以上として定めると、制御信号の値が５ｍＡを下回っていれば、電空変換器への電流信号が強制的に零とされる。正常範囲を１９ｍＡ以下として定めると、制御信号の値が１９ｍＡを上回っていれば、電空変換器への電流信号が強制的に零とされる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上位装置からの制御ユニットへの制御信号が比較回路に分岐入力され、比較回路においてその制御信号の値と正常範囲とが比較され、制御信号の値が正常範囲を逸脱している場合、制御ユニットが有している通常の機能を利用して電空変換器への電流信号が調整されて零とされるので、調整電流のループ（制御ユニットと電空変換器との間）に電子スイッチを配置することなく、ソフトウェアに依存しない緊急遮断機能を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るポジショナの一実施の形態の要部を示す図である。
【図２】このポジショナの制御ユニット内の構成を示す図である。
【図３】このポジショナにおける比較回路の回路構成を電流検出回路、Ｄ／Ａ変換器、駆動回路などの他の回路構成と合わせて示す図である。
【図４】図３に示した回路構成の動作を説明するための図である。
【図５】緊急遮断用の回路としてシャットダウンユニットを設けた従来のポジショナの要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明に係るポジショナの一実施の形態の要部を示す図である。同図において、図５と同一符号は図５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
【００２３】
本実施の形態のポジショナ２０１の従来のポジショナ２００と異なる点は、制御ユニット１からの電空変換器２への電流信号（調整電流）Ｉｏの供給通路から電子スイッチ５２をなくし、比較回路５１に代えて比較回路６を設け、この比較回路６での比較結果を制御ユニット１に送るようにした点にある。
【００２４】
このポジショナ２０１において、制御ユニット１は、上位装置１００から送られてくる４〜２０ｍＡの制御信号（直流の電流信号）と、調節弁３００から開度センサ４を介してフィードバックされてくる弁開度信号とを入力とし、制御信号が示す値（設定開度θｓｐ）と弁開度信号が示す値（実開度θｐｖ）との偏差を求め、この偏差に応じてその値を連続的に変化させて調整した電流信号（調整電流）Ｉｏを出力する。この制御ユニット１における電流の調整には制御用トランジスタＱ１が用いられる。
【００２５】
電空変換器２は、制御ユニット１からの電流信号（調整電流）Ｉｏを入力とし、この入力された電流信号（調整電流）Ｉｏを空気圧信号Ｐｎに変換する。パイロットリレー３は、電空変換器２からの空気圧信号Ｐｎを増幅し、出力空気圧Ｐｏｕｔとして調節弁３００の操作器７へ供給する。
【００２６】
比較回路６は、上位装置１００からの制御ユニット１への制御信号を分岐入力とし、この分岐入力された制御信号の値とその制御信号に対して定められている正常範囲とを比較し、その比較結果を制御ユニット１に出力する。
【００２７】
この実施の形態において、比較回路６における制御信号の正常範囲は、５〜１９ｍＡとして定められているものとする。すなわち、比較回路６に対して、下限閾値として５ｍＡが設定され、上限閾値として１９ｍＡが設定されているものとする。
【００２８】
制御ユニット１は、比較回路６より制御信号の値が正常範囲を逸脱している旨の比較結果が送られてきた場合、制御信号が示す値（設定開度θｓｐ）と弁開度信号が示す値（実開度θｐｖ）との偏差に拘わらず、電空変換器２への電流信号（調整電流）Ｉｏを強制的に調整して零とする。これにより、ポジショナ２００からの出力空気圧Ｐｏｕｔが実質的にゼロ近くまで低減され、調節弁３００が強制的に全閉とされる。
【００２９】
制御ユニット１における電流信号（調整電流）Ｉｏの零への調整は、制御ユニット１が有している通常の機能、すなわち制御信号が示す値（設定開度θｓｐ）と弁開度信号が示す値（実開度θｐｖ）との偏差に応じて電流信号（調整電流）Ｉｏの値を連続的に変化させる機能を利用して行われる。
【００３０】
したがって、本実施の形態のポジショナ２０１では、従来のポジショナ２００のように制御ユニット１からの電空変換器２への電流信号（調整電流）Ｉｏの供給通路に電子スイッチを配置する必要がなく、電子スイッチの破損による影響を受けないし、コストアップも避けられる。
【００３１】
このようにして、本実施の形態のポジショナ２０１では、調整電流のループに電子スイッチを配置することなく、ソフトウェアに依存しない緊急遮断機能を得ることができるようになり、信頼性が高まり、コストダウンも図られるものとなる。
【００３２】
図２に図１に示したポジショナ２０１の制御ユニット１内の構成を示す。図２において、入力端子Ｔ１，Ｔ２には、４〜２０ｍＡの制御信号（直流の電流信号）が入力される。ツェナーダイオードＺＤ１は、抵抗ＲＡを介して入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されており、ＣＰＵ１−１等の内部回路用の電源電圧Ｖ１を生成する。コンデンサＣＢは、電源電圧Ｖ１のデカップリング回路で、電源電圧Ｖ１とグランドＧＮＤ間でのエネルギーの移動や帰還を防止する。
【００３３】
電流検出回路１−２は、入力端子Ｔ１，Ｔ２に入力された制御信号の値を検知するもので、この検知した制御信号の値はＡ／Ｄ変換器１−３および比較回路６に送られる。ＣＰＵ１−１は、調節弁３００の開度制御を行うもので、メモリＭ１にＰＩＤ制御等の制御プログラムが格納されている。Ｄ／Ａ変換器１−４は、ＣＰＵ１−１の制御出力がデジタル信号であるのをアナログ信号に変換する。
【００３４】
駆動回路１−５は、制御用トランジスタＱ１を備え、Ｄ／Ａ変換器１−４から送られてきたアナログ信号を増幅やインピーダンス変換して電流信号（調整電流）Ｉｏとし、電空変換器２に供給する。センサインターフェイス回路１−６は、開度センサ４からの弁開度信号を処理して、Ａ／Ｄ変換器１−３に送る。Ａ／Ｄ変換器１−３は、電流検出回路１−２から送られてくる制御信号の値と、センサインターフェイス回路１−６から送られてくる弁開度信号の値をデジタル信号化してＣＰＵ１−１に送る。
【００３５】
図３に比較回路６の回路構成を電流検出回路１−２、Ｄ／Ａ変換器１−４、駆動回路１−５などの他の回路構成と合わせて示す。Ｄ／Ａ変換器１−４は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とオペアンプＯＰ１とを備え、ＣＰＵ１−１からの制御出力（デジタル信号）を電圧信号（アナログ信号）Ｖｏに変換する。駆動回路１−５は、制御用トランジスタＱ１と抵抗Ｒ３とを備え、Ｄ／Ａ変換器１−４からの電圧信号Ｖｏに応じた電流信号（調整電流）Ｉｏを生成し、電空変換器２の励磁コイルＣＬに供給する。
【００３６】
電流検出回路１−２は、オペアンプＯＰ２よりなるバッファ回路として構成され、抵抗ＲＡを流れる電流Ｉｉｎの値に応じた電圧Ｖｉを生成する。比較回路６は、第１のコンパレータＣＰ１と、第２のコンパレータＣＰ２と、ショットキーダイオードＤ１およびＤ２とから構成されている。比較回路６において、コンパレータＣＰ１の反転入力端には基準電圧Ｖｒｅｆ１が設定され、コンパレータＣＰ２の非反転入力端には基準電圧Ｖｒｅｆ２が設定され、コンパレータＣＰ１の非反転入力端およびコンパレータＣＰ２の反転入力端には電流検出回路１−２が検出する電流Ｉｉｎの値に応じた電圧Ｖｉが入力される。ショットキーダイオードＤ１およびＤ２は、そのカソードをコンパレータＣＰ１，ＣＰ２側として、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力端とＤ／Ａ変換器１−４からの駆動回路１−５への電圧信号Ｖｏの出力ラインとの間に接続されている。
【００３７】
図４を用いて図３に示した回路構成の動作を説明する。この回路構成において、抵抗ＲＡに流れる電流Ｉｉｎは上位装置１００からの制御信号の値を示す。本実施の形態では、この制御信号の正常範囲を５〜１９ｍＡとしており、すなわち下限閾値を５ｍＡ、上限閾値を１９ｍＡとしており、これに対応して比較回路６に対する基準電圧Ｖｒｅｆ１をＶｒｅｆ１＝１Ｖとして、基準電圧Ｖｒｅｆ２をＶｒｅｆ２＝４Ｖとして設定している。
【００３８】
制御信号の値が５〜１９ｍＡである場合、電流検出回路１−２が検出する電流Ｉｉｎの値に応じた電圧Ｖｉは、１Ｖから４Ｖの間で変化する（１Ｖ≦Ｖｉ≦４Ｖ）。この場合、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力Ｖcmp1，Ｖcmp2が共に「Ｈｉ」レベルとなり、Ｄ／Ａ変換器１−４からの電圧信号Ｖｏが駆動回路１−５へ与えられ、駆動回路１−５はＤ／Ａ変換器１−４からの電圧信号Ｖｏに応じた電流信号（調整電流）Ｉｏを生成する。
【００３９】
これに対して、制御信号の値が５ｍＡを下回ると、電流検出回路１−２が検出する電流Ｉｉｎの値に応じた電圧Ｖｉが１Ｖを下回り、コンパレータＣＰ１の出力Ｖcmp1が「Ｌｏ」レベルとなる。このため、Ｄ／Ａ変換器１−４からの駆動回路１−５への電圧信号Ｖｏが強制的に零とされ、駆動回路１−５が生成する電流信号（調整電流）Ｉｏが零となる。
【００４０】
また、制御信号の値が１９ｍＡを上回ると、電流検出回路１−２が検出する電流Ｉｉｎの値に応じた電圧Ｖｉが４Ｖを上回り、コンパレータＣＰ２の出力Ｖcmp2が「Ｌｏ」レベルとなる。このため、Ｄ／Ａ変換器１−４からの駆動回路１−５への電圧信号Ｖｏが強制的に零とされ、駆動回路１−５が生成する電流信号（調整電流）Ｉｏが零となる。
【００４１】
なお、この実施の形態では、制御信号の正常範囲を５〜１９ｍＡとしたが、これはあくまでも一例であり５〜１９ｍＡに限られるものではない。例えば、正常範囲を５ｍＡ以上として定めたり、正常範囲を１９ｍＡ以下として定めたりするなどしてもよい。正常範囲を５ｍＡ以上とする場合には、図３に示した比較回路６の回路構成において、コンパレータＣＰ２およびショットキーダイオードＤ２を省略すればよく、正常範囲を１９ｍＡ以下とする場合には、コンパレータＣＰ１およびショットキーダイオードＤ１を省略すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のポジショナは、調節弁の開度を制御する機器として、プロセス制御など様々な分野で利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…制御ユニット、２…電空変換器、３…パイロットリレー、４…開度センサ、６…比較回路、７…操作器、１−１…ＣＰＵ、１−２…電流検出回路、１−３…Ａ／Ｄ変換器、１−４…Ｄ／Ａ変換器、１−５…駆動回路、１−６…センサインターフェイス回路、ＺＤ１…ツェナーダイオード、ＲＡ…抵抗、ＣＰ１，ＣＰ２…コンパレータ、Ｄ１，Ｄ２…ショットキーダイオード、Ｑ１…制御用トランジスタ、１００…上位装置、２０１…ポジショナ、３００…調節弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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