(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンオフの接点信号を、ソレノイド型電磁弁を動作させる制御信号に変換する接点信号変換装置であって、
前記制御信号の電流を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電流以下に制限する防爆バリアと、
前記防爆バリアを介して供給される電圧が前記ソレノイド型電磁弁の動作電圧を超える電圧を確保できる本数の電池群と、
を備えたことを特徴とする接点信号変換装置。
【請求項２】
前記電池群は、最大開路電圧が前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧を超えない本数であることを特徴とする請求項１に記載の接点信号変換装置。
【請求項３】
前記電池群は、最大開路電圧が前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧を超える本数であり、
前記防爆バリアは、さらに、前記制御信号の電圧を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧以下に制限することを特徴とする請求項１に記載の接点信号変換装置。
【請求項４】
前記電池群の本数は偶数本であり、
前記電池群の本数よりも１本少ない場合には、最大開路電圧が前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧を超えないことを特徴とする請求項３に記載の接点信号変換装置。
【請求項５】
前記防爆バリアは、ツェナーダイオードを用いて、前記制御信号の電圧を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧以下に制限することを特徴とする請求項３または４に記載の接点信号変換装置。
【請求項６】
前記防爆バリアは、
前記オンオフの接点信号に応じてオンオフするサブスイッチを前記ツェナーダイオードの前段に配置したことを特徴とする請求項５に記載の接点信号変換装置。
【請求項７】
オンオフの接点信号を、ソレノイド型電磁弁を動作させる制御信号に変換する接点信号変換装置であって、
前記制御信号の電流を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電流以下に制限するとともに、前記制御信号の電圧を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧以下に制限する防爆バリアと、
電池と、
前記防爆バリアを介して供給される電圧が前記ソレノイド型電磁弁の動作電圧を超える電圧となるように前記電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
を備えたことを特徴とする接点信号変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ動作を指示する接点信号を電磁弁制御信号に変換する接点信号変換装置に関し、特に、ソレノイド型電磁弁を駆動可能な接点信号変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント等においてバルブの開閉を遠隔操作する場合は、操作を行なう端末装置からバルブ駆動装置にバルブの開閉を指示する制御信号が送られる。従来、操作装置とバルブ駆動装置との通信は、端末装置とバルブ駆動装置との間に敷設した制御信号線を介した有線通信で行なわれていたが、近年では無線で通信が行なわれことも多くなっている。
【０００３】
図７は、無線通信を行なう端末装置とバルブ駆動装置との構成を示す図である。本図に示すように、操作を行なう端末装置２１には、端末側無線通信装置２２が接続され、バルブ開閉動作を行なうバルブ駆動装置６０にはバルブ側無線通信装置２３が接続されている。
【０００４】
オペレータが端末装置２１でバルブ駆動装置６０の開動作を指示すると、端末側無線通信装置２２からバルブ側無線通信装置２３にバルブ開接点信号のオンが無線で送られ、バルブ駆動装置６０に伝達される。
【０００５】
バルブ駆動装置６０は、信号変換装置６１、ピエゾ型電磁弁６２、空気圧開閉器６３を備えている。信号変換装置６１は、バルブ側無線通信装置２３から開接点信号のオンが伝達されると、ピエゾ型電磁弁６２を動作させる開制御信号のオンに変換して、ピエゾ型電磁弁６２に出力する。ピエゾ型電磁弁６２が開制御信号のオンにしたがって電磁弁を切り替えると、空気圧開閉器６３がバルブ２４を駆動し、バルブ２４を開にする。
【０００６】
オペレータが端末装置２１でバルブ駆動装置６０の動作停止を指示すると、端末側無線通信装置２２からバルブ側無線通信装置２３に開接点信号のオフが無線で送られ、バルブ駆動装置６０に伝達される。バルブ駆動装置６０の信号変換装置６１は、バルブ開接点信号のオフを開制御信号のオフに変換して、ピエゾ型電磁弁６２に出力する。ピエゾ型電磁弁６２が開制御信号のオフにしたがって電磁弁を切り替えると、バルブ２４の開動作が停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５２８２６９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
無線通信を行なうバルブ駆動装置６０において、電磁弁はピエゾ型電磁弁６２が用いられているが、ピエゾ型電磁弁６２は、一般的でなく、選択の自由度が低い。また、国内では本質安全防爆仕様の認定を受けているものが無いため、使用場所の制約がある。
【０００９】
このため、一般的で選択の自由度が高く、また、国内で本質安全防爆仕様の認定を受けている製品もあるソレノイド型電磁弁を使用したいという要望がある。
【００１０】
しかしながら、ソレノイド型電磁弁は、ピエゾ型電磁弁６２と比較して動作させるためにより大きな電力が必要である。具体的には、ピエゾ型電磁弁６２が６Ｖ、０．５ｍＡの０．００３Ｗ程度で動作させることができるのに対し、ソレノイド型電磁弁は、ＤＣ１２Ｖ、３４ｍＡ、４０８ｍＷ程度の電力が必要となる。このため、単にピエゾ型電磁弁６２をソレノイド型電磁弁に差し替えただけでは使用することができない。
【００１１】
そこで、本発明は、無線通信を行なうバルブ駆動装置においてソレノイド型電磁弁を使用できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である接点信号変換装置は、オンオフの接点信号を、ソレノイド型電磁弁を動作させる制御信号に変換する接点信号変換装置であって、前記制御信号の電流を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電流以下に制限する防爆バリアと、前記防爆バリアを介して供給される電圧が前記ソレノイド型電磁弁の動作電圧を超える電圧を確保できる本数の電池群と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記電池群は、最大開路電圧が前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧を超えない本数とすることができる。
あるいは、前記電池群は、最大開路電圧が前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧を超える本数であり、前記防爆バリアは、さらに、前記制御信号の電圧を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧以下に制限するようにしてもよい。
このとき、前記電池群の本数は偶数本であり、前記電池群の本数よりも１本少ない場合には、最大開路電圧が前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧を超えないものとすることができる。
また、前記防爆バリアは、ツェナーダイオードを用いて、前記制御信号の電圧を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧以下に制限することが望ましい。
前記防爆バリアは、前記オンオフの接点信号に応じてオンオフするサブスイッチを前記ツェナーダイオードの前段に配置することが望ましい。
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である接点信号変換装置は、オンオフの接点信号を、ソレノイド型電磁弁を動作させる制御信号に変換する接点信号変換装置であって、前記制御信号の電流を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電流以下に制限するとともに、前記制御信号の電圧を前記ソレノイド型電磁弁に関して安全上定められた最大電圧以下に制限する防爆バリアと、電池と、前記防爆バリアを介して供給される電圧が前記ソレノイド型電磁弁の動作電圧を超える電圧となるように前記電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、無線通信を行なうバルブ駆動装置においてソレノイド型電磁弁を使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例を説明するブロック図である。
【図２】防爆バリアの構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第２実施例を説明するブロック図である。
【図４】本発明の第３実施例を説明するブロック図である。
【図５】第３実施例における防爆バリアの構成を示す図である。
【図６】バルブ側無線通信装置で複数のソレノイド型電磁弁の開閉を制御する場合の構成を示すブロック図である。
【図７】無線通信を行なう端末装置とバルブ駆動装置との従来の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施例＞
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例を説明するブロック図である。本図に示すように、操作を行なう端末装置２１には、端末側無線通信装置２２が接続され、バルブ２４の開閉動作を行なうバルブ駆動装置１０にはバルブ側無線通信装置２３が接続されている。端末装置２１、端末側無線通信装置２２、バルブ側無線通信装置２３、バルブ２４については従来と同様である。以下では、バルブ２４の開動作を例に説明する。
【００１７】
オペレータが端末装置２１でバルブの開を指示すると、端末側無線通信装置２２からバルブ側無線通信装置２３に開接点信号のオンが無線で送られ、バルブ駆動装置１０に伝達される。また、オペレータが端末装置２１でバルブの停止を指示すると、端末側無線通信装置２２からバルブ側無線通信装置２３に開接点信号のオフが無線で送られ、バルブ駆動装置１０に伝達される。
【００１８】
バルブ駆動装置１０は、接点信号変換装置１１０、ソレノイド型電磁弁１２０、空気圧開閉器１３０を備えている。空気圧開閉器１３０は従来と同様である。
【００１９】
ソレノイド型電磁弁１２０は、仕様で定められた電圧、電流、電力で動作し、空気圧開閉器１３０の開閉動作を制御する電磁弁である。ソレノイド型電磁弁１２０は、本質安全防爆仕様の認定を受けているものが望ましい。ここでは、ソレノイド型電磁弁１２０は、一般的な値であるＤＣ１２Ｖ、３４ｍＡ、４０８ｍＷで動作するものとする。
【００２０】
接点信号変換装置１１０は、電池１１１、電流制限回路１１２、昇圧回路１１３、スイッチ１１４、防爆バリア１１５を備えている。
【００２１】
昇圧回路１１３は、電池１１１が供給する電圧を、ソレノイド型電磁弁１２０の動作電圧である１２Ｖの２倍の２４Ｖに昇圧する。これは、防爆バリア１１５の最大効率が５０％であることによるものである。昇圧回路１１３は、例えば、一般的なＤＣ−ＤＣコンバータ等を用いることができる。
【００２２】
スイッチ１１４は、バルブ側無線通信装置２３からのバルブ開接点信号のオン／オフに応じてオンオフするスイッチである。スイッチ１１４は、一般的なＦＥＴ、トランジスタ等を用いることができる。
【００２３】
防爆バリア１１５は、昇圧回路１１３の出力を、ソレノイド型電磁弁１２０の本安回路最大電圧、本安回路最大電流以下に制限する回路である。ソレノイド型電磁弁１２０の本安回路最大電圧は、例えば、２９．４Ｖであり、本安回路最大電流は、例えば、９３．８ｍＡである。
【００２４】
図２は、防爆バリア１１５の構成例を示す回路図である。本図の例では、抵抗Ｒ１で電流を制限し、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２で電圧を２９．４Ｖ以下に制限するようにしている。ただし、防爆バリア１１５は、他の回路構成であってもよい。
【００２５】
図１の説明に戻って、電流制限回路１１２は、電池１１１から昇圧回路１１３に流入する電流を制限する回路である。電流制限回路１１２は、例えば、直列抵抗器を用いて構成することができる。
【００２６】
電池１１１は、フィールド機器用途で一般的な公称電圧３．６Ｖ（最大開路電圧３．９Ｖ）を４本用いることとする。電流制限回路１１２の最大効率が５０％、昇圧回路１１３の最大効率が一般に８０％程度、防爆バリア１１５の最大効率が５０％であることから、ソレノイド型電磁弁１２０の動作電力４０８ｍＷを供給するために、電池１１１の出力電力は２Ｗ（≒４０８ｍＷ／（０．５×０．８×０．５））以上とする。
【００２７】
接点信号変換装置１１０は、バルブ側無線通信装置２３からバルブ開接点信号のオンが伝達されると、スイッチ１１４がオンとなる。スイッチ１１４がオンとなると、ソレノイド型電磁弁１２０に開制御信号のオンが防爆バリア１１５を介して伝達される。この開制御信号は、昇圧回路１１３により電池１１１の出力電圧を昇圧したものであり、ソレノイド型電磁弁１２０を動作させることができる電圧である。
【００２８】
このように、第１実施例では、昇圧回路１１３を用いて電池１１１の出力電圧を昇圧することにより、無線通信を行なうバルブ駆動装置１０においてソレノイド型電磁弁１２０を使用できるようにしている。
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。第１実施例では、ソレノイド型電磁弁１２０に４０８ｍＷの動作電力を供給するために５倍以上の２Ｗの電力供給能力を有する電池１１１が必要であった。本質安全防爆構造を設計するにあたり、電池１１１の供給能力である２Ｗが小型部品に印加された場合に、部品の加熱により可燃性ガスに点火しないようにする必要がある。また、電池の電力供給能力を１．３Ｗ以下にすることができれば、表面積が２０平方ミリメートルを超える部品は温度等級にＴ４に分類されるため、本質安全防爆構造が容易となる。
【００２９】
そこで、第２実施例では、電力供給能力が１．３Ｗ以下の電池を用いて、無線通信を行なうバルブ駆動装置においてソレノイド型電磁弁１２０を使用できるようにする。
【００３０】
図３は、第２実施例を説明するブロック図である。第１実施例と同じブロックについては同じ符号を付している。本図に示すように、操作を行なう端末装置２１には、端末側無線通信装置２２が接続され、バルブ開閉動作を行なうバルブ駆動装置１１にはバルブ側無線通信装置２３が接続されている。
【００３１】
バルブ駆動装置１１は、接点信号変換装置１４０、ソレノイド型電磁弁１２０、空気圧開閉器１３０を備えている。本実施例でも、ソレノイド型電磁弁１２０は、一般的な値であるＤＣ１２Ｖ、３４ｍＡ、４０８ｍＷで動作するものとする。
【００３２】
接点信号変換装置１４０は、電池１４１、防爆バリア１４２、スイッチ１４３を備えている。電池１４１は、フィールド機器用途で一般的な公称電圧３．６Ｖ（最大開路電圧３．９Ｖ）を７本直列に用いることとする。公称電圧３．６Ｖの電池を７本直列に用いたときの公称電圧は２５．２Ｖであり、最大効率５０％の防爆バリア１４２を介してソレノイド型電磁弁１２０に供給される電圧は１２．６Ｖとなり、昇圧回路を用いることなく、ソレノイド型電磁弁１２０の動作電圧を上回ることになる。このため、昇圧回路に流入する電流を制限する回路も不要となり、効率の低下を防ぐことができる。
【００３３】
また、７本直列に用いたときの最大開路電圧は２７．３Ｖとなり、ソレノイド型電磁弁１２０の本安回路最大電圧である２９．４Ｖを超えない。このため防爆バリア１４２には電圧制限用の素子、例えば、ツェナーダイオードが不要となる。ただし、図２に示したツェナーダイオードを用いた防爆バリア１１５を使用することにより、最大開路電圧が２９．４Ｖを超える電池を使用してもよい。
【００３４】
防爆バリア１４２の効率は５０％であるため、最大で電池１４１の５０％の電力をソレノイド型電磁弁１２０の切り替え動作に利用することができる。このため、電池１４１の電力供給能力は、８１６ｍＷ（＝４０８ｍＷ／０．５）で足り、電力供給能力が１．３Ｗ以下の電池を用いて、無線通信を行なうバルブ駆動装置においてソレノイド型電磁弁１２０を使用できるようになる。
＜第３実施例＞
次に、本発明の第３実施例について説明する。第２実施例では、電池を７本用いて電力供給能力が１．３Ｗ以下の電池群を構成し、無線通信を行なうバルブ駆動装置においてソレノイド型電磁弁１２０を使用できるようにした。
【００３５】
しかしながら、電池を収納する電池パックは、一般に偶数個の電池を収納する仕様となっており、奇数個の電池を使用することは汎用性に欠ける。そこで、８個の電池を用いることが考えられる。
【００３６】
公称電圧３．６Ｖ（最大開路電圧３．９Ｖ）の電池を８本用いることにより汎用的な電池パックの使用が可能になり、コストを削減することができるが、供給される最大開路電圧が３１．２Ｖとなり、ソレノイド型電磁弁１２０の本安回路最大電圧である２９．４Ｖを超えることになる。このため、防爆バリアには図２に示したように電圧制限用の素子、例えば、ツェナーダイオードが必要となる。
【００３７】
この場合、開接点信号のオン／オフにかかわらず、ツェナーダイオードは常に導通することになり、ツェナー電流を流し続ける。このため、電池の消費量が大きくなり、電池の耐久性に劣ることになる。
【００３８】
そこで、第３実施例では、一般的な電池パックを使用できる８個の電池を用いて、無線通信を行なうバルブ駆動装置においてソレノイド型電磁弁１２０を使用できるようにする。
【００３９】
図４は、第３実施例を説明するブロック図である。第１実施例と同じブロックについては同じ符号を付している。本図に示すように、操作を行なう端末装置２１には、端末側無線通信装置２２が接続され、バルブ開閉動作を行なうバルブ駆動装置１２にはバルブ側無線通信装置２３が接続されている。
【００４０】
バルブ駆動装置１２は、接点信号変換装置１５０、ソレノイド型電磁弁１２０、空気圧開閉器１３０を備えている。本実施例でも、ソレノイド型電磁弁１２０は、一般的な値であるＤＣ１２Ｖ、３４ｍＡ、４０８ｍＷで動作するものとする。
【００４１】
接点信号変換装置１５０は、電池１５１、防爆バリア１５２、スイッチ１５３を備えている。電池１５１は、フィールド機器用途で一般的な公称電圧３．６Ｖ（最大開路電圧３．９Ｖ）を８本直列に用いることとする。これにより、一般的な電池パックを使用することができる。
【００４２】
第３実施例では、開接点信号のオンオフがスイッチ１５３に加え、防爆バリア１５２にも入力される。図５は、第３実施例の防爆バリア１５２の構成を示す図である。本図に示すように防爆バリア１５２は、電流制限用の抵抗Ｒ１と、電圧制限用のツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤとに加え、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤの前段に開接点信号のオン／オフで切り替わるサブスイッチＳＷ２を設けている。
【００４３】
サブスイッチＳＷ２は、開接点信号がオフのときオフに切り替わる。このため、電池１５１からの電流は、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２に流れず、電池が消費されなくなる。
【００４４】
一方、サブスイッチＳＷ２は、開接点信号がオンのときオンに切り替わり、ツェナー電流を流すことにより、ソレノイド型電磁弁１２０に印加する電圧を最大電圧値以下に制限することができる。
【００４５】
なお、防爆バリア１５２のツェナーダイオードをスイッチ１５３の後段に配置することでサブスイッチＳＷ２は不要になるが、電池１５１とスイッチ１５３との間で絶縁のために必要とされる離隔距離の関係からツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤの前段にサブスイッチＳＷを設けている。
【００４６】
バルブ側無線通信装置２３で複数のソレノイド型電磁弁１２０の開閉を制御する場合は、図６に示すように、各ソレノイド型電磁弁１２０に対して送られる開接点信号をＯｒゲート１５４にも入力し、Ｏｒゲート１５４の出力で防爆バリア１５２内のサブスイッチＳＷ２のオンオフを制御すればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…バルブ駆動装置、１１…バルブ駆動装置、１２…バルブ駆動装置、２１…端末装置、２２…端末側無線通信装置、２３…バルブ側無線通信装置、２４…バルブ、１１０…接点信号変換装置、１１１…電池、１１２…電流制限回路、１１３…昇圧回路、１１４…スイッチ、１１５…防爆バリア、１２０…ソレノイド型電磁弁、１３０…空気圧開閉器、１４０…接点信号変換装置、１４１…電池、１４２…防爆バリア、１４３…スイッチ、１５０…接点信号変換装置、１５１…電池、１５２…防爆バリア、１５３…スイッチ
【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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【図６】
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【図７】
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