(57)【要約】  システムおよびプロセスによって、安全オーバーライドの最中の空気式ポジショナの性能を高めることができる。ある実装形態においては、システムおよびプロセスは、入力制御信号を受け取り、その入力制御信号を使用して空気式ポジショナの制御回路を作動させ、入力制御信号に少なくとも部分的に基づいて制御回路で信号／圧力コンバータ用の制御信号を生成する機能を含むことができる含むことができる。このシステムおよびプロセスは、入力信号に基づいて空気式ポジショナの危険動作条件を検知し、その危険動作条件の検知に応答してコンバータを安全状態に移行させるように制御信号を修正する機能を含むこともできる。このシステムおよびプロセスは、コンバータが安全状態にある間、制御回路を入力制御信号によって引き続き作動させたままにする機能をさらに含むことができる。
2009526289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に応答して出力ポートにおける圧力を生成するように動作可能なコンバータと、
入力制御信号を使用して作動し、前記入力制御信号に少なくとも部分的に基づいて前記コンバータ用の制御信号を生成するように動作可能な制御回路と、
入力信号に応答して前記コンバータ用の制御信号を修正するように動作可能な安全オーバーライド回路であって、前記修正された制御信号が前記コンバータを安全状態に移行させ、前記コンバータが前記安全状態にある間、前記安全オーバーライド回路が前記制御回路を前記入力制御信号によって引き続き作動させたままにする安全オーバーライド回路と
を備える空気式ポジショナ。
【請求項２】
前記コンバータによって生成された圧力によって制御される弁をさらに備える、請求項１に記載のポジショナ。
【請求項３】
前記安全オーバーライド回路が、外部で生成されたトリップ信号によって制御される、請求項１に記載のポジショナ。
【請求項４】
前記安全オーバーライド回路が、前記入力制御信号によって制御される、請求項１に記載のポジショナ。
【請求項５】
前記安全オーバーライド回路が、前記入力制御信号を表す特性電圧を基準電圧と比較するように動作可能な比較回路を備える、請求項４に記載のポジショナ。
【請求項６】
前記制御回路が、少なくとも１つの外部デバイスからのデジタル信号を伝達および受信するように動作可能である、請求項１に記載のポジショナ。
【請求項７】
前記コンバータが、前記出力ポートを大気圧まで排気することによって前記安全状態に移行する、請求項１に記載のポジショナ。
【請求項８】
前記空気式ポジショナの危険動作条件を検知するように動作可能な少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記制御回路が、前記検知に基づいて前記コンバータを安全状態に移行させるように前記制御信号を修正することができる、請求項１に記載のポジショナ。
【請求項９】
空気式ポジショナにおいて実行される方法であって、
入力制御信号を受け取るステップと、
前記入力制御信号を使用して前記空気式ポジショナの制御回路を作動させるステップと、
前記入力制御信号に少なくとも部分的に基づいて前記制御回路で信号／圧力コンバータ用の制御信号を生成するステップと、
入力信号に基づいて前記空気式ポジショナの危険動作条件を検知するステップと、
前記危険動作条件の検知に応答して前記コンバータを安全状態に移行させるように前記制御信号を修正するステップと、
前記コンバータが前記安全状態にある間、前記制御回路を前記入力制御信号によって引き続き作動させたままにするステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記修正された制御信号に応答して前記コンバータの出力ポートを大気圧まで排気するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
危険動作条件を検知するステップは、入力トリップ信号が起動したことを検知するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
危険動作条件を検知するステップは、前記入力制御信号の電流レベルが閾値の外にあることを検知するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記入力制御信号の電流レベルが閾値の外にあることを検知するステップは、
前記入力制御信号に基づいて特性電圧を生成するステップと、
基準電圧を前記特性電圧と比較するステップと、
前記比較に基づいて前記入力制御信号の前記電流レベルが前記閾値より下に下がったことを判定するステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記空気式ポジショナの危険動作条件を感知するステップと、
前記検知に基づいて前記コンバータを安全状態に移行させるように前記制御信号を修正するステップと
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
空気式ポジショナ用の安全オーバーライド回路であって、
入力信号を受け取るように動作可能な第１の入力と、
信号／圧力コンバータ用の制御信号を受け取るように動作可能な第２の入力と、
第１の端子、第２の端子、および第３の端子を備え、前記第１の端子が、前記入力信号に基づいて決定される電圧を有し、前記第２の端子が、前記第２の入力に結合され、および前記第３の端子が、出力信号／圧力コンバータ信号を伝達するように動作可能なトランジスタであって、前記制御信号が前記トランジスタを通じて第３の端子に流れることを防ぐように前記第１端子の電圧によって制御可能なトランジスタと
を備える回路。
【請求項１６】
前記トランジスタの前記第１の端子に結合された第１の抵抗端子と、前記第２の入力に結合された第２の抵抗端子とを有する少なくとも１つの抵抗器をさらに備える、請求項１５に記載の回路。
【請求項１７】
前記トランジスタがＭＯＳＦＥＴである、請求項１５に記載の回路。
【請求項１８】
前記安全オーバーライド回路が、複製のオーバーライド回路を備え、それぞれの複製のオーバーライド回路が、それぞれの第１の入力、それぞれの第２の入力、およびそれぞれのトランジスタを有する、請求項１５に記載の回路。
【請求項１９】
前記入力信号が、外部で生成されたトリップ信号を含む、請求項１５に記載の回路。
【請求項２０】
前記入力信号が、外部で生成された制御信号を含む、請求項１５に記載の回路。
【請求項２１】
前記制御信号が、前記入力信号から生成された電流を含む、請求項２０に記載の回路。
【請求項２２】
前記トランジスタに結合されている比較回路であって、前記入力信号電流を表す特性電圧を基準電圧と比較するように動作可能な比較回路をさらに備える、請求項２０に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に空気式デバイスに関し、より具体的には空気式ポジショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気式デバイス（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）は、商業および工業のさまざまな状況で使用されている。空気式デバイスは、それらの多様な用途のために、安全および／またはシステム運用上の理由からそれらの動作が決定的に重要となる状況で動作する場合が多い。一般的な空気式デバイスには、レンチ、エレベータ（ｌｉｆｔ）、およびポジショナ（ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）が含まれる。
【０００３】
空気式ポジショナ（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）は、空圧弁やエアフロー・デバイスなどを含む多様なデバイスにおいて使用することができる。動作中には、温度や圧力が安全な動作の上限を超えるなどの危険動作条件が発生するおそれがある。そのような場合には、ポジショナを遮断することが望ましいことがあり、これは通常、空気式ポジショナを安全状態に移行させること、および電子部品から電力を取り除くことを含む。空気式ポジションを安全状態に移行させることは、たとえば、危険動作条件が検知されたときにポジションを大気へ排気することによって達成することができる。
【発明の要約】
【０００４】
本開示では、空気式ポジショナ用の遮断オーバーライド回路（ｓｈｕｔｄｏｗｎ  ｏｖｅｒｒｉｄｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ）およびその使用方法について述べる。ある一般的な態様では、安全オーバーライドを空気式ポジショナにおいて実施するプロセスは、入力制御信号を受け取るステップと、入力制御信号を使用して空気式ポジショナの制御回路を作動させるステップと、入力制御信号に少なくとも部分的に基づいて制御回路で信号／圧力コンバータ用の制御信号を生成するステップとを含むことができる。このプロセスはまた、入力信号に基づいて空気式ポジショナの危険動作条件を検知するステップと、危険動作条件の検知に応答してコンバータを安全状態（ｓａｆｅ  ｓｔａｔｅ）に移行させるように制御信号を修正するステップと、コンバータが安全状態にある間、制御回路を入力制御信号によって引き続き作動させたままにするステップとを含むことができる。このプロセスは、アナログ回路、デジタル回路、またはそれらの組合せによって実施することができる。ある実装形態では、このプロセスは、修正された制御信号に応答してコンバータの出力ポートを大気圧まで排気するステップをさらに含むことができる。
【０００５】
危険動作条件（ｕｎｓａｆｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を検知するステップは、たとえば、入力トリップ信号が起動したことを検知するステップを含むことができる。特定の実装形態では、危険動作条件を検知するステップは、入力制御信号の電流レベルが閾値の外にあることを検知するステップを含むことができる。入力制御信号の電流レベルが閾値の外にあることを検知するステップは、入力制御信号に基づいて特性電圧を生成するステップと、基準電圧を特性電圧と比較するステップと、その比較に基づいて入力制御信号の電流レベルが閾値より下に下がったことを判定するステップとを含むことができる。
【０００６】
このプロセスはまた、空気式ポジショナの危険動作条件を感知するステップと、その検知に基づいてコンバータを安全状態に移行させるように制御信号を修正するステップとを含むことができる。
【０００７】
別の一般的な態様においては、空気式ポジショナは、コンバータ、制御回路、および安全オーバーライド回路を含むことができる。コンバータは、制御信号に応答して出力ポートにおける圧力を生成するように動作可能とすることができる。制御回路は、入力制御信号を使用して作動することができ、入力制御信号に少なくとも部分的に基づいてコンバータ用の制御信号を生成するように動作可能とすることができる。安全オーバーライド回路は、入力信号に応答してコンバータ用の制御信号を修正するように動作可能とすることができ、修正された制御信号は、コンバータを安全状態に移行させ、コンバータが安全状態にある間、安全オーバーライド回路は、制御回路を入力制御信号によって引き続き作動させたままにする。コンバータは、たとえば、出力ポートを大気圧まで排気することによって安全状態に移行することができる。制御回路は、少なくとも１つの外部デバイスからのデジタル信号を伝達および受信するように動作可能とすることができる。
【０００８】
ある実装形態では、コンバータによって生成された圧力によって制御される弁を含むことができる。安全オーバーライド回路は、外部で生成されたトリップ信号および／または入力制御信号によって制御することができる。安全オーバーライド回路は、たとえば、入力制御信号を表す特性電圧を基準電圧と比較するように動作可能な比較回路を含むことができる。
【０００９】
特定の実装形態では、空気式ポジショナの危険動作条件を検知するように動作可能な少なくとも１つのセンサを含むことができ、制御回路は、その検知に基づいてコンバータを安全状態に移行させるように制御信号を修正することができる。
【００１０】
別の態様においては、空気式ポジショナ用の安全オーバーライドは、第１の入力、第２の入力、およびトランジスタを含むことができる。第１の入力は、入力信号を受け取るように動作可能とすることができ、第２の入力は、信号／圧力コンバータ用の制御信号を受け取るように動作可能とすることができる。トランジスタは、たとえばＭＯＳＦＥＴとすることができ、第１の端子、第２の端子、および第３の端子を含むことができ、第１の端子は、入力信号に基づいて決定される電圧を有し、第２の端子は、第２の入力に結合され、および第３の端子は、出力信号／圧力コンバータ信号を伝達するように動作可能であり、トランジスタは、制御信号がそのトランジスタを通じて第３の端子に流れることを防ぐように第１端子の電圧によって制御可能である。
【００１１】
ある実装形態では、回路は、トランジスタの第１の端子に結合された第１の抵抗端子と、第２の入力に結合された第２の抵抗端子とを有する少なくとも１つの抵抗を含むこともできる。安全オーバーライド回路は、複製のオーバーライド回路をさらに含むことができ、それぞれの複製のオーバーライド回路は、それぞれの第１の入力、それぞれの第２の入力、およびそれぞれのトランジスタを有する。
【００１２】
入力信号は、たとえば、外部で生成されたトリップ信号および／または外部で生成された制御信号とすることができる。制御信号は、たとえば、外部制御信号から生成された電流とすることができる。回路は、トランジスタに結合されている比較回路であって、入力信号電流を表す特性電圧を基準電圧と比較するように動作可能な比較回路を含むことができる。
【００１３】
安全オーバーライドのデバイスおよび技術は、従来のシステムに関連する１つまたは複数の欠点を軽減したり解消したりすることができる。たとえば、安全オーバーライドのデバイスおよび技術は、不適切な入力信号に応答して制御信号を止めるための有効なオペレーションを提供する一方で、ポジショナ用の動力を依然として保持することができる。したがって空気式デバイスは、不適切な入力信号による問題に苛まれるおそれのあるプログラムおよび制御電子機器に関わることなく、安全状態に移行することができる。その一方で、そのプログラムおよび電子機器もまた、引き続き機能することができる。したがってポジショナは、遮断モードにある間に診断および／または状況の更新を提供することができる。別の例としては、安全オーバーライドのデバイスおよび技術は、セキュリティーを高めるための冗長性を提供することができる。
【００１４】
１つまたは複数の実装形態の詳細が、添付の図面および以降の説明に記載されている。本開示の詳細な特徴は、それらの説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、安全オーバーライド回路２００を含む空気式ポジショナ１００の実装形態の一例を示している。この実装形態においては、安全オーバーライド回路２００は、起動条件に応答して電気／圧力（Ｅ／Ｐ）コンバータ１０２の出力圧力を大気圧まで戻す。空気式ポジショナ１００は、入力信号１０６によって制御され、この入力信号１０６は、次いでＥ／Ｐコンバータ１０２用の制御回路１０８を作動させるために使用される。特定の実装形態では、入力信号１０６は、他の情報を空気式ポジショナ１００に伝達するために使用することもできる。一般に制御回路１０８は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２に、そのＥ／Ｐコンバータ１０２の出力ポート１１０において圧力を生成させ、その圧力は、制御下にある機器（ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ： ＥＵＣ）１１２を操作するために使用される。動作中に危険条件が検知された場合、安全オーバーライド回路２００は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２用の制御信号１１５を遮断する一方で、入力信号１０６がＥ／Ｐコンバータ１０２用の制御回路１０８を引き続き作動させたままにする。記載の実装形態の詳細な特徴について、以降でさらに詳しく述べる。
【００１６】
Ｅ／Ｐコンバータ１０２は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２の出力ポート１１０における圧力を調整する任意の電気制御式のデバイスとすることができる。この実装形態においては、Ｅ／Ｐコンバータ１０２は、加圧された空気供給源（ａｉｒ  ｓｕｐｐｌｙ）１１６を使用して圧力の出力を生成する。典型的な空気供給源１１６は、１５０ｐｓｉまで加圧することができる。一般に、制御信号を、他の電気制御式の機器で典型的に使用されるレベルに対応させるために、アナログ電流信号（たとえば０．１ｍＡ〜１．６ｍＡ）が、空気式ポジショナ１０２の制御に使用される。しかし原則として、任意の電流範囲を使用することができ、あるいはＥ／Ｐコンバータ１０２を、出力圧力を生成するための電圧制御式のデバイスや他の電子制御式の機器に置き換えることさえできる。したがって、以降の説明では電流／圧力コンバータの例について論じるかもしれないが、記載の実装形態は、他の電気／圧力コンバータや他の信号／圧力コンバータでも機能するように適切に修正することができるということを理解されたい。Ｅ／Ｐコンバータ１０２の出力圧力は、出力圧力の利得を生成するために使用される空気式リレー１１８に適用することができる。Ｅ／Ｐコンバータ１０２または空気式リレー１１８は、排気装置１２０を有することができ、この排気装置１２０は、出力ポート１１０を大気へ排気して、出力ポート１１０の圧力を大気圧まで戻すことができる。
【００１７】
ＥＵＣ  １１２は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２の出力圧力によって機械的に操作できる任意のデバイスとすることができる。たとえばＥＵＣ  １１２は、さまざまな位置に移動する空圧制御式の弁とすることができる。空気式ポジショナ１００と、ＥＵＣ  １１２との間には、任意の適切な形態の空気式または他の機械的接続を採用することができる。特定の実装形態では、ＥＵＣ  １１２は、「初期設定状態」または「安全状態」を有し、入力圧力が大気圧まで戻されたときに、ＥＵＣ  １１２は、その「初期設定状態」または「安全状態」に戻る。たとえば、ＥＵＣ  １１２が弁である場合には、その弁は、入力圧力が大気レベルまで戻ったことに応答して開位置または閉位置に移動することができる。
【００１８】
制御回路１０８は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２の制御や操作に役立つ任意のハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。記載の実装形態では、制御回路１０８は、とりわけアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１２４と、圧力制御装置１２６と、ＨＡＲＴモデム１２８と、電力コンバータ１３２とに連結された処理モジュール１２２を含み、この処理モジュール１２２は、入力信号１０６から動力を得て、空気式ポジショナ１００のさまざまな部品を作動させる。一般に処理モジュール１２２は、入力信号１０６と、さまざまなセンサ１３０（１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、．．．、１３０Ｋの総称）から収集された情報とに基づいてＥ／Ｐコンバータ１０２用の圧力制御装置１２６を制御する。危険条件（たとえば、１つまたは複数の検査の最中における範囲外の信号、位置、温度、基準電圧、および／または圧力値、メモリ障害、ならびに／あるいはＥ／Ｐコンバータおよび／またはリレー感度の劣化）が検知された場合には、処理モジュール１２２は、圧力制御装置１２６によって出力された制御信号１１４を遮断することができる。処理モジュール１２２は、エラー通知信号１３１を生成することもできる。他の通信デバイス（たとえばＨＡＲＴモデム１２８）を介して、さらなる障害の識別および分析を実施することもできる。
【００１９】
処理モジュール１２２は、任意の適切なアルゴリズムや他の一式の命令に従って情報を操作するのに役立つハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の集まりとすることができる。処理モジュール１２２は、処理モジュール１２２が他の任意の電子デバイスから情報を受け取ること、その情報を使用してオペレーションを実行すること、および他の電子デバイスに伝達される信号を生成することを可能にするための任意の数や種類のプロセッサ、メモリ・モジュール、インターフェースなどを含むことができる。詳細には、処理モジュール１２２は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、および特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことができる。処理モジュール１２２は、揮発性または不揮発性の情報ストレージ（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｓｔｏｒａｇｅ）を含むことができ、その例としては、磁気メモリ、フラッシュ・メモリ、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、および読取専用メモリ（ＲＯＭ）が含まれる。処理モジュール１２２は、入力信号１０６に含めて伝達されるコマンドなどのメッセージを受け取るためのＨＡＲＴモデム１２８を使用することもできる。特定の実装形態では、処理モジュール１１２は、ＨＡＲＴモデム１２８から受け取ったコマンドに基づいてプログラムすることができる電子的消却・プログラム可能型読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を含むことができる。処理モジュール１２２は、デジタル処理モジュール１２２として示されているが、他の実装形態では、１つまたは複数の類似の機能を実行するアナログ回路で代用することができる。
【００２０】
Ａ／Ｄコンバータ１２４は、必要に応じてアナログ信号をデジタル信号に変換して、それらの信号を処理モジュール１２２によって処理できるようにする。処理モジュール１２２と他の部品との間の信号を、それら部品によって使用できる形態に変換するために、さまざまな他のＡ／ＤコンバータやＤ／Ａコンバータを採用することもできる。たとえば、処理モジュール１２２がメッセージを他のＨＡＲＴデバイスに送信する場合には、Ｄ／Ａコンバータを使用して、処理モジュール１２２のデジタル出力を４〜２０ｍＡのアナログ信号に変換することができる。同様に、処理モジュール１２２が空気式ポジショナ１００の外部のデバイスからデジタル情報を送受信できるようにするために、モデム、ネットワーク・インターフェース・カード、および／または無線送受信機など、他のインターフェースを使用することもできる。
【００２１】
圧力制御装置１２６は、処理モジュール１２２から受け取ったコマンドに応答してＥ／Ｐコンバータ１０２用の制御信号１１４を生成するための任意のハードウェアおよび／またはソフトウェアとすることができる。圧力制御装置１２６は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２の出力ポート１１０に結合されている圧力センサ１３０Ａからフィードバックを受け取って、それに応じて制御信号１１４を調節することができる。制御信号１１４は、圧力制御装置１２６から安全オーバーライド回路２００まで伝達され、それによって安全オーバーライド回路２００は、電気／圧力コンバータ１０２用の制御信号１１５を生成できるようになる。
【００２２】
特定のモードのオペレーションでは、危険条件が検知されなければ、制御信号１１５は、制御信号１１４と実質的に同じものかもしれない。しかし危険条件が検知された場合には、安全オーバーライド回路２００は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２を安全状態にするための制御信号１１５を生成することができる。ある実装形態では、この後者のオペレーションは、制御信号１１４を修正するステップを含むことができる。「修正する」という表現は、本開示で使用される際には、Ｅ／Ｐコンバータ１０２からの特定の応答をもたらすために制御信号１１４をブーストすること、減衰すること、変形すること、遮断すること、変換すること、あるいはその他の形で操作することを含むことができる。
【００２３】
センサ１３０は、空気式ポジショナ１００および／またはＥＵＣ  １１２に関連する条件を監視する。そのようなセンサ１３０の例としては、圧力センサ、温度センサ、電圧センサ、および湿度センサが含まれる。図１に示されている空気式ポジショナ１００の実装形態に図示されているように、さまざまな場所からさまざまな種類の情報を収集するために、センサ１３０のアレイを使用することができる。記載の実装形態では、圧力センサ１３０Ｂが、Ｅ／Ｐコンバータ１０２への空気供給源１１６の圧力を監視する。一対の圧力センサ１３０Ｃおよび１３０Ｄが、ＥＵＣ  １１２の高圧力および低圧力を監視する。別の圧力センサ１３０Ｅが、空気式ポジショナ１００の周辺環境の大気圧を監視する。電圧センサ１３０Ｆが、入力信号１０６の基準電圧レベルを監視する。温度センサ１３０Ｇが、空気式ポジショナ１００の内部温度を監視する。温度センサ１３０Ｇは、サーモカップル、抵抗方式の感温デバイス（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｉｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）、温度計、あるいは他の任意の適切な感温デバイスとすることができる。位置センサ１３０Ｈが、ＥＵＣ  １１２の物理的な位置を監視し、この物理的な位置を使用して、たとえば空気式コントローラ１００を較正することや、ＥＵＣ  １１２の障害を検知することができる。位置センサ１３０Ｈは、たとえば、ＥＵＣ  １１２に磁気的に結合されているホール効果センサや他の適切な種類のセンサとすることができる。ポテンシオメータ１３４もまた、ＥＵＣ  １１２に物理的に結合されることによって、ＥＵＣ  １１２の物理的な位置を監視することができる。位置センサ１３０Ｉが、ポテンシオメータ１３４の抵抗を監視する。特定の実装形態では、位置センサ１３０Ｈおよびポテンシオメータ１３４は、さまざまな応用例においてＥＵＣの位置を監視するために使用することができる。たとえば、位置センサ１３０Ｈは、空気式コントローラ１００が弁に直接装着されている場合に使用することができ、ポテンシオメータ１３４は、空気式コントローラ１００が弁から離れて装着されている場合に使用することができる。電圧センサ１３０Ｊおよび１３０Ｋは、外部条件付与信号（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）１３６や、処理モジュール１２２からのリセット信号１３８など、空気式コントローラ１００によって使用される特定の電圧信号に応答して特性電圧を生成する。センサ１３０によって収集された情報は、Ｅ／Ｐコンバータ１０２の適正な制御のためにフィードバックを提供することや、危険動作条件を検知することなどの作業のために使用することができる。
【００２４】
これらのセンサは、たとえば、ポジショナ１００が弁の位置を制御していることを点検するために使用することができる。遮断弁（たとえば緊急遮断の状況で作動する弁）に共通する問題は、弁が長期間にわたって作動されないことがあり、通常の（すなわち遮断されていない）状況で作動できなくなる場合があるということである。この点検は、必要なとき（たとえばトリップ信号が起動したときや、入力制御信号が限界を超えたとき）に弁が作動することを確信できるように、通常の安全な動作中に実施することができる。この点検は、危険がないときに実施されるため、システムを遮断することなく問題を修復することができる。この点検は、弁をわずかに移動させるステップや、弁の位置に対する作動装置の圧力を比較するステップ、あるいは弁が必要に応じて作動することを点検するための他の診断手段を含むことができる。
【００２５】
安全オーバーライド回路２００は、空気式ポジショナ１００の他の部品を作動させる入力信号１０６の機能を中断させることなくＥ／Ｐコンバータ１０２に対する制御信号１１４の伝達を中断したり修正したりすることができる電子部品の任意の集まりとすることができる。安全オーバーライド回路２００は、別個のプリント基板上など、制御回路１０８から離れて配置することもでき、あるいは制御回路１０８の１つまたは複数の部品に統合することもできる。安全オーバーライド回路２００はまた、デジタル部品、アナログ部品、あるいはそれらの組合せを使用して実装することができる。記載の実装形態では、トリップ信号１０４が、安全オーバーライド回路２００の動作を制御する。トリップ信号１０４は、外部の制御機構によって調整することができ、その外部の制御機構は、ポジショナ１００を含む調整のプロセスおよび／または機能のさまざまな部分から受け取ったデータを判定の根拠とすることができる。安全オーバーライド回路２００は、たとえば、トリップ信号１０４を受信したこと、トリップ信号１０４の状態の変化（高から低への移行など）を検知したこと、トリップ信号１０４の遮断を検知したこと、あるいはトリップ信号１０４に基づく他の多くのトリガー方法のうちの任意の方法に応答してトリガーすることができる。制御信号１１４に関して実行される修正は、「安全状態」に関連する処置（この例としては、初期設定状態へ移行することや、Ｅ／Ｐコンバータの現在の状態を凍結することが含まれる）をＥ／Ｐコンバータ１０２に行わせる任意の適切な修正とすることができ、これは、どの種類の制御信号１１５が適切な処置をもたらすかに依存する。たとえば、いくつかのＥ／Ｐコンバータは、制御信号が遮断されると大気へ排気するが、この場合は、（大気への排気が所望の安全状態だとすれば）制御信号の遮断が安全状態をもたらすことになる。
【００２６】
あるモードのオペレーション・オペレーションにおいては、安全オーバーライド回路２００は、入力信号１０６を受け取り、その入力信号１０６を制御回路１０８に提供する。制御回路１０８は、電力コンバータ１３２を使用して入力信号１０６によって作動し、その入力信号１０６に少なくとも部分的に基づいて適切な制御信号１１４を生成する。この制御信号１１４は、安全オーバーライド回路２００に提供され、安全オーバーライド回路２００は、制御信号１１５をＥ／Ｐコンバータ１０２に提供する。処理モジュール１２２が、作動中にセンサ１３０からの情報を監視する。センサ１３０によって計測された値のうちのいずれかが安全な範囲を超えるなどの危険条件が検知された場合には、処理モジュール１２２は、エラー通知信号１３１を生成する。このエラー通知信号は、たとえばデジタル出力の状態を設定することができる。また処理モジュールは、圧力制御装置１２６の制御信号１１４を、Ｅ／Ｐコンバータ１０２の安全状態をもたらすように設定することができる。
【００２７】
安全オーバーライド回路２００が、Ｅ／Ｐコンバータ１０２の安全状態をもたらすこともできる。これを行うために、安全オーバーライド回路２００は、トリップ信号１０４、入力信号１０６、または他の任意の適切な条件を示す信号を監視することができる。これらの信号の１つが危険条件を示す場合には、安全オーバーライド回路は、制御回路１０８からの制御信号１１４をオーバーライドすることによって、Ｅ／Ｐコンバータ１０２を安全状態に移行させることができる。その一方で、安全オーバーライド回路２００は、入力信号１０６が制御回路１０８に引き続き提供されるままにすることができる。したがって制御回路１０８は、引き続き動力を得ることができる。したがって、システム診断および状況報告など、ポジショナの電子的な機能を引き続き提供することができる。
【００２８】
図２は、安全オーバーライド回路２００の実装形態の一例を示している。安全オーバーライド回路２００は、信頼性向上のための２つの複製のオーバーライド回路２０２を含む。したがって、オーバーライド回路２０２の一方が故障した場合には、他方が、引き続き安全機能を提供することができる。
【００２９】
各オーバーライド回路２０２は、トリップ信号１０４を受け取る第１の入力２０４と、入力信号１０６に応答して制御回路１０８によって生成される入力Ｅ／Ｐ制御信号１１４を受け取る第２の入力２０６とを有する。各オーバーライド回路２０２は、制御信号１１４の経路にトランジスタ２０８を配置している。トランジスタ２０８は、制御端子２１０（ここでは電圧レギュレータとして図示されている）における制御信号に応答して電流フローを制止したり受け入れたりする任意の適切な電流制御式または電圧制御式の電子部品とすることができる。たとえばトランジスタ２０８は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のゲート端子に印加される電圧によって制御されるＭＯＳＦＥＴなどのｐ型またはｎ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とすることができる。トランジスタ２０８の制御に使用される電圧信号は、電圧レギュレータ２１０によってトランジスタ２０８にとって適切な電圧レベルまで引き下げられたトリップ信号１０４である。したがって、たとえばトランジスタ２０８が５ボルトのＭＯＳＦＥＴであるならば、２４ボルトのトリップ信号１０４を５ボルト引き下げることができる。引き下げられたトリップ信号１０４からの電流が、制御信号１１４（ここから出力Ｅ／Ｐ制御信号１１５が生成される）を大幅に変更することを防ぐために、オーバーライド回路２０２内で抵抗２１２および２１４が使用される。たとえば抵抗２１２は、電流フローを最小にするために１ＭΩなどの比較的高い抵抗値を有するように選択することができる。
【００３０】
トランジスタ２０８は、作動中には、トリップ信号１０４からの引き下げられた電圧が維持されている限り電流フローを受け入れる。トリップ信号１０４が遮断されると、トランジスタ２０８を通る電流フローが遮断され、したがってＥ／Ｐコンバータ１０２への制御信号１１５が遮断される。制御信号１１５の遮断に応答して、Ｅ／Ｐコンバータ１０２は、大気へ排気するなど、安全状態に移行する。こうしてオーバーライド回路２０２は、トリップ信号１０４に応答して制御信号１１４を停止するための効果的なオペレーションを提供する。
【００３１】
図３は、安全オーバーライド回路２００の実装形態の別の例を示している。この実装形態の例では、２つのトランジスタ２２０が、それぞれの比較回路２２２または２２４によってそれぞれ制御されている。比較回路２２２および２２４は、図３に示されているｏｐ−ａｍｐ比較回路など、基準入力信号を閾値入力信号と比較して、その比較に応答してそれぞれのトランジスタ２２０を制御する出力を生成するための任意の回路とすることができる。記載の実装形態では、安全オーバーライド回路２００は、空気式ポジショナ１００への入力信号１０６から生成された入力電流２２６を受け取る。抵抗２２８は、入力電流２２６を表す特性電圧の降下をもたらすように構成されている。ダイオード２３０および抵抗２３２は、入力電流２２６に比例する電圧を発生させる。電圧レギュレータ２３８が、抵抗２２８と共に一定の基準電圧を形成し、抵抗２３２にわたる電圧が、その基準電圧と比較される。抵抗２３４および電圧２３６によって、比較回路２２２および２２４の出力の高い値と低い値が規定される。
【００３２】
比較回路２２２および２２４はそれぞれ、作動中には、入力電流２２６を表す特性電圧と、それぞれの基準電圧との比較を行う。入力電流２２６が低すぎることに起因して、または入力電流２２６が高すぎたために電圧レギュレータ２３８のうちの１つまたは複数が入力電流２２６を分流して接地したことに起因して、特性電圧が基準電圧よりも下降した場合には、比較回路２２２または２２４は、それぞれのトランジスタ２２０を停止し、したがってＥ／Ｐコンバータ１０２への電流フローが遮断される。比較回路２２２または２２４は、どちらもＥ／Ｐコンバータ１０２への電流フローを遮断することができるため、図３に示されている安全オーバーライド回路２００の実装形態の例は、保安性を高めるための冗長性を提供する。安全オーバーライド回路２００をトリガーするために使用される入力電流２２６は、空気式ポジショナ１００への入力信号１０６から生成されるため、安全オーバーライド回路２００は、別個のトリップ信号１０４を使用することなくトリガーすることができる。
【００３３】
特定の実装形態では、図２〜図３によって示されている安全機能を１つの安全オーバーライド回路内に（たとえば同じ回路基板上に）提供することができる。しかし実用においては、安全機能のうちの１つしか使用されない可能性もある。さらに安全オーバーライド回路は、複製の回路を有することによって冗長性を備えるものとして図示されているが、複製ではない回路によって冗長性を備えると有利なことがあり、それによって、双方の回路が同じ条件によって影響を受ける可能性を低くすることができる。しかしある実装形態では、冗長性は不要である。
【００３４】
図４は、空気式ポジショナにおいて安全オーバーライドを実施するための例示的なプロセス３００を示している。プロセス３００は、空気式ポジショナの用の入力信号を受け取ることから始まる（オペレーション３０２）。ある例においては、入力信号は、４ｍＡ〜２０ｍＡのアナログ制御信号とすることができる。プロセス３００は、引き続き入力信号から動力を得て制御回路を作動させ（オペレーション３０４）、危険条件がないか検査する（オペレーション３０６）。危険条件は、たとえば範囲外のセンサ値であるかもしれない。危険条件が検知された場合には、プロセス３００は、安全なＥ／Ｐ制御信号を生成するよう求める（オペレーション３０８）。その一方で、危険条件が検知されない場合には、プロセス３００は、入力信号をＥ／Ｐ制御信号に変換するよう求める（オペレーション３１０）。
【００３５】
プロセス３００は、引き続き安全オーバーライド回路を介してＥ／ＰコンバータにＥ／Ｐ制御信号を伝達する（オペレーション３１２）。プロセス３００はまた、空気式ポジショナ用の（１つまたは複数の）入力信号を監視するよう求める（オペレーション３１４）。それらの（１つまたは複数の）入力信号は、制御信号、トリップ信号、あるいはポジショナに提供される他の任意の信号を含むことができる。危険条件が検知されない場合（オペレーション３１６）、危険条件が検知されるか、または入力信号が除去される（オペレーション３１８）まで、オペレーション３０２〜３１４が繰り返される。危険条件は、たとえば入力信号（たとえば２４ボルトのトリップ信号）の消失、および／または範囲外の制御信号（たとえば４ｍＡ〜２０ｍＡ信号が使用されている場合の４ｍＡ未満の信号）であるかもしれない。
【００３６】
危険条件の検知に応答して、プロセス３００は、安全オーバーライド回路をトリガーするよう求める（オペレーション３２０）。安全オーバーライド回路がトリガーされることによって、Ｅ／Ｐコンバータは、電気／圧力コンバータを大気へ排気するなど、安全状態に移行し（オペレーション３２２）、その一方で、引き続き入力信号から動力が与えられる（オペレーション３２４）。ユーザの介入、トリップ信号１０４の回復、あるいは他の多くの可能な指標によって示されて、危険条件が是正されたと判定された場合（オペレーション３２６）には、空気式ポジショナは、オペレーション３０２〜３１４へ戻ることができる。そうでない場合には、空気式ポジショナの動作を元に戻すために外部の介入が適用されるまで、安全状態をしばらくの間維持することができる（オペレーション３２８）。
【００３７】
空気式ポジショナにおいて安全オーバーライドを実施する上述のプロセスは、数多くの可能なプロセスの１つである。そのようなプロセスを実施する際には、記載されている方法の特定のオペレーションを再構成することや、削除すること、および／またはさらなるステップを追加することができる。たとえば、プロセッサで判定された障害条件に応答して安全制御信号を生成しなくてもよい。別の例としては、危険条件が検知されたときにユーザに通知を提供することもできる。上述した空気式ポジショナ１００のさまざまな実装形態のいずれかと整合する他のモードのオペレーションも、空気式ポジショナにおいて安全オーバーライドを実施する可能な方法に含まれる。したがって上述のプロセスは、可能な方法を網羅する記載ではなく、説明の単なる一例として提示されている。
【００３８】
本開示では、ある実装形態および一般に関連する方法について述べたが、当業者には、これらの実装形態および方法の改変や並べ替えは明らかであろう。たとえば、記載の機能を実行する上で別の回路を使用することもでき、別の形態の制御信号を使用することもでき、そしてさまざまな方法で制御信号を変換したり、処理したり、あるいはその他の形で操作したりすることもできる。したがって実装形態の例に関する上述の説明は、本発明の範囲を排他的に規定するものではない。したがって、記載の実装形態に加えて、他の変更、代用、および改変を、ここで特許請求される発明概念の範囲を判断するために使用される添付の特許請求の範囲内に含めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】安全オーバーライド回路を備える空気式ポジショナの実装形態の一例を示すブロック図である。
【図２】安全オーバーライド回路の特定の実装形態の回路図である。
【図３】安全オーバーライド回路の別の実装形態の回路図である。
【図４】空気式ポジショナにおいて安全オーバーライドを実施するための例示的なプロセスを示すフローチャートである。
【図１】
2009526289.tif 000003
【図２】
2009526289.tif 000004
【図３】
2009526289.tif 000005
【図４】
2009526289.tif 000006
【国際調査報告】
2009526289.tif 000007
2009526289.tif 000008
2009526289.tif 000009
2009526289.tif 000010
2009526289.tif 000011