(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動出力圧に応じて位置が変化するバルブステムの位置制御又は駆動出力圧に応じたバルブの圧力制御を行う電空変換システムであって、
入力電流信号に応じて空気圧を出力する電空変換手段と、
前記空気圧に応じて前記駆動出力圧を出力する圧力増幅手段と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記電空変換手段の増幅度を切替える第１の増幅度切替手段と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記圧力増幅手段の増幅度を切替える第２の増幅度切替手段と、
前記圧力制御の場合に前記駆動出力圧を駆動圧信号として検出する圧力検出手段と、
前記位置制御の場合に前記バルブステムの位置を検出し、当該位置を位置信号として検出する位置検出手段と、
前記駆動圧信号又は前記位置信号と、前記位置制御又は前記圧力制御を行う制御信号とに基づいて前記入力電流信号を生成して、当該入力電流信号を前記電空変換手段に入力する制御手段と、
を備えることを特徴とする電空変換システム。
【請求項２】
前記第１の増幅度切替手段は、
前記位置制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を低増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を高増幅度に切替え、
前記第２の増幅度切替手段は、
前記位置制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を高増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を低増幅度に切替えることを特徴とした請求項１に記載の電空変換システム。
【請求項３】
前記第２の増幅度切替手段は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電空変換システム。
【請求項４】
前記第１の増幅度切替手段は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電空変換システム。
【請求項５】
外部機器と通信接続した通信手段を更に備え、
前記第１の増幅度切替手段は、
前記通信手段を介して前記外部機器から受信した切替制御信号に基づいて増幅度を切替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電空変換システム。
【請求項６】
駆動出力圧に応じて位置が変化するバルブステムの位置制御又は駆動出力圧に応じたバルブの圧力制御を行う電空変換システムの制御方法であって、
入力電流信号に応じて空気圧を電空変換手段により出力する電空変換工程と、
前記空気圧に応じて前記駆動出力圧を圧力増幅手段により出力する圧力増幅工程と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記電空変換手段の増幅度を第１の増幅度切替手段により切替える第１の増幅度切替工程と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記圧力増幅手段の増幅度を第２の増幅度切替手段により切替える第２の増幅度切替工程と、
前記圧力制御の場合に前記駆動出力圧を駆動圧信号として検出する圧力検出工程と、
前記位置制御の場合に前記バルブステムの位置を検出し、当該位置を位置信号として検出する位置検出工程と、
前記駆動圧信号又は前記位置信号と、前記位置制御又は前記圧力制御を行う制御信号とに基づいて前記入力電流信号を生成して、当該入力電流信号を前記電空変換手段に入力する制御工程と、
を含むことを特徴とする電空変換システムの制御方法。
【請求項７】
前記第１の増幅度切替工程は、
前記位置制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を低増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を高増幅度に切替える工程であり、
前記第２の増幅度切替工程は、
前記位置制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を高増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を低増幅度に切替えることを特徴とした請求項６に記載の電空変換システムの制御方法。
【請求項８】
前記第２の増幅度切替工程は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする請求項６又は７に記載の電空変換システムの制御方法。
【請求項９】
前記第１の増幅度切替工程は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする請求項６又は７に記載の電空変換システムの制御方法。
【請求項１０】
前記第１の増幅度切替工程は、
外部機器と通信接続した通信接続手段を介して前記外部機器から受信した切替制御信号に基づいて増幅度を切替えることを特徴とする請求項６又は７に記載の電空変換システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電空変換システム及び電空変換器システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油・石油化学、化学、鉄鋼などのプロセスプラントで導入されているプロセス制御は、フィードバック制御を中心として行われている。当該プロセス制御には、空気式アクチュエータを駆動部とする空気式コントロールバルブ（以下、バルブ）が広く使用されている。当該バルブは、バルブステム等により構成され、管内を流れる気体の出入り調整を行う。    
【０００３】
バルブの特性改善や調節計からの信号変換器として、ポジショナや電空変換器（電空変換装置）が使用されている。ポジショナはバルブステムの位置を制御する。電空変換装置はバルブを駆動する駆動圧力を制御する。また、ポジショナは電空ポジショナと空空ポジショナとに分類される。電空ポジショナは電気式調節計の操作信号を入力としてバルブを駆動するポジショナである。空空ポジショナは空気信号を入力としてバルブを駆動するポジショナである。また、電空変換装置は、制御機器からの操作信号（電流信号）を、空空ポジショナを動作するのに必要な空気信号に変換する。電空変換装置は、バルブを直接動作させる用途に用いられる場合もある。
【０００４】
図６にバルブを駆動するバルブポジショナ８０のブロック図を示す。バルブポジショナ８０はバルブ８７のバルブステム８７Ａの位置を制御する。ここで、バルブステム８７Ａとはバルブ８７を支持している棒の部分のことをいう。バルブステム８７Ａの変位によりバルブ８７の開度が制御される。図６に示すバルブポジショナ８０は、ＭＡＵ（Media Access Unit）８１と、フィールドバスモデム８２と、制御手段８３と、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）変換手段８４と、Ｉ／Ｐ（電流／圧力）モジュール８５と、コントロールリレー８６と、バルブ８７と、位置センサ８８と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換手段８９と、を備えて構成される。また、バルブ８７は、バルブステム８７Ａを備える。
【０００５】
制御手段８３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Read Access Memory）等により構成され、バルブポジショナ８０の各部を中央制御する。制御手段８３は、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム及び各種アプリケーションプログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭに展開し、ＲＡＭに展開されたプログラムとの協働で、各種処理を実行する。ＲＯＭには、第１の演算プログラムが記憶される。ここで、第１の演算プログラムとは、目標値信号ＳＶ１と位置信号ＰＶ１の偏差信号Ｅｒｒｏｒ１を演算する処理のことをいう。
【０００６】
制御手段８３は、第１の演算プログラムにより、フィールドバスＦＢからの目標値信号ＳＶ１と位置信号ＰＶ１の偏差信号Ｅｒｒｏｒ１を演算する。そして、当該偏差信号Ｅｒｒｏｒ１が０となるように、ノズル背圧Ｐｎを制御する。ここで、フィールドバスＦＢとは、デジタル信号による送信および受信の双方向通信が可能な通信方式のことをいう。目標値信号ＳＶ１とは、バルブステム８７Ａの位置の目標値を示す信号のことをいう。位置信号ＰＶ１とは、バルブ８７の開度に対応した電気信号のことをいう。ノズル背圧Ｐｎとは、コントロールリレー８６に供給される空気圧のことをいう
【０００７】
ＭＡＵ８１は、信号の送受信装置である。ここで、信号とは目標値信号ＳＶ１と位置信号ＰＶ１とのことをいう。フィールドバスモデム８２は、信号を変復調する装置である。Ｄ／Ａ変換手段８４は、制御手段８３から出力された偏差信号Ｅｒｒｏｒ１をデジタル信号からアナログ信号へ変換する。Ｄ／Ａ変換手段８４は、入力電流信号Ｉｎを出力する。ここで、入力電流信号Ｉｎとは、Ｉ／Ｐモジュール８５に入力される電流信号のことをいう。
【０００８】
Ｉ／Ｐ（電流／圧力）モジュール８５は、トルクモーターより構成され、入力電流信号Ｉｎに対応するノズル背圧Ｐｎを出力する。また、Ｉ／Ｐモジュール８５には、供給圧Ｐｓが供給されており、入力電流信号Ｉｎに対応するノズル背圧Ｐｎに変換する。コントロールリレー８６は、ノズル背圧Ｐｎを増幅した駆動出力圧Ｐｏを出力する。ここで、駆動出力圧Ｐｏとは、バルブを駆動する空気圧のことをいう。駆動出力圧はコントロールリレー８６から出力される。また、コントロールリレー８６には、供給圧Ｐｓが供給されており、ノズル背圧Ｐｎに対応する駆動出力圧Ｐｏに変換する。そして、駆動出力圧Ｐｏに基づいて、バルブステム８７Ａが変位し、バルブ８７の開度が制御される。
【０００９】
位置センサ８８は、バルブステム８７Ａの操作変位を検出する。Ａ／Ｄ変換手段８９は、位置センサ８８から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換する。
【００１０】
次に、図６のバルブポジショナ８０で行われる、位置制御について説明する。ここで、位置制御とは、バルブステム８７Ａの位置を制御することである。まず、フィールドバスＦＢからバルブステム８７Ａの位置の目標値信号ＳＶ１が与えられる。当該目標値信号ＳＶ１はＭＡＵ８１、フィールドバスモデム８２を介して制御手段８３へ送信される。制御手段８３では、目標値信号ＳＶ１と位置信号ＰＶ１の偏差信号Ｅｒｒｏｒ１が演算される。当該偏差信号Ｅｒｒｏｒ１はＤ／Ａ変換手段８４、図示しないＶ／Ｉ変換手段を介して、入力電流信号ＩｎとしてＩ／Ｐモジュール８５へ入力される。そして、Ｉ／Ｐモジュール８５の出力であるノズル背圧Ｐｎがコントロールリレー８６に供給される。
【００１１】
そして、コントロールリレー８６の出力である駆動出力圧Ｐｏが、バルブ８７に供給される。駆動出力圧Ｐｏがバルブ８７に供給されると、バルブステム８７Ａが変位する。バルブステム８７Ａの変位は位置センサ８８により検知され、電気信号として出力される。出力された信号はＡ／Ｄ変換手段８９を介して位置信号ＰＶ１として制御手段８３へフィードバックされる。そして、制御手段８３により目標値信号ＳＶ１と位置信号ＰＶ１との偏差が演算される。この偏差が０になるように、ノズル背圧Ｐｎが制御される。  
【００１２】
次に、図７にバルブ又は空空ポジショナを駆動する電空変換装置９０のブロック図を示す。図７に示す電空変換装置９０は、ＭＡＵ９１と、フィールドバスモデム９２と、制御手段９３と、Ｄ／Ａ変換手段９４と、Ｉ／Ｐモジュール９５と、コントロールリレー９６と、バルブ／空空ポジショナ９７と、圧力センサ９８と、Ａ／Ｄ変換手段９９と、を備えて構成される。ＭＡＵ９１、フィールドバスモデム９２、Ｄ／Ａ変換手段９４、Ｉ／Ｐモジュール９５、コントロールリレー９６、Ａ／Ｄ変換手段９９は、それぞれ、バルブポジショナ８０のＭＡＵ８１、フィールドバスモデム８２、Ｄ／Ａ変換手段８４、Ｉ／Ｐモジュール８５、コントロールリレー８６、Ａ／Ｄ変換手段８９と同様である。以下、バルブポジショナ８０と異なる部分を主として説明する。
【００１３】
制御手段９３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Read Access Memory）等により構成され、電空変換装置９０の各部を中央制御する。制御手段９３は、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム及び各種アプリケーションプログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭに展開し、ＲＡＭに展開されたプログラムとの協働で、各種処理を実行する。特に、ＲＯＭには、第２の演算プログラムが記憶される。ここで、第２の演算プログラムとは、目標値信号ＳＶ２と駆動圧信号ＰＶ２の偏差信号Ｅｒｒｏｒ２を演算する処理のことをいう。
【００１４】
制御手段９３は、第２の演算プログラムにより、フィールドバスＦＢからの目標値信号ＳＶ２と駆動圧信号ＰＶ２の偏差信号Ｅｒｒｏｒ２を演算する。そして、当該偏差信号Ｅｒｒｏｒ２が０となるように、ノズル背圧Ｐｎを制御する。ここで、目標値信号ＳＶ２とは、駆動出力圧Ｐｏの目標値のことをいう。駆動圧信号ＰＶ２とは、駆動出力圧Ｐｏを電気信号へ変換した信号のことをいう。
【００１５】
バルブ／空空ポジショナ９７は電空変換装置９０の制御対象である。バルブ／空空ポジショナ９７は制御対象がバルブ又は空空ポジショナのどちらか１つであることを示す。また、圧力センサ９８は、駆動出力圧Ｐｏを駆動圧信号ＰＶ２に変換する。
【００１６】
次に、図７の電空変換装置９０で行われる圧力制御について説明する。ここで、圧力制御とは駆動出力圧Ｐｏの圧力を制御することである。まず、フィールドバスから駆動出力圧Ｐｏの目標値信号ＳＶ２が与えられる。この目標値信号ＳＶ２はＭＡＵ９１、フィールドバスモデム９２を介して制御手段９３へ送信される。制御手段９３では、目標値信号ＳＶ２と駆動圧信号ＰＶ２の偏差信号Ｅｒｒｏｒ２が演算される。当該偏差信号Ｅｒｒｏｒ２は、Ｄ／Ａ変換手段９４、図示しないＶ／Ｉ変換手段を介して、入力電流信号ＩｎとしてＩ／Ｐモジュール９５へ入力される。そして、Ｉ／Ｐモジュール９５からの空気圧信号であるノズル背圧Ｐｎはコントロールリレー９６に供給される。
【００１７】
そして、コントロールリレー９６の出力である駆動出力圧Ｐｏは、空空ポジショナ９７と、圧力センサ９８とに供給される。圧力センサ９８は、駆動出力圧Ｐｏを駆動圧信号ＰＶ２へ変換する。そして、駆動圧信号ＰＶ２はＡ／Ｄ変換手段９９を介して制御手段９３へフィードバックされる。そして、制御手段９３により目標値信号ＳＶ２と駆動圧信号ＰＶ２との偏差が演算される。そして、当該偏差が０になるように、ノズル背圧Ｐｎが制御される。
【００１８】
上述のような、バルブポジショナ８０及び電空変換装置９０を併用する技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。図８は特許文献１に記載された電空ポジショナ２００（バルブポジショナ）の一例を示す構成ブロック図である。
【００１９】
図８は、信号変換回路２０２と、差動増幅器２０３と、電空変換回路２０４と、圧力変換器２０５と、調節弁２０６と、ステム２０７と、バルブ２０８と、弁開度検出器２０９と、演算回路２１０と、比較演算器２１１と、スイッチＳＷと、を備えて構成される。
【００２０】
信号変換回路２０２は、バルブの開度を制御するための電流信号Ｉｏを電圧信号Ｖｏに変換する回路である。差動増幅器２０３は、信号変換回路２０２から出力された電圧信号Ｖｏと帰還信号Ｖｆとが入力され、これらの偏差（偏差信号）Ｖｄを演算する。電空変換回路２０４は、偏差信号Ｖｄを駆動出力圧Ｐｏに変換する回路である。圧力変換器２０５は駆動出力圧Ｐｏを対応する圧力信号Ｖａに変換する。調節弁２０６は駆動出力圧Ｐｏに対応してステム２０７を変位させ、バルブ２０８の弁開度を制御する。弁開度検出器２０９は、バルブ２０８の弁開度に対応する弁開度信号Ｖｓを出力する。スイッチＳＷは、弁開度信号Ｖｓと圧力信号Ｖａとのどちらか一方を演算回路２１０へ出力する。比較演算器２１１は弁開度信号Ｖｓと圧力信号Ｖａとを比較する。演算回路２１０は帰還信号Ｖｆを演算する。
【００２１】
次に、図８に示す従来例のスイッチ切替え動作を簡単に説明する。比較演算器２１１には圧力信号Ｖａと弁開度信号Ｖｓとが入力され、これらの差に対応してスイッチＳＷを切替える。例えば、｜圧力信号Ｃ１・Ｖａ−弁開度信号Ｃ２・Ｖｓ｜≦Ｋ１（Ｋ１は定数、Ｃ１とＣ２は定数或いは関数）の関係にあるときは、弁開度検出器は正常と判断される。そして、スイッチＳＷを弁開度検出器２０９側に切替えて弁開度信号Ｖｓを演算回路２１０に出力するように切替える。したがってこの場合はバルブポジショナとして動作する。
【００２２】
｜圧力信号Ｃ１・Ｖａ−弁開度信号Ｃ２・Ｖｓ｜＞Ｋ２（Ｋ２は定数）の関係にあるときは、弁開度検出器２０９は異常と判断される。そして、スイッチＳＷを圧力変換器２０５側に切替えて圧力信号Ｖａを演算回路２１０に出力するように切替える。したがって、この場合は電空変換器（電空変換装置）として動作する。
【００２３】
このようにして、上述の電空ポジショナ２０１は、バルブポジショナ及び電空変換装置としての機能を併用することができる。したがって、弁開度検出器２１０の故障・破損などに起因する異常を検知することができる。例えば、弁開度検出器２１０の異常の際には弁開度検出器２１０を切り離して、調節弁の制御を継続させることができる。
【特許文献１】特許第３２２３４３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかし、上記の従来技術は、バルブポジショナと電空変換装置のそれぞれの使用時における増幅度（ゲイン）特性を考慮した使用がされていない。ここで、ゲイン特性とは、バルブポジショナ８０及び電空変換装置９０の構成要素であるコントロールリレー及びＩ／Ｐモジュールの入出力特性のことをいう。以下、図９〜図１１を参照してバルブポジショナ８０と電空変換装置９０とのゲイン特性の違いについて説明する。
【００２５】
図９（Ａ）は、コントロールリレーの入出力特性を示した図である。縦軸に駆動出力圧Ｐｏ、横軸にノズル背圧Ｐｎを示す。ここで、バルブを駆動するのに必要なコントロールリレーの出力圧範囲（以下「スプリングレンジ」）をΔＰｏとする。コントロールリレーのゲインが高い場合のノズル背圧はΔＰｎ１となる。また、コントロールリレーのゲインが低い場合のノズル背圧はΔＰｎ２となる。同様に図９（Ｂ）の縦軸は駆動出力圧Ｐｏ、横軸はノズル背圧Ｐｎを示す。ここで、ノズル背圧Ｐｎが一定の場合、コントロールリレーのゲインが高い場合の駆動出力圧ＰｏはΔＰｏ１となる。また、コントロールリレーのゲインが低い場合の駆動出力圧ＰｏはΔＰｏ２となる。
【００２６】
図１０は、Ｉ／Ｐモジュールの入出力特性を示した図である。縦軸にノズル背圧Ｐｎ、横軸に入力電流信号Ｉｎを示す。ここで、コントロールリレーのゲインが高い場合のノズル背圧範囲をΔＰｎ１（図１０のΔＰｎ１と同様）とする。また、コントロールリレーのゲインが低い場合のノズル背圧範囲をΔＰｎ２（図１０のΔＰｎ２と同様）とする。図１１は、図１０と同様にＩ／Ｐモジュールの入出力特性を示した図である。ここで、コントロールリレーのゲインΔＰを一定とする。この場合、Ｉ／Ｐモジュールのゲインが高い場合の電流スパンは、ΔＩ３となる。また、Ｉ／Ｐモジュールのゲインが低い場合の電流スパンはΔＩ４となる。
【００２７】
次に図９〜図１１を参照して、バルブポジショナの構成要素としてのコントロールリレー及びＩ／Ｐモジュールに求められる特性について説明する。まず、バルブポジショナ８０のＩ／Ｐモジュールの特性について説明する。バルブポジショナのＩ／Ｐモジュールは、十分な分解能により微小圧力の制御を行う必要がある。十分な分解能により制御を行うには、電流スパンを広くする必要がある。電流スパンが広いと、精度の高い電流制御が可能となる。ここで、図１１に示すように、ΔＩ４（低ゲイン）の方がΔＩ３（高ゲイン）よりも電流スパンは大きい。したがって、十分な分解能により制御を行うには、Ｉ／Ｐモジュールは低ゲインにする必要がある。
【００２８】
次に、バルブポジショナ８０の構成要素としてのコントロールリレーの特性について説明する。上述の通り、バルブポジショナ８０のＩ／Ｐモジュールは低ゲインである必要がある。また、駆動出力圧Ｐｏの使用される範囲が広く（１．４〜７．０［ｋｇｆ／ｃｍ２］）、少ない電流スパンでＩ／Ｐモジュールを駆動する必要がある。ここで、Ｉ／Ｐモジュールの電流スパンがΔＩ４（低ゲイン）であり、ノズル背圧がΔＰｎの場合を想定する。この場合、図９（Ｂ）に示すように、コントロールリレーのゲインが高い場合は、駆動出力圧ＰｏはΔＰｏ１となる。また、コントロールリレーのゲインが低い場合は、駆動出力圧ＰｏはΔＰｏ２となる。即ち、コントロールリレーのゲインが高い方が、駆動出力圧Ｐｏの使用される範囲が広くなる。また、図９（Ａ）で駆動出力圧Ｐｏを一定とすると、コントロールリレーが高ゲインの場合のノズル背圧はΔＰｎ１、コントロールリレーが低ゲインの場合は、ΔＰｎ２となる。ここで、図１０よりコントロールリレーのゲインが高い場合（ΔＰｎ１）、電流スパンはΔＩ１となる。即ち、コントロールリレーのゲインが高ければ、少ない電流スパンでＩ／Ｐモジュールを駆動することができる。したがって、コントロールリレーは高ゲインが必要とされる。
【００２９】
次に、電空変換装置９０の構成要素としてのコントロールリレーおよびＩ／Ｐモジュールに求められる特性について説明する。まず、電空変換装置のコントロールリレーの特性について説明する。電空変換装置のコントロールリレーは、空空ポジショナへ入力する空気圧として使用する場合がある。このとき、コントロールリレーのゲインが高いと、ハンチングを起こすことがある。ここで、ハンチングとは、駆動出力圧Ｐｏが周期的に変化して、安定状態にならない現象のことをいう。また、コントロールリレーのゲインが高いと、コントロールリレー独特の非線形要素である不感帯の制御系に与える影響が強くなる。不感帯の制御系に与える影響を抑えるには、ノズル背圧範囲をできるだけ広く取る必要がある。ここで、図１０に示すように、ΔＰｎ２（低ゲイン）の方がΔＰｎ１（高ゲイン）よりもノズル背圧範囲が広い。したがって、電空変換装置９０のコントロールリレーは低ゲインにする必要がある。
【００３０】
次に、電空変換装置のＩ／Ｐモジュールの特性について説明する。ここで、上述の通り、電空変換装置のコントロールリレーは低ゲインが求められる。よって、図１０に示すΔＩ２のように、Ｉ／Ｐモジュールの電流スパンは広くなる。しかし、Ｉ／Ｐモジュールへの供給電流は消費電力を抑えるために限られている。したがって、電空変換装置のＩ／Ｐモジュールは、高ゲインが必要とされる。
【００３１】
上述した内容をまとめた表を図１２に示す。図１２に示すように、バルブポジショナのコントロールゲインは高ゲイン（高増幅度）が必要とされる。これに対して、電空変換装置のコントロールゲインは低ゲイン（低増幅度）が必要とされる。また、バルブポジショナのＩ／Ｐモジュールは低ゲイン（低増幅度）が必要とされる。これに対して、電空変換装置のＩ／Ｐモジュールは高ゲイン（高増幅度）が必要とされる。また、バルブポジショナの制御アルゴリズムはバルブステムの位置を測定することにより位置制御を行う。これに対して、電空変換装置の制御アルゴリズムは負容量での圧力を測定することにより圧力制御を行う。つまり、バルブポジショナと電空変換装置とでは、ゲイン特性及び制御対象が異なる。したがって、バルブポジショナと電空変換装置の機能を併用する電空変換システムを実現することは困難であった。当該電空変換システムを実現するには、制御対象（位置制御又は圧力制御）に応じてコントロールリレー及びＩ／Ｐモジュールのゲイン（増幅度）を切替える要請がある。
【００３２】
したがって、本発明の課題は、位置制御又は圧力制御に応じて増幅度を適切に切替えることのできる電空変換システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明の電空変換システムは、
駆動出力圧に応じて位置が変化するバルブステムの位置制御又は駆動出力圧に応じたバルブの圧力制御を行う電空変換システムであって、
入力電流信号に応じて空気圧を出力する電空変換手段と、
前記空気圧に応じて前記駆動出力圧を出力する圧力増幅手段と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記電空変換手段の増幅度を切替える第１の増幅度切替手段と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記圧力増幅手段の増幅度を切替える第２の増幅度切替手段と、
前記圧力制御の場合に前記駆動出力圧を駆動圧信号として検出する圧力検出手段と、
前記位置制御の場合に前記バルブステムの位置を検出し、当該位置を位置信号として検出する位置検出手段と、
前記駆動圧信号又は前記位置信号と、前記位置制御又は前記圧力制御を行う制御信号とに基づいて前記入力電流信号を生成して、当該入力電流信号を前記電空変換手段に入力する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００３４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電空変換システムにおいて、
前記第１の増幅度切替手段は、
前記位置制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を低増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を高増幅度に切替え、
前記第２の増幅度切替手段は、
前記位置制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を高増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を低増幅度に切替えることを特徴とする。
【００３５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電空変換システムにおいて、
前記第２の増幅度切替手段は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする。
【００３６】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電空変換システムにおいて、
前記第１の増幅度切替手段は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする。
【００３７】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電空変換システムにおいて、  
外部機器と通信接続した通信手段を更に備え、
前記第１の増幅度切替手段は、
前記通信手段を介して前記外部機器から受信した切替制御信号に基づいて増幅度を切替えることを特徴とする。
【００３８】
請求項６に記載の発明の電空変換システムの制御方法は、
駆動出力圧に応じて位置が変化するバルブステムの位置制御又は駆動出力圧に応じたバルブの圧力制御を行う電空変換システムの制御方法であって、
入力電流信号に応じて空気圧を電空変換手段により出力する電空変換工程と、
前記空気圧に応じて前記駆動出力圧を圧力増幅手段により出力する圧力増幅工程と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記電空変換手段の増幅度を第１の増幅度切替手段により切替える第１の増幅度切替工程と、
前記位置制御又は前記圧力制御を選択し、選択した制御に応じて前記圧力増幅手段の増幅度を第２の増幅度切替手段により切替える第２の増幅度切替工程と、
前記圧力制御の場合に前記駆動出力圧を駆動圧信号として検出する圧力検出工程と、
前記位置制御の場合に前記バルブステムの位置を検出し、当該位置を位置信号として検出する位置検出工程と、
前記駆動圧信号又は前記位置信号と、前記位置制御又は前記圧力制御を行う制御信号とに基づいて前記入力電流信号を生成して、当該入力電流信号を前記電空変換手段に入力する制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００３９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電空システムの制御方法において、
前記第１の増幅度切替工程は、
前記位置制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を低増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記電空変換手段の増幅度を高増幅度に切替える工程であり、
前記第２の増幅度切替工程は、
前記位置制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を高増幅度に切替え、前記圧力制御を選択した場合に前記圧力増幅手段の増幅度を低増幅度に切替えることを特徴とする。
【００４０】
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の電空変換システムの制御方法において、
前記第２の増幅度切替工程は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする。
【００４１】
請求項９に記載の発明は、請求項６又は７に記載の電空変換システムの制御方法において、
前記第１の増幅度切替工程は、
選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることを特徴とする。
【００４２】
請求項１０に記載の発明は、請求項６又は７に記載の電空変換システムの制御方法において、
前記第１の増幅度切替工程は、
外部機器と通信接続した通信接続手段を介して前記外部機器から受信した切替制御信号に基づいて増幅度を切替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４３】
請求項１、６に記載の発明によれば、第１の増幅度切替手段又は第２の増幅度切替手段により電空変換手段又は圧力増幅手段の増幅度を切替えることができる。これにより、位置制御又は圧力制御に応じて電空変換手段又は圧力増幅手段の増幅度を適切に切替えることができる。
【００４４】
請求項２、７に記載の発明によれば、第１の増幅度切替手段は、位置制御を選択した場合、電空変換手段の増幅度を低増幅度に切替えることができる。また、圧力制御を選択した場合、電空変換手段の増幅度を高増幅度に切替えることができる。また、第２の増幅度切替手段は、位置制御を選択した場合、圧力増幅手段の増幅度を高増幅度に切替えることができる。また、圧力制御を選択した場合、圧力増幅手段の増幅度を低増幅度に切替えることができる。したがって、位置制御又は圧力制御に応じて電空変換手段又は圧力増幅手段の増幅度を適切に切替えることができる。
【００４５】
請求項３、８に記載の発明によれば、第２の増幅度切替手段は、選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることができる。
【００４６】
請求項４、９に記載の発明によれば、第１の増幅度切替手段は、選択情報の操作入力信号に応じて増幅度を切替えることができる。
【００４７】
請求項５、１０に記載の発明によれば、第１の増幅度切替手段は、通信手段を介して外部機器から受信した切替制御信号に基づいて増幅度を切替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００４９】
図１〜図５を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。まず、図１を参照して本実施の形態の装置構成を説明する。図１は本実施の形態のハイブリッドバルブポジショナ１００の構成を示すブロック図である。電空変換システムとしてのハイブリッドバルブポジショナ１００は、位置制御と圧力制御を行うことができる。ここで、位置制御とは、バルブステム２２Ａの位置を制御することである。また、圧力制御とは、駆動出力圧Ｐｏの圧力を制御することである。ハイブリッドバルブポジショナ１００は、通信手段としてのＭＡＵ１１と、フィールドバスモデム１２と、制御手段１３と、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）変換手段１４と、電空変換手段としてのＩ／Ｐモジュール１５と、第１の増幅度切替手段としての切替手段１６と、第２の増幅度切替手段としてのメタルシール１７と、圧力増幅手段としてのコントロールリレー１８と、圧力検出手段としての圧力センサ１９と、位置検出手段としての位置センサ２０と、Ａ／Ｄ変換手段２１と、バルブ２２と、バルブ／空空ポジショナ２３と、を備えて構成される。また、バルブ２２はバルブステム２２Ａを備える。ハイブリッドバルブポジショナ１００は、バルブポジショナ８０として使用する場合は、バルブ２２のバルブステム２２Ａの位置を制御する。また、電空変換装置９０として使用する場合は、バルブ／空空ポジショナ２３に供給する駆動出力圧Ｐｏを制御する。ＭＡＵ１１、フィールドバスモデム１２、Ｄ／Ａ変換手段１４、Ｉ／Ｐモジュール１５、コントロールリレー１８、位置センサ２０、Ａ／Ｄ変換手段２１、バルブ２２は、それぞれバルブポジショナ８０のＭＡＵ８１、フィールドバスモデム８２、Ｄ／Ａ変換手段８４、Ｉ／Ｐモジュール８５、コントロールリレー８６、位置センサ８８、Ａ／Ｄ変換手段８９、バルブ８７と同様である。また、圧力センサ１９、バルブ／空空ポジショナ２３は電空変換装置９０の圧力センサ９８、バルブ／空空ポジショナ９７と同様である。
【００５０】
また、ハイブリッドバルブポジショナ１００をバルブポジショナ８０として使用する場合は、ＭＡＵ１１と、フィールドバスモデム１２と、制御手段１３と、Ｄ／Ａ変換手段１４と、Ｉ／Ｐモジュール１５と、切替手段１６と、メタルシール１７と、コントロールリレー１８と、位置センサ２０と、Ａ／Ｄ変換手段２１と、バルブ２２と、を備える。また、ハイブリッドバルブポジショナ１００を電空変換装置として使用する場合は、ＭＡＵ１１と、フィールドバスモデム１２と、制御手段１３と、Ｄ／Ａ変換手段１４と、Ｉ／Ｐモジュール１５と、切替手段１６と、メタルシール１７と、コントロールリレー１８と、圧力センサ１９と、Ａ／Ｄ変換手段２１と、バルブ／空空ポジショナ２３と、を備える。
【００５１】
制御手段１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Read Access Memory）等により構成され、ハイブリッドバルブポジショナ１００の各部を中央制御する。制御手段１３は、ＲＯＭに記憶されているシステムプログラム及び各種アプリケーションプログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭに展開し、ＲＡＭに展開されたプログラムとの協働で、各種処理を実行する。特に、ＲＯＭには、第３の演算プログラムが記憶される。ここで、第３の演算プログラムとは、上述したバルブポジショナ８０の第１の演算プログラム、電空変換装置９０の第２の演算プログラムのどちらかを実行するプログラムのことをいう。即ち、第３の演算プログラムは、第１の演算プログラム又は第２の演算プログラムのどちらかを選択して実行する。
【００５２】
制御手段１３は、第３の演算プログラムにより、フィールドバスＦＢからの制御信号としての目標値信号ＳＶと出力信号ＰＶとの偏差信号Ｅｒｒｏｒを演算する。そして、当該偏差信号Ｅｒｒｏｒが０になるように、空気圧としてのノズル背圧Ｐｎを制御する。ここで、ノズル背圧Ｐｎとは、コントロールリレー１７に供給される空気圧のことをいう。また、目標値信号ＳＶは、上述のバルブポジショナ８０の目標値信号ＳＶ１、電空変換装置９０の目標値信号ＳＶ２のどちらかを援用する。即ち、ＳＶとして、目標値信号ＳＶ１又は目標値信号ＳＶ２のどちらかが選択される。また、出力信号ＰＶは、上述のバルブポジショナ８０の位置信号ＰＶ１、電空変換装置９０の駆動圧信号ＰＶ２のどちらかを援用する。即ち出力信号ＰＶとして、位置信号ＰＶ１又は駆動圧信号ＰＶ２のどちらかが選択される。また、偏差信号Ｅｒｒｏｒは、上述のバルブポジショナ８０の偏差信号Ｅｒｒｏｒ１、電空変換装置９０の偏差信号Ｅｒｒｏｒ２のどちらかを援用する。即ち、偏差信号Ｅｒｒｏｒとして偏差信号Ｅｒｒｏｒ１、偏差信号Ｅｒｒｏｒ２のどちらかが選択される。
【００５３】
また、制御手段１３は、制御アルゴリズムを選択する。ここで、制御アルゴリズムとは、バルブステムの位置２２Ａの位置制御を行うか、駆動出力圧Ｐｏの圧力制御を行うかの選択を行うことをいう。制御アルゴリズムの選択は、ＭＡＵ１１を介して図示しない外部機器から受信した切替制御信号Ｇ５により行うことができる。ここで、切替制御信号Ｇ５とは、制御アルゴリズムの切替選択を行う信号のことをいう。また、制御アルゴリズムの選択は、手動により外部スイッチ２４からも入力することができる。この場合、外部スイッチ２４からの選択情報の操作入力信号Ｇ４に基づいて、制御アルゴリズムの選択を行うことができる。ここで、選択情報とは、位置制御又は圧力制御を選択する情報のことをいう。また、操作入力信号Ｇ４とは、外部スイッチ２４の操作により入力される信号のことをいう。
【００５４】
また、制御手段１３は、切替手段１６に切替制御信号Ｇ１を出力する。ここで、切替制御信号Ｇ１とは、Ｉ／Ｐモジュール１５の増幅度（ゲイン）を切替える信号である。切替制御信号Ｇ１は、ＭＡＵ１１を介して図示しない外部機器から受信する。また、Ｉ／Ｐモジュール１５のゲイン切替えは、手動により外部スイッチ２５からも入力することが出来る。この場合、外部スイッチ２５からの選択情報の操作入力信号Ｇ２に基づいて、Ｉ／Ｐモジュール１５のゲインを切替選択することができる。ここで、選択情報とは、位置制御の場合は低ゲイン、圧力制御の場合は高ゲインを選択する情報のことをいう。また、操作入力信号Ｇ２とは、外部スイッチ２５の操作により入力される信号のことをいう。
【００５５】
ＭＡＵ１１は、信号の送受信装置である。フィールドバスモデム１２は、信号を変復調する装置である。Ｄ／Ａ変換手段１４は、制御手段１３から出力された偏差信号Ｅｒｒｏｒをデジタル信号からアナログ信号へ変換する。Ｄ／Ａ変換手段１４は、入力電流信号Ｉｎを出力する。
【００５６】
Ｉ／Ｐモジュール１５は、トルクモーターにより構成され、入力電流信号Ｉｎに対応するノズル背圧Ｐｎを出力する。また、Ｉ／Ｐモジュール１５には、供給圧Ｐｓが供給されており、入力電流信号Ｉｎに対応するノズル背圧Ｐｎに変換する。
【００５７】
切替手段１６は、複数のコイルから少なくとも１個のコイルを選択し、選択されたコイルを直列に接続する。切替手段１６の動作については後述する。メタルシール１７は、ステンレス等より構成され、金属の弾力性を利用したシールである。メタルシール１７による開閉により、コントロールリレー１８の各部屋にかかる圧力を部分的に変更する。メタルシール１７の動作については、後述する。メタルシール１７の開閉を切替える選択情報の操作入力信号Ｇ３は、手動により外部スイッチ２６から入力することが出来る。この場合、外部スイッチ２６からの選択情報の操作入力信号Ｇ３に基づいて、コントロールリレー１８の増幅度（ゲイン）を切替えることができる。ここで、選択情報とは、位置制御の場合は高ゲイン、圧力制御の場合は低ゲインを選択する情報のことをいう。また、操作入力信号Ｇ３とは、外部スイッチ２６の操作により入力される信号のことをいう。
【００５８】
コントロールリレー１８は、ノズル背圧Ｐｎを増幅した駆動出力圧Ｐｏを出力する。コントロールリレー１８には、供給圧Ｐｓが供給されており、ノズル背圧Ｐｎに対応する駆動出力圧Ｐｏに変換する。制御対象がバルブ２２の場合は、駆動出力圧Ｐｏに基づいて、バルブステム２２Ａが変位し、バルブ２２の開度が制御される。制御対象が空空ポジショナ２３の場合は、空空ポジショナ２３及び圧力センサ１９へ駆動出力圧Ｐｏが供給される。
【００５９】
圧力センサ１９は、駆動出力圧Ｐｏを出力信号ＰＶに変換する。位置センサ２０は、バルブステム２２Ａの操作変位を検出する。Ａ／Ｄ変換手段２１は電空変換装置９０の場合、圧力センサ１９から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換する。また、バルブポジショナ８０の場合、位置センサ２０から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換する。
【００６０】
次に、図２〜図４を参照して、Ｉ／Ｐモジュール１５のゲイン切替えについて説明する。図２は、Ｉ／Ｐモジュール１５の構造図及び切替手段１６を示した図である。図３はゲインの種類を示した図である。図４は切替手段１６を示した図である。
まず、図２を参照して、Ｉ／Ｐモジュール１５の構造図及び切替手段１６を説明する。図２のＩ／Ｐモジュール１５は、上部側のハウジング３１と、下部側のハウジング３２と、ポールピース３３と、ノズル３４と、永久磁石３５と、可動部材３６と、配管３７と、絞り３８と、導管３９と、排気孔４０と、ポールピース４１と、第１のコイル４２と、第２のコイル４３と、を備えて構成される。切替手段１６はＩ／Ｐモジュール１５の第１のコイル、第２のコイルを切替える手段である。切替手段１６については、後述する。
【００６１】
ハウジング３１，３２はいずれも純鉄、フェライト系のステンレス、パーマロイなどの軟磁性の材料で出来ている。ハウジング３１は、その外形部が円筒状をなしており、その中心部に軟磁性で出来た円柱状のポールピース３３が内側に向かって形成されている。さらに、このボールピース３３の中央部には内外部に貫通するノズル３４が形成されている。
【００６２】
ポールピース３３を囲んでドーナツ状の永久磁石３５が、ハウジング３１の内面に形成されている。永久磁石３５はその軸方向に、例えばハウジング３１と固着される側がＮ極、その反対側がＳ極に磁化されている。この永久磁石３５は、磁化方向の長さをあまり長くとる必要がないように、エネルギー積の大きなサマリウム−コバルト磁石、或いは鉄−ネオジウム磁石などが適している。
【００６３】
永久磁石３５のハウジング３１と固着された側とは反対側には、ダイアフラム状の可動部材３６がポールピース３３とは所定の間隙長Ｌｇ１を保持して、例えば永久磁石３５の吸引力により固定されており、外部からの力により上下方向に撓む。
【００６４】
可動部材３６は、例えば析出硬化系のステンレス鋼、鉄−ニッケル合金、鉄−クロム−コバルト合金などのバネ特性と、特に飽和磁束密度の高い磁気特性との両方の特性を持った磁性バネ材料で構成される。可動部材３６は、永久磁石３５によりＳ極又はＮ極のみの片極に磁化されている。
【００６５】
ノズル３４は、配管３７を介して絞り３８と接続され、この絞り３８には外部から供給圧Ｐｓが供給され、絞り３８で生じたノズル背圧Ｐｎを導管３９を介して取り出す。さらに、ハウジング３１には外部と連通する排気孔４０が形成されている。
【００６６】
下部側のハウジング３２は、その外径部が円筒状をなしており、ハウジング３１の外径部と一体に固定されている。その中心部には軟磁性の材料で出来た円柱状のポールピース４１が可動部材３６と所定の間隙長Ｌｇ２を保持して固定されている。そして、このポールピース４１の回りには電流信号Ｉを流す第１、第２のコイル４２、４３が巻かれている。第１のコイル、第２のコイル４２、４３はそれぞれ独立していて、配線はつながっていなく、この場合は巻き数が同じである。
【００６７】
即ち、図３に示すように、第１、第２のコイル４２、４３の組み合わせにより、ゲイン１、ゲイン２の２種類のゲインが得られる。
【００６８】
Ｉ／Ｐモジュール１５のゲインはコイルの巻き数に依存している。即ち、低いゲインの場合には、第１のコイル４２もしくは第２のコイル４３のみの１個を用い、高いゲインの場合には、第１のコイル４２と第２のコイル４３を直列で用いる。切替手段１６は、複数のコイル４２、４３から少なくとも１個を選択し、選択されたコイルを直列に接続する。
【００６９】
次に、図４を参照して切替手段１６の動作を説明する。切替手段１６は、ゲイン１を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｃに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｃに接続する。ゲイン２を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｂに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｂに接続する。
【００７０】
以上の構成において、第１のコイル４２、第２のコイル４３への電流を変化させることにより可動部材３６の両側のエアー・ギャップの磁束を変化させ、それにより可動部材３６とノズル３４との間隙をコントロールする。間隙が変化すると空気の漏れ量が変わることによりノズル背圧Ｐｎが変化する。
【００７１】
次に、図５を参照して、コントロールリレー１８のゲイン切替えについて説明する。図５（Ａ）のコントロールリレー１８は排気弁６１と、入力ダイアフラム６２と、可動部６３と、フィードバックダイアフラム６４と、給気弁６５と、ポペット６６と、バネ６７と、ブリード孔６８と、を備えて構成される。
【００７２】
図５（Ａ）中、ＣＰ６１に示すようなノズル背圧Ｐｎの圧力が上昇した場合、入力ダイアフラム６２は図面右側に凸状態になるように変形して可動部６３を押す。そして、排気弁６１に接するポペット６６を押す。
【００７３】
バネ６７により保持されているポペット６６に一定以上の圧力が加わるとポペット６６は図面右側に凸状態になるようにして変形して可動部６３を押す。そして、排気弁６１に接するポペット６６を押す。
【００７４】
一方、図５（Ａ）中、ＣＰ６１に示すようなノズル背圧Ｐｎの圧力が上昇した場合、入力ダイアフラム６２は図面右側に凸状態になるように変形して可動部６３を押す。そして、排気弁６１に接するポペット６６を押す。
【００７５】
バネ６７により保持されているポペット６６に一定以上の圧力が加わるとポペット６６は図面右側に移動する。そして、給気弁６５とポペット６６との間に隙間が生じて、図６中ＳＰ６１に供給されている供給圧が、図５（Ａ）中、ＯＰ６１に示す出力圧側に流れ込み出力圧が上昇する。
【００７６】
他方、図５（Ａ）中、ＣＰ６１に示すようなノズル背圧Ｐｎの圧力が低下した場合、入力ダイアフラム６２は図面右側に凸状態になるように変形して可動部６３を図面左側に引っ張る。
【００７７】
このため、排気弁６１とバネ６７により保持されているポペット６６との間に隙間が生じる。そして、図５（Ａ）中、ＯＰ６１に示す出力圧側の圧力が図５（Ａ）中、ＨＬ６１に示す可動部６３に設けられた穴から図５（Ａ）中、ＶＥ６１に示す排気側に流れ込んで出力圧が低下する。
【００７８】
この結果、コントロールリレー５５に供給するノズル背圧Ｐｎを調整することにより、出力圧（制御圧力）を制御することが可能になる。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）を詳細に示した図である。図５（Ｂ）に示すコントロールリレー１８のそれぞれの部屋につながる流路は、メタルシール１７によって変更することができる。これにより、部分的にコントロールリレー１８の部屋の圧力を切替え、力のつりあいにより機能するダイアフラムの組み合わせを変更することができる。即ち、メタルシール１７によりコントロールリレー１８のゲインを切替えることができる。
【００７９】
次に、図１を参照して、ハイブリッドバルブポジショナ１００におけるＩ／Ｐモジュール１５及びコントロールリレー１８のゲインを切替える動作を説明する。まず、Ｉ／Ｐモジュール１５のゲインを切替える動作を説明する。
【００８０】
まず、フィールドバスにより、Ｉ／Ｐモジュール１５のゲインを切替える信号が送信される。そして、ＭＡＵ１１、フィールドバスモデム１２を介して、制御手段１３から切替手段１６に切替制御信号Ｇ１が送られる。そして、切替手段１６のスイッチＳＷ１、ＳＷ２が切替わることによりＩ／Ｐモジュール１５のコイル４２、４３の組み合わせが変更される。
【００８１】
次に、コントロールリレー１８のゲインを切替える動作を説明する。まず、外部スイッチ２６から操作入力信号Ｇ３がメタルシール１７に入力される。そして、コントロールリレー１８のそれぞれの部屋につながる流路がメタルシール１７により変更される。これにより、コントロールリレー１８のゲインが切替えられる。
【００８２】
例えば、ハイブリッドバルブポジショナ１００を電空変換装置９０として用いるときの動作について説明する。図１２より、Ｉ／Ｐモジュール１５は高ゲイン、コントロールリレー１８は低ゲインが要求される。よって、フィールドバスによりＩ／Ｐモジュール１５を高ゲインに切替える信号が送信される。そして、ＭＡＵ１１、フィールドバスモデム１２を介して、制御手段１３から切替手段１６に切替制御信号Ｇ１が送られる。切替手段１６では、図４のゲイン２（高ゲイン）が選択されるように、スイッチＳＷ１の可動接点１ａが固定接点１ｂに接続される。また、スイッチＳＷ２の可動接点２ａが固定接点２ｂに接続される。したがって、Ｉ／Ｐモジュール１５は高ゲインとなる。そして、Ｉ／Ｐモジュール１５からノズル背圧Ｐｎが出力される。当該ノズル背圧Ｐｎはコントロールリレー１８に入力される。コントロールリレー１８は図１２より低ゲインである必要がある。よって、外部スイッチ２６により、コントロールリレー１８が低ゲインとなるように操作入力信号Ｇ３が手動により入力される。この場合、図５のコントロールリレー１８のそれぞれの部屋につながる流路がメタルシール１７により変更される。そして、コントロールリレー１８は低ゲインとなり、駆動出力圧Ｐｏが出力される。駆動出力圧Ｐｏは、空空ポジショナ２３及び圧力センサ１９に供給される。そして、圧力センサ１９から出力信号ＰＶが出力され、Ａ／Ｄ変換手段２１を介して制御手段１３へフィードバックされる。
【００８３】
また、ハイブリッドバルブポジショナ１００をバルブポジショナ８０として用いるときは、Ｉ／Ｐモジュール１５は低ゲイン、コントロールリレー１８は高ゲインとなるように制御が行われる。
【００８４】
以上、本実施の形態によれば、切替手段１６又はメタルシール１７によりＩ／Ｐモジュール１５又はコントロールリレー１８のゲインを切替えることができる。これにより、バルブステム２２Ａの位置制御又は駆動出力圧Ｐｏの圧力制御に応じてＩ／Ｐモジュール１５又はコントロールリレー１８のゲインを適切に切替えることができる。
【００８５】
また、切替手段１６は、バルブステム２２Ａの位置制御を選択した場合、Ｉ／Ｐモジュール１５のゲインを低ゲインに切替えることができる。また、駆動出力圧Ｐｏの圧力制御を選択した場合、Ｉ／Ｐモジュール１５のゲインを高ゲインに切替えることができる。また、メタルシール１７は、バルブステム２２Ａの位置制御を選択した場合、コントロールリレー１８のゲインを高ゲインに切替えることができる。また、駆動出力圧Ｐｏの圧力制御を選択した場合、コントロールリレー１８のゲインを低ゲインに切替えることができる。したがって、バルブステム２２Ａの位置制御又は駆動出力圧Ｐｏの圧力制御に応じてＩ／Ｐモジュール１５又はコントロールリレー１８のゲインを適切に切替えることができる。
【００８６】
また、メタルシール１７は、選択情報の操作入力信号Ｇ３に応じてゲインを切替えることができる。
【００８７】
また、切替手段１６は、選択情報の操作入力信号Ｇ２に応じてゲインを切替えることができる。
【００８８】
また、切替手段１６は、ＭＡＵ１１を介して外部機器から受信した切替制御信号Ｇ１に基づいてゲインを切替えることができる。
【００８９】
また、バルブステム２２Ａの位置制御に精度を必要としない場合は、電空変換装置９０としてバルブ２３を直接制御することができる。また、保用品が１種類で済むために計装コストを抑えることができる。また、最初に電空変換装置９０として動作させた後に、バルブポジショナとして動作させることができるので、制御性が向上しバルブ診断機能などを有効に活用することができる。
【００９０】
その他、本実施の形態におけるハイブリッドバルブポジショナ１００の細部構造及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態におけるハイブリッドバルブポジショナ１００のブロック図である。
【図２】本発明の要部構成説明図である。
【図３】ゲインの種類を示した図である。
【図４】切替手段１６を示した図である。
【図５】コントロールリレー１８の構造図である。
【図６】バルブポジショナ８０のブロック図である。
【図７】電空変換装置９０のブロック図である。
【図８】従来例の電空ポジショナ２００の一例を示す構成図である。
【図９】コントロールリレーの入出力特性を示した図である。
【図１０】Ｉ／Ｐモジュールの入出力特性を示した図である。
【図１１】Ｉ／Ｐモジュールの入出力特性を示した図である。
【図１２】バルブポジショナと電空変換装置の特性を比較した図である。
【符号の説明】
【００９２】
Ｅｒｒｏｒ、Ｅｒｒｏｒ１、Ｅｒｒｏｒ２    偏差信号
ＦＢ   フィールドバス
Ｇ１、Ｇ５    切替制御信号
Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４     操作入力信号
Ｉｎ   入力電流信号
Ｉｏ   電流信号
Ｌｇ１、Ｌｇ２  間隙長
Ｐｅ   排気流体圧
Ｐｎ   ノズル背圧
Ｐｏ   駆動出力圧
Ｐ     弁プラグ
Ｐｓ   供給圧
ＰＶ   出力信号
ＰＶ１ 位置信号
ＰＶ２ 駆動圧信号
ＳＶ、ＳＶ１、ＳＶ２ 目標値信号
ＳＷ、ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
Ｖａ   圧力信号
Ｖｄ   偏差信号
Ｖｆ   帰還信号
Ｖｏ   電圧信号
Ｖｓ   弁開度信号
１ａ   可動接点
１ｂ、１ｃ    固定接点
２ａ   可動接点
２ｂ、２ｃ    固定接点
１１   ＭＡＵ
１２   フィールドバスモデム
１３   制御手段
１４   Ｄ／Ａ変換手段
１５   Ｉ／Ｐモジュール
１６   切替手段
１７   メタルシール
１８   コントロールリレー
１９   圧力センサ
２０   位置センサ
２１   変換手段
２２   バルブ
２２Ａ バルブステム
２３   バルブ／空空ポジショナ
２４、２５、２６     外部スイッチ
３１，３２    ハウジング
３３   ポールピース
３４   ノズル
３５   永久磁石
３６   可動部材
３７   配管
３９   導管
４０   排気孔
４１   ボールピース
４２   コイル
４３   コイル
４３   ポールピース
４３、４４  コイル
６１   排気弁
６２   入力ダイアフラム
６３   可動部
６４   フィードバックダイアフラム
６５   給気弁
６６   ポペット
６７   バネ
６８   ブリード孔
８０   バルブポジショナ
８２   フィールドバスモデム
８３   制御手段
８４   Ｄ／Ａ変換手段
８５   Ｉ／Ｐモジュール
８６   コントロールリレー
８７   バルブ
８７Ａ バルブステム
８８   位置センサ
８９   Ａ／Ｄ変換手段
９０   電空変換装置
９２   フィールドバスモデム
９３   制御手段
９４   変換手段
９５   モジュール
９６   コントロールリレー
９７   空空ポジショナ
９８   圧力センサ
９９   変換手段
１００ ハイブリッドバルブポジショナ
２０１ 電空ポジショナ
２０２ 信号変換回路
２０３ 差動増幅器
２０４ 電空変換回路
２０５ 圧力変換器
２０６ 調節弁
２０７ ステム
２０８ バルブ
２０９ 弁開度検出器
２１０ 演算回路
２１０ 弁開度検出器
２１１ 比較演算器
【図１】
0004752561.tif 000002
【図２】
0004752561.tif 000003
【図３】
0004752561.tif 000004
【図４】
0004752561.tif 000005
【図５】
0004752561.tif 000006
【図６】
0004752561.tif 000007
【図７】
0004752561.tif 000008
【図８】
0004752561.tif 000009
【図９】
0004752561.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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