(57)【要約】【課題】危険な環境で操作するための本質的に安全なマイクロプロセッサー制御圧力調整器を提供することにある。【解決手段】本質的に安全なマイクロプロセッサー制御圧力調整器は危険な範囲内のマイクロプロセッサーに入力された制御信号を受信する。前記マイクロプロセッサーは本質的に安全なソレノイド弁と本質的に安全な圧電弁の操作を制御するための制御信号を発生させる。前記圧電弁は塗装ガンの操作パラメーターを制御するための出力信号を発生させる。危険な範囲内の１つまたは複数の本質的に安全な弁を制御するために危険な範囲内の１つまたは複数のマイクロプロセッサーが作動する。【選択図】  図１
2004500982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部が安全な範囲内で作動し一部が危険な範囲で作動する、危険な範囲に設置された装置の動作を制御するための本質的に安全な圧力制御システムにおいて、前記システムは
前記安全な範囲からの入力信号を受け、制御信号を発生する前記危険な範囲内に設置されたコントローラーと、
前記制御信号に応答して出力圧力を発生する、前記危険な範囲内に設置された第一圧電制御弁とを有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
さらに、前記圧電制御弁により出力される前記パイロット圧力により制御される圧力調整弁を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
さらに、前記調整圧力を感知し、前記コントローラーへ入力される第一圧力信号を発生させる第一圧力センサーを有することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記コントローラーから前記制御信号を受け、前記圧電制御弁への可変出力信号を発生させる可変出力スイッチを有し、前記圧電制御弁は前記可変出力信号に応答して作動することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
さらに、前記出力圧力を感知し前記コントローラーへ入力される第二圧力信号を発生させる第二圧力センサーを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
塗料を飛散させるための、一部は危険な範囲で作動し、電気制御信号により転置できるアームを有する塗装ロボットと、
アームの末端部に配置され流体信号により塗料を飛散する塗装ガンと、
前記危険な範囲内に配置され、安全な範囲からの入力信号を受け、制御信号を発生するコントローラーと、
前記危険な範囲内に配置され、前記制御信号に応答して圧力を発生する第一圧電制御弁と、
前記流体制御信号を供給する調整圧力を設定するために、前記圧電制御弁により出力される前記パイロット圧力により制御される圧力調整弁とを有することを特徴とする装置。
【請求項７】
さらに、前記コントローラーから前記制御信号入力を受け、前記圧電制御弁への可変出力信号を発生させる可変出力スイッチを有し、前記圧電制御弁は前記可変出力信号に応答して作動することを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
さらに、前記出力圧力を感知し、前記コントローラーへ入力される第一圧力信号を発生させる第一圧力センサーを有することを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項９】
さらに、前記ブースト圧力を感知し、前記コントローラーへ入力される第二圧力信号を発生させる第二圧力センサーを有することを特徴とする請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景技術】
本発明は、概略は本質的に安全な圧力調節器に関し、より詳しくは、危険な環境で操作される圧力調節器のための本質的に安全な制御システムに関する。
【０００２】
多くの産業環境はしばしば揮発性で危険な環境をつくりだす化学薬品、溶剤、および他の構成物を使用している。こうした危険な環境で電気器具を使用する産業もある。この危険な環境はしばしば可燃性であるから、こうした環境で作動する電気器具はこの危険な環境に発火させる機会を減らすように設計されていることが望ましい。このために、この電気器具を操作するのに必要なエネルギーを制限することで、火花や熱のような他の発火現象を発生させる機会は著しく減らされる。
【０００３】
一例を挙げると、自動車生産者は車をロボットが塗装する塗装ブースを使用している。ロボットは車に効率的に塗装する。ロボットが塗料を噴霧する時に、塗料噴霧環境が生まれる。塗装工程に用いられる化学物質の成分により塗料噴霧環境は典型的に可燃性または危険な環境である。塗装ブースの、ある範囲は危険で本質的に安全な器具の使用を要するのに対し、塗装ブースの別の範囲は危険でなく本質的に安全な器具の使用を要しないと考えられる。塗装ロボットに関しては、ロボットアームの端部に典型的に配置される塗装ガンから空気圧により塗料が発射される。塗装機能を制御するためにつくられる空気圧は、典型的に様々な塗装ガン機能を制御する出力圧力を調節するパイロット圧力の使用により調節される。このパイロット圧力は典型的にソレノイドの操作によって生み出される。
【０００４】
典型的に塗装作業では、適切に塗装するために車の輪郭に合うように正確にすばやく塗料の流れの速度を変更することが望ましい。正確ですばやい塗装の制御は閉ループモードのコントローラーの使用を必要とする。同コントローラーは二次側圧力を目標圧力と比較し、塗料流を調整するためにエラー信号を発生させる。
【０００５】
こうしたシステムにおいて、設計者は塗料の流れを制御するための圧力制御弁を塗装ガンにできるだけ近く配置したがる。いくつかの要因が圧力制御弁を塗装ガンにどれだけ近く配置できるかを制限する。まず、圧力制御弁は典型的に電気的に操作される。圧力制御弁を塗装ガンにできるだけ近くで操作するためには圧力制御弁は本質的に安全でなければならない。さもなければ圧力制御弁は危険な範囲の外に配置されなければならない。危険な範囲の外に配置されれば、圧力制御弁は塗装ガンの先端から離れることになる。すると塗装ガンでの反応時間が遅くなり適切に塗料流を制御する能力が落ちる。さらに、圧力制御弁を操作する制御装置と共に考えると先行技術は本質的に安全なモードで作動する圧力制御弁を提供していない。かくしてコントローラーと圧力制御弁を包含する制御装置は本質的に安全な基準を満たすために典型的に危険な範囲の外で作動する。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は装置の操作を制御するための、一部が安全な範囲内で作動し一部が危険な範囲で作動する本質的に安全な圧力制御システムに関する。前記制御システムは前記危険な範囲内に配置されたコントローラーを包含する。前記コントローラーは前記安全な範囲から入力信号を受け、制御信号を発生させる。第一圧電制御弁が前記危険な範囲内に設置されている。前記第一圧電制御弁は前記制御信号に応答して圧力を発生させる。
【０００７】
本発明とその目的と利点のより完全な理解のために、以下の仕様と添付の図面を参照されたい。
【０００８】
【実施の形態】
図１は本質的に安全な制御システム１０を表わし、ここでは特に塗装スプレーシステムで示される。当業者はこの本質的に安全な制御システム１０が本質的に安全な操作を必要とする他の同様なシステムにも同様に適用できることを理解頂けるであろう。本質的に安全な制御システム１０はロボット１２を包含する。ロボット１２は肘関節１６と手首関節１８とのような関節部を包含する腕を有する。ロボット１２は腕１４の端部に配置された噴霧ガン２０を有する。噴霧ガン２０は塗装スプレー２２を車２４に吹付け、車２４に塗料コーティングを行う。
【０００９】
本質的に安全な制御システム１０は概ね噴霧ブース２６内で作動する。塗装作業に用いられる溶剤と化学薬品の性質のために塗料の吹付けは危険な範囲２８と安全な範囲３０とを作り出す。危険な範囲２８は発火の原因となるものを減らす点において注意が必要な範囲である。危険な範囲２８は他のシステムの構成要素と同様にロボット１２の全体または一部を含む。危険な範囲２８は典型的に本質的に安全な装置の操作を必要とする。本質的に安全な装置は一般に可燃性化学物質の発火の可能性を事実上削減するために制限されたエネルギーで作動する装置をさす。
【００１０】
図２はロボット１２の塗装ガン２０のための本質的に安全な制御システム４０を示す。メインコントローラー４２はロボット１２の内部に又は離れて配置され、塗装ガン２０を含むロボット１２の全体の操作を制御する。メインコントローラー４２は危険な範囲２８内に、または好ましくは安全な範囲３０内に配置される。メインコントローラー４２は車２４の輪郭と形に応じて塗装に必要な出力を決める。メインコントローラー４２は信号をガンコントローラー４４に出力する。メインコントローラー４２から出力された信号は、望ましくはネットワーク４６でガンコントローラー４４に伝えられる。望ましくはメインコントローラー４２とガンコントローラー４４との間の連絡はコントローラーエリアネットワーク（ＣＡＮ）プロトコルを用いてなされる。こうしたプロトコルは当業者に良く知られている。しかし、当業者にはメインコントローラー４２とガンコントローラー４４との間の連絡を行うために他の通信プロトコルを用いることができることを理解頂けるであろう。
【００１１】
望ましくはメインコントローラー４２がさまざまな輪郭と車２４に塗装する段階に応じて塗装ガン２０の出力を決める一方で、ガンコントローラー４４は特に塗装ガン２０がメインコントローラー４２の指示のとおりに確実に働くように制御命令をだす。特に塗装ガン２０により出力される塗料の流れ、配分、散布を制御するためにガンコントローラー４４は好ましくは塗装ガン２０を操作する制御信号を発生させる。
【００１２】
図３はガンコントローラー４４と塗装ガン２０との拡大ブロック図である。特にガンコントローラー４４は制御信号をメインコントローラー４２から受け、電力を電源から受ける。ガンコントローラー４４は塗装ガン２０の様々な出力機能を制御するために塗装ガン２０への入気圧力を調節するための制御信号を発生させる。こうした出力機能はトリガー、すなわちオンオフ操作、塗装制御、霧化制御、分散、すなわち出力スプレーのファンアウトを含む。ガンコントローラー４４が受ける電力信号は電力供給フィルター５０に入力される。マイクロプロセッサー１、マイクロプロセッサー２、マイクロプロセッサー３を包含するマイクロプロセッサー群５２を操作するのに適した電源信号を電力供給フィルター５０は出力する。しかし、本質的に安全なシステムの用途によってはマイクロプロセッサー群５２は３個よりも多い、または少ないマイクロプロセッサーを包含してもよいことを理解頂きたい。
【００１３】
マイクロプロセッサー群５２は入力制御信号に応じて出力制御信号を発生させる。前記入力制御信号はバスネットワーク４６から入る。本質的に安全な操作を保つためにバスネットワーク制御信号は光ファイバー接続を用いてバスネットワーク４６で変換されることが望ましい。かわりにバスネットワーク４６電線で電気的に接続されても良い。このようにバスネットワーク４６はマイクロプロセッサー群５２のそれぞれのマイクロプロセッサーに入力される電気制御信号に光信号を変換する光変換機５４に接続される。前記制御信号に応じてマイクロプロセッサー群５２のそれぞれのマイクロプロセッサーは圧力制御弁を操作する。マイクロプロセッサー群５２のマイクロプロセッサーは前記制御信号を受け、デジタルまたはアナログの出力信号を発生させる。
【００１４】
先に簡単に述べたように、塗装ガン２０はオンオフ、すなわちトリガー制御、塗装制御、霧化制御、およびファン制御を含むいくつかの制御機能を有する。オンオフ、すなわちトリガー制御に関しては、デジタル制御信号がデジタル入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路５６に出力される。デジタル入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路５６はデジタル信号を発生させる１つまたは複数のＩ／Ｏポート５８を有する。図３に示されるように、デジタルＩ／Ｏポート５８はデジタル制御線６２上のソレノイド制御弁６０にデジタル信号を出力する。ソレノイド制御弁６０は入気圧を選択的にトリガーに適用またはトリガーから解除することによりそれぞれオンオフ操作をするための前記トリガーの操作を可能にする。図３ではソレノイド制御弁６０は２つの弁部分６０ａ，６０ｂとして示されていて、２つの機械要素として示されているけれども、２つの部分が結合して１つの機械要素をなす。ソレノイド制御弁６０はトリガー１とトリガー２信号を出力する。ソレノイド制御弁６０の操作はデジタルＩ／Ｏ群５６への入力によりマイクロプロセッサー群５２のマイクロプロセッサーがモニターしてもよい。センサー６４がデジタル入力線６６に出力する信号はデジタルＩ／Ｏ群５６の別のＩ／Ｏポート５８に入力される。示される通り、ソレノイド制御弁６０はそれぞれトリガー１とトリガー２出力ラインへ入気圧を適用または解除するだけである。
【００１５】
トリガー１とトリガー２のデジタル制御に加え、ガンコントローラー４４は適切に塗装ガン２０の操作を変えるために塗装、霧化器、及びファン信号のアナログ制御を可能にする。それぞれのマイクロプロセッサーはアナログ入力／出力（Ｉ／Ｏ）群７０にアナログ制御信号を出力する。アナログＩ／Ｏ群７０は複数のアナログＩ／Ｏポート７２を有する。図３に示されるようにアナログＩ／Ｏ群７０は４つのアナログＩ／Ｏポート７２を有する。アナログＩ／Ｏポート７２の内３つの７２ａ、７２ｂ、７２ｃはそれぞれ圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃを制御するためにアナログ信号を出力する。圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃはそれぞれ塗装、霧化、およびファンライン上の出力のために入気圧を可変的に調節するためのパイロット弁として働く。調節された入気圧は塗装ガン２０のそれぞれ塗装、霧化器、及びファン機能の操作を制御する出力信号を供給する。各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃが受ける入気圧はアナログＩ／Ｏポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃから出力されたアナログ信号の大きさにより変えられる。各アナログＩ／Ｏポート７２ａ、７２ｂ、７２ｃから出力された電気信号を変えることで圧電要素の変位が変わり、各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃからの出力圧力が変わる。
【００１６】
各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃからの出力圧力は、ブースターまたは調整弁７６ｂ、７６ｃに入力される。調整弁７６ｂ、７６ｃが第一入力として受ける入気圧は圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃへの入気圧より大きくできる。各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃからの出力信号は制御ラインを通じて各調整弁７６ｂ、７６ｃに伝わる。調整弁７６ｂ、７６ｃは各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃからのパイロット信号出力に応じて出力圧力を調整する。当業者は調整弁７６ｂ、７６ｃは無くとも良く、圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃからの出力圧力は直接塗装ガン２０部分に適用できることを理解頂けるであろう。
【００１７】
上に述べた制御に加え、各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃはそれぞれフィードバック回路７８ａ、７８ｂ、７８ｃを有する。同様に各調整弁７６ｂ、７６ｃはそれぞれ内部機構フィードバック機能を供給するフィードバック回路８０ａ、８０ｂ、８０ｃを有する。
【００１８】
より正確な制御をするためにマイクロプロセッサー群５２はデジタルとアナログの出力信号を出すのに加え、各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃと調整弁７６ｂ、７６ｃの出力の圧力をモニターする。特に圧力変換器８２ｂ、８２ｃはそれぞれ圧電弁７４ｂ、７４ｃから出力されるエアー圧力をモニターするように配置されている。これらの圧力変換器はまた各調整弁７６ｂ、７６ｃに入力される制御圧力を効率よくモニターする。また、調整弁７６ｂ、７６ｃへの外部入気圧はそれぞれ圧力変換器８４ｂ、８４ｃによってモニターされる。同様に各調整弁７６ｂ、７６ｃにより出力されるエア―圧力もそれぞれ圧力変換器８６ｂ、８６ｃによってモニターされる。圧力変換器８６ｂ、８６ｃはまた塗装ガン２０の塗装、霧化器、およびファンへの出力エアー圧力も効率よくモニターする。各圧力変換器８２、８４、８６により出力される様々な信号は圧力変換器群９０の入力ポート８８に入る。圧力変換器群９０はマイクロプロセッサー群５２に信号を出力し、マイクロプロセッサー群５２は感知された圧力により変化する。マイクロプロセッサー群５２のマイクロプロセッサーはこのようにして望ましい圧力と実際の圧力の間のエラー信号を作りアナログＩ／Ｏ群７０から各圧電弁７４に出力されるアナログ信号を調節することができる。
【００１９】
操作において、マイクロプロセッサーは各圧電弁７４を制御する。例えばマイクロプロセッサー１は圧電弁７４ａを操作するための制御信号を発生させ、マイクロプロセッサー２は圧電弁７４ｂを操作するための制御信号を発生させ、マイクロプロセッサー３は圧電弁７４ｃを操作するための制御信号を発生させる。同様にマイクロプロセッサー１は圧電弁７４ａに関連した圧力変換器により出力された圧力信号を用い、マイクロプロセッサー２は圧電弁７４ｂと調整弁７６に関連した圧力変換器により出力された圧力信号を用い、マイクロプロセッサー３は圧電弁７４と調整弁７６に関連した圧力変換器により出力された圧力信号を用いる。
【００２０】
このように、マイクロプロセッサー群５２の各マイクロプロセッサー１、マイクロプロセッサー２、マイクロプロセッサー３は望ましくは、各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃと調整弁７６ｂ、７６ｃをバスネットワーク４６で受ける制御信号に応じて制御する。前記ガンコントローラー４４内の内部フィードバックは各圧電弁７４ａ、７４ｂ、７４ｃと調整弁７６ｂ、７６ｃの実際の出力圧力と望ましい出力圧力を比べることにより、より正確な制御を可能にする。
【００２１】
ガンコントローラー４４の各部分は本質的に安全なモードで作動しながら塗装ガン２０の十分な制御を可能にすることが望ましい。ガンコントローラー４４の各部分は本質的に安全なモードで作動する。さらに、上記の本質的に安全な制御システム１０は３つのマイクロプロセッサーと各デジタルＩ／Ｏ群５６とアナログＩ／Ｏ群７０と圧力変換器群９０用の特定数のポートとを有するマイクロプロセッサー群５２に関して記載されているが、マイクロプロセッサーと入力／出力ポートの数は設計考慮の変化に応じて変わることは当業者に理解頂けるであろう。例えば本発明の１例では本質的に安全な範囲内で操作を維持するためにどのマイクロプロセッサーにも必要とされる操作電力を制限するためにマイクロプロセッサー群５２は３つのマイクロプロセッサーを有する。
【００２２】
本発明は現在の好ましい形式で記載されているが、本発明には多数の適用と実施があることをご理解頂きたい。従って、付属の請求項に記載されている本発明の真意から逸脱することなしに修正や変更されうる。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
本図面は仕様の主部を成し、仕様と関連して読まれたく、同じ参照番号が様々な図の同じ部品を示すために用いられている。
【図１】
本発明に係わる塗装ブース内に設置された塗装ロボットと車を示す図である。
【図２】
本発明に係わる本質的に安全な制御システムを示す概要ブロック図である。
【図３】
前記塗装ガンコントローラーの拡大ブロック図である。
【符号の説明】
１０・・・本質的に安全な制御システム
１２・・・ロボット
１４・・・腕
１６・・・肘関節
１８・・・手首関節
２０・・・噴霧ガン
２２・・・塗装スプレー
２４・・・車
２６・・・噴霧ブース
２８・・・危険な範囲
３０・・・安全な範囲
４０・・・本質的に安全な制御システム
４２・・・メインコントローラー
４４・・・ガンコントローラー
４６・・・バスネットワーク
５０・・・電力供給フィルター
５２・・・マイクロプロセッサー群
５４・・・光変換機
５６・・・デジタル入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路
５８・・・デジタルＩ／Ｏポート
６０・・・ソレノイド制御弁
６０ａ・・ソレノイド制御弁
６０ｂ・・ソレノイド制御弁
６２・・・デジタル制御線
６４・・・センサー
６６・・・デジタル入力線
７０・・・アナログ入力／出力（Ｉ／Ｏ）群
７２・・・アナログＩ／Ｏポート
７２ａ・・アナログＩ／Ｏポート
７２ｂ・・アナログＩ／Ｏポート
７２ｃ・・アナログＩ／Ｏポート
７４・・・圧電弁
７４ａ・・圧電弁
７４ｂ・・圧電弁
７４ｃ・・圧電弁
７６ｂ・・調整弁
７６ｃ・・調整弁
７８ａ・・フィードバック回路
７８ｂ・・フィードバック回路
７８ｃ・・フィードバック回路
８０ａ・・フィードバック回路
８０ｂ・・フィードバック回路
８０ｃ・・フィードバック回路
８２・・・圧力変換器
８２ｂ・・圧力変換器
８２ｃ・・圧力変換器
８４・・・圧力変換器
８４ｂ・・圧力変換器
８４ｃ・・圧力変換器
８６・・・圧力変換器
８６ｂ・・圧力変換器
８６ｃ・・圧力変換器
８８・・・入力ポート
９０・・・圧力変換器群
【図１】
2004500982.tif 000003
【図２】
2004500982.tif 000004
【図３】
2004500982.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004500982.tif 000006
2004500982.tif 000007
2004500982.tif 000008
2004500982.tif 000009
2004500982.tif 000010
2004500982.tif 000011
2004500982.tif 000012
2004500982.tif 000013
2004500982.tif 000014
2004500982.tif 000015
2004500982.tif 000016
2004500982.tif 000017
2004500982.tif 000018
2004500982.tif 000019
2004500982.tif 000020
2004500982.tif 000021
2004500982.tif 000022
2004500982.tif 000023
2004500982.tif 000024
2004500982.tif 000025
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004500982.tif 000026
2004500982.tif 000027
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004500982.tif 000028
2004500982.tif 000029
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004500982.tif 000030
2004500982.tif 000031
【国際調査報告】
2004500982.tif 000032
2004500982.tif 000033
2004500982.tif 000034