CN102734530B - 定位器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过对一般的电流输入型的定位器进行简单地改进，即使未连接负载电阻地连接在电压源侧，也不会流动过大电流，且通信也能够不受妏碍地进行，廉价的构成的电压输入型的定位器。在通信电路(1-2)之前设置电压电流变换电路(1-5)。在电压电流变换电路(1-5)中配置有过电流防止电路(CB)。电压电流变换电路(1-5)将将直流电压信号(V)变换为直流电流信号，将交流电压信号(Vf)变换为交流电流信号。又，电压电流变换电路(1-5)在定位器(1C)未连接负载电阻(6)地与电压源侧错误连接的情况下，可以将流向内部电路的过大电流抑制在规定的电流值以下(例如，30mA以下)。

Description

定位器

技术领域

本发明涉及一种定位器，该定位器通过一对电线从上位侧系统接受直流电信号，一方面由该直流电信号产生自身的工作电源，另一方面根据该直流电信号的值控制调节阀的开度。

背景技术

以往，这种定位器设计成通过经一对电线从上位侧系统输送来的4～20mA的电流(直流电信号)进行动作。例如，将调节阀作为比例阀，当从上位侧系统输送来4mA的电流时使比例阀的开度为0％，当输送来20mA的电流时使比例阀的开度为100％。

在这种情况下，因为来自上位侧系统的供给电流在4mA(下限电流值)～20mA(上限电流值)的范围内变化，所以，定位器的内部电路从作为由上位侧系统供给的电流值而能够始终确保的4mA以下的电流生成自身的工作电源。

从上位侧系统对定位器输入对于调节阀的设定开度值。此外，能够通过开度传感器得到调节阀的实际开度值。因此，在定位器中，可以通过计算调节阀的设定开度值与实际开度值的关系而进行调节阀的异常诊断以及自身的异常诊断等。如果在定位器中设置这种异常诊断功能，则可以不用另外设置异常诊断装置，能够以较低的成本实现系统的功能提升(例如参照对比文献1)。

基于这样的原因，近年来，在定位器中，除了调节阀的阀开度控制这一原有的功能之外，提出有具有阀开度发信功能、将调节阀的异常诊断、自身的异常诊断等的结果发送至上位侧系统的功能的定位器。在图8中表示采用具有和上位侧系统间的通信功能的定位器的系统的主要部分的构成。

在图8中，1是定位器，2是通过两线式的传输路径(一对电线)L1、L2与定位器1连接的上位装置，3是根据需要连接在传输路径L1、L2间的通信装置，4是上位侧系统，5调节阀(比例阀)。定位器1具有：主体电路1-1、通信电路1-2和定电压电路1-3。又，在该例的情况下，上位侧系统4由上位装置2和通信装置3构成。

在该系统中，上位装置2通过传输路径L1、L2向定位器1输送4～20mA的直流电流信号I。在定位器1中，定电压电路1-3由从上位装置2输送来的直流电流信号I生成定电压Vpos，且供给到通信电路1-2、主体电路1-1。主体电路1-1根据由上位装置2输送来的直流电流信号I的值，控制比例阀5的开度。又，进行比例阀5的异常诊断、自身的异常诊断等。

通信装置3使通信用的交流电流信号If叠加于向定位器1的直流电流信号I。在定位器1中，通信电路1-2是电流输入型的通信电路，提取被叠加于直流电流信号I的交流电流信号If，将通过该交流电流信号If被通知的来自通信装置3的指令或数据传输至主体电路1-1。又，通过使传输路径L1、L2的线间电压变化，通信电路1-2将来自主体电路1-1的比例阀5的异常诊断结果、自身的异常诊断结果传输至通信装置3。在专利文献2中揭示了这样的通信方式。

然而，最近，不仅是对于比例阀，对于开/关阀也有需要进行异常诊断这样的要求，对于开/关阀也出现了适用定位器的情况。但是，由于开/关阀是以全开和全闭两个位置控制，因此，一般情况下通常使用的电磁阀，又为了使电磁阀工作从一对电线输入直流电压信号(通常是0～24V)。因此，控制这样的开/关阀的阀开度的定位器的内部电路需要对应输入电压。

例如，在专利文献2中，一方的通信装置是定位器，另一方的通信装置是上位装置的话，从上位装置使通信用的交流电压信号叠加于以规定的范围变动的直流电压信号，发送至定位器侧，定位器侧提取从上位装置接收的电压信号中的直流电压信号，基于该直流电压信号的值，控制调节阀的开度，且通过使返回至上位装置的线路电流变化，能够将阀开度、异常诊断结果传输至上位装置侧。这时，定位器对应电压输入，能够适用于开/关阀。又，上位侧系统的电源不是电流输出型(AO：模拟输出)，而是电压输出型(DO：数字输出)，也可以控制比例阀的开度。

又，供给电压输出型的电源的方式被称为现场总线方式(例如，参照专利文献3)，例如从上位侧系统供给9～32V的电压。又，以下，将输入直流电流信号的类型的定位器称作电流输入型定位器，将输入直流电压信号的类型的定位器称作输入电压型定位器。

在这种情况下，制造供给定位器的制造商为了确保和上位侧系统间的通信功能，且对应开/关阀，或对应现场总线方式，必须准备电流输入型的定位器和电压输入型的定位器的两种机型，从而在制造上造成了负担。又，由于必须准备与一般地电流输入型的定位器不同的电压输入型的定位器，所以造成了高价。

因此，为了消除这个负担，在专利文献4中揭示有：通过1种机型，既能够对应于来自模拟传输路径的电流输入，也能够对应来自现场总线传输路径的电压输入的兼用型的定位器。在这个兼用型的定位器中，设置有与模拟传输路径连接的接口电路(I/V模块)和与现场总线传输路径连接的接口电路(FB模块)，根据需要切换I/V模块和FB模块来使用。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1-141202号公报

专利文献2：日本特开昭61-070827号公报

专利文献3：日本特开2004-226092号公报(专利第4185369号)

专利文献4：日本特开2002-367069号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献4中揭示的兼用型的定位器中，必须分别设置I/V模块和FB模块，存在其构成变得复杂，比电流输入型的定位器或电压输入型的定位器更高价这样的问题。

因此，在图8所示的电流输入型的定位器1(1A)中，本申请人考虑将固定电阻器1-4(参照图9)设置于通信电路1-2之前。又，在使用该定位器1(1B)的系统中，上位侧装置2(2B)将直流电压信号V传送至定位器1B。又，通信装置3(3B)使通信用的交流电压信号Vf叠加于传送至定位器1B的直流电压信号V上。又，调节阀5(5B)是电磁阀(开/关阀)。

在该定位器1B中，来自上位装置2B的直流电压信号V由电阻值r的固定电阻器1-4变换为电流，传送至主体电路1-1。由此，主体电路1-1基于由固定电阻器1-4所变换的电流的值，即直流电流信号V/r的值，控制调节阀5B的开闭。又，在线L1上，为了防止向电压源侧的通信信号的侵入，设置有比固定电阻器1-4的电阻值r大的负载电阻6。又，固定电阻器1-4的电阻值r变小，将交流电压信号Vf变化为电流的变化。

但是，在这样的定位器1B中，未连接负载电阻6地错误地连接到电压源侧的话(参照图10)，存在由于固定电阻器1-4的值r较小，向定位器1B的内部电路流动过大电流，结果损坏定位器1B这样的担忧。

因此，如图11所示，虽然考虑使用比固定电阻器1-4的电阻值大的电阻R，然而这样做的话，相对于交流电压信号Vf的阻抗和电源侧比较变得过高，被变换的电流变小，无法完成通信。

本发明为了解决上述那样的课题而作出，其目的是提供一种定位器，该定位器是通过对一般的电流输入型的定位器进行简单地改进，即使未连接负载电阻地连接到电压源侧，也不会流动过大电流，而且通信也能够不受妨碍地进行的，廉价的构成的电压输入型的定位器。

通过一对电线从上位侧系统接受直流电信号，由该直流电信号生成自己的工作电源，另一方面根据所述直流电信号的值控制调节阀的开度，所述定位器的特征在于，具有：电流输入型的通信电路，所述电流输入型的通信电路接受从上位侧系统叠加在所述直流电信号上而被传送来的交流电信号；以及电压电流变换电路，所述电压电流变换电路设置在所述通信电路之前，在来自所述上位侧系统的直流电信号为电压的情况下，将该电压变换为电流，传送至所述通信电路，所述电压电流变换电路具有防止规定的电流值以上的电流流动的过电流防止电路。

本发明，从上位侧系统叠加在所述直流电信号上而被传送来交流电信号的话，电压电流变换电路将将直流电压信号变换为直流电流信号，将交流电压信号变换为交流电流信号。在电压电流变换电路被变换的交流电流信号传送至电流输入型的通信电路。

又，根据本发明，在未连接负载电阻、将定位器错误连接在电压源侧的情况下，虽然向内部电路流动过大电流，但是该过大电流可以通过过电流防止电路抑制在规定的电流值以下。

又，对电压电流变换电流并联连接旁路电路，可以设置向该旁路电路的电压电流变换电路的并联连接为有效/无效的切换开关。这时，向旁路电路的电压电流变换电路的并联连接有效的话，电压电流变换电路不发挥功能，成为电流输入型的定位器。

发明效果

根据本发明，在来自上位侧系统的直流电信号为电压的情况下，在通信电路之前设置将该电压变换为电流、传送至通信电路的电压电流变换电路，由于该电压电流变换电路被构成为具有过电流防止电路，所以本发明能够提供一种定位器，该定位器是通过对一般的电流输入型的定位器进行简单地改进，即使未连接负荷电阻地连接到电压源侧，也不会流动过大电流，而且通信也能够不受妨碍地进行的，廉价的构成的电压输入型的定位器。

附图说明

图1表示使用本发明涉及的定位器的一实施形态(实施形态1)的系统的主要部分的构成的图。

图2表示设置在该系统中的定位器的通信电路之前的电压电流变换电路的电路构成的图。

图3表示该电压电流变换电路的输入电压-电流特性的图。

图4表示在该电压电流变换电路附加二极管的例子的图。

图5表示设置有电压电流变换电路的定位器未连接负荷电阻地错误地连接到电压源侧的状态的图。

图6表示对于电压电流变换电路，通过并联切换开关而设置旁路电路的例子(实施形态2)的图。

图7表示使与电压电流变换电路并联设置的旁路电路中的切换开关为开，作为电流输入型的定位器使用的例子的图。

图8表示使用具有和上位侧系统间的通信功能的定位器(一般的电流输入型的定位器)的系统的主要部分的构成的图。

图9表示在电流输入型的定位器的通信电路之前设置固定电阻器(电阻值小)，变化为电压输入型的定位器的例子的图。

图10表示该定位器未连接负荷电阻地与电压源侧错误连接的状态的图。

图11表示在电流输入型的定位器的通信电路之前设置固定电阻器(电阻值大)，变化为电压输入型的定位器的例子的图。

符号说明

1(1A～1D)…定位器；1-1…主体电路；1-2…通信电路；1-3…定电压电路；1-4…电阻；1-5…电压电流变换电路；1-6…旁路电路；1-7切换开关；2(2A、2B)…上位装置；3(3A、3B)…通信装置；4…上位侧系统；5(5A、5B)…调节阀；6…负载电阻；L1、L2…传输路径(一对电线)；LA…线；LA1…线LA的上位侧系统侧；LA2…线LA的通信电路侧；CB…过电流防止电路；Q1…第1晶体管；Q2…第2晶体管；R1…第1电阻；R2…第2电阻；D1…二极管。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施形态进行详细地说明。

(实施形态1)

图1表示使用本发明涉及的定位器的一实施形态(实施形态1)的系统的主要部分的构成的图。在该图中，与图9相同的符号表示与参照图9所说明的构成要素相同或者等同的构成要素，其说明省略。

关于该系统，与图9所示的系统相比较可知，在定位器1(1C)中设置电压电流变换电路1-5来代替电阻1-4。在该电压电流变换电路1-5中，配置有防止规定的电流值以上的电流流动的过电流防止电路CB。

图2表示电压电流变换电路1-5的电路构成。该电压电流变换电路1-5包括：第1晶体管Q 1，所述第1晶体管Q 1插入连接在通至通信电路的线LA中，其集电极被连接在线LA的上位侧系统侧LA1；电阻为r1的第1电阻R1，其一端连接在第1晶体管Q1的发射极，其另一端连接在线LA的通信电路侧LA2；第2电阻R2，其一端连接在第1晶体管Q1的集电极，其另一端连接在第1晶体管Q1的基极；第2晶体管Q2，其集电极连接在电阻为r2的第2电阻R2的另一端，其基极连接在第1晶体管Q1的发射极，其发射极连接在第1电阻R1的另一端。

又，在该实施形态中，电阻R1的电阻值r1是20Ω、电阻R2的电阻值r2是10kΩ，通过后述的晶体管Q1、Q2的动作，如图3所示，虽然至30mA为止线性的电流可以流动，但是在到达30mA的时刻，使该电流在30mA饱和，使得30mA以上的电流无法流动。即，将30mA作为设定电流值(切断电流)，以限制设定电流值以上的电流流动。

这时，在电压电流变换电路1-5中，电流在晶体管Q1→电阻R1的路径流动。又，在该电压电流变换电路1-5中，电阻R1起到将电压变换成电流的作用，对于该电阻R1被附加的晶体管Q1、Q2以及电阻R2构成的电路结构构成过电流防止电路CB。

在该定位器1C中，来自上位装置2B的直流电压信号V通过电压电流变换电路1-5中的电阻R1被变换为电流，被传送至主体电路1-1。由此，主体电路1-1基于由电压电流变换电路1-5被变换的电流的值，即直流电流信号V/r1的值，控制调节阀5B的开闭。

又，在该定位器1C中，来自通信装置3B的交流电压信号Vf通过电压电流变换电路1-5中的电阻R1被变换为电流，被传送至电流输入型的通信电路1-2。这时，通过被连接在线L1的负载电阻6，防止向电源侧的通信信号的侵入，且在电压电流变换电路1-5中，交流电压信号Vf以几乎原样的形状被变换为交流电流信号，被传送至电流输入型的通信电路1-2。

在图5中表示该定位器1C未连接负荷电阻6地与电压源侧错误连接的状态。这时，由于电压电流变换电路1-5中的电阻R1的值较小，所以向定位器1C的内部电路流入较大的电流。在这里，在流入的电流到达30mA前，集电极电流在晶体管Q1流动，在晶体管Q2中没有电流流动(由于20Ω×29mA＝0.58V，晶体管Q2的Vbe不足0.6V时无法工作，所以在晶体管Q2中没有电流流动。)。电流达到30mA的话，20Ω×30mA＝0.6V，晶体管Q2的Vbe为0.6V而开始工作，晶体管Q2的Vce间接近于0V。这是因为晶体管Q1的Vbc间接近于0V与不到0.6V的情况相同，晶体管Q1不进行工作(OFF)。通过维持该平衡，控制经过电压电流变换电路1-5的电流不超过30mA。

像这样，在本实施方式中，能够提供以下这样的定位器1C，仅通过在图8中所示的一般的电流输入型的定位器1A的通信电路1-2之前设置配置有过电流防止电路CB的电压电流变换电路1-5，即使未连接负荷电阻6地与电压源错误连接，也不会有过大电流流动，而且通信能够不受妨碍地进行的，廉价的构成的输入电压型的定位器1C。

又，在该实施方式中，虽然电压电流变换电路1-5中的过电流的设定电流值为30mA，但是也不一定要限制在30mA。例如，通过改变电阻R1、R2的值，也可以将电压电流变换电路1-5中的过电流的设定电流值设定为50mA等。

又，如图4所示，在电压电流变换电路1-5中，也可以在电阻R1和线LA的通信电路侧LA2间设置二极管D1。这时，二极管D1的阳极连接在电阻R1的另一端，二极管D1的阴极连接在线LA的通信电路侧LA2。通过像这样设置二极管D1，即使在和电压源的连接的极性发生错误而反接的情况下，也可以可靠地防止过电流在定位器1C的内部电路流动。

(实施形态2)

在图1中所示的定位器1C使用电压输入型的定位器。将该定位器1C作为电流输入型时，必须拆除电压电流变换电路1-5。因此，在实施形态2中，如图6所示，对于电压电流变换电路1-5并联设置旁路电路(短路电路)1-6，在该旁路电路1-6中设置有切换开关1-7。

将该定位器1(1D)作为电压输入型的定位器使用的情况下，如图6所示，切断切换开关1-7。由此，旁路电路1-6的向电压电流变换电路1-5的并联连接无效，电压电流变换电路1-5发挥功能，成为电压输入型的定位器。

相对于此，将该定位器1D作为电流输入型的定位器使用的情况下，如图7所示，导通切换开关1-7。由此，旁路电路1-6的电压电流变换电路1-5的并联连接有效，电压电流变换电路1-5不发挥功能，成为电流输入型的定位器。

又，在上述的实施方式1、2中，虽然调节阀5B为电磁阀，然而向定位器1C、1D的电源的供给方式为现场总线方式，调节阀5B为比例阀也是可以的。

又，在上述的实施方式1、2中，虽然根据需要将通信装置3连接在传输路径L1、L2间，但也可以是在上位装置2和定位器1间进行通信的系统。

产业上利用的可能性

本发明的定位器作为控制调节阀的开度的设备，能够用于过程控制等各种领域。

Claims (4)

1.一种定位器，其通过一对电线从上位侧系统接受直流电信号，由该直流电信号生成所述定位器的工作电源，另一方面根据所述直流电信号的值控制调节阀的开度，所述定位器的特征在于，具有：

电流输入型的通信电路，所述电流输入型的通信电路接受从上位侧系统叠加在所述直流电信号上而被传送来的交流电信号；以及

电压电流变换电路，所述电压电流变换电路设置在所述通信电路之前，在来自所述上位侧系统的直流电信号为电压的情况下，将该电压变换为电流，传送至所述通信电路，

所述电压电流变换电路具有防止规定的电流值以上的电流流动的过电流防止电路。

2.如权利要求1所述的定位器，其特征在于，具有：

相对所述电压电流变换电路并联连接的旁路电路；

使所述旁路电路的向所述电压电流变换电路的并联连接为有效/无效的切换开关。

3.如权利要求1或2所述的定位器，其特征在于，

所述电压电流变换电路被插入连接在通至通信电路的线中，

所述电压电流变换电路具有：

第1晶体管，所述第1晶体管的集电极连接在所述线的所述上位侧系统侧；

第1电阻，其一端连接在所述第1晶体管的发射极，其另一端连接在所述线的所述通信电路侧；

第2电阻，其一端连接在所述第1晶体管的集电极，其另一端连接在所述第1晶体管的基极；和

第2晶体管，所述第2晶体管的集电极连接在所述第2电阻的另一端，所述第2晶体管的基极连接在所述第1晶体管的发射极，所述第2晶体管的发射极连接在所述第1电阻的另一端。

4.如权利要求1或2所述的定位器，其特征在于，

所述电压电流变换电路被插入连接在通至通信电路的线中，

所述电压电流变换电路具有：

第1晶体管，所述第1晶体管的集电极连接在所述线的所述上位侧系统侧；

第1电阻，其一端连接在所述第1晶体管的发射极；

二极管，所述二极管的阳极连接在所述第1电阻的另一端，所述二极管的阴极连接在所述线的所述通信电路侧；

第2电阻，其一端连接在所述第1晶体管的集电极，其另一端连接在所述第1晶体管的基极；和

第2晶体管，所述第2晶体管的集电极连接在所述第2电阻的另一端，所述第2晶体管的基极连接在所述第1晶体管的发射极，所述第2晶体管的发射极连接在所述第1电阻的另一端。