CN103047464B

CN103047464B - 定位器

Info

Publication number: CN103047464B
Application number: CN201210384598.XA
Authority: CN
Inventors: 奥田浩二
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: JP5843558B2; CN103047464A; US9360026B2; US20140102549A1; JP2013088917A

Abstract

本发明提供在调整电流的环路无需配置电子开关、且不依存于软件，能够得到紧急切断功能的定位器。在比较电路（6）中，比较来自上位装置（100）的控制信号的值和对该值规定的正常范围，将其比较结果输送至控制单元（1）。如比较结果的内容为比较电路（6）输送控制信号的值脱离了正常范围的话，不论控制信号示值（设定开度θsp）和阀开度信号示值（实际开度θpv）的偏差如何，控制单元（1）都将送往电空转换部的电流信号强制调整为零。该控制单元（1）的电流调整可以利用控制单元（1）具有的通常的功能来进行，即利用根据θsp和θpv的偏差，使电流信号（调整电流）Io的值连续地变化的功能来进行。

Description

定位器

技术领域

本发明涉及一种根据从上位装置输送来的控制信号的值对调节阀的开度进行控制的定位器。

背景技术

以往，这种定位器设计成通过一对电线从上位装置输送来的4~20mA的直流电流信号（控制信号）进行动作。例如，当从上位侧系统输送来4mA的电流时调节阀开度为0%，当输送来20mA的电流时调节阀开度为100%。

对于设置有这样的调节阀的一些工业用过程控制系统，例如油、气体等的处理系统中，紧急时的对应是较为重要的。即，对于潜在的毒性或可燃性的化学物质、气体等的不发生泄露，或者未进行控制而被排放的情况不发生是重要的。

因此，对于调节阀要求在紧急时紧急切断（关断）阀的功能，因此设计为在控制调节阀开度的定位器中，具有该紧急切断功能。

近年来，在定位器中具有微处理器的智能型的定位器被广泛地普及。采用这样的智能型的定位器的话，除了安装有阀开度控制用的软件之外，还装载有紧急切断功能用的软件，能够在紧急时将阀完全关闭。

例如，根据阀开度控制用的软件，通过微处理器的处理动作，检查从上位装置输送来的控制信号的值，在确认了该控制信号的值为规定的设定值以下的情况下，强制性地将阀完全关闭。

但是，通过这样的软件得到紧急切断时的功能不太令人满意。这是因为为了证明与用于这样的软件以及使该软件运行的微处理器相关的数字电路等的可靠性，花费成本，也花费时间。进一步，因为按照软件的处理动作本来就较为复杂，所以还担心由这样的处理动作所实现的紧急切断的失败率高到不能允许那样的程度。

因此，例如在专利文献1中揭示有不依存于软件，而在定位器自身设置紧急切断用的电路这样的例子。在该专利文献1中所示的电空控制器（定位器）中，在以宏处理器、数字电路构成的控制单元和电空转换器之间设置关断单元作为紧急切断用的电路。

在图5中示出在控制单元和电空转换器之间设置关断单元的定位器的主要部分。在图5中，100是上位装置，200是定位器，300是调节阀。定位器200具有：控制单元1、电空转换器2、控制继电器3和开度传感器4，在控制单元1和电空转换器2之间设置有关断单元5。

在该定位器200中，控制单元1将从上位装置100输送来的4～20mA的控制信号（直流电流信号）和从调节阀300通过开度传感器4被反馈来的阀开度信号作为输入，求出控制信号示值（设定开度θsp）和阀开度信号示值（实际开度θpv）的偏差，根据该偏差使电流信号Io的值连续地变化且对调整了的电流信号Io作为调整电流进行输出。对于该控制单元1中的电流的调整采用控制用晶体管Q1。

电空转换器2将来自控制单元1的、通过关断单元5的电流信号（调整电流）Io作为输入，且将该输入的电流信号（调整电流）Io转换为气压信号Pn。又，电空转换器2通过将来自控制单元1的电流信号（调整电流）Io供给到励磁线圈，调整喷出供给空气的喷嘴和挡板的间隔距离，由此将得到的喷嘴背压作为气压信号Pn进行输出。控制继电器3将来自电空转换器2的气压信号Pn进行放大，作为输出气压Pout供给到调节阀300的操作器7。

关断单元5具有比较电路51和利用FET等电子装置的电子开关52，电子开关52设置在来自控制单元1给电空转换器2的电流信号（调整电流）Io的供给通路上。在关断单元5中，比较电路51，在将来自上位装置100给控制单元1的控制信号作为分支输入，被该分支输入的控制信号的值比规定的阈值小的情况下，将电子开关52设为关闭，切断来自控制单元1给电空转换器2的电流信号（调整电流）Io的供给。由此，从定位器200的输出气压Pout被降低到实际上接近零，调节阀300被强制性地全闭。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特表2007-512622号公报

发明内容

发明要解决的课题

在定位器中，供给到电空转换器的调整电流是对调节阀的开度进行控制，是非常重要的。关于不应该进行关断的情况，存在万一向电空转换器的调整电流的供给被切断的情况下，成套设备停止运行等的担心。例如，供给到电空转换器的调整电流的环路在中途断路的情况下，将会陷入供给停止的状态。

但是，在图5所示的定位器200中，将电子开关52配置在该重要的调整电流的环路上，通过关闭该电子开关52来实现关断。在这样的结构中，存在例如由于噪声等的冲击或者由于自身的不良、劣化而在电子开关52产生破损的担心，该电子开关52的存在成为即使在正常时也引起不必要的关断的原因。又，在控制单元1和电空转换器2之间必须追加电子开关52，成本将上升。

本发明是为了解决这样的课题而作出，其目的在于提供在调整电流的环路上无需配置电子开关，且不依存于软件而能够得到紧急切断功能的定位器。

解决课题的手段

为了达成这样的目的，本发明的定位器，其具有：控制部，其将从上位装置输送来的控制信号和由调节阀反馈来的阀开度信号作为输入，求出控制信号示值和阀开度信号示值的偏差，根据该偏差输出使其值发生连续变化的调整过的电流信号；和电空转换部，其将来自控制部的电流信号转换为气压信号，定位器基于来自电空转换部的气压信号，向调节阀的操作器供给输出气压，其特征在于，具有，比较电路，其将来自上位装置的给所述控制部的控制信号作为分支输入，比较该被分支输入的控制信号的值与对该控制信号所规定的正常范围，且将该比较结果输出至控制部，控制部在收到比较电路送出的比较结果为控制信号的值脱离了正常范围的内容时，不论偏差如何，都将送往电空转换部的电流信号强制调整为零。

根据本发明，将来自上位装置给控制部的控制信号分支输入到比较电路，在比较电路中，比较该控制信号的值和对该控制信号所规定的正常范围，其比较结果输送到控制部。由比较电路输送来控制信号的值脱离了正常范围的意思的比较结果的话，不论控制信号示值（设定开度）和阀开度信号示值（实际开度）的偏差如何，控制部都将给电空转换部的电流信号强制性地调整为零。该电流信号调整为零，是利用控制部具有的通常的功能，即利用根据控制信号示值（设定开度）和阀开度信号示值（实际开度）的偏差，使该电流信号的值连续地变化而进行调整的功能来进行的。因此，在本发明中，不需要将电子开关配置在调整电流的环路上，不受由于电子开关的破损的影响，也避免了成本上升。

在本发明中，例如将控制信号的正常范围设为5～19mA的情况下，如果控制信号的值在5mA以下，或者控制信号的值在19mA以上的话，就可以将给电空转换部的电流信号强制性地设为零。又，也可以将正常范围规定为5mA以上，或者将正常范围规定为19mA以下等。将正常范围一旦规定为5mA以上，如果控制信号的值在5mA以下的话，就可以将给电空转换部的电流信号强制性设为零。将正常范围一旦规定为19mA以下，如果控制信号的值在19mA以上的话，就可以将给电空转换部的电流信号强制性设为零。

发明效果

根据本发明，将来自上位装置给控制部的控制信号分支输入至比较电路，在比较电路中，比较该控制信号的值和正常范围，当控制信号的值脱离了正常范围的时候，利用控制部具有的通常的功能，将给电空转换部的电流信号调整为零，因此在调整电流的环路上无需配置电子开关，不依存软件，也能够得到紧急切断功能。

附图说明

图1是本发明涉及的定位器的一种实施方式的主要部分的示意图。

图2是该定位器的控制单元内的结构示意图。

图3是将该定位器的比较电路的电路结构和电流检测电路、D/A转换器、驱动电路等的其他电路结构合在一起的示意图。

图4是用于说明图3所示的电路结构的动作的图。

图5是设置关断单元作为紧急切断用的电路的现有的定位器的主要部分的示意图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细地说明。

图1是本发明涉及的定位器的一种实施方式的主要部分的示意图。在该图中，与图5相同的符号表示与参照图5所说明的构成要素相同或者同等的构成要素，其说明省略。

本实施方式的定位器201和现有的定位器200的不同点在于：从来自控制单元1给电空转换器2的电流信号（调整电流）Io的供给通路上去掉电子开关52，设置比较电路6来代替比较电路51，将在该比较电路6中的比较结果输送至控制单元1。

在该定位器201中，控制单元1将从上位装置100输送来的4～20mA的控制信号（直流电流信号）和从调节阀300通过开度传感器4反馈来的阀开度信号作为输入，求出控制信号示值（设定开度θsp）和阀开度信号示值（实际开度θpv）的偏差，根据该偏差，使电流信号Io的值连续地变化，且对调整了的电流信号（调整电流）Io进行输出。对于该控制单元1中的电流的调整采用控制用晶体管Q1。

电空转换器2将来自控制单元1的电流信号（调整电流）Io作为输入，且将该输入的电流信号（调整电流）Io转换为气压信号Pn。控制继电器3将来自电空转换器2的气压信号Pn进行放大，作为输出气压Pout供给到调节阀300的操作器7。

比较电路6将来自上位装置100给控制单元1的控制信号作为分支输入，比较该分支输入的控制信号的值和对该控制信号规定的正常范围，且将其比较结果输出至控制单元1。

在本实施方式中，比较电路6的控制信号的正常范围被规定是5～19mA。即，对比较电路6，下限阈值被设定为5mA，上限阈值被设定为19mA。

由比较电路6输送来的控制信号的值脱离了正常范围的意思的比较结果的话，不论控制信号示值（设定开度θsp）和阀开度信号示值（实际开度θpv）的偏差如何，控制单元1都将给电空转换部2的电流信号Io强制性地调整为零。由此，来自定位器200的输出气压Pout被降低到实际上接近零，调节阀300被强制性地全闭。

将控制单元1中的电流信号（调整电流）Io调整为零是利用控制单元1具有的通常的功能来进行的，即利用根据控制信号示值（设定开度θsp）和开度信号示值（实际开度θpv）的偏差，使电流信号（调整电流）Io的值连续地变化的功能来进行的。

因此，关于本实施方式的定位器201，无需如现有的定位器200那样地，在来自控制单元1给电空转换器2的电流信号（调整电流）Io的供给通路上配置电子开关，不受由于电子开关的破损的影响，也避免了成本上升。

这样，在本实施方式的定位器201中，在调整电流的环路上无需配置电子开关，不依存于软件也能够得到紧急切断功能，实现了提高可靠性，且成本也降低。

图2是图1中所示的定位器201的控制单元1内的结构示意图。在图2中，对输入端子T1、T2输入4～20mA的控制信号（直流电流信号）。齐纳二极管ZD1通过电阻RA与输入端子T1、T2连接并生成CPU1-1等内部电路用的电源电压V1。电容CB在过电源电压V1的去耦电路上，以防止电源电压V1和接地GND之间的能量的移动、返回。

电流检测电路1-2检测被输入至输入端子T1、T2的控制信号的值，该测得的控制信号的值被输送至A/D转换器1-3以及比较电路6。CPU1-1进行调节阀300的开度控制，在存储器M 1中储存有PID控制等的控制程序。D/A转换器1-4将CPU1-1的控制输出的数字信号转换为模拟信号。

驱动电路1-5具有控制用晶体管Q1，对从D/A转换器1-4输送的模拟信号进行放大、阻抗转换，作为电流信号（调整电流）Io，供给至电空转换器2。传感器接口电路1-6对来自开度传感器4的阀开度信号进行处理并输送至A/D转换器1-3。A/D转换器1-3对从电流检测电路1-2输送来的控制信号的值和从传感器接口电路1-6输送来的阀开度信号的值进行数字信号化，且输送至CPU1-1。

在图3中示出将比较电路6的电路结构与电流检测电路1-2、D/A转换器1-4、驱动电路1-5等的其他电路结构合在一起的状况。D/A转换器1-4具有电阻R1和电容C1以及运算放大器OP1，将来自CPU1-1的控制输出（数字信号）转换为电压信号（模拟信号）Vo。驱动电路1-5具有控制用晶体管Q1和电阻R3，根据来自D/A转换器1-4的电压信号Vo，生成电流信号（调整电流）Io，供给至电空转换器2的励磁线圈CL。

电流检测电路1-2被构成为由运算放大器OP2组成的缓冲电路，根据流经电阻RA的电流Ｉin的值，生成电压Vｉ。比较电路6由第1比较器CP1、第2比较器CP2、肖特基二极管D1以及D2构成。在比较电路6中，对比较器CP1的反向输入端设定基准电压Vref1，对比较器CP2的非反向输入端设定基准电压Vref2，对比较器CP1的非反向输入端以及比较器CP2的反向输入端输入与电流检测电路1-2检测的电流Ｉin的值对应的电压Vｉ。肖特基二极管D1以及D2被连接在比较器CP1、CP2的输出端和来自D/A转换器1-4给驱动电路1-5的电压信号V ｏ的输出线之间，其阴极作为比较器CP1、CP2侧。

使用图4，对图3所示的电路结构的动作进行说明。在该电路结构中，电阻RA中通过的电流Ｉin表示来自上位装置100的控制信号的值。在本实施方式中，将该控制信号的正常范围设为5～19mA，即将下限阈值设为5mA，将上限阈值设为19mA，与此对应地，将比较电路6的基准电压Vref1设为Vref=1V，将基准电压Vref2设为Vref2=4V。

在控制信号的值为5～19mA的情况下，与电流检测电路1-2检测的电流Ｉin的值对应的电压Vｉ在从1V到4V之间变化（1V≦Vｉ≦4V）。这时，比较器CP1、CP2的输出Vcmp1、Vcmp2同时变为“Hi”等级，来自D/A转换器14的电压信号Vｏ被赋予至驱动电路1-5，驱动电路1-5生成与来自D/A转换器1-4的电压信号Vｏ对应的电流信号（调整电流）Io。

对此，如果控制信号的值为5mA以下的话，与电流检测电路1-2检测的电流Ｉin的值对应的电压Vｉ就在1V以下，比较器CP1的输出Vcmp1变为“Lo”等级。因此，来自D/A转换器1-4给驱动电路1-5的电压信号Vｏ被强制性地设为零，驱动电路1-5生成的电流信号（调整电流）Io变为零。

又，如果控制信号的值为19mA以下的话，与电流检测电路1-2检测的电流Ｉin的值对应的电压Vｉ就在4V以上，比较器CP2的输出Vcmp2变为“Lo”等级。因此，来自D/A转换器1-4给驱动电路1-5的电压信号Vｏ被强制性地设为零，驱动电路1-5生成的电流信号（调整电流）Io变为零。

又，在本实施方式中，虽然将控制信号的正常范围设为5～19mA，但是这只是一个实例，并不限于5～19mA。例如，也可以将正常范围规定为5mA以上，或者将正常范围规定为19mA以下等。在将正常范围设为5mA以上的情况下，关于图3所示的比较电路6的电路结构，可以省略比较器CP2以及肖特基二极管D2，将正常范围设为19mA以下的情况下，可以省略比较器CP1以及肖特基二极管D1。

产业上的可利用性

本发明的定位器作为控制调节阀的开度的设备，可以用于过程控制等各种领域。

符号的说明

1…控制单元；2…电空转换器；3…控制继电器；4…开度传感器；6…比较电路；7…操作器；1-1…CPU；1-2…电流检测电路；1-3…A/D转换器；1-4…D/A转换器；1-5…驱动电路；1-6…传感器接口电路；ZD1…齐纳二极管；RA…电阻；CP1、CP2…比较器；D1、D2…肖特基二极管；Q1…控制用晶体管；100…上位装置；201…定位器；300…调节阀。

Claims

1.一种定位器，其具有：

控制单元，其将从上位装置输送来的控制信号和由调节阀反馈来的阀开度信号作为输入，求出所述控制信号示值和所述阀开度信号示值的偏差，根据该偏差输出使其值发生连续变化的调整过的电流信号；和

电空转换器，其将来自所述控制单元的电流信号转换为气压信号，

所述定位器基于来自所述电空转换器的气压信号，向所述调节阀的操作器供给输出气压，

其特征在于，具有，

比较电路，其将来自所述上位装置的给所述控制单元的控制信号作为分支输入，比较该被分支输入的控制信号的值与对该控制信号所规定的正常范围，且将其比较结果输出至所述控制单元，

所述控制单元在收到所述比较电路送出的比较结果为所述控制信号的值脱离了正常范围的内容时，不论所述偏差如何，都将送往所述电空转换器的电流信号强制调整为零，其中，

所述上位装置直接与所述控制单元相连，同时所述上位装置经由所述比较电路与所述控制单元相连。