CN107304778A - 定位器以及阀门控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及定位器及更低成本地实现能够收集调节阀的周边环境信息并高效地发送至上位装置的阀门控制系统。定位器具有：电空转换部，其将由指示调节阀的阀开度的电信号转换而成的空气信号提供至调节阀来操作阀轴；阀轴位置检测部，其检测阀轴位置；以及控制信号生成部，其基于作为调节阀的目标的阀开度和阀轴位置来生成电信号，并输入至电空转换部，所述定位器的特征在于，包括：第1通信部，其与上位装置之间进行通信；第2通信部，其通过无线与监视调节阀的周边环境的至少一个的传感器进行通信；以及通信控制部，其与第1通信部以及第2通信部连接，控制第1通信部，并将通过第2通信部从传感器取得的周边环境信息从第1通信部发送至上位装置。

Description

定位器以及阀门控制系统

技术领域

本发明涉及控制调节阀(阀门)的阀开度的定位器、以及包含该定位器的阀门控制系统。

背景技术

以往，在化工厂等中，使用定位器来作为用于对使用于流量的过程控制的调节阀的阀开度进行控制的设备。

定位器算出由阀门控制系统中的分散控制系统(distributed control system：DCS分布式控制系统)等设备管理系统(上位装置)所指示的调节阀的阀开度的设定值与该调节阀的阀开度的实测值的偏差，将基于该偏差所生成的控制信号提供至用于操作调节阀的开闭的操作器，由此来控制调节阀的阀开度。

近年，不但具有控制调节阀的阀开度的功能，还具有判定调节阀的异常的有无的阀门诊断功能、判定定位器自身的异常的有无的自我诊断功能等各种诊断功能的定位器不断增加(例如参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-207756号公报

专利文献2：日本专利特开2012-211599号公报

发明内容

发明要解决的课题

本申请发明人认为，在包含调节阀以及定位器的阀门控制系统中，不只是如以往那样监视调节阀以及定位器单独的动作状态，如果也能够取得例如气体泄漏的有无、周围温度以及调节阀的振动的大小等调节阀的周边环境的信息的话，有助于调节阀的控制、诊断功能的提高。

因此，本申请发明人在本申请之前刚刚研究了始终监视调节阀的周边环境的系统，使得以下所示的课题变得显而易见。

为了始终监视调节阀的周边环境，需要在调节阀的周边设置各种传感器。然而，在将这些传感器设置于定位器内部的情况下，会引起由定位器的结构的重新修改导致的开发工时的增加、定位器的电能消耗的增大，因此并不优选。

此外，各传感器的检测结果优选地汇集于阀门控制系统中的分散控制系统(DCS)等上位装置中，但为了通过各传感器和上位装置的通信来进行数据的收发，需要使各传感器具备与需要HART(Highway Addressable Remote Transducer可寻址远程传感器高速通道)通信等的认证的通信协议对应的通信功能，从而引起传感器的高功能化以及高成本化。

此外，若各传感器各自独立地与上位装置通信来进行数据的收发，则由于通信流量的增大，产生信息的更新周期延迟等问题。

进而，因为上位装置通常被设置于远离调节阀的场所，所以被设置于调节阀的周围的各传感器和上位装置的距离变长。因此，无线地进行各传感器和上位装置之间的通信很困难，即使是有线地进行，由于配线的线路等很复杂因而并不实际。

本发明是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的在于，更低成本地实现能够收集调节阀的周边环境的信息并高效地发送至上位装置的系统。

解决课题的手段

本发明所涉及的定位器(1)具有：电空转换部(13)，其将指示调节阀(2)的阀开度的电信号(MV)转换为空气信号(So)，并将该空气信号提供至调节阀的操作器(2A)来操作调节阀的阀轴(2B)；阀轴位置检测部(14)，其检测调节阀的阀轴的位置；以及控制信号生成部(21)，其基于调节阀的作为目标的阀开度和通过阀轴位置检测部检测出的调节阀的阀轴的位置来生成电信号，并输入至电空转换部，所述定位器的特征在于，包括：第1通信部(11)，其与上位装置(3)之间进行通信；第2通信部(12)，其通过无线与监视调节阀的周边环境的至少一个的传感器(5_1～5_4)进行通信；以及通信控制部(20)，其与第1通信部以及第2通信部连接，控制第1通信部，并将通过第2通信部从传感器取得的周边环境的信息从第1通信部发送至上位装置。

在上述定位器中，通信控制部也可以将周边环境的信息和调节阀的控制所涉及的信息一起从第1通信部发送至上位装置。

在上述定位器中，通信控制部也可以与将调节阀的控制所涉及的信息发送至上位装置的时刻同步地，将周边环境的信息从第1通信部发送至上位装置。

在上述定位器中，还可以具有进行调节阀的诊断的诊断部(22)，调节阀的控制所涉及的信息包含基于诊断部的诊断结果。

在上述定位器中，诊断部还可以基于通过第2通信部取得的周边环境的信息，进行调节阀的周边环境的诊断。

本发明的一实施方式所涉及的阀门控制系统(100)的特征在于，包括：上述定位器(1)；调节阀(2)，所述调节阀(2)的阀开度根据来自定位器的空气信号而被控制；上位装置(3)，其经由通信电路与定位器连接，与定位器之间进行数据的收发；以及至少一个的传感器(5_1～5_4)，其经由无线信道与定位器连接，并监视定位器的周边环境。

另外，在上述说明中，作为一例，对与发明的构成要素对应的附图上的参照符号付上括号来记载。

发明的效果

通过以上所说明的，根据本发明，能够更低成本地实现能够收集调节阀的周边环境的信息并高效地发送至上位装置的系统。

附图说明

图1是示出包含本发明的一实施方式所涉及的定位器的阀门控制系统的构成的图。

图2是示出本发明的一实施方式所涉及的定位器的构成的图。

图3是示出基于本发明的一实施方式所涉及的定位器的传感器检测结果以及周边环境诊断结果的发送处理的流程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出包含本发明的一实施方式所涉及的定位器的阀门控制系统的构成的图。

图1所示的阀门控制系统100具备调节阀(阀门)2、上位装置3、控制器4、定位器1以及至少一个的传感器5，例如被适用于工厂等的流量控制过程中。

调节阀2是控制从一个流路到另一个流路的流体的流动的装置。调节阀2具备操作器2A、阀轴2B以及阀2C。操作器2A例如是空气式的阀执行机构，根据从后述的定位器提供的输出空气信号So的压力使阀轴2B上下运动，由此来调整阀2C的开度(阀开度)。

上位装置3是进行阀门控制系统100的总括的管理的上位侧的设备管理系统，例如是分散控制系统(DCS)。上位装置3经由通信电路与控制器4以及定位器1连接。例如，上位装置3经由控制器4对定位器1赋予调节阀的阀开度的目标值SP，并且与定位器1进行通信，由此来指示调节阀、定位器主体的诊断的执行，并从定位器1接收该诊断结果等信息。

控制器4例如是根据来自上位装置3的指示，对于定位器1输出指示调节阀2的开闭的信号的设备。例如，控制器4在阀门控制系统100的通常运转时，对定位器1赋予表示阀开度的目标值(设定值)SP的电信号以使调节阀2变为规定的阀开度。上述电信号例如是4mA-20mA的电流信号。

传感器5是监视调节阀2的周边环境的装置。传感器5具有检测一个物理量的功能(单一传感器功能)，并被设置于能够检测目标物理量的场所(例如，调节阀2的周边、调节阀2的壳体的外侧等)。

作为传感器5，能够例示用于检测调节阀2、周边的管道等的气体泄漏的传感器、检测调节阀2、其周边的温度的传感器、检测调节阀2等的振动的传感器以及检测调节阀2等的异音的传感器等各种传感器。

在本说明书中，作为一例，用于检测气体泄露的传感器5_1、用于检测振动的传感器5_2、用于检测异音的传感器5_3以及用于检测温度的传感器5_4分别配置于调节阀2的周边来进行说明，在调节阀2的周边设置的传感器的种类、个数并不限定于上述例子，也可以根据监视的对象进行种种变更。

各传感器5_1～5_4经由无线信道与定位器1连接。各传感器5_1～5_4具有用于与定位器之间进行无线通信的功能部(例如，收发电路、天线等)。作为上述无线通信，除了Bluetooth(注册商标，下同。)、ZigBee(注册商标，下同。)等近距离无线通信以外，还能够例示基于无线LAN(Local Area Network局域网)等的无线通信。

各传感器5_1～5_4例如具有D/A转换器，所述D/A转换器用于将对应于所检测的物理量的模拟信号(例如0～5V的输出值)转换为数字信号，将通过D/A转换器被转换为数字信号的传感器检测结果作为周边环境的信息，并通过无线通信发送至定位器1。在从各传感器5_1～5_4被发送至定位器1的周边环境的信息中，除了上述的传感器检测结果以外，还包含例如各传感器的识别信息、传感器信号范围以及传感器信号单位的信息等。

定位器1基于从控制器4赋予的调节阀2的阀开度的目标值SP来控制调节阀2的开闭，并且基于来自上位装置3的指示来诊断调节阀2、定位器1主体的故障的有无等，并将诊断结果发送至上位装置3。

此外，定位器1通过与传感器5_1～5_4之间进行无线通信，从传感器5_1～5_4取得周边环境的信息，基于所取得的周边环境的信息诊断调节阀的周边环境，并将该诊断结果和调节阀2、定位器1主体的诊断结果一起发送至上位装置3。

以下，对定位器1进行详细说明。

如图1所示，定位器1具有：数据处理控制部10；通信部11、12；电空转换部13；以及阀轴位置检测部14。

阀轴位置检测部14是位移量检测器，所述位移量检测器将调节阀2的阀开度作为阀轴2B的位移量来检测，生成与该位移量对应的检测信号SEN。作为阀轴位置检测部14，能够例示角度传感器、磁传感器等。

电空转换部13是空气电路，所述空气电路将通过后述的数据处理控制部10生成的电信号MV转换为空气信号。电空转换部13例如是由喷嘴挡板和控制继电器构成的，通过喷嘴挡板，使得从设置于定位器1的外部的减压阀等气压供给源(未图示)提供的空气(大气)6的供给气压根据电信号MV变化，由此转换为与电信号MV对应的压力的空气信号，通过控制继电器放大上述空气信号，由此生成用于驱动操作器2A的输出空气信号So。

通信部11是用于与上位装置3之间进行通信的功能部。通信部11和上位装置3之间的通信例如可以是以太网(注册商标)、HART通信等有线通信，也可以是无线通信，只要能够进行数据的收发的话，通信方式、通信部11的电路构成等并没有特别限定。

通信部12是用于与各传感器5_1～5_4之间进行通信的功能部。通信部12和各传感器5_1～5_4之间的通信是上述那样的无线通信。通信部12具有用于进行无线通信的收发电路以及天线。

数据处理控制部10是执行调节阀2的控制、借助通信部11、12的与上位装置3以及传感器5_1～5_4的通信、以及各种诊断所涉及的数据处理的功能部。

图2是示出数据处理控制部10的构成的图。

另外，在图2中，主要图示了在构成数据处理控制部10的各种功能部中的、与上述的上位装置3以及传感器5_1～5_4的通信、各种诊断所需要的功能部，对于用于实现其他功能的功能部省略了图示。

数据处理控制部10由搭载有CPU和RAM以及ROM等各种存储器的微型控制器(MCU)等程序处理装置、用于实现针对外部的信号的输入以及输出的各种接口电路等硬件资源构成。

具体地说，如图2所示，数据处理控制部10包括通信控制部20、控制信号生成部21、诊断部22以及存储部23。在此，上述的通信控制部20、控制信号生成部21、诊断部22以及存储部23通过上述的硬件资源、以及与该硬件资源协同实现各种功能的程序(软件)来被实现。

控制信号生成部21是生成电信号MV来作为用于控制调节阀2的阀开度的控制信号的功能部。控制信号生成部21例如在阀门控制系统100的通常运转时算出由控制器4赋予的阀开度的目标值SP与基于阀轴位置检测部14产生的检测信号SE的调节阀2的阀开度的实测值(PV)的偏差，并生成对应于该偏差的电信号MV。

诊断部22是执行诊断处理的功能部。

诊断部22例如根据设置于定位器1内部的计时器(未图示)、借助通信部11的来自上位装置3的指示、或者用户产生的针对定位器1的操作按钮(未图示)的操作输入等来执行各种诊断处理，并将该诊断结果存储于存储部23中。

作为各种诊断处理，能够例示判定调节阀2的故障的有无等的阀门诊断处理、判定定位器1自身的异常的有无的自我诊断处理、以及判定调节阀2的周边环境的异常的有无的周边环境诊断处理等。

作为阀门诊断处理以及自我诊断处理，能够例示在上述专利文献1、2等中被公开的处理。诊断部22将基于阀门诊断处理以及自我诊断处理的诊断结果作为阀门等诊断结果220存储于存储部23中。

周边环境诊断处理基于通过无线通信从各传感器5_1～5_4取得的周边环境的信息而被进行。例如，诊断部22基于检测振动的传感器5_2的传感器检测结果50_2，判定振动的大小是否超过规定的阈值，在超过上述阈值的情况下，判定为异常。对于气体泄漏、异音的产生的有无、温度的异常的有无等也是同样的，诊断部22基于来自各传感器的传感器检测结果进行规定的数据处理，由此判定异常的有无。另外，基于诊断部22的周边环境诊断处理只要是根据各传感器检测结果50_1～50_4来进行即可，并不限定于上述的例子。

诊断部22将基于各传感器检测结果50_1～50_4来进行的、关于气体泄漏、异常的振动的产生的有无、异音的产生的有无、以及温度的异常的有无等的诊断结果作为周边环境诊断结果221来存储于存储部23中。

存储部23是用于存储从传感器5_1～5_4接收的传感器检测结果50_1～50_4、在基于诊断部22的各种诊断处理中所使用的各种参数、基于诊断部22的各种诊断结果等数据的功能部。

通信控制部20是用于对借助通信部11的与上位装置3的通信、借助通信部12的与各传感器5_1～5_4的通信进行控制的功能部。

通信控制部20例如定期地或者根据来自上位装置3的指示等，经由通信部12与各个传感器5_1～5_4之间进行通信，取得各传感器5_1～5_4的传感器检测结果50_1～50_4并存储于存储部23中。

此外，通信控制部20在经由通信部11接收了从上位装置3输出的各种诊断的指示的情况下，将该指示赋予后述的诊断部22。

进而，通信控制部20经由通信部11将被存储于存储部23中的数据发送至上位装置3。

例如，通信控制部20定期地、或者作为对于来自上述的上位装置3的各种诊断处理的执行的指示的响应，将基于上述诊断部22的阀门等诊断结果220、阀开度的目标值SP以及实测值PV等调节阀2的控制所涉及的信息从通信部11发送至上位装置3。此时，通信控制部20将调节阀2的控制所涉及的信息和传感器检测结果50_1～50_4以及周边环境诊断结果221一起从存储部23中读出，并从通信部11发送至上位装置3。

即，通信控制部20与将调节阀2的控制所涉及的信息发送至上位装置3的时刻同步地，将传感器检测结果50_1～50_4以及周边环境诊断结果221发送至上位装置3。

接着，对于基于定位器1的、传感器检测结果50_1～50_4以及周边环境诊断结果221的发送的处理的流程进行说明。

图3是示出基于实施方式1所涉及的定位器的、传感器检测结果50_1～50_4以及周边环境诊断结果221的发送处理的流程的流程图。在此，以执行阀门诊断处理的指示被从上位装置3发送至定位器1的情况作为例子进行说明。

首先，在定位器1中，如果通信部11接收了来自上位装置3的阀门诊断处理的执行指示的话，则通信部12与各传感器5_1～5_4进行通信，由此从各传感器5_1～5_4取得传感器检测结果50_1～50_4，通信控制部20将所取得的数据存储于存储部23中(S1)。

接着，在定位器1中，诊断部22执行阀门诊断处理，并作为阀门等诊断结果220存储于存储部23中(S2)。此外，诊断部22通过上述的手法执行周边环境诊断处理，并作为周边环境诊断结果221存储于存储部23中(S3)。

接着，在定位器1中，作为对于来自上位装置3的阀门诊断处理的执行指示的响应，通信控制部20将传感器检测结果50_1～50_4以及周边环境诊断结果221和调节阀2的控制所涉及的信息(该情况下是阀门等诊断结果220)一起从存储部23中读出，并从通信部11发送至上位装置3(S4)。

以上，根据本发明的一实施方式所涉及的定位器1，着眼于定位器1被配置于调节阀2的附近、与设置于调节阀2的周围的各传感器5_1～5_4的距离很近这一点，通过使定位器1作为无线基站来发挥功能，由此，定位器1取得各传感器5_1～5_4的检测结果的信息，并汇集这些信息并发送至上述上位装置3，因此各传感器无需具有与需要HART通信等的认证的通信协议对应的通信功能，此外，能够防止与上位装置3的通信中的通信流量的增大。据此，与各传感器5_1～5_4单独地和上位装置3进行通信的情况相比，能够防止传感器的高功能化以及高成本化、信息的更新周期的延迟。

此外，因此传感器5_1～5_4和定位器1能够进行基于无线通信的数据的收发，所以无需将传感器5_1～5_4设置于定位器1的内部，由于没有定位器的构造的重新修改、电能消耗的增加的担忧，因此能够避免开发工时等的增加。此外，与有线地进行的情况相比，无需考虑调节阀2的周边区域中的配线的线路等。

如此，根据本发明的一实施方式所涉及的定位器1，能够更低成本地实现能够收集调节阀2的周边环境的信息并高效地发送至上位装置3的系统。

此外，根据本发明的一实施方式所涉及的定位器1，由于能够将从各传感器5_1～5_4取得的传感器检测结果50_1～50_4汇集于上位装置3，因此在上位装置3中，能够提供更高级化的诊断服务。例如，能够在定位器1中实施上述的周边环境诊断来作为一次诊断，在上位装置3中进行考虑了调节阀2以及定位器1和周边环境的关联性的高级化的二次诊断。

此外，根据本发明的一实施方式所涉及的定位器1，由于能够经由定位器1进行与各传感器5_1～5_4的通信，因此能够选择用户期望的传感器5_1～5_4来构筑网络。据此，能够从上位装置3等进行传感器5_1～5_4的设定变更等，并能够期待现场的维护性的提高。

此外，根据本发明的一实施方式所涉及的定位器1，由于将传感器检测结果50_1～50_4以及周边环境诊断结果221和调节阀2的控制所涉及的信息一起发送至上位装置3，因此能够期待通信流量的拥挤的进一步缓和。

以上，基于实施方式对由本发明者们所做的发明具体地进行了说明，但本发明并不限定于此，能够在不脱离其宗旨的范围内进行种种变更是不言而喻的。

例如，在上述实施方式中，例示了诊断部22基于传感器检测结果50_1～50_4进行周边环境诊断处理(一次诊断)，并将该周边环境诊断结果221和传感器检测结果50_1～50_4一起发送至上位装置3的情况，但并不限定于此。例如，诊断部22也可以不进行周边环境诊断处理。在该情况下，仅将包含传感器检测结果50_1～50_4的周边环境的信息发送至上位装置3即可。

此外，在上述实施方式中，例示了与将调节阀2的控制所涉及的信息发送至上位装置3的时刻同步地发送周边环境诊断结果221的情况，但例如在没有发生信息更新周期的延迟等、通信流量的增大是有限的情况下，定位器1也可以在与发送调节阀2的控制所涉及的信息的时刻不同的时刻，将传感器检测结果50_1～50_4以及周边环境诊断结果221发送至上位装置3。

此外，在上述实施方式中，例示了在定位器1接收到从上位装置3发送的各种诊断的执行的指示时，通信部12与各传感器5_1～5_4进行通信从而取得周边环境的信息(各传感器检测结果50_1～50_4)的情况，但并不限定于此。例如，也可以不论各种诊断的执行的指示的接收的有无，通行部12都与各传感器5_1～5_4进行通信从而取得周边环境的信息。例如，也可以根据来自定位器1的内部的计时器(例如微型电脑的计时器)的信号，通信部12与各传感器5_1～5_4开始通信，从而取得各传感器检测结果50_1～50_4，也可以根据用户产生的针对定位器1的操作按钮的操作输入(传感器的检测结果的取得的指示)，通信部12与各传感器5_1～5_4开始通信，从而取得各传感器检测结果50_1～50_4。

符号的说明

100…阀门控制系统、1…定位器、2…调节阀、2A…操作器、2B…阀轴、2C…阀、3…上位装置、4…控制器、5，5_1～5_4…传感器、6…空气(大气)、10…数据处理控制部、11，12…通信部、13…电空转换部、14…阀轴位置检测部、SP…阀开度的目标值、MV…电信号、So…输出空气信号、Sc…空气信号、SEN…检测信号、20…通信控制部、21…控制信号生成部、22…诊断部、23…存储部、50_1～50_4…传感器检测结果、220…阀门等诊断结果、221…周边环境诊断结果。

Claims (8)

1.一种定位器，所述定位器具有：电空转换部，其将指示调节阀的阀开度的电信号转换为空气信号，并将该空气信号提供至所述调节阀的操作器来操作所述调节阀的阀轴；阀轴位置检测部，其检测所述调节阀的阀轴的位置；以及控制信号生成部，其基于所述调节阀的作为目标的阀开度和通过所述阀轴位置检测部检测出的所述调节阀的阀轴的位置来生成所述电信号，并输入至所述电空转换部，所述定位器的特征在于，包括：

第1通信部，其与上位装置之间进行通信；

第2通信部，其通过无线与监视所述调节阀的周边环境的至少一个的传感器进行通信；以及

通信控制部，其与所述第1通信部以及所述第2通信部连接，控制所述第1通信部，并将通过所述第2通信部从所述传感器取得的周边环境的信息从所述第1通信部发送至所述上位装置。

2.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，

所述通信控制部将所述周边环境的信息和所述调节阀的控制所涉及的信息一起从所述第1通信部发送至所述上位装置。

3.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，

还具有进行所述调节阀的诊断的诊断部，

所述调节阀的控制所涉及的信息包含基于所述诊断部的诊断结果。

4.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，

所述诊断部还基于通过所述第2通信部取得的所述周边环境的信息，进行所述调节阀的周边环境的诊断。

5.根据权利要求1所述的定位器，其特征在于，

所述通信控制部与将所述调节阀的控制所涉及的信息发送至所述上位装置的时刻同步地，将所述周边环境的信息从所述第1通信部发送至所述上位装置。

6.根据权利要求2所述的定位器，其特征在于，

还具有进行所述调节阀的诊断的诊断部，

所述调节阀的控制所涉及的信息包含基于所述诊断部的诊断结果。

7.根据权利要求2所述的定位器，其特征在于，

所述诊断部还基于通过所述第2通信部取得的所述周边环境的信息，进行所述调节阀的周边环境的诊断。

8.一种阀门控制系统，其特征在于，包括：

权利要求1所述的定位器；

所述调节阀，所述调节阀的阀开度根据来自所述定位器的所述空气信号而被控制；

所述上位装置，其经由通信电路与所述定位器连接，与所述定位器之间进行数据的收发；以及

至少一个的所述传感器，其经由无线信道与所述定位器连接，并监视所述定位器的周边环境。