JP2000304148A - バルブポジショナ及び電空変換器 - Google Patents
バルブポジショナ及び電空変換器Info
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
- F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
- F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
- F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means
-
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- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B5/00—Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities
- F15B5/006—Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities with electrical means, e.g. electropneumatic transducer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 空変換モジュールに対する電流配分を大きく
しつつ部品点数が少なく回路構成の簡単なバルブポジシ
ョナ及び電空変換器を提供することを目的とする。 【解決手段】 入力端子を介して設定値情報を含む電流
信号を入力し、この設定値と一致するように空気圧信号
の制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演
算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モジ
ュールとを有するバルブポジショナにおいて、前記電流
信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生手段と、
前記電源電圧発生手段と直列接続された可変インピーダ
ンス回路と、前記可変インピーダンス回路のインピーダ
ンスを制御する可変インピーダンス制御回路と、前記可
変インピーダンス回路と並列接続された前記電空変換モ
ジュールとを備えた。
しつつ部品点数が少なく回路構成の簡単なバルブポジシ
ョナ及び電空変換器を提供することを目的とする。 【解決手段】 入力端子を介して設定値情報を含む電流
信号を入力し、この設定値と一致するように空気圧信号
の制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演
算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モジ
ュールとを有するバルブポジショナにおいて、前記電流
信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生手段と、
前記電源電圧発生手段と直列接続された可変インピーダ
ンス回路と、前記可変インピーダンス回路のインピーダ
ンスを制御する可変インピーダンス制御回路と、前記可
変インピーダンス回路と並列接続された前記電空変換モ
ジュールとを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル通信を行
う機能を有するマイクロプロセッサを搭載したバルブポ
ジショナに関わり、特に限られた電流でありながら電空
変換モジュールに割り当てる電流を増加できる改良に関
する。また、本発明は電気信号を空気信号に変換する電
空変換器にも適用される。
う機能を有するマイクロプロセッサを搭載したバルブポ
ジショナに関わり、特に限られた電流でありながら電空
変換モジュールに割り当てる電流を増加できる改良に関
する。また、本発明は電気信号を空気信号に変換する電
空変換器にも適用される。
【０００２】
【従来の技術】バルブポジショナは、バルブの弁開度を
直接制御するもので、フィードバック信号はバルブ開度
信号やステムの位置信号となっている。電空変換器は、
例えば４−２０ｍＡ等の電気信号を０．２−１．０［kg
f/cm2］等の空気圧信号に変換するものである。バルブ
ポジショナは、例えば本出願人の提案に掛かる特開平９
−１４４７０３号に開示されている。
直接制御するもので、フィードバック信号はバルブ開度
信号やステムの位置信号となっている。電空変換器は、
例えば４−２０ｍＡ等の電気信号を０．２−１．０［kg
f/cm2］等の空気圧信号に変換するものである。バルブ
ポジショナは、例えば本出願人の提案に掛かる特開平９
−１４４７０３号に開示されている。
【０００３】図９は、従来のバルブポジショナの全体構
成図である。同図において、入力端子Ｔ１、Ｔ２には、
バルブポジショナ１００に対する、例えば４−２０ｍＡ
等電流信号を用いた操作信号が入力される。
成図である。同図において、入力端子Ｔ１、Ｔ２には、
バルブポジショナ１００に対する、例えば４−２０ｍＡ
等電流信号を用いた操作信号が入力される。
【０００４】直列接続された可変インピーダンス回路
（Variable Impedance）３とシャントレギュレータ（S
hunt Regulator）４は入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続され
ており、シャントレギュレータ４のプラス側にはバルブ
ポジショナの内部回路を駆動する内部電源電圧Ｖ２が発
生する。シャントレギュレータ４はツェナーダイオード
や集積回路及びその周辺素子によって実現するもの等が
用いられる。
（Variable Impedance）３とシャントレギュレータ（S
hunt Regulator）４は入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続され
ており、シャントレギュレータ４のプラス側にはバルブ
ポジショナの内部回路を駆動する内部電源電圧Ｖ２が発
生する。シャントレギュレータ４はツェナーダイオード
や集積回路及びその周辺素子によって実現するもの等が
用いられる。
【０００５】また、インピーダンス制御回路（Impedanc
e Control Circuit）１は、入力端子Ｔ１、Ｔ２に接
続され、可変インピーダンス回路３のインピーダンスを
調整して、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧を通常１２
Ｖ以下のほぼ一定の電圧に制御する。この動作によっ
て、操作信号の直流領域では、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端
子間は低インピーダンス状態に保持される。尚、一般的
に、可変インピーダンス回路３に用いる可変インピーダ
ンス素子は、npnやpnpトランジスタ、またはＦＥＴ（電
解効果トランジスタ）が用いられる。
e Control Circuit）１は、入力端子Ｔ１、Ｔ２に接
続され、可変インピーダンス回路３のインピーダンスを
調整して、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧を通常１２
Ｖ以下のほぼ一定の電圧に制御する。この動作によっ
て、操作信号の直流領域では、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端
子間は低インピーダンス状態に保持される。尚、一般的
に、可変インピーダンス回路３に用いる可変インピーダ
ンス素子は、npnやpnpトランジスタ、またはＦＥＴ（電
解効果トランジスタ）が用いられる。
【０００６】シャントレギュレータ４に並列接続された
ＤＣ−ＤＣコンバータ（DC-DC Converter）５は、シャ
ントレギュレータ４から供給される内部電源電圧Ｖ２を
降圧して電流容量を増加させるために用いるもので、消
費電流の大きい電空変換モジュール１４やマイクロコン
トローラ９に動作用電圧Ｖ３を供給する。図９のような
バルブポジショナは、入力信号の電流の制限により、少
なくとも４ｍＡ以下、一般的に３．６ｍＡ以下で動作す
る必要があるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を用いて電
流容量を稼いでいる。尚、一般的に、このような用途に
用いるＤＣ−ＤＣコンバータは、チャージポンプ方式や
スイッチングレギュレータ方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコン
バータが用いられる。
ＤＣ−ＤＣコンバータ（DC-DC Converter）５は、シャ
ントレギュレータ４から供給される内部電源電圧Ｖ２を
降圧して電流容量を増加させるために用いるもので、消
費電流の大きい電空変換モジュール１４やマイクロコン
トローラ９に動作用電圧Ｖ３を供給する。図９のような
バルブポジショナは、入力信号の電流の制限により、少
なくとも４ｍＡ以下、一般的に３．６ｍＡ以下で動作す
る必要があるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を用いて電
流容量を稼いでいる。尚、一般的に、このような用途に
用いるＤＣ−ＤＣコンバータは、チャージポンプ方式や
スイッチングレギュレータ方式の降圧型ＤＣ−ＤＣコン
バータが用いられる。
【０００７】電流検出素子（Current Sens）２及び電
流検出回路（Current Detector）７は、入力端子Ｔ
１、Ｔ２に入力された電流信号を検知するもので、この
検知した信号はＡ／Ｄ変換器（ADC）８に送られる。
尚、一般的に、電流検出素子２は抵抗であり、電流検出
回路７は演算増幅器を用いた増幅器である。
流検出回路（Current Detector）７は、入力端子Ｔ
１、Ｔ２に入力された電流信号を検知するもので、この
検知した信号はＡ／Ｄ変換器（ADC）８に送られる。
尚、一般的に、電流検出素子２は抵抗であり、電流検出
回路７は演算増幅器を用いた増幅器である。
【０００８】送受信回路（Transmit and Receive Ci
rcuits）６は、相手機器（図示せず。）から送られたリ
クエスト信号を受信すると共に相手機器に対するレスポ
ンス信号をデジタル通信により送信する。ここで、相手
機器は、２線の送信路を介して入力端子Ｔ１、Ｔ２と接
続されている。
rcuits）６は、相手機器（図示せず。）から送られたリ
クエスト信号を受信すると共に相手機器に対するレスポ
ンス信号をデジタル通信により送信する。ここで、相手
機器は、２線の送信路を介して入力端子Ｔ１、Ｔ２と接
続されている。
【０００９】マイクロコントローラ（Micro-Controlle
r）９は、デジタル通信とバルブ１６の位置制御を行う
ものでマイクロプロセッサとメモリ等の周辺回路から構
成され、リクエスト信号やレスポンス信号等の通信処理
プログラム、並びにＰＩＤ制御やファジー制御等の制御
プログラムが格納されている。Ｄ／Ａ変換器（DＡC）１
０は、マイクロコントローラ９の制御出力がデジタル信
号であるのをアナログ信号に変換する。駆動回路（Driv
er）１３は、Ｄ／Ａ変換器１０から送られたアナログ信
号を増幅やインピーダンス変換して電空変換モジュール
（E/P Module）１４に送る。センサーインタフェース
部（Sensor Interface）１１は、位置センサ（Positio
n Sensor）１２の信号を処理して、Ａ／Ｄ変換器８に
送る。Ａ／Ｄ変換器８は、電流検出回路７から送られる
入力電流信号と、センサーインタフェース部１１から送
られるバルブ１６の位置信号をデジタル信号化してマイ
クロコントローラ９に送る。
r）９は、デジタル通信とバルブ１６の位置制御を行う
ものでマイクロプロセッサとメモリ等の周辺回路から構
成され、リクエスト信号やレスポンス信号等の通信処理
プログラム、並びにＰＩＤ制御やファジー制御等の制御
プログラムが格納されている。Ｄ／Ａ変換器（DＡC）１
０は、マイクロコントローラ９の制御出力がデジタル信
号であるのをアナログ信号に変換する。駆動回路（Driv
er）１３は、Ｄ／Ａ変換器１０から送られたアナログ信
号を増幅やインピーダンス変換して電空変換モジュール
（E/P Module）１４に送る。センサーインタフェース
部（Sensor Interface）１１は、位置センサ（Positio
n Sensor）１２の信号を処理して、Ａ／Ｄ変換器８に
送る。Ａ／Ｄ変換器８は、電流検出回路７から送られる
入力電流信号と、センサーインタフェース部１１から送
られるバルブ１６の位置信号をデジタル信号化してマイ
クロコントローラ９に送る。
【００１０】次に空気系について説明する。電空変換モ
ジュール（E/P Module）１４は、入力された駆動電流
を空気圧信号に変換するもので、例えばトルクモータに
よりノズルの空気圧を制御している。コントロールリレ
ー（Control Relay）１５は、空気圧信号を増幅するも
ので、例えば０．２−１．０［kgf/cm2］の空気圧信号
によってバルブ１６を開閉駆動する。バルブ１６の弁開
度は、バルブ１６のステムの位置変動と相関があるの
で、このステムの位置を位置センサ１２で検出する。
ジュール（E/P Module）１４は、入力された駆動電流
を空気圧信号に変換するもので、例えばトルクモータに
よりノズルの空気圧を制御している。コントロールリレ
ー（Control Relay）１５は、空気圧信号を増幅するも
ので、例えば０．２−１．０［kgf/cm2］の空気圧信号
によってバルブ１６を開閉駆動する。バルブ１６の弁開
度は、バルブ１６のステムの位置変動と相関があるの
で、このステムの位置を位置センサ１２で検出する。
【００１１】このように構成された装置においては、４
−２０ｍＡ等の操作信号を授受する２線式伝送路に、所
定のプロトコルに従ったデジタル信号を重畳させること
によって相手機器とバルブポジショナとの間でデジタル
通信が行える。また、相手機器とのデジタル通信を行う
ためには、相手機器から送られたデジタル通信信号の波
形を入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間に発生させるために、
通信周波数帯域内では入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間のイ
ンピーダンスを一定の高い値に保つ必要がある。従っ
て、インピーダンス制御回路１は、可変インピーダンス
回路３のインピーダンスを通信帯域内では例えば２３０
から１１００Ωの高い値となるように制御する。
−２０ｍＡ等の操作信号を授受する２線式伝送路に、所
定のプロトコルに従ったデジタル信号を重畳させること
によって相手機器とバルブポジショナとの間でデジタル
通信が行える。また、相手機器とのデジタル通信を行う
ためには、相手機器から送られたデジタル通信信号の波
形を入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間に発生させるために、
通信周波数帯域内では入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間のイ
ンピーダンスを一定の高い値に保つ必要がある。従っ
て、インピーダンス制御回路１は、可変インピーダンス
回路３のインピーダンスを通信帯域内では例えば２３０
から１１００Ωの高い値となるように制御する。
【００１２】バルブ位置制御は、位置センサ１２の位置
信号をセンサインターフェース部１１とＡ／Ｄ変換器８
を介してマイクロコントローラ９に送り、マイクロコン
トローラ９で制御演算を行い、制御出力をＤ／Ａ変換器
１０を介して駆動回路１３に送る。そして、駆動回路１
３→電空変換モジュール１４→コントロールリレー１５
→バルブ１６の順路で、バルブ１６を駆動して弁開度を
目標値に制御している。
信号をセンサインターフェース部１１とＡ／Ｄ変換器８
を介してマイクロコントローラ９に送り、マイクロコン
トローラ９で制御演算を行い、制御出力をＤ／Ａ変換器
１０を介して駆動回路１３に送る。そして、駆動回路１
３→電空変換モジュール１４→コントロールリレー１５
→バルブ１６の順路で、バルブ１６を駆動して弁開度を
目標値に制御している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述のデジタル通信機
能を備えたバルブポジショナの典型的な動作仕様は次の
ようになっている。 最小動作端子間電圧：１２Ｖｄｃ（入力端子Ｔ１、Ｔ
１） 最小動作電流：３．６ｍＡ
能を備えたバルブポジショナの典型的な動作仕様は次の
ようになっている。 最小動作端子間電圧：１２Ｖｄｃ（入力端子Ｔ１、Ｔ
１） 最小動作電流：３．６ｍＡ
【００１４】即ち、デジタル通信機能とバルブ位置制御
は、入力端子Ｔ１、Ｔ２に供給される４ｍＡの範囲内で
機能させる必要がある。他方、マイクロコントローラ９
にマイクロプロセッサを用いる場合、省エネ技術の進歩
により電子デバイスの消費電力は年々減少しているもの
の、尚、マイクロプロセッサを用いない回路に比較する
と、電空変換モジュール１４に対する電流は制限され
る。しかし、電空変換モジュール１４の多くは電流で動
作するデバイスなので、電空変換モジュール１４に対す
る電流配分を減らすとバルブの応答性が悪くなったり、
温度等の外乱に対する安定性のマージンがなくなるとい
う課題があった。
は、入力端子Ｔ１、Ｔ２に供給される４ｍＡの範囲内で
機能させる必要がある。他方、マイクロコントローラ９
にマイクロプロセッサを用いる場合、省エネ技術の進歩
により電子デバイスの消費電力は年々減少しているもの
の、尚、マイクロプロセッサを用いない回路に比較する
と、電空変換モジュール１４に対する電流は制限され
る。しかし、電空変換モジュール１４の多くは電流で動
作するデバイスなので、電空変換モジュール１４に対す
る電流配分を減らすとバルブの応答性が悪くなったり、
温度等の外乱に対する安定性のマージンがなくなるとい
う課題があった。
【００１５】また、マイクロプロセッサ自身も、バルブ
位置制御の安定性を得るためにできるだけクロック周波
数を上げて制御演算の制御周期を短くする必要がある
が、クロック周波数を上げるためにはマイクロプロセッ
サ自身の消費電流が増大してしまうという課題があっ
た。
位置制御の安定性を得るためにできるだけクロック周波
数を上げて制御演算の制御周期を短くする必要がある
が、クロック周波数を上げるためにはマイクロプロセッ
サ自身の消費電流が増大してしまうという課題があっ
た。
【００１６】そこで、バルブポジショナに操作信号とし
て与えられた電力を有効に利用するために、図９に示し
たような電源電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ５を
用いて、電空変換モジュール１４を含む内部回路への供
給電流を稼ぐ手法が考えられる。このＤＣ−ＤＣコンバ
ータ５の実現方式としてコンデンサを用いたチャージポ
ンプ方式、またはインダクタンスを用いた降圧型スイッ
チングレギュレータが一般的であるが、これらの方式
は、実装面積や部品点数の増大を招くため製作コストが
増加するという課題があった。更に、降圧型スイッチン
グレギュレータを用いた場合、スイッチングノイズによ
る他の回路への悪影響が問題となる場合がある。
て与えられた電力を有効に利用するために、図９に示し
たような電源電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ５を
用いて、電空変換モジュール１４を含む内部回路への供
給電流を稼ぐ手法が考えられる。このＤＣ−ＤＣコンバ
ータ５の実現方式としてコンデンサを用いたチャージポ
ンプ方式、またはインダクタンスを用いた降圧型スイッ
チングレギュレータが一般的であるが、これらの方式
は、実装面積や部品点数の増大を招くため製作コストが
増加するという課題があった。更に、降圧型スイッチン
グレギュレータを用いた場合、スイッチングノイズによ
る他の回路への悪影響が問題となる場合がある。
【００１７】また、バルブポジショナに操作信号として
与えられた電力を有効に利用するための他の手法として
米国特許５４３１１８２号に開示されたものがある。こ
れによると、２個の電源回路と上下に直列に接続し、一
方の電源をデジタル回路への電力供給用とし、他方の電
源をその他の回路への電力供給用とするものである。し
かし、二つの電源回路に接続された回路間の信号のやり
とりには、電源系の違いを吸収するレベルシフト回路が
必要となり、回路が複雑化するという課題があった。上
述の各種の事情は、電空変換器についても同様である。
与えられた電力を有効に利用するための他の手法として
米国特許５４３１１８２号に開示されたものがある。こ
れによると、２個の電源回路と上下に直列に接続し、一
方の電源をデジタル回路への電力供給用とし、他方の電
源をその他の回路への電力供給用とするものである。し
かし、二つの電源回路に接続された回路間の信号のやり
とりには、電源系の違いを吸収するレベルシフト回路が
必要となり、回路が複雑化するという課題があった。上
述の各種の事情は、電空変換器についても同様である。
【００１８】本発明は、上述の課題を解決したもので、
電空変換モジュールに対する電流配分を大きくしつつ、
部品点数が少なく回路構成の簡単なバルブポジショナ及
び電空変換器を提供することを目的とする。
電空変換モジュールに対する電流配分を大きくしつつ、
部品点数が少なく回路構成の簡単なバルブポジショナ及
び電空変換器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために請求項１に記載の発明では、入力端子を介して
設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致
するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演
算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信
号に変換する電空変換モジュールとを有するバルブポジ
ショナにおいて、前記入力端子と回路コモン電位間に直
列接続された、前記電流信号から内部電源電圧を生成す
る電源電圧発生手段と、直流領域でのインピーダンスが
低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが
高い可変インピーダンス回路と、前記可変インピーダン
ス回路と並列接続された電空変換モジュールと、前記可
変インピーダンスを制御するインピーダンス制御回路を
備えたことを特徴とするものである。
るために請求項１に記載の発明では、入力端子を介して
設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と一致
するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタル演
算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧信
号に変換する電空変換モジュールとを有するバルブポジ
ショナにおいて、前記入力端子と回路コモン電位間に直
列接続された、前記電流信号から内部電源電圧を生成す
る電源電圧発生手段と、直流領域でのインピーダンスが
低く、デジタル通信の周波数帯域でのインピーダンスが
高い可変インピーダンス回路と、前記可変インピーダン
ス回路と並列接続された電空変換モジュールと、前記可
変インピーダンスを制御するインピーダンス制御回路を
備えたことを特徴とするものである。
【００２０】このような構成によれば、前記可変インピ
ーダンス回路に流れる電流を制御することが可能とな
り、前記電空変換モジュールを駆動するために必要な電
流を優先的に配分することが可能となる。
ーダンス回路に流れる電流を制御することが可能とな
り、前記電空変換モジュールを駆動するために必要な電
流を優先的に配分することが可能となる。
【００２１】これは、請求項２のように、インピーダン
ス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信号
の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必要
な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるように
前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
ることによって実現できる。
ス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信号
の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必要
な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるように
前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
ることによって実現できる。
【００２２】更に請求項３のように、インピーダンス制
御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタイ
ミング回路を備えることによって、バルブポジショナの
起動を円滑に行うことが可能となる。
御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタイ
ミング回路を備えることによって、バルブポジショナの
起動を円滑に行うことが可能となる。
【００２３】請求項４に記載の発明では、入力端子を介
して設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と
一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタ
ル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気
圧信号に変換する電空変換モジュールとを有すると共
に、前記電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通
信を行うデジタル通信回路を有するバルブポジショナに
おいて、前記電流信号から内部電源電圧を生成する電源
電圧発生手段と、前記電源電圧発生手段と直列接続され
た直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の
周波数帯域でのインピーダンスが高い可変インピーダン
ス回路と、前記可変インピーダンス回路のインピーダン
スを制御する可変インピーダンス制御回路と、前記可変
インピーダンス回路と並列接続された前記電空変換モジ
ュールと、を備えることを特徴とするものである。
して設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値と
一致するように弁開度を制御する制御演算を行うデジタ
ル演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気
圧信号に変換する電空変換モジュールとを有すると共
に、前記電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通
信を行うデジタル通信回路を有するバルブポジショナに
おいて、前記電流信号から内部電源電圧を生成する電源
電圧発生手段と、前記電源電圧発生手段と直列接続され
た直流領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の
周波数帯域でのインピーダンスが高い可変インピーダン
ス回路と、前記可変インピーダンス回路のインピーダン
スを制御する可変インピーダンス制御回路と、前記可変
インピーダンス回路と並列接続された前記電空変換モジ
ュールと、を備えることを特徴とするものである。
【００２４】このような構成によれば、前記電流信号の
送られる伝送路に接続された相手機器とのデジタル通信
が可能となると共に前記可変インピーダンス回路に流れ
る電流を制御することが可能となり、前記電空変換モジ
ュールを駆動するために必要な電流を優先的に配分する
ことが可能となる。
送られる伝送路に接続された相手機器とのデジタル通信
が可能となると共に前記可変インピーダンス回路に流れ
る電流を制御することが可能となり、前記電空変換モジ
ュールを駆動するために必要な電流を優先的に配分する
ことが可能となる。
【００２５】これは、請求項５のように、インピーダン
ス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信号
の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必要
な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるように
前記可変インピーダンス回路を制御することによって実
現できる。
ス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信号
の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必要
な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるように
前記可変インピーダンス回路を制御することによって実
現できる。
【００２６】更に請求項６のように、インピーダンス制
御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタイ
ミング回路を備えることによって、バルブポジショナの
起動を円滑の行うことが可能となる。
御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタイ
ミング回路を備えることによって、バルブポジショナの
起動を円滑の行うことが可能となる。
【００２７】このような目的を達成するために請求項７
に記載の発明では、入力端子を介して設定値情報を含む
電流信号を入力し、この設定値と一致するように空気圧
信号の制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタ
ル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換
モジュールとを有する電空変換器において、前記入力端
子と回路コモン電位間に直列接続された、前記電流信号
から内部電源電圧を生成する電源電圧発生手段と、直流
領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数
帯域でのインピーダンスが高い可変インピーダンス回路
と、前記可変インピーダンス回路と並列接続された電空
変換モジュールと、前記可変インピーダンスを制御する
インピーダンス制御回路を備えたことを特徴とするもの
である。
に記載の発明では、入力端子を介して設定値情報を含む
電流信号を入力し、この設定値と一致するように空気圧
信号の制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタ
ル演算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換
モジュールとを有する電空変換器において、前記入力端
子と回路コモン電位間に直列接続された、前記電流信号
から内部電源電圧を生成する電源電圧発生手段と、直流
領域でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数
帯域でのインピーダンスが高い可変インピーダンス回路
と、前記可変インピーダンス回路と並列接続された電空
変換モジュールと、前記可変インピーダンスを制御する
インピーダンス制御回路を備えたことを特徴とするもの
である。
【００２８】このような構成によれば、前記可変インピ
ーダンス回路に流れる電流を制御することが可能とな
り、前記電空変換モジュールを駆動するために必要な電
流を優先的に配分することが可能となる。
ーダンス回路に流れる電流を制御することが可能とな
り、前記電空変換モジュールを駆動するために必要な電
流を優先的に配分することが可能となる。
【００２９】これは、請求項８のように、インピーダン
ス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信号
の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必要
な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるように
前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
ることによって実現できる。
ス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信号
の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必要
な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるように
前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
ることによって実現できる。
【００３０】更に請求項９のように、インピーダンス制
御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタイ
ミング回路を備えることによって、電空変換器の起動を
円滑に行うことが可能となる。
御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタイ
ミング回路を備えることによって、電空変換器の起動を
円滑に行うことが可能となる。
【００３１】請求項１０に記載の発明では、入力端子を
介して設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値
と一致するように空気圧信号の制御演算を行うデジタル
演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧
信号に変換する電空変換モジュールとを有すると共に、
前記電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通信を
行うデジタル通信回路を有する電空変換器において、前
記電流信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生手
段と、前記電源電圧発生手段と直列接続された直流領域
でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域
でのインピーダンスが高い可変インピーダンス回路と、
前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
る可変インピーダンス制御回路と、前記可変インピーダ
ンス回路と並列接続された前記電空変換モジュールと、
を備えることを特徴とするものである。
介して設定値情報を含む電流信号を入力し、この設定値
と一致するように空気圧信号の制御演算を行うデジタル
演算回路と、このデジタル演算回路の制御出力を空気圧
信号に変換する電空変換モジュールとを有すると共に、
前記電流信号の送られる伝送路を用いてデジタル通信を
行うデジタル通信回路を有する電空変換器において、前
記電流信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生手
段と、前記電源電圧発生手段と直列接続された直流領域
でのインピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域
でのインピーダンスが高い可変インピーダンス回路と、
前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
る可変インピーダンス制御回路と、前記可変インピーダ
ンス回路と並列接続された前記電空変換モジュールと、
を備えることを特徴とするものである。
【００３２】このような構成によれば、前記電流信号の
送られる伝送路に接続された相手機器とのデジタル通信
が可能となると共に前記可変インピーダンス回路に流れ
る電流を制御することが可能となり、前記電空変換モジ
ュールを駆動するために必要な電流を優先的に配分する
ことが可能となる。
送られる伝送路に接続された相手機器とのデジタル通信
が可能となると共に前記可変インピーダンス回路に流れ
る電流を制御することが可能となり、前記電空変換モジ
ュールを駆動するために必要な電流を優先的に配分する
ことが可能となる。
【００３３】これは、請求項１１のように、インピーダ
ンス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信
号の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必
要な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるよう
に前記可変インピーダンス回路を制御することによって
実現できる。
ンス制御回路を用いて、入力端子から入力される電流信
号の電流値から電空変換モジュールを駆動するために必
要な大きさの電流を減算した大きさの電流が流れるよう
に前記可変インピーダンス回路を制御することによって
実現できる。
【００３４】更に請求項１２のように、インピーダンス
制御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタ
イミング回路を備えることによって、電空変換器の起動
を円滑の行うことが可能となる。
制御回路に起動時の入力端子間電圧の増加を抑止するタ
イミング回路を備えることによって、電空変換器の起動
を円滑の行うことが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において、従来例として説明した図９と同一作
用をするものには同一符号を付し、特に必要なもの以外
はその説明を省略する。
説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。同図において、従来例として説明した図９と同一作
用をするものには同一符号を付し、特に必要なもの以外
はその説明を省略する。
【００３６】図１において、直列接続された可変インピ
ーダンス回路３とシャントレギュレータ４は従来例と同
様に入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続されており、インピーダ
ンス制御回路１は、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧を
通常１２Ｖ以下のほぼ一定の電圧に制御する。また、操
作信号の直流領域では入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間を低
インピーダンス状態に保持し、通信周波数帯域内では入
力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間のインピーダンスを一定の高
い値に保持している。シャントレギュレータ４は、内部
回路を駆動する内部電源電圧Ｖ２を発生している。
ーダンス回路３とシャントレギュレータ４は従来例と同
様に入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続されており、インピーダ
ンス制御回路１は、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧を
通常１２Ｖ以下のほぼ一定の電圧に制御する。また、操
作信号の直流領域では入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間を低
インピーダンス状態に保持し、通信周波数帯域内では入
力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間のインピーダンスを一定の高
い値に保持している。シャントレギュレータ４は、内部
回路を駆動する内部電源電圧Ｖ２を発生している。
【００３７】図２は、可変インピーダンス回路３とシャ
ントレギュレータ４及びインピーダンス制御回路１を実
現する回路例である。入力端子Ｔ１は、並列接続された
抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１を介して差動増幅器Ｕ１のプ
ラス端子に接続されると共に、可変インピーダンス回路
３として用いられたｎチャンネルＪＦＥＴＱ１のドレイ
ンに接続される。入力端子Ｔ２は、直列接続されたコン
デンサＣ２と抵抗Ｒ３を介して差動増幅器Ｕ１のプラス
端子に接続されると共に、電流検出素子２として用いら
れた抵抗Ｒｉｎの一端に接続される。抵抗Ｒｉｎの他の
一端は抵抗Ｒ１を介して差動増幅器Ｕ１のプラス端子に
接続されると共に、回路コモン電位に接続されている。
ｎチャンネルＪＦＥＴＱ１のソースは、一端を回路コモ
ン電位に接続されたシャントレギュレータ４の他の一端
に接続され、ゲートはレベルシフト用ダイオードＤ１、
Ｄ２、Ｄ３を介して差動増幅器Ｕ１の出力に接続されて
いる。直列接続された抵抗Ｒ５とＲ６は、シャントレギ
ュレータ４に並列接続され、抵抗Ｒ５とＲ６の接続点は
差動増幅器Ｕ１のマイナス端子に接続される。また、ｎ
チャンネルＪＦＥＴＱ１のゲートとソースは、ダイオー
ドバイアス用抵抗Ｒ７によって接続され、コンデンサＣ
４は、シャントレギュレータ４に並列接続されている。
更に、送受信回路６の出力Ｔｘｓｉｇｎａｌは、直列接
続されたコンデンサＣ３と抵抗Ｒ４を介して差動増幅器
Ｕ１のマイナス端子に接続される。従って、同図におい
て、可変インピーダンス回路２３として用いられたｎチ
ャンネルＪＦＥＴＱ１と電流検出素子２として用いられ
た抵抗Ｒｉｎとシャントレギュレータ４を除く部分が図
１におけるインピーダンス制御回路１である。
ントレギュレータ４及びインピーダンス制御回路１を実
現する回路例である。入力端子Ｔ１は、並列接続された
抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１を介して差動増幅器Ｕ１のプ
ラス端子に接続されると共に、可変インピーダンス回路
３として用いられたｎチャンネルＪＦＥＴＱ１のドレイ
ンに接続される。入力端子Ｔ２は、直列接続されたコン
デンサＣ２と抵抗Ｒ３を介して差動増幅器Ｕ１のプラス
端子に接続されると共に、電流検出素子２として用いら
れた抵抗Ｒｉｎの一端に接続される。抵抗Ｒｉｎの他の
一端は抵抗Ｒ１を介して差動増幅器Ｕ１のプラス端子に
接続されると共に、回路コモン電位に接続されている。
ｎチャンネルＪＦＥＴＱ１のソースは、一端を回路コモ
ン電位に接続されたシャントレギュレータ４の他の一端
に接続され、ゲートはレベルシフト用ダイオードＤ１、
Ｄ２、Ｄ３を介して差動増幅器Ｕ１の出力に接続されて
いる。直列接続された抵抗Ｒ５とＲ６は、シャントレギ
ュレータ４に並列接続され、抵抗Ｒ５とＲ６の接続点は
差動増幅器Ｕ１のマイナス端子に接続される。また、ｎ
チャンネルＪＦＥＴＱ１のゲートとソースは、ダイオー
ドバイアス用抵抗Ｒ７によって接続され、コンデンサＣ
４は、シャントレギュレータ４に並列接続されている。
更に、送受信回路６の出力Ｔｘｓｉｇｎａｌは、直列接
続されたコンデンサＣ３と抵抗Ｒ４を介して差動増幅器
Ｕ１のマイナス端子に接続される。従って、同図におい
て、可変インピーダンス回路２３として用いられたｎチ
ャンネルＪＦＥＴＱ１と電流検出素子２として用いられ
た抵抗Ｒｉｎとシャントレギュレータ４を除く部分が図
１におけるインピーダンス制御回路１である。
【００３８】このような構成の回路における直流領域で
の入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧Ｖｔは、入力端子Ｔ
１より流れ込む電流をＩｉｎ、差動増幅器Ｕ１のマイナ
ス端子に印加される電圧をＶｒ、可変インピーダンス３
によって生成される電圧をＶ１とすると、 Ｖｔ＝Ｖ１＋Ｉｉｎ×Ｒｉｎ＝（１＋Ｒ２／Ｒ１）×Ｖ
ｒ＋Ｉｉｎ×Ｒｉｎ と、表され、この領域では低インピーダンスとなる。
の入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧Ｖｔは、入力端子Ｔ
１より流れ込む電流をＩｉｎ、差動増幅器Ｕ１のマイナ
ス端子に印加される電圧をＶｒ、可変インピーダンス３
によって生成される電圧をＶ１とすると、 Ｖｔ＝Ｖ１＋Ｉｉｎ×Ｒｉｎ＝（１＋Ｒ２／Ｒ１）×Ｖ
ｒ＋Ｉｉｎ×Ｒｉｎ と、表され、この領域では低インピーダンスとなる。
【００３９】また、このような構成の回路におけるデジ
タル通信帯域内での入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間インピ
ーダンス｜Ｚ｜及び周波数帯域ｆｌｚ〜ｆｈｚは、 ｜Ｚ｜＝Ｒ２／Ｒ３×Ｒｉｎ ｆｌｚ＝１／（２π×Ｒ３×Ｃ２） ｆｈｚ＝１／（２π×Ｒ２×Ｃ１） と、表され、この領域では高インピーダンスとなる。但
し、差動増幅器Ｕ１は、上記の制御を行うために充分な
周波数帯域をもつものを使用する。
タル通信帯域内での入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間インピ
ーダンス｜Ｚ｜及び周波数帯域ｆｌｚ〜ｆｈｚは、 ｜Ｚ｜＝Ｒ２／Ｒ３×Ｒｉｎ ｆｌｚ＝１／（２π×Ｒ３×Ｃ２） ｆｈｚ＝１／（２π×Ｒ２×Ｃ１） と、表され、この領域では高インピーダンスとなる。但
し、差動増幅器Ｕ１は、上記の制御を行うために充分な
周波数帯域をもつものを使用する。
【００４０】ここで、相手機器に送信される通信信号の
送信振幅Ｔｘ周波数帯域ｆｌｔｘ〜ｆｈｔｘは、 Ｔｘ＝Ｒ２／Ｒ４×（Ｔｘｓｉｇｎａｌ） ｆｌｔｘ＝１／（２π×Ｒ４×Ｃ３） ｆｈｔｘ＝１／（２π×Ｒ２×Ｃ１） である。尚、送受信回路６の出力Ｔｘｓｉｇｎａｌは、
不要な高調波を送信しないように一次遅れ回路等によっ
て予め高調波を除去することが望ましい。
送信振幅Ｔｘ周波数帯域ｆｌｔｘ〜ｆｈｔｘは、 Ｔｘ＝Ｒ２／Ｒ４×（Ｔｘｓｉｇｎａｌ） ｆｌｔｘ＝１／（２π×Ｒ４×Ｃ３） ｆｈｔｘ＝１／（２π×Ｒ２×Ｃ１） である。尚、送受信回路６の出力Ｔｘｓｉｇｎａｌは、
不要な高調波を送信しないように一次遅れ回路等によっ
て予め高調波を除去することが望ましい。
【００４１】図１の構成図では、直列接続された電流レ
ギュレータ回路３３と電空変換モジュール１４が上記の
ように構成された可変インピーダンス回路３と並列接続
されている。電流レギュレータ回路３３は、Ｄ／Ａ変換
器１０から出力されるアナログ信号を電流信号に変換し
て電空変換モジュール１４に入力するものである。
ギュレータ回路３３と電空変換モジュール１４が上記の
ように構成された可変インピーダンス回路３と並列接続
されている。電流レギュレータ回路３３は、Ｄ／Ａ変換
器１０から出力されるアナログ信号を電流信号に変換し
て電空変換モジュール１４に入力するものである。
【００４２】図３は電流レギュレータ回路３３を実現す
る回路例である。電流可変素子として用いられるｎチャ
ンネルＪＦＥＴＱ１０はドレインが電空変換モジュール
１４に接続され、ソースが抵抗Ｒｆを介して内部電源電
圧Ｖ２に接続されている。分圧抵抗Ｒ１０とＲ１１は内
部電源電圧Ｖ２とＤ／Ａ変換器１０が出力するアナログ
信号ＤＡＣｓｉｇｎａｌの差電圧を分圧して差動増幅器
Ｕ１０のプラス端子に入力している。分圧抵抗Ｒ１３と
Ｒ１２はＪＦＥＴＱ１０のソース電圧と回路コモン電位
の差電圧を分圧して差動増幅器Ｕ１０のマイナス端子に
入力している。差動増幅器Ｕ１０はＪＦＥＴＱ１０のゲ
ートにレベルシフト用ダイオードＤ１０、Ｄ１１、Ｄ１
２を介して制御信号を送り、ＪＦＥＴＱ１０を可変抵抗
として動作させて電空変換モジュール１４の供給電流Ｉ
１４を定めている。また、ＪＦＥＴＱ１０のゲートとソ
ースに接続された抵抗Ｒ１４とレベルシフト用ダイオー
ドＤ１０、Ｄ１１、Ｄ１２はＪＦＥＴＱ１０のゲートを
駆動するためのものである。抵抗Ｒｆは、電空変換モジ
ュール１４の供給電流Ｉ１４を検出するための抵抗で、
ここで電空変換モジュール１４に流れる供給電流Ｉ１４
は、Ｒ１１＝Ｒ１３、Ｒ１０＝Ｒ１２の関係がある時、 Ｉ１４＝ＤＡｓｉｇｎａｌ×（Ｒ１１／Ｒ１０）／Ｒｆ である。
る回路例である。電流可変素子として用いられるｎチャ
ンネルＪＦＥＴＱ１０はドレインが電空変換モジュール
１４に接続され、ソースが抵抗Ｒｆを介して内部電源電
圧Ｖ２に接続されている。分圧抵抗Ｒ１０とＲ１１は内
部電源電圧Ｖ２とＤ／Ａ変換器１０が出力するアナログ
信号ＤＡＣｓｉｇｎａｌの差電圧を分圧して差動増幅器
Ｕ１０のプラス端子に入力している。分圧抵抗Ｒ１３と
Ｒ１２はＪＦＥＴＱ１０のソース電圧と回路コモン電位
の差電圧を分圧して差動増幅器Ｕ１０のマイナス端子に
入力している。差動増幅器Ｕ１０はＪＦＥＴＱ１０のゲ
ートにレベルシフト用ダイオードＤ１０、Ｄ１１、Ｄ１
２を介して制御信号を送り、ＪＦＥＴＱ１０を可変抵抗
として動作させて電空変換モジュール１４の供給電流Ｉ
１４を定めている。また、ＪＦＥＴＱ１０のゲートとソ
ースに接続された抵抗Ｒ１４とレベルシフト用ダイオー
ドＤ１０、Ｄ１１、Ｄ１２はＪＦＥＴＱ１０のゲートを
駆動するためのものである。抵抗Ｒｆは、電空変換モジ
ュール１４の供給電流Ｉ１４を検出するための抵抗で、
ここで電空変換モジュール１４に流れる供給電流Ｉ１４
は、Ｒ１１＝Ｒ１３、Ｒ１０＝Ｒ１２の関係がある時、 Ｉ１４＝ＤＡｓｉｇｎａｌ×（Ｒ１１／Ｒ１０）／Ｒｆ である。
【００４３】このような構成の回路によって、バルブ１
６の位置は入力端子Ｔ１、Ｔ２から入力された操作信号
に従ってマイクロコントローラ９によって制御される。
その間、電空変換モジュール１４に流れる供給電流Ｉ１
４はダイナミックに変化するが、インピーダンス制御回
路１は、可変インピーダンス回路３に流れる電流をＩ３
とすると、 Ｉ３＝Ｉｉｎ−Ｉ１４ となるように可変インピーダンス回路３を調整して、入
力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧を一定の電圧に制御する
ため、電空変換モジュール１４と可変インピーダンス回
路３は並列に共存することが可能である。
６の位置は入力端子Ｔ１、Ｔ２から入力された操作信号
に従ってマイクロコントローラ９によって制御される。
その間、電空変換モジュール１４に流れる供給電流Ｉ１
４はダイナミックに変化するが、インピーダンス制御回
路１は、可変インピーダンス回路３に流れる電流をＩ３
とすると、 Ｉ３＝Ｉｉｎ−Ｉ１４ となるように可変インピーダンス回路３を調整して、入
力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧を一定の電圧に制御する
ため、電空変換モジュール１４と可変インピーダンス回
路３は並列に共存することが可能である。
【００４４】つまり、本発明のバルブポジショナでは、
電流消費量の大きい電空変換モジュール１４と可変イン
ピーダンス回路３を並列に共存させることによって、電
空変換モジュール１４が必要とする電流を優先的に電空
変換モジュール１４に配分することが可能である。
電流消費量の大きい電空変換モジュール１４と可変イン
ピーダンス回路３を並列に共存させることによって、電
空変換モジュール１４が必要とする電流を優先的に電空
変換モジュール１４に配分することが可能である。
【００４５】図４は、本発明を電空変換器に適用する実
施例の全体構成図である。図１と異なる点は、位置セン
サ１２に代えて圧力センサ（Pressure Sensor）３７を
備えた点である。圧力センサ３７はコントロールリレー
１５の出力空気圧信号を入力とする。このように構成す
ると、制御対象がバルブ１６の入力空気圧なので、電空
変換器にそのまま適用できる。この場合、電空変換器に
おいてもバルブポジショナで得られたと同様の効果が得
られる。
施例の全体構成図である。図１と異なる点は、位置セン
サ１２に代えて圧力センサ（Pressure Sensor）３７を
備えた点である。圧力センサ３７はコントロールリレー
１５の出力空気圧信号を入力とする。このように構成す
ると、制御対象がバルブ１６の入力空気圧なので、電空
変換器にそのまま適用できる。この場合、電空変換器に
おいてもバルブポジショナで得られたと同様の効果が得
られる。
【００４６】また、本発明はバルブの位置制御を主な目
的としたバルブポジショナだけでなく、米国特許５６８
４４５１号や米国特許５４５１９２３号に開示されたよ
うなフィールドコントローラ機能付きのバルブポジショ
ナにも適用することが可能である。
的としたバルブポジショナだけでなく、米国特許５６８
４４５１号や米国特許５４５１９２３号に開示されたよ
うなフィールドコントローラ機能付きのバルブポジショ
ナにも適用することが可能である。
【００４７】図５は、本発明をフィールドコントローラ
機能付きのバルブポジショナに適用する実施例の全体構
成図である。図１と異なる点は、マイクロコントローラ
９にフィールドコントローラ用演算プログラムを具備す
ると共にプロセス入力端子Ｔ３、Ｔ４及び電流検出素子
（Current Sens）４０及び電流検出回路（CurrentDete
ctor）４１を備えた点である。プロセス入力端子Ｔ３、
Ｔ４から入力されたプロセス信号は電流検出素子４０及
び電流検出回路４１で電流信号を検出され、この電流信
号はＡ／Ｄ変換器８を介してマイクロコントローラ９の
フィールドコントローラ用演算プログラムに取得され
る。このように構成された装置において、フィールドコ
ントローラへの設定値信号を入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力
し、例えば流量計から出力される４−２０ｍＡのプロセ
ス信号を入力端子Ｔ３、Ｔ４に入力することによって、
流量計を流れる流量をバルブ１６によって入力端子Ｔ
１、Ｔ２に入力された設定値に保つことが可能である。
尚、ここで得られた効果はフィールドコントローラ付電
空変換器に適用できることは言うまでもない。
機能付きのバルブポジショナに適用する実施例の全体構
成図である。図１と異なる点は、マイクロコントローラ
９にフィールドコントローラ用演算プログラムを具備す
ると共にプロセス入力端子Ｔ３、Ｔ４及び電流検出素子
（Current Sens）４０及び電流検出回路（CurrentDete
ctor）４１を備えた点である。プロセス入力端子Ｔ３、
Ｔ４から入力されたプロセス信号は電流検出素子４０及
び電流検出回路４１で電流信号を検出され、この電流信
号はＡ／Ｄ変換器８を介してマイクロコントローラ９の
フィールドコントローラ用演算プログラムに取得され
る。このように構成された装置において、フィールドコ
ントローラへの設定値信号を入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力
し、例えば流量計から出力される４−２０ｍＡのプロセ
ス信号を入力端子Ｔ３、Ｔ４に入力することによって、
流量計を流れる流量をバルブ１６によって入力端子Ｔ
１、Ｔ２に入力された設定値に保つことが可能である。
尚、ここで得られた効果はフィールドコントローラ付電
空変換器に適用できることは言うまでもない。
【００４８】また、図６は、本発明のバルブポジショナ
におけるインピーダンス制御回路１にタイミング回路５
０を付加して起動特性を改善した実施例である。本発明
のバルブポジショナは、例えばコンピュータシステムを
利用した中央監視システムや分散制御システム（以下、
ＤＣＳという。）から出力される操作信号を入力端子Ｔ
１、Ｔ２に入力してバルブの制御を行うが、一般的にＤ
ＣＳでは、ＤＣＳ自身が出力した操作信号を常に監視
し、例えば、ＤＣＳ自身が出力した操作信号の電流に対
する端子間電圧が一定値を超えた場合、ＤＣＳでは操作
信号を送る信号線が断線したと判断し、断線警報を発す
る場合がある。
におけるインピーダンス制御回路１にタイミング回路５
０を付加して起動特性を改善した実施例である。本発明
のバルブポジショナは、例えばコンピュータシステムを
利用した中央監視システムや分散制御システム（以下、
ＤＣＳという。）から出力される操作信号を入力端子Ｔ
１、Ｔ２に入力してバルブの制御を行うが、一般的にＤ
ＣＳでは、ＤＣＳ自身が出力した操作信号を常に監視
し、例えば、ＤＣＳ自身が出力した操作信号の電流に対
する端子間電圧が一定値を超えた場合、ＤＣＳでは操作
信号を送る信号線が断線したと判断し、断線警報を発す
る場合がある。
【００４９】図１の回路では、例えばＤＣＳから入力端
子Ｔ１に入力された操作信号がゼロの状態からステップ
的に立ち上がった場合、内部回路が立ち上がる際に、過
渡的にインピーダンス制御回路１の制御出力信号ＩＵ１
がカットオフし、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧が定
常値を大きく超える場合が有り得る。この時、ＤＣＳ
は、断線警報を出力する場合がある。
子Ｔ１に入力された操作信号がゼロの状態からステップ
的に立ち上がった場合、内部回路が立ち上がる際に、過
渡的にインピーダンス制御回路１の制御出力信号ＩＵ１
がカットオフし、入力端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧が定
常値を大きく超える場合が有り得る。この時、ＤＣＳ
は、断線警報を出力する場合がある。
【００５０】この現象を回避する目的で付加された回路
がタイミング回路５０である。具体的な回路例を図７に
示す。同図は、図２で説明した可変インピーダンス回路
３とシャントレギュレータ４及びインピーダンス制御回
路１を実現する回路例にタイミング回路５０を付加した
場合の回路例である。
がタイミング回路５０である。具体的な回路例を図７に
示す。同図は、図２で説明した可変インピーダンス回路
３とシャントレギュレータ４及びインピーダンス制御回
路１を実現する回路例にタイミング回路５０を付加した
場合の回路例である。
【００５１】同図において、図２の回路例と異なる点
は、差動増幅器Ｕ１のマイナス端子に抵抗Ｒ６と並列接
続されたコンデンサＣ５０を付加し、抵抗Ｒ６と共に遅
れ回路を形成することで、回路が立ち上がる際に差動増
幅器Ｕ１をプラス電源側に振り切らせるようにした点で
ある。
は、差動増幅器Ｕ１のマイナス端子に抵抗Ｒ６と並列接
続されたコンデンサＣ５０を付加し、抵抗Ｒ６と共に遅
れ回路を形成することで、回路が立ち上がる際に差動増
幅器Ｕ１をプラス電源側に振り切らせるようにした点で
ある。
【００５２】図８は、本発明のバルブポジショナの入力
端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧の波形図である。同図にお
いて６１はステップ状に入力された操作信号Ｉｉｎであ
り、６２はタイミング回路５０を用いない場合のバルブ
ポジショナの端子間電圧であり、６３はタイミング回路
５０を用た場合のバルブポジショナの端子間電圧であ
る。同図より明らかなように、本発明のバルブポジショ
ナにタイミング回路５０を付加することによって、操作
信号がステップ状に入力された場合であっても円滑にバ
ルブポジショナを起動することが可能となる。尚、ここ
で得られた効果は、上述の電空変換器やフィールドコン
トローラ付バルブポジショナ及び電空変換器においても
適用できることは言うまでもない。
端子Ｔ１、Ｔ２の端子間電圧の波形図である。同図にお
いて６１はステップ状に入力された操作信号Ｉｉｎであ
り、６２はタイミング回路５０を用いない場合のバルブ
ポジショナの端子間電圧であり、６３はタイミング回路
５０を用た場合のバルブポジショナの端子間電圧であ
る。同図より明らかなように、本発明のバルブポジショ
ナにタイミング回路５０を付加することによって、操作
信号がステップ状に入力された場合であっても円滑にバ
ルブポジショナを起動することが可能となる。尚、ここ
で得られた効果は、上述の電空変換器やフィールドコン
トローラ付バルブポジショナ及び電空変換器においても
適用できることは言うまでもない。
【００５３】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。つまり本発明は、電流を外部
からの入力信号とし、それを内部回路への動力源として
使用する電空変換要素を具備するすべての装置に適用す
ることが可能である。
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。つまり本発明は、電流を外部
からの入力信号とし、それを内部回路への動力源として
使用する電空変換要素を具備するすべての装置に適用す
ることが可能である。
【００５４】また、図２で可変インピーダンス回路３
は、ｎチャンネルＪＦＥＴに限らず例えば、npn及びpnp
トランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、またはこれらを組み合
わせて構成された電子回路等、電流値を変化させること
が可能なものであれば置きかえることが可能である。こ
のことは、図３で用いられたｎチャンネルＪＦＥＴＱ１
０においても同様である。
は、ｎチャンネルＪＦＥＴに限らず例えば、npn及びpnp
トランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、またはこれらを組み合
わせて構成された電子回路等、電流値を変化させること
が可能なものであれば置きかえることが可能である。こ
のことは、図３で用いられたｎチャンネルＪＦＥＴＱ１
０においても同様である。
【００５５】図１では、入力端子Ｔ１からＴ２に向かっ
て可変インピーダンス回路３、シャントレギュレータ
４、電流検出素子２の順で接続されているが、この順序
は変更しても差し支えない。つまり、本発明の趣旨は、
電流検出素子２によって入力端子Ｔ１から入力されるほ
ぼすべての電流値が検出可能であり、且つ、可変インピ
ーダンス回路２と電空変換モジュール１４が並列接続さ
れていれば達成される。
て可変インピーダンス回路３、シャントレギュレータ
４、電流検出素子２の順で接続されているが、この順序
は変更しても差し支えない。つまり、本発明の趣旨は、
電流検出素子２によって入力端子Ｔ１から入力されるほ
ぼすべての電流値が検出可能であり、且つ、可変インピ
ーダンス回路２と電空変換モジュール１４が並列接続さ
れていれば達成される。
【００５６】また、図１では内部回路を駆動する内部電
源電圧Ｖ２はシャントレギュレータ４のみによって発生
しているが、従来例と同様に内部電源電圧Ｖ２からＤＣ
−ＤＣコンバータを用いて更に電流容量を稼ぐことも可
能である。これによって更に大きな内部回路への供給電
流が確保できる。
源電圧Ｖ２はシャントレギュレータ４のみによって発生
しているが、従来例と同様に内部電源電圧Ｖ２からＤＣ
−ＤＣコンバータを用いて更に電流容量を稼ぐことも可
能である。これによって更に大きな内部回路への供給電
流が確保できる。
【００５７】また、電空変換モジュール１４は入力され
た電流信号を空気圧信号に変換するものについて説明し
たが、その他の原理、例えば電圧から力を発生させる圧
電素子の原理を利用したものを用いても良い。この場
合、図１の電空変換モジュールにはＤ／Ａ変換器１０か
ら電流信号でなく電圧信号が入力され、電流レギュレー
タ３３は不要となるが、可変インピーダンス回路２と電
空変換モジュール１４が並列接続された構成となってい
れば、本発明の範囲である。
た電流信号を空気圧信号に変換するものについて説明し
たが、その他の原理、例えば電圧から力を発生させる圧
電素子の原理を利用したものを用いても良い。この場
合、図１の電空変換モジュールにはＤ／Ａ変換器１０か
ら電流信号でなく電圧信号が入力され、電流レギュレー
タ３３は不要となるが、可変インピーダンス回路２と電
空変換モジュール１４が並列接続された構成となってい
れば、本発明の範囲である。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１から３
に記載の発明では、電流消費量の大きな電空変換モジュ
ールに対する電流配分を大きくしつつ、部品点数が少な
く回路構成の簡単なバルブポジショナを提供することが
可能となる。また、本発明によれば、電源電圧を降圧す
るＤＣ−ＤＣコンバータや特別な電源回路を用いず、内
部回路の電流配分を変化させて電流消費量の大きな電空
変換モジュールに必要な電流を供給するため、電流の利
用効率がよく、結果的にマイクロコントローラに、より
多くの電流を与えることが可能となる。
本発明によれば次のような効果がある。請求項１から３
に記載の発明では、電流消費量の大きな電空変換モジュ
ールに対する電流配分を大きくしつつ、部品点数が少な
く回路構成の簡単なバルブポジショナを提供することが
可能となる。また、本発明によれば、電源電圧を降圧す
るＤＣ−ＤＣコンバータや特別な電源回路を用いず、内
部回路の電流配分を変化させて電流消費量の大きな電空
変換モジュールに必要な電流を供給するため、電流の利
用効率がよく、結果的にマイクロコントローラに、より
多くの電流を与えることが可能となる。
【００５９】請求項４から６に記載の発明では、電流消
費量の大きな電空変換モジュールに対する電流配分を大
きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単な相手機
器とのデジタル通信が可能なバルブポジショナを提供す
ることが可能となる。また、本発明によれば、電源電圧
を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや特別な電源回路を用
いず、内部回路の電流配分を変化させて電流消費量の大
きな電空変換モジュールに必要な電流を供給するため、
電流の利用効率がよく、結果的にマイクロコントローラ
に、より多くの電流を与えることが可能となる。
費量の大きな電空変換モジュールに対する電流配分を大
きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単な相手機
器とのデジタル通信が可能なバルブポジショナを提供す
ることが可能となる。また、本発明によれば、電源電圧
を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや特別な電源回路を用
いず、内部回路の電流配分を変化させて電流消費量の大
きな電空変換モジュールに必要な電流を供給するため、
電流の利用効率がよく、結果的にマイクロコントローラ
に、より多くの電流を与えることが可能となる。
【００６０】請求項７から９に記載の発明では、電流消
費量の大きな電空変換モジュールに対する電流配分を大
きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単な電空変
換器を提供することが可能となる。また、本発明によれ
ば、電源電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや特別な
電源回路を用いず、内部回路の電流配分を変化させて電
流消費量の大きな電空変換モジュールに必要な電流を供
給するため、電流の利用効率がよく、結果的にマイクロ
コントローラに、より多くの電流を与えることが可能と
なる。
費量の大きな電空変換モジュールに対する電流配分を大
きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単な電空変
換器を提供することが可能となる。また、本発明によれ
ば、電源電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや特別な
電源回路を用いず、内部回路の電流配分を変化させて電
流消費量の大きな電空変換モジュールに必要な電流を供
給するため、電流の利用効率がよく、結果的にマイクロ
コントローラに、より多くの電流を与えることが可能と
なる。
【００６１】請求項１０から１２に記載の発明では、電
流消費量の大きな電空変換モジュールに対する電流配分
を大きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単な相
手機器とのデジタル通信が可能な電空変換器を提供する
ことが可能となる。また、本発明によれば、電源電圧を
降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや特別な電源回路を用い
ず、内部回路の電流配分を変化させて電流消費量の大き
な電空変換モジュールに必要な電流を供給するため、電
流の利用効率がよく、結果的にマイクロコントローラ
に、より多くの電流を与えることが可能となる。
流消費量の大きな電空変換モジュールに対する電流配分
を大きくしつつ、部品点数が少なく回路構成の簡単な相
手機器とのデジタル通信が可能な電空変換器を提供する
ことが可能となる。また、本発明によれば、電源電圧を
降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや特別な電源回路を用い
ず、内部回路の電流配分を変化させて電流消費量の大き
な電空変換モジュールに必要な電流を供給するため、電
流の利用効率がよく、結果的にマイクロコントローラ
に、より多くの電流を与えることが可能となる。
【図１】本発明に係るバルブポジショナの一実施例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】本発明に係るバルブポジショナの要部回路図で
ある。
ある。
【図３】本発明に係る電流レギュレータ回路の回路図で
ある。
ある。
【図４】本発明を電空変換器に適用する実施例の構成図
である。
である。
【図５】本発明をフィールドコントローラ機能付きバル
ブポジショナに適用する実施例の構成図である。
ブポジショナに適用する実施例の構成図である。
【図６】本発明にタイミング回路を適用した一実施例を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図７】本発明にタイミング回路を適用した一実施例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図８】本発明のタイミング回路の波形図である。
【図９】従来のバルブポジショナの一例を示す構成図で
ある。
ある。
１ インピーダンス制御回路 ２、４０ 電流検出素子 ３ 可変インピーダンス回路 ４ シャントレギュレータ ５ ＤＣ−ＤＣコンバータ ６ 送受信回路 ７、４１ 電流検出回路 ８ Ａ／Ｄ変換器 ９ マイクロコントローラ １０ Ｄ／Ａ変換器 １１ センサーインタフェース部 １２ 位置センサ １３ 駆動回路 １４ 電空変換モジュール １５ コントロールリレー １６ バルブ ３３ 電流レギュレータ回路 ３７ 圧力センサ ５０ タイミング回路 １００ バルブポジショナ
Claims (12)
- 【請求項１】入力端子を介して設定値情報を含む電流信
号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御
する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル
演算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モ
ジュールとを有するバルブポジショナにおいて、 前記電流信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生
手段と、 前記電源電圧発生手段と直列接続された可変インピーダ
ンス回路と、 前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
る可変インピーダンス制御回路と、 前記可変インピーダンス回路と並列接続された前記電空
変換モジュールと、 を備えることを特徴とするバルブポジショナ。 - 【請求項２】前記インピーダンス制御回路は、前記入力
端子から入力される電流信号の電流値から前記電空変換
モジュールを駆動するために必要な大きさの電流を減算
した大きさの電流が流れるように前記可変インピーダン
ス回路のインピーダンスを制御し、前記入力端子間の電
圧を一定に保持するように構成されたことを特徴とする
請求項１に記載のバルブポジショナ。 - 【請求項３】前記インピーダンス制御回路は、起動時の
入力端子間電圧の増加を抑止するタイミング回路を備え
たことを特徴とする請求項１に記載のバルブポジショ
ナ。 - 【請求項４】入力端子を介して設定値情報を含む電流信
号を入力し、この設定値と一致するように弁開度を制御
する制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル
演算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モ
ジュールとを有すると共に、前記電流信号の送られる伝
送路を用いてデジタル通信を行うデジタル通信回路を有
するバルブポジショナにおいて、 前記電流信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生
手段と、 前記電源電圧発生手段と直列接続された直流領域でのイ
ンピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのイ
ンピーダンスが高い可変インピーダンス回路と、 前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
る可変インピーダンス制御回路と、 前記可変インピーダンス回路と並列接続された前記電空
変換モジュールと、 を備えることを特徴とするバルブポジショナ。 - 【請求項５】前記インピーダンス制御回路は、前記入力
端子から入力される電流信号の電流値から前記電空変換
モジュールを駆動するために必要な大きさの電流を減算
した大きさの電流が流れるように前記可変インピーダン
ス回路のインピーダンスを制御し、前記入力端子間の電
圧を一定に保持するように構成されたことを特徴とする
請求項４に記載のバルブポジショナ。 - 【請求項６】前記インピーダンス制御回路は、起動時の
入力端子間電圧の増加を抑止するタイミング回路を備え
たことを特徴とする請求項４に記載のバルブポジショ
ナ。 - 【請求項７】入力端子を介して設定値情報を含む電流信
号を入力し、この設定値と一致するように空気圧信号の
制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演算
回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モジュ
ールとを有する電空変換器において、 前記電流信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生
手段と、 前記電源電圧発生手段と直列接続された可変インピーダ
ンス回路と、 前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
る可変インピーダンス制御回路と、 前記可変インピーダンス回路と並列接続された前記電空
変換モジュールと、 を備えることを特徴とする電空変換器。 - 【請求項８】前記インピーダンス制御回路は、前記入力
端子から入力される電流信号の電流値から前記電空変換
モジュールを駆動するために必要な大きさの電流を減算
した大きさの電流が流れるように前記可変インピーダン
ス回路のインピーダンスを制御し、前記入力端子間の電
圧を一定に保持するように構成されたことを特徴とする
請求項７に記載の電空変換器。 - 【請求項９】前記インピーダンス制御回路は、起動時の
入力端子間電圧の増加を抑止するタイミング回路を備え
たことを特徴とする請求項７に記載の電空変換器。 - 【請求項１０】入力端子を介して設定値情報を含む電流
信号を入力し、この設定値と一致するように空気圧信号
の制御演算を行うデジタル演算回路と、このデジタル演
算回路の制御出力を空気圧信号に変換する電空変換モジ
ュールとを有すると共に、前記電流信号の送られる伝送
路を用いてデジタル通信を行うデジタル通信回路を有す
る電空変換器において、 前記電流信号から内部電源電圧を生成する電源電圧発生
手段と、 前記電源電圧発生手段と直列接続された直流領域でのイ
ンピーダンスが低く、デジタル通信の周波数帯域でのイ
ンピーダンスが高い可変インピーダンス回路と、 前記可変インピーダンス回路のインピーダンスを制御す
る可変インピーダンス制御回路と、 前記可変インピーダンス回路と並列接続された前記電空
変換モジュールと、 を備えることを特徴とする電空変換器。 - 【請求項１１】前記インピーダンス制御回路は、前記入
力端子から入力される電流信号の電流値から前記電空変
換モジュールを駆動するために必要な大きさの電流を減
算した大きさの電流が流れるように前記可変インピーダ
ンス回路のインピーダンスを制御し、前記入力端子間の
電圧を一定に保持するように構成されたことを特徴とす
る請求項１０に記載の電空変換器。 - 【請求項１２】前記インピーダンス制御回路は、起動時
の入力端子間電圧の増加を抑止するタイミング回路を備
えたことを特徴とする請求項１０に記載の電空変換器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077999A JP3635982B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | バルブポジショナ及び電空変換器 |
| US09/540,248 US6519508B1 (en) | 1999-04-19 | 2000-03-31 | Valve positioner and current-to-pneumatic converter |
| DE2000119248 DE10019248B4 (de) | 1999-04-19 | 2000-04-18 | Ventilpositionsgeber mit Strom/Pneumatik-Wandler und Verfahren zum Steuern eines Ventilpositionsgebers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11077999A JP3635982B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | バルブポジショナ及び電空変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000304148A true JP2000304148A (ja) | 2000-11-02 |
| JP3635982B2 JP3635982B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=14544407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11077999A Expired - Fee Related JP3635982B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | バルブポジショナ及び電空変換器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6519508B1 (ja) |
| JP (1) | JP3635982B2 (ja) |
| DE (1) | DE10019248B4 (ja) |
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| DE102009021918B4 (de) * | 2009-05-19 | 2016-04-07 | Abb Technology Ag | Stellungsregler |
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