JP2010061229A - 弁の開閉制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比例弁の駆動回路が故障したときに、比例弁への通電を禁止する構成を有する弁の開閉制御装置を、コストや電子部品の実装面積の増大を抑えて提供する。
【解決手段】第１の直流電圧Ｖ1をトランジスタ２０によりスイッチングすることによって、トランス２４及びダイオード３１により第２の直流電圧Ｖ2を生成すると共に、トランス２３及びダイオード２５により第３の直流電圧Ｖ3を生成し、比例弁４０に対して目標開度に応じた電流が供給されるように、第２の直流電圧Ｖ2による比例弁４０への通電量を制御する比例弁駆動回路６０と、抵抗６２の端子間電圧Ｖisにより検出した比例弁４０に流れる電流の大きさが異常判定レベルを超えたときに、トランジスタ２０をオフ状態として、第２の直流電圧Ｖ2の出力を停止することにより、比例弁４０への電力供給を禁止する通電禁止手段５２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、比例弁の開度を制御する弁の開閉装置に関する。

従来より、例えば燃料ガスの供給管に設けられてガスの供給流量を調整する比例弁の異常を検出する機能を有する弁の開閉制御装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載された弁の開閉制御装置においては、比例弁に一定電流を供給する定電流回路の設定電流値と、実際に比例弁に流れる電流の検出値との相関関係が、予め設定された範囲から外れたときに、制御系が異常であると判断する。そして、定電流回路を構成するトランジスタをオフして比例弁への通電を遮断している。

また、特許文献２に記載された弁の制御装置においては、比例弁の開度の制御指示（電圧信号）と、実際に比例弁に流れる電流の検出信号（電圧信号）とを比較して、比例弁の異常の有無を判断している。そして、比例弁が異常であるときには、異常表示を行っている。
特開平５−２９６４５２号公報 特開平７−３０２１１３号公報

上述した従来の弁の開閉制御装置のように、比例弁の異常が生じたときには、定電流回路を構成するトランジスタをオフ（遮断状態）として、比例弁への通電を停止することにより比例弁を閉弁することができる。

しかし、比例弁ではなく、比例弁の駆動回路が故障したときには、駆動回路のトランジスタをオフして比例弁への通電を停止することができない。そして、駆動回路のトランジスタがオン状態に維持されて比例弁に過剰な電流が供給され、比例弁が過熱状態となって破損するおそれがある。

そこで、このように、比例弁が過熱状態となることを防止するために、駆動回路のトランジスタとは別に、比例弁への電流供給を強制的に遮断するためのスイッチング素子を設けておくことも考えられる。しかし、この場合には、コストアップや、電子部品の実装面積の増大等のデメリットが生じる。

そこで、本発明は、比例弁の駆動回路が故障したときに、比例弁への通電を禁止する構成を有する弁の開閉制御装置を、コストや電子部品の実装面積の増大を抑えて提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、第１の直流電圧を出力する第１の直流電源回路と、前記第１の直流電圧をスイッチング素子によりスイッチングすることによって、第２の直流電圧を出力する第２の直流電源回路と、通電される電流の大きさに応じて開度が定まる比例弁に対して、所定の目標開度に応じた電流が供給されるように、前記第２の直流電源回路から該比例弁への電力供給を制御する比例弁駆動回路とを備えた弁の開閉制御装置の改良に関する。

そして、前記比例弁に流れる電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段による電流検出値が、所定の異常判定レベルを超えたときに、前記スイッチング素子によるスイッチングを停止して、前記第２の直流電源回路からの前記第２の直流電圧の出力を停止することにより、前記第２の直流電源回路から前記比例弁への通電を禁止する通電禁止手段とを備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記比例弁に電流を供給する前記第２の直流電源回路は、前記第１の直流電圧を前記スイッチング素子によりスイッチングすることによって、前記第２の直流電圧を出力する。そして、前記通電禁止手段は、前記電流検出手段による電流検出値が前記異常判定レベルを超えたときに、前記スイッチング素子によるスイッチングを停止して、前記第２の直流電源回路からの前記第２の直流電圧の出力を停止することにより、前記第２の直流電源回路から前記比例弁への電流供給を禁止している。このように、前記第２の直流電源回路により前記第２の直流電圧を生成するために用いられる前記スイッチング素子を、前記比例弁への電流供給を禁止するための手段に転用することによって、前記弁駆動回路の故障により前記比例弁に異常な通電がなされたときに前記比例弁への通電を禁止する構成を、コストや部品の実装面積の増加を抑制して実現することができる。

また、前記第１の直流電圧を前記スイッチング素子によりスイッチングすることによって、第３の直流電圧を出力する第３の直流電源回路と、前記第３の直流電圧の供給により作動して、前記目標開度を指示する信号を前記弁駆動回路に出力する弁開度制御手段と、前記第３の直流電圧を検出する電圧検出手段と、前記第３の直流電圧が所定の正常範囲から外れたときに、前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に維持して、前記弁開度制御手段への前記第３の直流電圧の供給が停止した状態を保持するラッチ回路とを備え、前記通電禁止手段は、前記電流検出手段による電流検出値が前記異常判定レベルを超えたときに、前記遮断ラッチ回路により前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に維持することによって、前記第２の直流電源回路からの前記第２の直流電圧の出力を停止した状態を保持することを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記第３の直流電源回路から前記弁開度制御手段に供給される前記第３の直流電圧が前記正常範囲から外れたときに、前記ラッチ回路により、前記スイッチング素子がオフ状態又はオン状態に維持される。そして、これにより、前記弁開度制御手段への電源供給を遮断して前記弁開度制御手段の作動を停止することによって、前記弁開度制御手段の誤動作が生じることを防止している。

そして、前記通電禁止手段は、前記電流検出手段による電流検出値が前記異常判定レベルを超えたときに、前記ラッチ回路を転用して、前記スイッチング素子をオフ状態又はオン状態に維持することにより、前記比例弁への通電が禁止された状態を保持することができる。

また、不揮発性メモリを備え、前記通電禁止手段は、前記電流検出手段による電流検出値が前記異常判定レベルを超えたときに、前記比例弁の通電量の異常が生じたことを示すデータを、前記不揮発メモリに書き込むことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記ラッチ回路により前記スイッチング素子がオフ状態又はオン状態に維持されて、前記第２の直流電圧と前記第３の直流電圧の出力が停止しても、前記不揮発性メモリに、前記比例弁の通電量の異常が生じたことを示すデータが保持され
る。そのため、前記不揮発性メモリのデータを確認することによって、故障の要因を特定
することができる。

本発明の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は、比例弁４０の開度を制御する弁の開閉制御装置（以下、単に制御装置という）の全体構成を示している。比例弁４０は、例えば燃料ガスを供給するガス供給管に備えられるものであり、通電される電流の大きさに応じてその開度が定まるものである。

制御装置は、交流電源１（例えば家庭に供給される商用電源）から供給される交流電圧をダイオードブリッジ１１により整流し、コンデンサ１２により平滑化を行って第１の直流電圧Ｖ₁（例えば、ＤＣ１４０Ｖ）を生成して出力する第１の直流電源回路１０を備えている。

第１の直流電源回路１０のコンデンサ１２の端子間には、トランス２３の１次側とトランジスタ２０（本発明のスイッチング素子に相当する）が直列に接続されている。また、トランジスタ２０のベースとエミッタ間にトランジスタ２１が接続され、トランジスタ２１のコレクタとベース間にフォトカプラ２２の受光トランジスタ２２ｂが接続されている。さらに、トランジスタ２１のコレクタとエミッタ間に、トランス２４の１次側が接続されている。

トランス２３の２次側には、ダイオード２５を介してコンデンサ２６が接続されており、フォトカプラ２２の発光ダイオード２２とシャントレギュレータ２７とからなる直列回路と、抵抗２８，２９による直列回路とが、コンデンサ２６と並列に接続されている。また、トランス２４の２次側には、ダイオード３１を介してコンデンサ３２が接続されている。

シャントレギュレータ２７は、コンデンサ２６の端子間電圧を抵抗２８，２９により分圧した参照電圧を入力し、この参照電圧が第３の直流電圧Ｖ3（例えば１２Ｖ）に対応した電圧となるように、フォトカプラ２２の発光ダイオード２２ａの通電量を制御する。これにより、第１の直流電圧Ｖ1が、フォトカプラ２２，トランジスタ２１，トランジスタ２０を介してスイッチングされ、トランス２３，２４により降圧される。

トランス２４で降圧された電圧（パルス電圧）は、ダイオード３１により半波整流されると共にコンデンサ３２で平滑化されて、第２の直流電圧Ｖ2（例えばＤＣ２０Ｖ）が生成される。また、トランス２３で降圧された電圧（パルス電圧）は、ダイオード２５により半波整流されると共にコンデンサ２６で平滑化されて、第３の直流電圧Ｖ3が生成される。

第３の直流電圧Ｖ3は三端子レギュレータ３０に入力され、三端子レギュレータ３０により第４の直流電圧Ｖ4（例えば５Ｖ）が生成される。第４の直流電圧Ｖ4はマイクロコンピュータ５０の電源として使用される。

なお、第１の直流電圧Ｖ1をトランジスタ２０によりスイッチングすることによって、トランス２４、ダイオード３１、及びコンデンサ３２により第２の直流電圧Ｖ2を生成する構成が、本発明の第２の直流電源回路に相当する。また、第１の直流電圧Ｖ1をトランジスタ２０によりスイッチングすることによって、トランス２３、ダイオード２５、及びコンデンサ２６により第３の直流電圧Ｖ3を生成する構成が、本発明の第３の直流電源回路に相当する。

マイクロコンピュータ５０は、比例弁４０の制御用プログラム（予めマイクロコンピュータのメモリに書き込まれている）を実行することによって、比例弁４０の設定開度に対応する通電量を指示するための通電量指示信号Ｖicを決定する弁開度制御手段５１と、比例弁４０に通電される電流が過大となったときに比例弁４０への通電を禁止する通電禁止手段５２として機能する。

次に、コンデンサ３２の正側の端子とグランド（図中ＧＮＤ）間には、比例弁４０とトランジスタ６１と抵抗６２とが直列に接続されている。トランジスタ６１のベースはＯＰアンプ６３の出力端子と接続され、オペアンプ６３とトランジスタ６１と抵抗６２とにより、比例弁駆動回路６０が構成されている。

ＯＰアンプ６３の正入力端子には比例弁４０の通電量指示信号Ｖicが入力され、ＯＰアンプ６３の負入力端子には、比例弁４０の通電量に応じて変化する抵抗６２の端子間電圧電圧Ｖisが入力される。また、Ｖisを平滑回路７０で平滑化した電流検出信号Ｉsが、マイクロコンピュータ５０に入力される。なお、抵抗６２と平滑回路７０とにより、本発明の電流検出手段が構成されている。

ＯＰアンプ６３は、正入力端子に入力される電流指示電圧Ｖicと、負入力端子に入力される抵抗６２の端子間電圧Ｖisとが一致するように、トランジスタ６１のベースへの出力電圧を制御する。そして、これにより、比例弁４０に通電される電流の大きさが設定電流となるように制御される。

過電圧検出回路７１は、第３の直流電圧Ｖ3が予め設定された上限電圧を超えたことを検出するものであり、第３の直流電圧Ｖ3が該上限電圧を超えたときに、過電圧検知信号Ｅovをラッチ回路７２に出力する。ラッチ回路７２は、過電圧検出回路７１から過電圧検知信号Ｅovを入力したときに、その後、交流電源１から第１電源回路１０への電力供給が停止されるまで、トランジスタ２１のベースをエミッタと同電位に維持して、トランジスタ２０をオフ（遮断）状態に保持するものである。

また、ラッチ回路７２は、マイクロコンピュータ５０から、比例弁４０に過電流が流れていることを示す過電流検知信号Ｅoiを入力したときにも、過電圧検知信号Ｅovを入力したときと同様に、その後、交流電源１から第１電源回路１０への電力供給が停止されるまで、トランジスタ２１のベースをエミッタと同電位に維持して、トランジスタ２０をオフ状態に保持する。

次に、通電禁止手段５２の作動について説明する。通電禁止手段５２は、平滑回路７０から入力した電流検出信号Ｉsにより、比例弁４０に通電されている電流の大きさを認識する。そして、通電禁止手段５２は、比例弁４０に通電されている電流の大きさが、予め設定した異常判定レベルを超えているか否かを判断し、異常判定レベルを超えているときには過電流検知信号Ｅoiをラッチ回路７２に出力する。

この過電流検知信号Ｅoiの出力に応じて、上述したように、ラッチ回路７２は、交流電源１から第１電源回路１０への電力供給が停止されるまで、トランジスタ２１のベースをエミッタと同電位に維持して、トランジスタ２０をオフ状態に保持する。そして、これにより、トランジスタ２０による第１の直流電圧Ｖ1のスイッチングが停止して、第２の直流電圧Ｖ2の出力が停止するため、比例弁４０に対する通電が禁止される。

このように、通電禁止手段５２は、比例弁４０の通電量が異常判定レベルを超えたときに、トランジスタ２０のスイッチングを停止して比例弁４０に対する通電を禁止することによって、比例弁４０が過熱状態となることを防止することができる。

この場合は、比例弁駆動回路６０が故障して、トランジスタ６１による比例弁４０の通電制御が不能となったときでも、比例弁４０への通電を禁止することができる。そして、トランジスタ２０，２１は、第２の直流電圧Ｖ2及び第３の直流電圧Ｖ3を生成するために備えられているものであるため、比例弁４０への通電を禁止するためのスイッチング素子を別個に設ける必要はない。

したがって、例えば、第２の直流電圧Ｖ2の出力部と比例弁４０との間や、比例弁４０とグランドとの間に、比例弁４０への通電を遮断するためのスイッチング素子（トランジスタ、ＦＥＴ等）を専用に設ける場合に比べて、コスト及び部品の実装面積を低減することができる。

また、ラッチ回路７２も、第３の直流電圧Ｖ3が異常に上昇したときに、第３の直流電圧Ｖ3の出力を停止してマイクロコンピュータ５０の誤動作を防止するために設けられたものである。そのため、比例弁４０への通電を禁止した状態を保持するための回路を別個に設ける必要はない。

また、通電禁止手段５２は、比例弁４０に通電される電流の大きさが異常判定レベルを超えたときに、比例弁４０通電量の異常が生じたことを示すデータを、Ｅ²ＰＲＯＭ５３に書き込む処理を行う。これにより、その後、制御装置の修理や点検を行う作業者が、Ｅ²ＰＲＯＭ５３に保持されたデータを確認することによって、異常の要因処理を特定できるようにしている。

なお、このように、比例弁４０の通電量が異常判定レベルを超えたときに、比例弁４０通電量の異常が生じたことを示すデータをＥ²ＰＲＯＭ５３に書き込む処理を行わない場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

本発明の弁の開閉制御装置の構成図。

符号の説明

１…交流電源、１０…第１の直流電源回路、２０…トランジスタ（本発明のスイッチング素子）、２３，２４…トランス、４０…比例弁、５０…マイクロコンピュータ、５１…弁開度制御手段、５２…通電禁止手段、５３…Ｅ²ＰＲＯＭ（不揮発性メモリ）、６０…比例弁駆動回路、７１…過電圧検出回路、７２…ラッチ回路

Claims (3)

1. 第１の直流電圧を出力する第１の直流電源回路と、
   前記第１の直流電圧をスイッチング素子によりスイッチングすることによって、第２の直流電圧を出力する第２の直流電源回路と、
   通電される電流の大きさに応じて開度が定まる比例弁に対して、所定の目標開度に応じた電流が供給されるように、前記第２の直流電源回路から該比例弁への電力供給を制御する比例弁駆動回路とを備えた弁の開閉制御装置において、
   前記比例弁に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段による電流検出値が、所定の異常判定レベルを超えたときに、前記スイッチング素子によるスイッチングを停止して、前記第２の直流電源回路からの前記第２の直流電圧の出力を停止することにより、前記第２の直流電源回路から前記比例弁への通電を禁止する通電禁止手段とを備えたことを特徴とする弁の開閉制御装置。
2. 請求項１記載の弁の開閉制御装置において、
   前記第１の直流電圧を前記スイッチング素子によりスイッチングすることによって、第３の直流電圧を出力する第３の直流電源回路と、
   前記第３の直流電圧の供給により作動して、前記目標開度を指示する信号を前記弁駆動回路に出力する弁開度制御手段と、
   前記第３の直流電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記第３の直流電圧が所定の正常範囲から外れたときに、前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に維持して、前記弁開度制御手段への前記第３の直流電圧の供給が停止した状態を保持するラッチ回路とを備え、
   前記通電禁止手段は、前記電流検出手段による電流検出値が前記異常判定レベルを超えたときに、前記遮断ラッチ回路により前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に維持することによって、前記第２の直流電源回路からの前記第２の直流電圧の出力を停止した状態を保持することを特徴とする弁の開閉制御装置。
3. 請求項２記載の弁の開閉制御装置において、
   不揮発性メモリを備え、
   前記通電禁止手段は、前記電流検出手段による電流検出値が前記異常判定レベルを超えたときに、前記比例弁の通電量の異常が生じたことを示すデータを、前記不揮発メモリに書き込むことを特徴とする弁の開閉制御装置。

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