JP2012207756A - ポジショナ - Google Patents

Abstract

【課題】供給電流の不足を回避しつつ、高機能を確実に発揮させる。
【解決手段】制御部１に給電制御機能１Ｃを設ける。給電制御機能１Ｃは、第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７，振動検出センサ８を給電対象センサとし、この給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの電源Ｖの供給通路に設けられたスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４）のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、上位側システムより一対の電線を介して電流の供給を受け、この供給電流の値に応じて調節弁の開度を制御するポジショナに関するものである。

従来より、調節弁に対してポジショナを設け、このポジショナによって調節弁の開度を制御するようにしている。このポジショナは、上位装置から送られてくる弁開度設定値と調節弁からフィードバックされてくる実開度値との偏差を求め、この偏差に所定の演算を施して得られる電気信号を制御出力として出力する制御部と、この制御部からの制御出力を空気圧信号に変換する電空変換器（ＥＰＭ）と、この電空変換器が変換した空気圧信号を増幅し調節弁の駆動部へ出力するパイロットリレーと、調節弁の弁開度を検出し実開度値として制御部へ送る開度センサとを備えている（例えば、特許文献１参照）。

この種のポジショナは、上位側システムより一対の電線を介して送られてくる４〜２０ｍＡの電流で動作するように設計されている。例えば、上位側システムより４ｍＡの電流が送られてきた場合には調節弁の開度を０％とし、２０ｍＡの電流が送られてきた場合には調節弁の開度を１００％とする。

この場合、上位側システムからの供給電流Ｉは、４ｍＡ（下限電流値）から２０ｍＡ（上限電流値）の範囲で変化するので、ポジショナの内部回路に必要な電流は、上位側システムから供給される電流値として常に確保することの可能な４ｍＡ以下（例えば、３．８ｍＡ）に抑えられている。

ポジショナには上位側システムからバルブの弁開度設定値が入力される。また、開度センサを介してバルブの実開度値も得られる。したがって、ポジショナでは、バルブの弁開度設定値と実開度値との関係を演算することによって、バルブの異常診断や自己の異常診断などが可能である。このような異常診断機能をポジショナに設ければ、別途異常診断装置を設けなくてもよく、低コストでシステムの機能アップを図ることが可能となる（例えば、特許文献２参照）。

このような理由から、近年、ポジショナには、バルブの開度制御という本来の機能（バルブ制御機能（基本機能））に加えて、通信機能、自己診断機能、バルブ診断機能、バルブ開度出力機能など他の機能が付加機能として盛り込まれるようになってきている。

一方、制御性の向上としては、特許文献３に示すような、従来の弁開度設定値と実開度値との偏差に基づく制御ループに加えて、パイロットリレーの出力空気圧をマイナーループとして帰還させて電空変換器への制御出力を補正する制御方式が提案されている。また、特許文献４に示すような、従来の弁開度設定値と実開度値との偏差に基づく制御ループに加えて、パイロットリレーにおけるシリンダやポペット弁の変位をマイナーループとして帰還させて電空変換器への制御出力を補正する制御方式が提案されている。このような制御方式は二重ループ制御と呼ばれている。因に、弁開度設定値と実開度値との偏差に基づく制御ループのみとした制御方式は、単ループ制御と呼ばれる。

実開昭６２−２８１１８号公報 特開２００４−１５１９４１号公報 特表２００４−５２３０１６号公報 特開２００１−２２１２０１号公報 特開２０１０−１４０３０２号公報

しかしながら、従来のポジショナによると、上述したような制御性の向上や多機能化に応えた結果、調節弁の開度を検出する開度センサに加え、パイロットリレーの出力空気圧Ｐｏを検出する圧力センサ、パイロットリレーにおけるシリンダやポペット弁の変位Ｘｐを検出する位置センサ、異常診断用のセンサ（電空変換器やパイロットリレーへの供給空気圧Ｐｓを検出する圧力センサ、電空変換器からのパイロットリレーへの出力空気圧（ノズル背圧）Ｐｎを検出する圧力センサ、ポジショナ内の振動Ｇ１を検出する振動検出センサ等）などを更に搭載することにより、以前に比較して飛躍的に高機能化した反面、全ての機能を同時に発揮しようとすると必要な電流が３．８ｍＡの限界を超えてしまい、全ての機能を安定して発揮することができなくなるという脆弱性も高くなっている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、供給電流の不足を回避しつつ、高機能を確実に発揮させることが可能なポジショナを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、上位側システムより一対の電線を介して電流の供給を受け、この供給電流から自己の動作電源を生成する一方、供給電流の値に応じて調節弁の開度を制御するポジショナにおいて、調節弁の開度制御に用いられる物理量を測定する制御用センサと、調節弁の開度制御以外に用いられる物理量を測定する非制御用センサと、調節弁の開度を検出する開度センサを除く制御用センサおよび非制御用センサを給電対象センサとし、この給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御する一方、給電状態とした給電対象センサからその測定値を取り込む給電制御手段とを備えることを特徴とする。

例えば、本発明では、パイロットリレーの出力空気圧Ｐｏを検出する圧力センサ、パイロットリレーにおけるシリンダやポペット弁の変位Ｘｐを検出する位置センサなどの開度制御に用いられるセンサを制御用センサとし、異常診断用のセンサ（電空変換器やパイロットリレーへの供給空気圧Ｐｓを検出する圧力センサ、電空変換器からのパイロットリレーへの出力空気圧（ノズル背圧）Ｐｎを検出する圧力センサ、ポジショナ内の振動Ｇ１を検出する振動検出センサ等）などの開度制御以外に用いられるセンサを非制御用センサとする。そして、この制御用センサおよび非制御用センサを給電対象センサとし、この給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御する一方、給電状態とした給電対象センサからその測定値を取り込む。これにより、複数台の給電対象センサへ同時に給電が行われることがなくなり、消費電流が抑えられる。

なお、ポジショナ内蔵の各種センサのうち開度制御に用いられるセンサ（制御用センサ）は短周期で動作させる必要があるが、開度制御以外に用いられるセンサ（非制御用センサ）は頻繁に動作させる必要はなく、比較的長周期で動作させても問題はない。また、特許文献５に示すように、フィールド機器（ポジショナ）に供給される電流に余剰電流が生じる場合は、フィールド機器内蔵のＣＰＵの動作クロックの周波数を高くなるように変更して、フィールド機器の能力を向上させるように使用される場合もあり、このことはポジショナにおいては、制御周期が変更されることを意味し、それに連動して制御に用いられるセンサの動作周期も変動する場合があることも考慮されなければならないという事情も存在する。

このような事情を考慮し、本発明において、各給電対象センサへの給電周期は、制御用センサのうち所定の制御用センサを基準センサとし、この基準センサへの給電周期を基準にして設定することが考えられる。例えば、パイロットリレーの出力空気圧Ｐｏを検出する圧力センサを基準センサとし、この基準センサへの給電周期よりも異常診断用のセンサへの給電周期を長周期とすることが考えられる。また、基準センサの給電周期が変更された場合、基準センサの給電周期を基準として、各給電対象センサへの給電周期が自動的に調整されるようにしたり、各給電対象センサへの給電周期を基準センサへの給電周期の関数として個別に設定するようにし、基準センサの給電周期が変更された場合、その設定された関数によって各給電対象センサへの給電周期が自動的に変更されるようにしたりすることも考えられる。

また、本発明において、調節弁の開度を検出する開度センサも給電対象センサに含ませるようにしてもよい。すなわち、調節弁の開度を検出する開度センサは開度制御に際して最も重要な役割を果たすので通常は常時給電状態とするが、この調節弁の開度を検出する開度センサも給電対象センサに含ませるようにし、この開度センサを含む給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御するようにしてもよい。

本発明によれば、給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御する一方、給電状態とした給電対象センサからその測定値を取り込むようにしたので、複数台の給電対象センサへ同時に給電が行われることがなく、消費電流が抑えられ、供給電流の不足を回避しつつ、高機能を確実に発揮させることが可能となる

本発明に係るポジショナの一実施の形態（実施の形態１）を示すブロック図である。 このポジショナにおける制御部が有する給電制御機能に関連する部分を抜粋して示す図である。 この給電制御機能によるスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦの制御状況を示すタイミングチャートである。 開度センサを給電対象センサに含めるようにした場合の図１に対応する図である。 開度センサを給電対象センサに含めるようにした場合の図３に対応するタイミングチャートである。 本発明に係るポジショナの他の実施の形態（実施の形態２）を示すブロック図である。 このポジショナにおける制御部が有する給電制御機能に関連する部分を抜粋して示す図である。 この給電制御機能によるスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦの制御状況を示すタイミングチャートである。 開度センサを給電対象センサに含めるようにした場合の図７に対応する図である。 開度センサを給電対象センサに含めるようにした場合の図８に対応するタイミングチャートである。 実施の形態１においてパイロットリレーにおけるシリンダやポペット弁の変位をマイナーループとして制御部に帰還させるようにした例を示す図である。 実施の形態２においてパイロットリレーの第１の出力ポートからの出力空気圧と第２の出力ポートからの出力空気圧との差圧をマイナーループとして制御部に帰還させるようにした例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔実施の形態１：単動型ポジショナ〕
図１は本発明に係るポジショナの一実施の形態（実施の形態１）を示すブロック図である。同図において、１００は本発明に係るポジショナ、２００はこのポジショナ１００によってその弁開度が調整される調節弁である。調節弁２００は、弁軸２０を駆動する操作器２１を有しており、弁軸２０にはその上下方向への変位量をフィードバックするフィードバック機構２２が設けられている。

ポジショナ１００は、上位側システムから送られてくる弁開度設定値Ｘｓｐと調節弁２００からフィードバックされてくる実開度値Ｘｐｖとの偏差を求め、この偏差に応じた電気信号を制御出力ＭＶとして生成する制御部１と、この制御部１の生成した制御出力ＭＶを空気圧信号（ノズル背圧）Ｐｎに変換する電空変換器２と、この電空変換器２が変換したノズル背圧Ｐｎを増幅し増幅空気圧信号（出力空気圧）Ｐｏとして調節弁２００へ出力するパイロットリレー３と、開度センサ４と、第１の圧力センサ５と、第２の圧力センサ６と、第３の圧力センサ７と、振動検出センサ８とを備えている。

なお、パイロットリレー３は、その主要構成要素として、シリンダ３ａとポペット弁３ｂとを備えている。また、パイロットリレー３は空気圧の出力ポートを１つしか有しておらず、この１つの出力ポートから出力される空気圧Ｐｏによって調節弁２００を正動作（制御出力ＭＶに対応した方向に駆動）あるいは逆動作（制御出力ＭＶに対して反対の方向に駆動）させる。このような動作形式のパイロットリレーを単動型のパイロットリレーと呼び、この単動型のパイロットリレーを用いたポジショナを単動型ポジショナと呼んでいる。

また、開度センサ４は、フィードバック機構２２からフィードバックされてくる弁軸２０の変位量から調節弁２００の弁開度を検出し、その検出した弁開度を実開度値Ｘｐｖとして制御部１へ送る。第１の圧力センサ５は、パイロットリレー３からの調節弁２００への出力空気圧Ｐｏを検出し、制御部１へ送る。第２の圧力センサ６は、電空変換器２からのパイロットリレー３へのノズル背圧Ｐｎを検出し、制御部１へ送る。第３の圧力センサ７は、電空変換器２およびパイロットリレー３への供給空気圧Ｐｓを検出し、制御部１へ送る。振動検出センサ８は、ポジショナ１００内の振動Ｇ１を検出し、制御部１へ送る。

また、開度センサ４、第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７、振動検出センサ８は電源Ｖの供給を受けて動作し、第１の圧力センサ５への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ１が設けられ、第２の圧力センサ６への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ２が設けられ、第３の圧力センサ７への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ３が設けられ、振動検出センサ８への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ４が設けられている。

なお、この実施の形態において、開度センサ４への電源Ｖの供給路にはスイッチは設けられておらず、開度センサ４は常に給電状態とされ、開度センサ４からの計測値が制御部１に必要なタイミングで取り込まれるものとなっている。また、振動検出センサ８としては、加速度センサが用いられている。

制御部１は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、制御出力ＭＶを生成する制御出力生成機能（開度制御機能）１Ａと、ポジショナ１００内の各種の異常を診断する異常診断機能１Ｂと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦを制御する給電制御機能１Ｃを備えている。なお、制御部１の機能ブロック内には、制御部１の主要構成要素であるＣＰＵ（中央演算処理装置）１−１とＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ）１−２とを示している。

〔制御出力生成機能（開度制御機能）〕
制御部１は、制御出力生成機能１Ａによって、上位側システムからの弁開度設定値Ｘｓｐと開度センサ４からの実開度値Ｘｐｖとの偏差を求め、この偏差に応じた電気信号を制御出力として生成する。そして、マイナーループとして帰還される第１の圧力センサ５からの出力空気圧Ｐｏによって、生成した制御出力を補正して電空変換器２への制御出力ＭＶとする。この場合、開度センサ４および圧力センサ５は開度制御に用いられる。この開度制御に用いられる開度センサ４および圧力センサ５が本発明でいう制御用センサに相当する。

〔異常診断機能〕
制御部１は、異常診断機能１Ｂによって、第２の圧力センサ６からのノズル背圧Ｐｎ、第３の圧力センサ７からの供給空気圧Ｐｓ、振動検出センサ８からの振動Ｇ１に基づいて、ノズルの詰まり、固定絞りの詰まり、異常振動など、ポジショナ１００内の各種の異常を診断する。この場合、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８は開度制御以外に用いられる。この開度制御以外に用いられる第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８が本発明でいう非制御用センサに相当する。

〔給電制御機能〕
制御部１は、給電制御機能１Ｃにより、第１の圧力センサ５への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ１、第２の圧力センサ６への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ２、第３の圧力センサ７への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ３、振動検出センサ８への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

この場合、給電制御機能１Ｃは、第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８を給電対象センサとし、この給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御する。また、給電状態とした給電対象センサからその測定値を取り込み、その取り込んだ測定値を制御出力生成機能１Ａや異常診断機能１Ｂに引き渡す。

図２に図１における給電制御機能１Ｃに関連する部分を抜粋して示す。図３に給電制御機能１ＣによるスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ／ＯＦＦの制御状況のタイミングチャートを示す。給電制御機能１Ｃは制御部１におけるＣＰＵ１−１とＡＤＣ１−２との組み合わせによって実現される。

この例において、ＣＰＵ１−１は、スイッチＳＷ１を短周期でＯＮとし（図３（ａ）参照）、このスイッチＳＷ１のＯＮ周期を基準にし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ状態が重ならないように、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４をスイッチＳＷ１よりも長周期でＯＮとする（図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）参照）。これにより、複数台同時に動作しないように、すなわち必ず１台だけが動作するように、時間帯をずらして、第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電が行われる。

また、ＣＰＵ１−１は、スイッチＳＷ１をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ１を通して給電状態とされた圧力センサ５からの測定値ＰｏをＡＤＣ１−２を介して取り込み、スイッチＳＷ２をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ２を通して給電状態とされた圧力センサ６からの測定値ＰｎをＡＤＣ１−２を介して取り込む。同様にして、スイッチＳＷ３をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ３を通して給電状態とされた圧力センサ７からの測定値ＰｓをＡＤＣ１−２を介して取り込み、スイッチＳＷ４をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ４を通して給電状態とされた振動検出センサ８からの測定値Ｇ１をＡＤＣ１−２を介して取り込む。

このようにして、本実施の形態のポジショナ１００では、各給電対象センサ（第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７、振動検出センサ８）への給電／非給電が制御される一方、給電状態とした給電対象センサからその測定値が取り込まれるようになり、複数台の給電対象センサへ同時に給電が行われることがなく、消費電流が抑えられ、供給電流の不足を回避しつつ、高機能を確実に発揮させることができるようになる。

ポジショナの最も重要な機能は弁開度制御であり、制御性の向上のためには制御用センサへの給電周期が非制御用センサへの給電周期よりも短周期に設定されることが望ましい。この実施の形態では、スイッチＳＷ１のＯＮ周期を基準にし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のＯＮ状態が重ならないように、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４をスイッチＳＷ１よりも長周期でＯＮとするようにしている。すなわち、第１の圧力センサ５への給電周期を基準にし、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期を長周期に設定している。これにより、第１の圧力センサ５への給電周期を短周期として、制御用センサである第１の圧力センサ５の動作が確保される。

なお、給電制御機能１Ｃに給電周期の自動変更機能を設け、第１の圧力センサ５の給電周期が変更された場合、この第１の圧力センサ５の給電周期を基準にして、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期を自動的に変更させるようにしてもよい。

ポジショナに供給される供給電流に余剰が生じた場合、特許文献５に示されているように弁開度の制御周期を短周期にすることで制御性を向上させることができるが、各給電対象センサへの給電周期がそのままだと、同時に複数の給電対象センサへの給電が行われてしまう可能性がある。給電制御機能１Ｃに給電周期の自動変更機能を設け、自動的に給電周期の変更が行われるようにすることにより、同時に複数の給電対象センサへの給電が行われてしまう虞を回避することができる。

また、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期を第１の圧力センサ５への給電周期の関数として個別に設定するようにし、第１の圧力センサ５の給電周期が変更された場合、その設定された関数によって第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期が自動的に変更されるようにしてもよい。このようにすると、ポジショナの稼働中に弁開度の制御周期が変更されたような場合、各給電対象センサの給電周期も個別に設定されている関数に従って連動して変更されるので、複数の給電対象センサへの給電が同時に行われてしまうことを容易に防止することができる。

また、この実施の形態では、開度センサ４への電源Ｖの供給路にはスイッチを設けず、開度センサ４を常時給電状態とするようにしたが、図４に示すように、開度センサ４への電源Ｖの供給路にスイッチＳＷ０を設け、このスイッチＳＷ０のＯＮ／ＯＦＦを給電制御機能１Ｃによって制御するようにしてもよい。

この場合、スイッチＳＷ０を短周期でＯＮとし（図５（ａ）参照）、このスイッチＳＷ０のＯＮ周期を基準にして、スイッチＳＷ０〜ＳＷ４のＯＮ状態が重ならないように、スイッチＳＷ１を短周期（スイッチＳＷ０と同周期）でＯＮとし（図５（ｂ）参照）、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を長周期でＯＮとする（図５（ｃ），（ｄ），（ｅ）参照）。これにより、複数台同時に動作しないように、開度センサ４，第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電が行われる。また、各給電対象センサ（開度センサ４，第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７、振動検出センサ８）に給電が行われる毎に、その給電対象センサからの測定値（Ｘｐｖ，Ｐｏ，Ｐｎ，Ｐｓ，Ｇ１）の取り込みが行われる。

〔実施の形態２：複動型ポジショナ〕
図６は本発明に係るポジショナの他の実施の形態（実施の形態２）を示すブロック図である。この実施の形態２では、実施の形態１の構成において、単動型のパイロットリレー３に代えて複動型のパイロットリレー９を設けている。複動型のパイロットリレー９は、その主要構成要素として、シリンダ９ａとポペット弁９ｂ１，９ｂ２とを備えている。また、空気圧の出力ポートを２つ有しており、第１のポートから空気圧Ｐｏ１を出力し、第２のポートから空気圧Ｐｏ２を出力する。

このポジショナ１０１において、調節弁２００を正動作（制御出力ＭＶに対応した方向に駆動）させる場合には第１のポートの空気圧Ｐｏ１を第２のポートの空気圧Ｐｏ２よりも高くし、調節弁２００を逆動作（制御出力ＭＶに対して反対の方向に駆動）させる場合には第２のポートの空気圧Ｐｏ２を第１のポートの空気圧Ｐｏ１よりも高くする。このような複動型のパイロットリレーを用いたポジショナの複動型ポジショナと呼んでいる。

また、このポジショナ１０１では、実施の形態１の構成において、圧力センサ５に代えて、パイロットリレー９の第１の出力ポートからの空気圧Ｐｏ１を検出する圧力センサ５−１と、パイロットリレー９の第２の出力ポートからの空気圧Ｐｏ２を検出する圧力センサ５−２とを設けている。この実施の形態２では、圧力センサ５−１を第１の圧力センサ、圧力センサ５−２を第２の圧力センサ、圧力センサ６を第３の圧力センサ、圧力センサ７を第４の圧力センサと呼ぶことにする。

また、開度センサ４、第１の圧力センサ５−１、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７、振動検出センサ８は電源Ｖの供給を受けて動作し、第１の圧力センサ５−１への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ１が設けられ、第２の圧力センサ５−２への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ２が設けられ、第３の圧力センサ６への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ３が設けられ、第４の圧力センサ７への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ４が設けられ、振動検出センサ８への電源Ｖの供給路にはスイッチＳＷ５が設けられている。

なお、この実施の形態においても、開度センサ４への電源Ｖの供給路にはスイッチは設けられておらず、開度センサ４は常に給電状態とされ、開度センサ４からの計測値が制御部１に必要なタイミングで取り込まれるものとなっている。

制御部１は、実施の形態１と同様、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、制御出力ＭＶを生成する制御出力生成機能（開度制御機能）１Ａと、ポジショナ１０１内の各種の異常を診断する異常診断機能１Ｂと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを制御する給電制御機能１Ｃを備えている。

〔制御出力生成機能（開度制御機能）〕
制御部１は、制御出力生成機能１Ａによって、上位側システムからの弁開度設定値Ｘｓｐと開度センサ４からの実開度値Ｘｐｖとの偏差を求め、この偏差に応じた電気信号を制御出力として生成する。そして、マイナーループとして帰還される第１の圧力センサ５−１からの出力空気圧Ｐｏ１からの出力空気圧Ｐｏ１によって、生成した制御出力を補正して電空変換器２への制御出力ＭＶとする。この場合、開度センサ４および圧力センサ５−１は開度制御に用いられる。この開度制御に用いられる開度センサ４および圧力センサ５−１が本発明でいう制御用センサに相当する。

〔異常診断機能〕
制御部１は、異常診断機能１Ｂによって、第２の圧力センサ５−２からの出力空気圧Ｐｏ２、第３の圧力センサ６からのノズル背圧Ｐｎ、第４の圧力センサ７からの供給空気圧Ｐｓ、振動検出センサ８からの振動Ｇ１に基づいて、パイロットリレーの出力空気圧の異常、ノズルの詰まり、固定絞りの詰まり、異常振動など、ポジショナ１００内の各種の異常を診断する。

なお、異常診断機能１Ｂは、第２の圧力センサ５−２からの出力空気圧Ｐｏ２と第１の圧力センサ５−１からの出力空気圧Ｐｏ１とを比較することにより、その比率でパイロットリレーの出力空気圧の異常を判断する。この場合、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８は開度制御以外に用いられる。この開度制御以外に用いられる第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８が本発明でいう非制御用センサに相当する。

〔給電制御機能〕
制御部１は、給電制御機能１Ｃにより、第１の圧力センサ５−１への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ１、第２の圧力センサ５−２への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ２、第３の圧力センサ６への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ３、第４の圧力センサ７への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ４、振動検出センサ８への電源Ｖの供給路に設けられたスイッチＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

この場合、給電制御機能１Ｃは、第１の圧力センサ５−１、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８を給電対象センサとし、この給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御する。また、給電状態とした給電対象センサからその測定値を取り込み、その取り込んだ測定値を制御出力生成機能１Ａや異常診断機能１Ｂに引き渡す。

図７に図６における給電制御機能１Ｃに関連する部分を抜粋して示す。図８に給電制御機能１ＣによるスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ／ＯＦＦの制御状況のタイミングチャートを示す。給電制御機能１Ｃは制御部１におけるＣＰＵ１−１とＡＤＣ１−２との組み合わせによって実現される。

この例において、ＣＰＵ１−１は、スイッチＳＷ１を短周期でＯＮとし（図８（ａ）参照）、このスイッチＳＷ１のＯＮ周期を基準にし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ状態が重ならないように、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５をスイッチＳＷ１よりも長周期でＯＮとする（図８（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）参照）。これにより、複数台同時に動作しないように、すなわち必ず１台だけが動作するように、時間帯をずらして、第１の圧力センサ５−１、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電が行われる。

また、ＣＰＵ１−１は、スイッチＳＷ１をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ１を通して給電状態とされた圧力センサ５−１からの測定値Ｐｏ１をＡＤＣ１−２を介して取り込み、スイッチＳＷ２をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ２を通して給電状態とされた圧力センサからの測定値Ｐｏ２をＡＤＣ１−２を介して取り込む。同様にして、スイッチＳＷ３をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ３を通して給電状態とされた圧力センサ６からの測定値ＰｎをＡＤＣ１−２を介して取り込み、スイッチＳＷ４をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ４を通して給電状態とされた圧力センサ７からの測定値ＰｓをＡＤＣ１−２を介して取り込み、スイッチＳＷ５をＯＮとした場合、そのスイッチＳＷ５を通して給電状態とされた振動検出センサ８からの測定値Ｇ１をＡＤＣ１−２を介して取り込む。

このようにして、本実施の形態のポジショナ１０１では、各給電対象センサ（第１の圧力センサ５−１、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７、振動検出センサ８）への給電／非給電が制御される一方、給電状態とした給電対象センサからその測定値が取り込まれるようになり、複数台の給電対象センサへ同時に給電が行われることがなく、消費電流が抑えられ、供給電流の不足を回避しつつ、高機能を確実に発揮させることができるようになる。

ポジショナの最も重要な機能は弁開度制御であり、制御性の向上のためには制御用センサへの給電周期が非制御用センサへの給電周期よりも短周期に設定されることが望ましい。この実施の形態では、スイッチＳＷ１のＯＮ周期を基準にし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５のＯＮ状態が重ならないように、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５をスイッチＳＷ１よりも長周期でＯＮとするようにしている。すなわち、第１の圧力センサ５−１への給電周期を基準にし、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期を長周期に設定している。これにより、第１の圧力センサ５−１への給電周期を短周期として、制御用センサである第１の圧力センサ５−１の動作が確保される。

なお、給電制御機能１Ｃに給電周期の自動変更機能を設け、第１の圧力センサ５−１の給電周期が変更された場合、この第１の圧力センサ５−１の給電周期を基準にして、第２の圧力センサ５−２，第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期を自動的に変更させるようにしてもよい。

ポジショナに供給される供給電流に余剰が生じた場合、特許文献５に示されているように弁開度の制御周期を短周期にすることで制御性を向上させることができるが、各給電対象センサへの給電周期がそのままだと、同時に複数の給電対象センサへの給電が行われてしまう可能性がある。給電制御機能１Ｃに給電周期の自動変更機能を設け、自動的に給電周期の変更が行われるようにすることにより、同時に複数の給電対象センサへの給電が行われてしまう虞を回避することができる。

また、第２の圧力センサ５−１、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期を第１の圧力センサ５−１への給電周期の関数として個別に設定するようにし、第１の圧力センサ５−１の給電周期が変更された場合、その設定された関数によって第２の圧力センサ５−２，第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電周期が自動的に変更されるようにしてもよい。このようにすると、ポジショナの稼働中に弁開度の制御周期が変更されたような場合、各給電対象センサの給電周期も個別に設定されている関数に従って連動して変更されるので、複数の給電対象センサへの給電が同時に行われてしまうことを容易に防止することができる。

また、この実施の形態では、開度センサ４への電源Ｖの供給路にはスイッチを設けず、開度センサ４を常時給電状態とするようにしたが、図９に示すように、開度センサ４への電源Ｖの供給路にスイッチＳＷ０を設け、このスイッチＳＷ０のＯＮ／ＯＦＦを制御するようにしてもよい。

この場合、スイッチＳＷ０を短周期でＯＮとし（図１０（ａ）参照）、このスイッチＳＷ０のＯＮ周期を基準にして、スイッチＳＷ０〜ＳＷ５のＯＮ状態が重ならないように、スイッチＳＷ１を短周期（スイッチＳＷ０と同周期）でＯＮとし（図１０（ｂ）参照）、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５を長周期でＯＮとする（図１０（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）参照）。これにより、複数台同時に動作しないように、開度センサ４，第１の圧力センサ５−１、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７および振動検出センサ８への給電が行われる。また、各給電対象センサ（開度センサ４，第１の圧力センサ５−１、第２の圧力センサ５−２、第３の圧力センサ６、第４の圧力センサ７、振動検出センサ８）に給電が行われる毎に、その給電対象センサからの測定値（Ｘｐｖ，Ｐｏ１，Ｐｏ２，Ｐｎ，Ｐｓ，Ｇ１）の取り込みが行われる。

上述した実施の形態１では、第１の圧力センサ５を設けて、パイロットリレー３からの出力空気圧Ｐｏをマイナーループとして制御部１に帰還させるようにしたが、図１１に示すように、第１の圧力センサ５に代えて位置センサ１０を設け、パイロットリレー３におけるシリンダ３ａやポペット弁３ｂの変位をマイナーループとして制御部１に帰還させるようにしてもよい。この場合、開度センサ４および位置センサ１０が開度制御に用いられるものとなり、この開度センサ４および位置センサ１０が本発明でいう制御用センサに相当する。実施の形態２でも同様のことが言える。

実施の形態１では、開度センサ４、第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７、振動検出センサ８への電源Ｖの供給路にスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を設けたが、例えば開度センサ４、第１の圧力センサ５、第２の圧力センサ６、第３の圧力センサ７、振動検出センサ８のセンサ素子に付加されたＯＮ／ＯＦＦ制御機能を操作することで、そのセンサ素子への給電／非給電を制御することも可能である。実施の形態２でも同様のことが言える。

実施の形態２では、パイロットリレー９からの出力空気圧Ｐｏ１，Ｐｏ２を圧力センサ５−１，５−２で検出するようにしたが、図１２に示すように、圧力センサ５−１，５−２に代えて差圧センサ１１を設け、この差圧センサ１１によって検出される出力空気圧Ｐｏ１とＰｏ２との差圧ΔＰｏをマイナーループとして制御部１に帰還させるようにしてもよい。この場合、開度センサ４および差圧センサ１１が開度制御に用いられるものとなり、この開度センサ４および差圧センサ１１が本発明でいう制御用センサに相当する。

実施の形態１，２では、圧力センサ５，５−１，５−２，６，７や振動検出センサ８を給電対象センサとしたが、ポジショナ内に温度センサや湿度センサなどが設けられていれば、このようなセンサも給電対象センサに含めて、上述と同様にして給電／非給電を制御するようにしてもよい。

本発明のポジショナは、調節弁（バルブ）の開度を制御する機器として、プロセス制御など様々な分野で利用することが可能である。

１…制御部、１Ａ…制御出力生成機能（開度制御機能）、１Ｂ…異常診断機能、１Ｃ…給電制御機能、１−１…ＣＰＵ、１−２…ＡＤＣ、２…電空変換器、３…パイロットリレー（単動型）、３ａ…シリンダ、３ｂ…ポペット弁、４…開度センサ、５，６，７…圧力センサ、８…振動検出センサ、９…パイロットリレー（複動型）、９ａ…シリンダ、９ｂ１，９ｂ２…ポペット弁、１０…位置センサ、１１…差圧センサ、ＳＷ０〜ＳＷ５…スイッチ、２０…弁軸、２１…操作器、２２…フィードバック機構、１００…ポジショナ（単動型ポジショナ）、１０１…ポジショナ（複動型ポジショナ）、２００…調節弁。

Claims (5)

1. 上位側システムより一対の電線を介して電流の供給を受け、この供給電流から自己の動作電源を生成する一方、前記供給電流の値に応じて調節弁の開度を制御するポジショナにおいて、
   前記調節弁の開度制御に用いられる物理量を測定する制御用センサと、
   前記調節弁の開度制御以外に用いられる物理量を測定する非制御用センサと、
   前記調節弁の開度を検出する開度センサを除く前記制御用センサおよび前記非制御用センサを給電対象センサとし、この給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御する一方、給電状態とした給電対象センサからその測定値を取り込む給電制御手段と
   を備えることを特徴とするポジショナ。
2. 請求項１に記載されたポジショナにおいて、
   前記各給電対象センサへの給電周期は、前記制御用センサのうち所定の制御用センサを基準センサとし、この基準センサへの給電周期を基準にして設定されている
   ことを特徴とするポジショナ。
3. 請求項２に記載されたポジショナにおいて、
   前記給電制御手段は、前記基準センサの給電周期が変更された場合、この基準センサの給電周期を基準として、前記各給電対象センサへの給電周期を調整する
   ことを特徴とするポジショナ。
4. 請求項２に記載されたポジショナにおいて、
   前記各給電対象センサへの給電周期は、前記基準センサへの給電周期の関数として個別に設定されている
   ことを特徴とするポジショナ。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載されたポジショナにおいて、
   前記給電制御手段に代えて、
   前記調節弁の開度を検出する開度センサを含む前記制御用センサおよび前記非制御用センサを給電対象センサとし、この給電対象センサが複数台同時に動作しないように、各給電対象センサへの給電／非給電を制御する一方、給電状態とした給電対象センサからその測定値を取り込む給電制御手段を備える
   ことを特徴とするポジショナ。

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