JP2013088918A - ポジショナ - Google Patents

Abstract

【課題】従来型ポジショナの基本回路部をそのまま利用して後付けで通信機能を持たせることを可能とする。
【解決手段】従来型ポジショナの基本回路部１０と通信機能回路部１１とを直列に接続する。通信機能回路部１１において、通信機能回路１２は、非通信時に自己の端子間電圧を一定に制御する定電圧制御回路と、受信時に交流の電流信号に対する自己のインピーダンスを直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化させるインピーダンス可変手段とを有するものとする。通信機能回路１２において、インピーダンス可変手段は、オペアンプとトランジスタとの間に接続したローパスフィルタとしたり、オペアンプの出力端と基準電圧の入力端との間に接続したコンデンサとしたりする。
【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直流の電流信号を受け、この直流の電流信号から自己の動作電源を生成する一方、その直流の電流信号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、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（直流の電流信号）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以下の電流より自己の動作電源を生成する。

ポジショナには上位側システムから調節弁に対する設定開度値が入力される。また、開度センサを介して調節弁の実開度値も得られる。したがって、ポジショナでは、調節弁の設定開度値と実開度値との関係を演算することによって、調節弁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１参照）。

このような理由から、近年、ポジショナには、調節弁の弁開度制御という本来の機能に加えて、弁開度発信機能や調節弁の異常診断や自己の異常診断などの結果を上位側システムへ送信したり、上位側システムからの調節弁に対する制御演算の為の制御パラメータなどの情報を受信したりする通信機能を有するポジショナが提案されている。

例えば、特許文献２に示されたポジショナでは、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ポジショナにおいて、設定値情報を含む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、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、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を設け、可変インピーダンス回路を電空変換モジュールに並列に接続している。

このポジショナにおいて、可変インピーダンス制御回路は、低周波数領域では可変インピーダンス回路のインピーダンスを低くし、高周波数領域では可変インピーダンス回路のインピーダンスを高くする。すなわち、直流の電流信号に対するインピーダンスを低くし、交流の電流信号に対するインピーダンスを直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高くする。このような可変インピーダンス回路を用いることにより、直流の電流信号に重畳して送られてくる上位側システムからの情報（交流の電流信号）を受信することが可能となる。

特開２００４−１５１９４１号公報 特開２０００−３０４１４８号公報

特許文献２に示されたポジショナは初めから通信機能を有するように設計されている。これに対して、通信機能を持たない弁開度制御機能のみを備えたポジショナ（以下、このポジショナを従来型ポジショナと呼ぶ）に、後付け（アドオン）で通信機能を持たせるようにしたいという要求がある。

しかしながら、このような要求に対して特許文献２と同様の思想で、従来型ポジショナが当初から備えている電空変換モジュールなどの回路と、通信機能のために新たに追加される可変インピーダンス回路などを並列に接続するように設計すると、大きな消費電流の追加となり、設計に大きな影響を与えてしまい、従来型ポジショナの基本回路部をそのまま使用することができなくなる。

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、従来型ポジショナの基本回路部をそのまま利用して後付けで通信機能を持たせるようにす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直流の電流信号を受け、この直流の電流信号から自己の動作電源を生成する一方、その直流の電流信号の値に応じて調節弁の開度を制御する基本回路部と、直流の電流信号に重畳して送られてくる交流の電流信号を受信する通信機能回路部とを備えたポジショナにおいて、一対の電線の間に基本回路部と通信機能回路部とが直列に接続され、通信機能回路部は、非通信時に自己の端子間電圧を一定に制御する定電圧制御手段と、受信時に交流の電流信号に対する自己のインピーダンスを直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化させるインピーダンス可変手段とを備えることを特徴とする。

この発明では、ポジショナの基本回路部と通信機能回路部とを直列に接続する。このため、通信機能回路部と基本回路部を直列に電流が流れ、大きな消費電流の追加を伴うことがない。これにより、従来型ポジショナの基本回路部をそのまま利用して、後付けで通信機能を持たせることができるようになる。

本発明において、通信機能回路部は定電圧制御手段とインピーダンス可変手段とを備えるが、その第１の構成例として、定電圧制御手段として、例えば、通信機能回路部の端子間に接続された電流制御素子と、通信機能回路部の端子間に接続された分圧回路と、この分圧回路が生成する分圧電圧と基準電圧とを比較し両者が一致するように電流制御素子に流れる電流を制御するオペアンプとを備えた定電圧回路を用い、インピーダンス可変手段として、オペアンプと電流制御素子との間に接続されたローパスフィルタを用いることが考えられる。

この第１の構成例において、通信機能回路部がオペアンプを通して与えられる上位側システムへの送信情報を直流の電流信号に重畳する送信機能を有するものとした場合、上位側システムへの情報の送信を行う際にはオペアンプと電流制御素子との接続路中からローパスフィルタを切り離すようにすればよい。

本発明において、通信機能回路部は定電圧制御手段とインピーダンス可変手段とを備えるが、その第２の構成例として、定電圧制御手段として、例えば、通信機能回路部の端子間に接続された電流制御素子と、通信機能回路部の端子間に接続された分圧回路と、この分圧回路が生成する分圧電圧と基準電圧とを比較し両者が一致するように電流制御素子に流れる電流を制御するオペアンプとを備えた定電圧回路を用い、インピーダンス可変手段として、オペアンプの出力端と基準電圧の入力端との間に接続されたコンデンサを用いることが考えられる。

この第２の構成例において、通信機能回路部がオペアンプを通して与えられる上位側システムへの送信情報を直流の電流信号に重畳する送信機能を有するものとした場合、上位側システムへの情報の送信を行う際にはオペアンプの出力端と基準電圧の入力端との間のコンデンサを介する接続路を遮断するようにすればよい。

なお、この第２の構成例において、上位側システムへの送信情報をオペアンプを通して与えるのではなく、オペアンプと電流制御素子との間の接続路より与えるようにしてもよい。このようにすると、送信時、オペアンプの出力端と基準電圧の入力端との間のコンデンサを介する接続路を遮断するようにする必要がなくなり、受信インピーダンス、送信信号の独立性により、設計を容易にすることができるようになる。

本発明によれば、基本回路部と通信機能回路部とを直列に接続し、通信機能回路部に、非通信時に自己の端子間電圧を一定に制御する定電圧制御手段と、受信時に交流の電流信号に対する自己のインピーダンスを直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化させるインピーダンス可変手段とを設けるようにしたので、大きな消費電流の追加を伴うことがなく、従来型ポジショナの基本回路部をそのまま利用して、後付けで通信機能を持たせるようにすることが可能となる。

また、本発明によれば、通信機能回路部を、非通信時に自己の端子間電圧を一定に制御する定電圧制御手段と、受信時に交流の電流信号に対する自己のインピーダンスを直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化させるインピーダンス可変手段とを備えた構成としたことにより、基本回路部と通信機能回路部との間に可変インピーダンス回路を設けるような方式と比べ、ポジショナの端子間電圧を低減させることが可能となる、という効果も得られる。

本発明に係るポジショナの一実施の形態の要部の構成を示す図である。 従来型ポジショナの要部の構成を示す図である。 本実施の形態のポジショナにおける通信機能回路の第１例を示す図である。 本実施の形態のポジショナにおける通信機能回路の第２例を示す図である。 本実施の形態のポジショナにおける通信機能回路の第３例を示す図である。 通信機能回路部と基本回路部との間に可変インピーダンス回路を設けるような方式とした場合のポジショナの要部の構成図（参考図）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。なお、以下の説明では、先ず初めに従来型ポジショナについて説明し、これに続いて本実施の形態のポジショナについて説明する。

〔従来型ポジショナ〕
図２に従来型ポジショナの要部の構成を示す。図２において、１００は従来型ポジショナであり、調節弁２００に付設されている。

従来型ポジショナ１００の入力端子Ｔ１，Ｔ２には、上位側システムより一対の電線Ｌ１，Ｌ２を介して４〜２０ｍＡの直流の電流信号が入力される。ツェナーダイオードＺＤ１は、抵抗ＲＡを介して入力端子Ｔ１，Ｔ２間に接続されており、ＣＰＵ１等の内部回路用の電源電圧Ｖ１を生成する。コンデンサＣＢ１は、電源電圧Ｖ１のデカップリング回路で、電源電圧Ｖ１とグランドＧＮＤ間でのエネルギーの移動や帰還を防止する。

電流検出回路２は、入力端子Ｔ１，Ｔ２に入力された直流の電流信号の値を検知するもので、この検知した直流の電流信号の値はＡ／Ｄ変換器３に送られる。ＣＰＵ１は、調節弁２００の開度制御を行うもので、メモリＭ１にＰＩＤ制御等の制御プログラムが格納されている。Ｄ／Ａ変換器４は、ＣＰＵ１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５は、Ｄ／Ａ変換器４から送られてきたアナログ信号を増幅やインピーダンス変換して電流信号Ｉｏとし、電空変換モジュール７に供給する。センサインターフェイス回路６は、位置センサ９からの弁開度信号を処理して、Ａ／Ｄ変換器３に送る。Ａ／Ｄ変換器３は、電流検出回路２から送られてくる直流の電流信号の値と、センサインターフェイス回路６から送られてくる弁開度信号の値をデジタル信号化してＣＰＵ１に送る。

電空変換モジュール７は、入力された電流信号Ｉｏを空気圧信号Ｐｎに変換するもので、ノズルの空気圧を制御する。コントロールリレー８は、空気圧信号Ｐｎを増幅するもので、増幅した空気圧信号Ｐｏｕｔによって調節弁２００を開閉駆動する。

調節弁２００の開度制御は、位置センサ９の弁開度信号をセンサインタフェース回路６とＡ／Ｄ変換器３を介してＣＰＵ１に送り、ＣＰＵ１では制御演算を行い、制御出力をＤ／Ａ変換器４を介して駆動回路５に送ることによって行われる。これにより、駆動回路５→電空変換モジュール７→コントロールリレー８→調節弁２００の経路で、調節弁２００を駆動して弁開度が目標値に制御される。

この従来型ポジショナ１００において、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に接続されたツェナーダイオードＺＤ１，抵抗ＲＡ，コンデンサＣＢ１，ＣＰＵ１，電流検出回路２，Ａ／Ｄ変換器３，Ｄ／Ａ変換器４，駆動回路５，センサインターフェイス回路６を含む全ての回路構成を基本回路部１０とする。

〔本実施の形態のポジショナ〕
図１に本実施の形態のポジショナの要部の構成を示す。同図において、図２と同一符号は図２を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。なお、図２に示した従来型ポジショナ１００と区別するために、本実施の形態のポジショナを符号１０１で示す。

本実施の形態のポジショナ１０１では、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に、従来型ポジショナ１００の基本回路部１０と本実施の形態特有の通信機能回路部１１とを直列に接続している。

このポジショナ１０１において、通信機能回路部１１は、通信機能回路１２と、モデム１３と、コンデンサＣＢ２とを備えている。通信機能回路１２は受信機能と送信機能とを有し、受信機能によって上位側システムから送られてくる情報をデジタル通信により受信し、送信機能によって上位側システムへの情報をデジタル通信により送信する。

通信機能回路１２を用いての通信の内容としては、調節弁２００に対する制御演算の為の制御パラメータ、ゼロ／スパン点の調整量、調節弁２００の実開度、自己診断結果の授受などである。この通信において、情報の受信は通信機能回路１２→モデム１３→ＣＰＵ１の経路でなされ、情報の送信はＣＰＵ１→モデム１３→通信機能回路１２の経路でなされる。

〔通信機能回路の第１例〕
図３に通信機能回路１２の第１例を示す。この第１例の通信機能回路１２（１２Ａ）は、定電圧制御回路１２１と、ローパスフィルタ１２２と、スイッチＳＷ１と、抵抗ＲＢ，ＲＣとを備え、通信機能回路部１１の端子Ｐ１，Ｐ２との接続ラインＬＡ，ＬＢ間に接続される。

定電圧制御回路１２１は、トランジスタＱ１と、ダイオードＤ１と、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ８と、コンデンサＣ３，Ｃ４と、ツェナーダイオードＺＤ２とから構成されており、トランジスタＱ１のコレクタは端子Ｐ１との接続ラインＬＡに接続され、トランジスタＱ１のエミッタはダイオードＤ１および抵抗ＲＢを介して端子Ｐ２との接続ラインＬＢに接続されている。このトランジスタＱ１が本発明でいう電流制御素子に相当する。

また、定電圧制御回路１２１において、ラインＬＡ，ＬＢ間には分圧回路として抵抗Ｒ１とＲ２との直列回路が接続されており、この抵抗Ｒ１とＲ２との接続点に生ずる電圧が分圧回路が生成する分圧電圧ＶｐｖとしてオペアンプＯＰ１の非反転入力端へ与えられるようになっている。

また、ラインＬＡ，ＬＢ間には抵抗Ｒ５を介してコンデンサＣ３とツェナーダイオードＺＤ２との並列回路が接続されており、このコンデンサＣ３とツェナーダイオードＺＤ２との並列回路と抵抗Ｒ５との接続点に生ずる電圧が抵抗Ｒ３を介して基準電圧ＶｓとしてオペアンプＯＰ１の反転入力端に与えられるようになっている。

オペアンプＯＰ１の出力端はローパスフィルタ１２２および抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに接続されており、ローパスフィルタ１２２と抵抗Ｒ７との接続ラインにはスイッチＳＷ１が設けられている。このローパスフィルタ１２２が本発明でいうインピーダンス可変手段に相当する。

スイッチＳＷ１は１回路２接点のスイッチとされ、その第１の接点ａがローパスフィルタ１２２の出力側に接続され、その第２の接点ｂがローパスフィルタ１２２の入力側に接続されている。このスイッチＳＷ１は、ＣＰＵ１からの指令によってその動作が制御され、通常（非通信時および受信時）は第１の接点ａへの接続モードとされ、送信時にのみ第２の接点ｂへの接続モードとされる。

〔非通信時〕
非通信時、通信機能回路１２ＡのオペアンプＯＰ１は、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとを比較し、両者を一致させるような比較出力を出力する。この比較出力は、ローパスフィルタ１２２を通り、第１の接点ａへの接続モードとされているスイッチＳＷ１を通り、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。これにより、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとが一致するように、すなわち通信機能回路部１１の端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧が一定（例えば、５Ｖ）となるように、トランジスタＱ１に流れる電流が制御される。

〔受信時〕
受信時、通信機能回路１２ＡのオペアンプＯＰ１は、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとを比較し両者を一致させるような比較出力を出力する。この比較出力は、ローパスフィルタ１２２を通り、第１の接点ａへの接続モードとされているスイッチＳＷ１を通り、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。

ここで、受信時には、上位側システムからの直流の電流信号に交流の電流信号が重畳されている。この場合、オペアンプＯＰ１と抵抗Ｒ７との間にローパスフィルタ１２２が挿入されているので、このローパスフィルタ１２２を交流成分が通過しにくくなり、信号周波数帯域（９５０Ｈｚ〜２５００Ｈｚ）でのシャントレギュレータのループゲインが小さくなり、フィードバックが掛かりにくくなる。

これにより、受信時には、トランジスタＱ１に流れる電流の制御動作が鈍り、交流の電流信号に対するインピーダンスが直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化するものとなり、抵抗ＲＢとダイオードＤ１との接続点に生じる電圧の変化（例えば、変化幅５００ｍＶ）として受信信号が取り出され、モデム１３へ送られるようになる。

〔送信時〕
送信時、ＣＰＵ１は、スイッチＳＷ１を第２の接点ｂへの接続モードとし、モデム１３へ上位側システムへの送信情報を送る。これにより、オペアンプＯＰ１とトランジスタＱ１との接続路中からローパスフィルタ１２２が切り離されるものとなり、この状態でモデム１３からの送信情報が抵抗ＲＣを介してオペアンプＯＰ１の反転入力端へ与えられるものとなる。

このオペアンプＯＰ１の反転入力端へ与えられた送信情報は、ローパスフィルタ１２２を迂回させるバイパス路ＬＣを通り、第２の接点ｂへの接続モードとされているスイッチＳＷ１を通り、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。これにより、トランジスタＱ１を流れる電流に送信情報が重畳され、上位側システムへ送られるようになる。

〔通信機能回路の第２例〕
図４に通信機能回路１２の第２例を示す。この第２例の通信機能回路１２（１２Ｂ）も、第１例の通信機能回路１２Ａと同様に、通信機能回路部１１の端子Ｐ１，Ｐ２との接続ラインＬＡ，ＬＢ間に接続される。

この第２例の通信機能回路１２Ｂの第１例の通信機能回路１２Ａと異なる点は、ローパスフィルタ１２２に代えてコンデンサＣ５を設け、このコンデンサＣ５をオペアンプＯＰ１の出力端と反転入力端との間に接続しているところにある。また、スイッチＳＷ１に代えて１回路１接点のスイッチＳＷ２を設け、このスイッチＳＷ２をオペアンプＯＰ１の出力端と反転入力端との間のコンデンサＣ５を介する接続路ＬＤ中に設けたところにある。

この通信機能回路１２Ｂにおいて、スイッチＳＷ２は、ＣＰＵ１からの指令によってその動作が制御され、通常（非通信時および受信時）はオンとされ、送信時にのみオフとされる。また、この通信機能回路１２Ｂにおいて、オペアンプＯＰ１の出力端と反転入力端との間に接続されたコンデンサＣ５が本発明でいうインピーダンス可変手段に相当する。この他は第１例の通信機能回路１２Ａと同じであるのでその説明は省略する。

〔非通信時〕
非通信時、通信機能回路１２ＢのオペアンプＯＰ１は、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとを比較し、両者を一致させるような比較出力を出力する。この比較出力は抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。これにより、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとが一致するように、すなわち通信機能回路部１１の端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧が一定（例えば、５Ｖ）となるように、トランジスタＱ１に流れる電流が制御される。

〔受信時〕
受信時、通信機能回路１２ＢのオペアンプＯＰ１は、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとを比較し両者を一致させるような比較出力を出力する。この比較出力は抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。

ここで、受信時には、上位側システムからの直流の電流信号に交流の電流信号が重畳されている。この場合、オペアンプＯＰ１出力端と反転入力端との間の接続路ＬＤにコンデンサＣ５が挿入されているので、このコンデンサＣ５を交流成分が通過し、信号周波数帯域（９５０Ｈｚ〜２５００Ｈｚ）でのシャントレギュレータのループゲインが小さくなり、フィードバックが掛かりにくくなる。

これにより、受信時には、トランジスタＱ１に流れる電流の制御動作が鈍り、交流の電流信号に対するインピーダンスが直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化するものとなり、抵抗ＲＢとダイオードＤ１との接続点に生じる電圧の変化（例えば、変化幅５００ｍＶ）として受信信号が取り出され、モデム１３へ送られるようになる。

〔送信時〕
送信時、ＣＰＵ１は、スイッチＳＷ２をオフとし、モデム１３へ上位側システムへの送信情報を送る。これにより、オペアンプＯＰ１の出力端と反転入力端との間のコンデンサＣ５を介する接続路ＬＤが遮断され、この状態でモデム１３からの送信情報が抵抗ＲＣを介してオペアンプＯＰ１の反転入力端へ与えられるものとなる。

このオペアンプＯＰ１の反転入力端へ与えられた送信情報は、コンデンサＣ５によってオペアンプＯＰ１の反転入力端に戻されることなく、抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。これにより、トランジスタＱ１を流れる電流に送信情報が重畳され、上位側システムへ送られるようになる。

この通信機能回路１２Ｂでは、通信機能回路１２Ａにおけるローパスフィルタ１２２が１個のコンデンサＣ５に置き換えられ、またスイッチＳＷ２も単純なスイッチでよい。これにより、回路構成を簡単として、コストを低減させることが可能となる。

〔通信機能回路の第３例〕
図５に通信機能回路１２の第３例を示す。この第３例の通信機能回路１２（１２Ｃ）も、第１例の通信機能回路１２Ａや第２例の通信機能回路１２Ｂと同様に、通信機能回路部１１の端子Ｐ１，Ｐ２との接続ラインＬＡ，ＬＢ間に接続される。

この第３例の通信機能回路１２Ｃの第２例の通信機能回路１２Ｂと異なる点は、スイッチＳＷ２を無くしてオペアンプＯＰ１の出力端と反転入力端との間にコンデンサＣ５を固定的に接続するとともに、送信回路１２３を設け、オペアンプＯＰ１とトランジスタＱ１との間の接続路より上位側システムへの送信情報を与えるようにしたところにある。他は第２例の通信機能回路１２Ｂと同じであるのでその説明は省略する。

なお、この通信機能回路１２Ｃにおいて、送信回路１２３は、オペアンプＯＰ２と、抵抗Ｒ９〜Ｒ１４と、コンデンサＣ６〜Ｃ８とから構成されており、コンデンサＣ６，抵抗Ｒ１１の経路でオペアンプＯＰ２の非反転入力端に上位側システムへの送信情報が与えられ、オペアンプＯＰ２の出力端よりコンデンサＣ７，抵抗Ｒ１４の経路でトランジスタＱ１のベースに送られる。

〔非通信時〕
非通信時、通信機能回路１２ＣのオペアンプＯＰ１は、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとを比較し、両者を一致させるような比較出力を出力する。この比較出力は抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。これにより、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとが一致するように、すなわち通信機能回路部１１の端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧が一定（例えば、５Ｖ）となるように、トランジスタＱ１に流れる電流が制御される。

〔受信時〕
受信時、通信機能回路１２ＣのオペアンプＯＰ１は、分圧電圧Ｖｐｖと基準電圧Ｖｓとを比較し両者を一致させるような比較出力を出力する。この比較出力は抵抗Ｒ７を介してトランジスタＱ１のベースに与えられる。

ここで、受信時には、上位側システムからの直流の電流信号に交流の電流信号が重畳されている。この場合、オペアンプＯＰ１の反転入力端と出力端との間の接続路ＬＤにコンデンサＣ５が挿入されているので、このコンデンサＣ５を交流成分が通過し、信号周波数帯域（９５０Ｈｚ〜２５００Ｈｚ）でのシャントレギュレータのループゲインが小さくなり、フィードバックが掛かりにくくなる。

これにより、受信時には、トランジスタＱ１に流れる電流の制御動作が鈍り、交流の電流信号に対するインピーダンスが直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化するものとなり、抵抗ＲＢとダイオードＤ１との接続点に生じる電圧の変化（例えば、変化幅５００ｍＶ）として受信信号が取り出され、モデム１３へ送られるようになる。

〔送信時〕
送信時、ＣＰＵ１は、モデム１３へ上位側システムへの送信情報を送る。この送信情報は送信回路１２３へ送られる。送信回路１２３において、上位側システムへの送信情報は、コンデンサＣ６，抵抗Ｒ１１の経路でオペアンプＯＰ２の非反転入力端に与えられ、オペアンプＯＰ２の出力端よりコンデンサＣ７，抵抗Ｒ１４の経路でトランジスタＱ１のベースに送られる。これにより、トランジスタＱ１を流れる電流に送信情報が重畳され、上位側システムへ送られるようになる。

この通信機能回路１２Ｃでは、送信時、オペアンプＯＰ１の反転入力端と出力端との間のコンデンサ５を介する接続路ＬＤを遮断する必要がなく、受信インピーダンス、送信信号の独立性により、設計を容易にすることが可能となる。

以上の説明から分かるように、本実施の形態のポジショナ１０１によれば、従来型ポジショナ１００の基本回路部１０と通信機能回路部１１を直列に接続するようにしているので、通信機能回路部１１と基本回路部１０を直列に電流が流れ、大きな消費電流の追加を伴うことがなく、従来型ポジショナ１００の基本回路部１０をそのまま利用して、後付けで通信機能を持たせることができるようになる。このことは、通信機能付きポジショナと通信機能なしポジショナの２種類を用意するような場合、基本回路部は両機種を共通して使用することができることを意味する。

また、本実施の形態のポジショナ１０１によれば、通信機能回路１２を、非通信時に自己の端子間電圧を一定に制御する定電圧制御回路１２１と、受信時に交流の電流信号に対する自己のインピーダンスを直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化させるインピーダンス可変手段（第１例の通信機能回路１２Ａではローパスフィルタ１２２，第２例の通信機能回路１２ＢではコンデンサＣ５）を設けているので、通信機能回路部と基本回路部との間に可変インピーダンス回路を設けるような方式と比べ、ポジショナの端子間電圧を低減させることもできるようになる。

図６は通信機能回路部と基本回路部との間に可変インピーダンス回路を設けるような方式とした場合のポジショナの要部の構成図（参考図）である。このポジショナ１０２でも、従来型ポジショナ１００の基本回路部１０に対して、通信機能回路部１５を直列に接続するようにしている。しかし、通信機能回路部１５における通信機能回路１４は単純な受信回路や送信回路などで構成し、基本回路部１０と通信機能回路部１５との間に可変インピーダンス回路１６を直列に接続している。

このポジショナ１０２では、基本回路部１０と通信機能回路部１５との間に可変インピーダンス回路１６が直列に接続されているので、ポジショナ１０２の端子間電圧が可変インピーダンス回路１６での電圧降下分だけ増大し、ポジショナ１０２の端子間電圧が大きくなり過ぎてしまうという問題がある。

これに対して、本実施の形態のポジショナ１０１では、通信機能回路部１１に動作電源機能と可変インピーダンス機能を兼ね備えた通信機能回路１２を設けることにより、基本回路部１０と通信機能回路部１１との間に可変インピーダンス回路を設ける必要性をなくしている。このため、本実施の形態のポジショナ１０１では、基本回路部１０と通信機能回路部１１との間に可変インピーダンス回路が存在せず、この可変インピーダンス回路の分だけポジショナ１０１の端子間電圧を低減させることができている。

なお、上述した実施の形態では、ポジショナ１０１に通信機能として送受信機能を持たせるものとしたが、必ずしも送信機能を有していなくてもよく、受信機能のみを有するものとしてもよい。

また、上述した実施の形態では、通信機能回路１２におけるインピーダンス可変手段としてローパスフィルタ１２２やコンデンサＣ５を用いるものとしたが、受信時に交流の電流信号に対する自己のインピーダンスを直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化させることを可能とする機能を実現することができるものであればよく、ローパスフィルタ１２２やコンデンサＣ５などに限られるものではない。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、上述した通信機能回路１２の各例については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することも可能である。

本発明のポジショナは、調節弁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…ＣＰＵ、２…電流検出回路、３…Ａ／Ｄ変換器、４…Ｄ／Ａ変換器、５…駆動回路、６…センサインターフェイス回路、７…電空変換モジュール、８…コントロールリレー、９…位置センサ、１０…基本回路部、１１…通信機能回路部、１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ）…通信機能回路、１３…モデム、１２１…定電圧制御回路、１２２…ローパスフィルタ、ＳＷ１…スイッチ、Ｑ１…トランジスタ、ＯＰ１…オペアンプ、Ｃ５…コンデンサ、ＳＷ２…スイッチ、１２３…送信回路、１０１…ポジショナ、２００…調節弁。

Claims (6)

1. 上位側システムより一対の電線を介して直流の電流信号を受け、この直流の電流信号から自己の動作電源を生成する一方、その直流の電流信号の値に応じて調節弁の開度を制御する基本回路部と、前記直流の電流信号に重畳して送られてくる交流の電流信号を受信する通信機能回路部とを備えたポジショナにおいて、
   前記一対の電線の間に前記基本回路部と前記通信機能回路部とが直列に接続され、
   前記通信機能回路部は、
   非通信時に自己の端子間電圧を一定に制御する定電圧制御手段と、
   受信時に前記交流の電流信号に対する自己のインピーダンスを前記直流の電流信号に対するインピーダンスよりも高いレベルに変化させるインピーダンス可変手段と
   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、
   前記定電圧制御手段は、
   前記通信機能回路部の端子間に接続された電流制御素子と、前記通信機能回路部の端子間に接続された分圧回路と、この分圧回路が生成する分圧電圧と基準電圧とを比較し両者が一致するように前記電流制御素子に流れる電流を制御するオペアンプとを備えた定電圧回路であり、
   前記インピーダンス可変手段は、
   前記オペアンプと前記電流制御素子との間に接続されたローパスフィルタである
   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、
   前記通信機能回路部は、
   前記オペアンプを通して与えられる前記上位側システムへの送信情報を前記直流の電流信号に重畳する送信機能を有し、
   前記上位側システムへの情報の送信を行う際には前記オペアンプと前記電流制御素子との接続路中から前記ローパスフィルタが切り離される
   ことを特徴とするポジショナ。
4. 請求項１に記載されたポジショナにおいて、
   前記定電圧制御手段は、
   前記通信機能回路部の端子間に接続された電流制御素子と、前記通信機能回路部の端子間に接続された分圧回路と、この分圧回路が生成する分圧電圧と基準電圧とを比較し両者が一致するように前記電流制御素子に流れる電流を制御するオペアンプとを備えた定電圧回路であり、
   前記インピーダンス可変手段は、
   前記オペアンプの出力端と基準電圧の入力端との間に接続されたコンデンサである
   ことを特徴とするポジショナ。
5. 請求項４に記載されたポジショナにおいて、
   前記通信機能回路部は、
   前記オペアンプを通して与えられる前記上位側システムへの送信情報を前記直流の電流信号に重畳する送信機能を有し、
   前記上位側システムへの情報の送信を行う際には前記オペアンプの出力端と基準電圧の入力端との間の前記コンデンサを介する接続路が遮断される
   ことを特徴とするポジショナ。
6. 請求項４に記載されたポジショナにおいて、
   前記通信機能回路部は、
   前記オペアンプと前記電流制御素子との間の接続路より前記直流の電流信号に重畳させる前記上位側システムへの送信情報を与える送信回路
   を備えることを特徴とするポジショナ。

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