JP2017129947A - ポジショナ - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の偶発故障などに起因するショートモードに対し、調節弁を確実にフェールセーフ状態とすることができるようにする。【解決手段】電流監視回路６を設けて内部回路４に流れる電流Ｉｃの値を監視する。内部回路４に流れる電流Ｉｃの値が正常範囲を逸脱した場合（例えば、Ｉｃ≧５ｍＡ）、ＣＰＵ１は、それまでの調整信号に代えて緊急遮断信号を電流調整部７へ送り、電空変換部８への電流Ｉｄを強制的に零とし、調節弁を全閉（あるいは全開）とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、上位装置から送られてくる制御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。

従来より、この種のポジショナは、上位側システム（上位装置）から一対の電線を介して送られてくる４〜２０ｍＡの直流の電流信号（制御信号）で動作するように設計されている。例えば、上位側システムから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以下の電流によって動作する（例えば、特許文献１参照）。

また、ポジショナの内部回路は、４ｍＡ以下の電流によって動作する必要があることから、低消費電流（低消費電力）の電子部品を選定、使用して設計され、その消費電流は設計範囲内にて動作することを期待したものとなっている。

特開２００４−１５１９４１号公報 特開２０１３−８８９１７号公報

しかしながら、このポジショナにおいては、偶発的な故障を含めて、使用している電子部品が内部でショートモードになる場合がある。これは、電子部品の初期不良であったり、使用される環境（温度、湿度、ガス）の影響で電子部品回路内部がマイグレーションを起こし、回路内部でショートすることに起因する。

このようなショートモードになると、内部回路が期待する消費電流を超えた状態となり、ポジショナの動作が損なわれる虞がある。すなわち、機器動作が完全に停止する程度までとなれば、調節弁が全閉となりフェールセーフ状態となるが、中途半端な消費電流増加の場合は、調節弁の開度をコントロールすることができなくなる。また、調節弁が全閉とはならず、開いた状態となってしまう。

なお、特許文献２では、上位装置から送られてくる制御信号の値を監視し、この制御信号の値が正常範囲（５〜１９ｍＡ）から逸脱した場合、電空変換部への電流信号を零として、強制的に調節弁を全閉とするようにしている。しかしながら、上記のような異常がポジショナの内部回路に生じた場合にはこの機能は働かない。

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、電子部品の偶発故障などに起因するショートモードに対し、調節弁を確実にフェールセーフ状態とすることができる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、上位装置からの供給電流が示す値と調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号が示す値との偏差を求め、この偏差に応じた信号を調整信号として出力する制御部と、この制御部から出力される調整信号によってその値が調整される電流信号を空気圧信号に変換する電空変換部とを備え、電空変換部からの空気圧信号に基づいて調節弁の操作器へ出力空気圧を供給するポジショナにおいて、上位装置からの供給電流から自己の動作電源として定電圧を生成する定電圧回路と、定電圧回路に並列に接続された内部回路と、内部回路に流れる電流の値を監視する電流監視回路とを備え、内部回路は、電空変換部以外の所定の回路を含み、制御部は、電流監視回路が監視している電流の値が予め定められている正常範囲を逸脱した場合、調整信号に代えて電空変換部への電流信号を強制的に零とする信号を出力することを特徴とする。

本発明において、内部回路に流れる電流の値は電流監視回路によって監視される。この電流監視回路が監視している電流の値が正常範囲を逸脱した場合、制御部は、調整信号（上位装置からの供給電流が示す値と調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号が示す値との偏差に応じた信号）に代えて、電空変換部への電流信号を強制的に零とする信号（緊急遮断信号）を出力する。これにより、内部回路に流れる電流の値が正常範囲を逸脱した場合、電空変換部への電流信号が強制的に零とされ、調節弁が確実に全閉（あるいは全開）とされる。

本発明によれば、内部回路に流れる電流の値を監視し、この電流の値が正常範囲を逸脱した場合、電空変換部への電流信号を強制的に零とするようにしたので、電子部品の偶発故障などに起因するショートモードに対し、電空変換部への電流信号を強制的に零として、調節弁を確実にフェールセーフ状態（全閉あるいは全開）とすることができるようになる。

図１は、本発明の実施の形態に係るポジショナの要部の構成図である。 図２は、このポジショナにおける電流監視回路の構成例を示す図である。

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。図１は本発明の実施の形態に係るポジショナ１００の要部の構成図である。

このポジショナ１００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１およびメモリ２を制御部３として含む内部回路４と、ツェナーダイオードＤ１を含む定電圧回路５と、内部回路４に流れる電流Ｉｃの値を監視する電流監視回路６と、電空変換部８への電流Ｉｄの値を調整する電流調整部７と、電流調整部７によってその値が調整された電流（電流信号）Ｉｄを空気圧信号に変換する電空変換部８と、抵抗Ｒ１とを備えている。

このポジショナ１００は、上位側システム２００より一対の電線Ｌ１，Ｌ２を介して電流Ｉの供給を受ける。定電圧回路５と抵抗Ｒ１とは上位側システム２００からの電流Ｉが入出力される端子Ｔ１，Ｔ２間に直列に接続され、定電圧回路５と抵抗Ｒ１との接続点は接地されている。定電圧回路５は上位側システム２００からの供給電流Ｉより定電圧Ｖ１を生成する。内部回路４および電空変換部８は定電圧回路５に並列に接続されている。

なお、電空変換部８はノズル・フラッパ機構（図示せず）を駆動するコイル８−１を有している。また、上位側システム２００からの供給電流Ｉのうち、定電圧回路５側のラインＬｖに定電圧を生成するための電流として電流Ｉｖが流れ、内部回路４側のラインＬｃに回路の消費電流（動作電流）として電流Ｉｃが流れ、電空変換部８側のラインＬｄにコイル８−１への電流として電流Ｉｄが流れる。

このポジショナ１００において、電流監視回路６は、ラインＬｃ中に設けられ、このラインＬｃを流れる電流Ｉｃの値を監視し、その監視している電流Ｉｃの値をＣＰＵ１へ知らせる機能を有している。また、電流調整部７は、ラインＬｄ中に設けられ、ＣＰＵ１からの指示を受けて、ラインＬｄを流れる電流Ｉｄの値を調整する機能を有している。

図２に電流監視回路６の構成例を示す。この電流監視回路６は、内部回路４に直列に接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２の一端（ラインＬＡとの接続点）および他端（内部回路４との接続点）に生ずる電圧を正極性側端子および負極性側端子への入力電圧とするオペアンプ６１と、オペアンプ６１の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器６２とから構成されている。

この電流監視回路６において、オペアンプ６１は、抵抗Ｒ２の一端および他端との間に生じる電圧（アナログ値）を検出し、Ａ／Ｄ変換器６２に送る。Ａ／Ｄ変換器６２は、オペアンプ６１が検出した電圧（アナログ値）をデジタル値に変換し、内部回路４に流れる電流Ｉｃの値として制御部３のＣＰＵ１へ送る。なお、Ａ／Ｄ変換器６２は、内部回路４内の既存のものを使用してもよい。

このポジショナ１００において、ＣＰＵ１は、メモリ２に格納されているプログラムに従って動作し、電流調整部７に対してラインＬｄを流れる電流Ｉｄの値を指示する機能、すなわち電空変換部８への電流Ｉｄの値を指示する機能を有している。

本実施の形態において、ＣＰＵ１は、電流Ｉｄの値を指示する機能として、通常の調整信号を電流調整部７へ出力する機能（通常モード時の処理機能）と、通常の調整信号に代えて強制的に電流Ｉｄを零とする信号（緊急遮断信号）を電流調整部７へ出力する機能（緊急遮断モード時の処理機能）とを有している。

〔通常モード時の処理機能〕
ＣＰＵ１は、電流監視回路６が監視している電流Ｉｃの値に基づき、この電流Ｉｃの値が予め定められている正常範囲（例えば、Ｉｃ＜５ｍＡ）に入っている場合、通常モード時の処理を実行する。

ＣＰＵ１は、この通常モード時の処理において、抵抗Ｒ１の電流Ｉの流出側に生ずる電圧Ｖｓを目標開度θｓｐとして入力とし、すなわち上位側システム２００からの供給電流Ｉの値に応じた電圧Ｖｓを目標開度θｓｐとして入力とし、また調節弁よりフィードバックされてくる電圧Ｖｒを調節弁の実開度θｐｖとして入力し、目標開度θｓｐと実開度θｐｖとが一致するような電流Ｉｄの値を求める。そして、この求めた電流Ｉｄの値を指示値とする調整信号を電流調整部７へ送る。

電流調整部７は、ＣＰＵ１からの調整信号を受け、この調整信号によって指示された値となるように電空変換部８への電流Ｉｄの値を調整する。これにより、調節弁の実開度θｐｖが目標開度θｓｐに合わせ込まれる。

〔緊急遮断モード時の処理機能〕
ＣＰＵ１は、電流監視回路６が監視している電流Ｉｃの値に基づき、この電流Ｉｃの値が予め正常範囲から逸脱した場合（例えば、Ｉｃ≧５ｍＡ）、電子部品の偶発故障などに起因するショートが内部回路４に生じたと判断し、緊急遮断モード時の処理を実行する。

ＣＰＵ１は、この緊急遮断モード時の処理において、それまでの通常モード時の調整信号に代えて、電空変換部８への電流Ｉｄを強制的に零とする信号（緊急遮断信号）を電流調整部７へ出力する。

電流調整部７は、ＣＰＵ１からの緊急遮断信号を受け、電空変換部８への電流Ｉｄを零とする。これにより、電空変換部８のコイル８−１を流れる電流Ｉｄが零とされ、調節弁が全閉とされる。なお、この実施の形態では、フェールセーフ状態として調節弁を全閉とするが、調節弁を全開とする場合もある。

このようにして、本実施の形態では、電子部品の偶発故障などに起因するショートモードに対して、調節弁を確実にフェールセーフ状態（全閉あるいは全開）とすることができるようになる。

なお、上述した実施の形態では、内部回路４に含まれている回路としてＣＰＵ１とメモリ２とから構成される制御部３を示したが、電空変換部８以外の回路であれば他の回路が含まれていてもよい。また、内部回路４には、必ずしも制御部３が含まれていなくてもよい。

〔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、本発明は上記の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、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、調節弁が設置される産業用プロセス制御システムなどで利用することができる。

１…ＣＰＵ、２…メモリ、３…制御部、４…内部回路、５…定電圧回路、６…電流監視回路、７…電流調整部、８…電空変換部、１００…ポジショナ、２００…上位側システム。

Claims (2)

1. 上位装置からの供給電流が示す値と調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号が示す値との偏差を求め、この偏差に応じた信号を調整信号として出力する制御部と、この制御部から出力される調整信号によってその値が調整される電流信号を空気圧信号に変換する電空変換部とを備え、前記電空変換部からの空気圧信号に基づいて前記調節弁の操作器へ出力空気圧を供給するポジショナにおいて、
   前記上位装置からの供給電流から自己の動作電源として定電圧を生成する定電圧回路と、
   前記定電圧回路に並列に接続された内部回路と、
   前記内部回路に流れる電流の値を監視する電流監視回路とを備え、
   前記内部回路は、
   前記電空変換部以外の所定の回路を含み、
   前記制御部は、
   前記電流監視回路が監視している電流の値が予め定められている正常範囲を逸脱した場合、前記調整信号に代えて前記電空変換部への電流信号を強制的に零とする信号を出力する
   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、
   前記内部回路は、前記制御部を含む
   ことを特徴とするポジショナ。

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