JP2020534487A - アダプタ装置及び制御電流を閉ループ制御する方法 - Google Patents

Abstract

制御電流を閉ループ制御するアダプタ装置及びそのアダプタ装置を駆動する方法。弁（６）の磁力操作装置（３２）の制御電流（ｉｓ）を閉ループ制御するためのアダプタ装置が設けられており、ハウジング（８）を有し、その中に弁（６）の磁力操作装置（３２）の制御電流（ｉｓ）を閉ループ制御するためのハードウェア（Ｈ）とソフトウェア（Ｓ）が内蔵されており、かつハウジングは、弁（６）と再び取り外しできるように接続するための接続装置（１４）と、コネクタ部分（４）と再び取り外しできるように接続するための他の接続装置（１８）を有しており、そのコネクタ部分を介してアダプタ装置に少なくとも外部から通電可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、アダプタ装置及び、特に同軸弁の形式の、弁の磁力操作装置の制御電流を閉ループ制御する方法に関する。

特許文献１（独国特許出願公開第１０２０１１０１０９３８号明細書）からは、磁気的に直接制御される、同軸構造の、弁が知られており、その弁はエレクトロニクスを介して制御され、そのエレクトロニクスが弁操作の各時点において印加される電圧及び弁内に配置された磁気コイルを通って流れる電流の流れを検出して評価し、その磁気コイルが磁気接極子のための磁力操作装置として用いられ、その磁気コイルによって、上述した弁が弁ハウジング内で軸方向において逆方向に移動可能な弁ピストンにより開閉する。

その場合にコイル駆動のために使用される、既知の磁気コイルに印加される電流値及び電圧値は、エレクトロニクスによってアナログ又はデジタルで変化させることができる。このようにして、印加された電圧もしくは磁気コイルを通って流れる電流をアナログなやり方で変化させ、あるいはデジタル形式で、たとえばパルス幅変調を用いて、閉ループ制御することが、可能である。磁気コイルの形式の磁力操作装置は、既知の解決においては、それに通電するためにコネクタ部分に接続されており、そのコネクタ部分は、磁気コイルと固定的にワイヤ接続された弁ハウジング上に外部から直接取り付けられており、したがってエレクトロニクスのコイル制御に交換不可能なやり方で接続されており、そのエレクトロニクスの入力側には電流供給の他にしかるべき信号入力も設けられている。

このようにして、圧力補償された既知の同軸弁はきわめて小さい電気的出力で駆動され、弁位置から見て無段階に閉ループ制御される。ただ、コネクタと前段に接続されているエレクトロニクスは、形態及び技術的設計から、常に所定の弁タイプに適合されており、したがって種々の種類の弁及び弁タイプにモジュール状に使用することはできない。また種々のメーカーが、様々な貫流挙動を有する、個々の様々な弁タイプを、同軸弁の形式においても、駆動するために種々の種類の規格のコネクタ部分を使用するので、各コネクタタイプ及び弁タイプを考慮するために、それぞれ自立したエレクトロニクスをデザインして、コネクタ部分の前段に接続しなければならない。

独国特許出願公開第１０２０１１０１０９３８号明細書

したがって、この従来技術から出発して、本発明の課題は、既知の解決を改良することである。

この課題は、特許請求項１の特徴の全体を有するアダプタ装置によって解決される。本発明に係るアダプタ装置は、特に同軸弁の形式の、弁の磁力操作装置の制御電流を閉ループ制御するために用いられ、ハウジングを有し、そのハウジング内に弁の磁力操作装置の制御電流を閉ループ制御するためのハードウェアとソフトウェアが統合されており、かつそのハウジングは弁と再び取り外しできるように接続するための接続装置と、コネクタ部分４と再び取り外しできるように接続するための他の接続装置を有しており、そのコネクタ部分を介してアダプタ装置に少なくとも外部から通電可能である；しかし、測定値器具と評価装置の接続も、容易に可能である。

本発明に係る解決によって、統合されたハードウェアとソフトウェアを有するアダプタ装置を介して、ある種の中間コネクタが実現されており、それは場所をとらずにそれぞれの弁もしくは同軸弁のそれぞれの磁気コイルと、メーカー側でもうけられた本来の標準コネクタ部分との間に、モジュラー状に交換可能なやり方で取り付けられる。

このようにして組み立て技術的に、流体システム内に挿入された、同軸弁のような弁の形式のすでにある既存アーマチュアに後づけすることも、可能である。アダプタ装置のハードウェア内にソフトウェアを個々に実装できることに基づいて、それぞれ接続されている、あらかじめ定めることのできる弁タイプの弁を駆動するための複雑な制御及び評価プロセスが、現場で直接得られる。しかしその場合に、コスト的に特に好ましいやり方で、ソフトウェアの単機能も「アクティブに切り替えられ」、それは、たとえば特に、接続されている流体システム内で同軸弁を駆動する場合に規則的に増幅して発生し得る、閉鎖衝撃を緩衝するために用いることができ、あるいは弁のいわゆる「コンディションモニタリング」を実装されたソフトウェアによって実施することができ、外部の切替えキャビネット内又は弁自体に付加的な測定及び評価ユニットが必要とされることはなく、それは規則的にソフトウェアの他により複雑な全体制御を前提とするものである。現場で、したがって直接弁における、統合されたソフトウェア実装を有する本発明に係る「アイランド解決」によって、開ループ制御及び閉ループ制御の手間を所望に減少できることが、明らかにされている。

それぞれの弁が接続されている、流体システム内への何らかの介入の必要なしに、適用者側において本発明に係るアダプタ装置によって、すでにある設備に好ましいやり方で後付けすることができ、そのために装置技術的に見て大きな手間をかける必要はない。特にこの種のシステムの適用者は、彼がすでに購入して使用している規格化されたコネクタ部分を、アダプタ装置の接続装置へ簡単に取り付けることによって、さらに利用し続け、その限りにおいて彼が導入した接続コンセプトを維持することができることを、歓迎する。これは、従来技術には見られないものである。

さらに上述した課題は、特許請求項１８の特徴形態に基づいて、同軸弁のような、弁の磁力操作装置の制御電流を閉ループ制御する方法によっても解決され、その弁は少なくとも１つのコイルを有し、そのコイルに上述した本発明に係るアダプタ装置が搭載されている。

好ましい形態において、接続装置は、アダプタ装置を弁と、特に弁の磁力操作装置の磁気コイルと、再び取り外しできるように機械的及び電気的に接続するための手段を有し、そして他の接続装置は、アダプタ装置をコネクタ部分と再び取り外しできるように機械的及び電気的に接続するための手段を有している。その場合に再び取り外しできるように機械的及び電気的に接続するために、コネクタ部分とブッシュ部分が用いられ、それらは通常の、特に規格化された形式で、雌と雄の接触部分によって互いに係合することができる。

ハードウェアは、計算ユニット、特にマイクロコントローラを有することができ、その上に制御電流を閉ループ制御する方法がソフトウェアの形式で実装されている。計算ユニットとしてのマイクロコントローラの使用は、マイクロコントローラが値頃であって、エネルギ消費が比較的少なく、かつ場所をとらずに組み込むことができる。という利点を有している。

ハードウェアの全コンポーネントは、回路基板上に配置することができ、かつ、以下で説明するように、導体路を介して互いに電気的に接続されている。回路基板は、アダプタ装置のハウジングに固定できるように形成することができる。

ハードウェアは、さらに、アダプタ装置、特に計算ユニット上に実装されたソフトウェアのパラメータセッティングのための少なくとも１つの回転スイッチを有することができる。回転スイッチは、計算ユニットと、具体的には計算ユニット上にソフトウェア実装されたシーケンス制御と、電気的に接続されている。回転スイッチは、好ましくはコード化スイッチとして形成されている。コード化スイッチは、信頼性が高く、かつ簡単に操作できることを特徴としている。

好ましくは３つの回転スイッチが設けられている。第１の回転スイッチは、アダプタ装置の駆動モードを、たとえば磁力操作装置の出力を削減する機能を有する駆動モード、あるいは弁の閉鎖衝撃緩衝の機能を有する駆動モードあるいはサービスモードの形式の駆動モードを、調節するために設けられている。アダプタ装置が最初にそれぞれの弁と組み合わせて使用される場合に、このアダプタ装置はソフトウェアパラメータのそれぞれの弁に適合されたパラメータセッティングによって、この弁に適合される。そのために特に、第２の回転スイッチがそれぞれの弁の定格変量（ＤＮ１０からＤＮ４０）を調節するために設けられており、それらは弁の自由な接続横断面に関する。第３の回転スイッチは、弁のオンオフ速度を調節するために設けられている。特に好ましくは、少なくとも第２と第３の回転スイッチは、１６の切替え位置を有しているので、第２の回転スイッチを介して種々の弁定格変量を調節するための１６の可能性が、そして第３の回転スイッチを介して種々のオンオフ期間の１６の組合せが、選択可能である。

ハードウェアは、さらに、弁のエラーのある駆動状態を表示するため、あるいは弁の弁部分の切替え位置を表示するために、少なくとも１つの表示手段を有することができる。表示手段は、計算ユニットによって駆動可能であり、かつシーケンス制御に接続されており、そのシーケンス制御は計算ユニット上にソフトウェア実装されている。表示手段は、アダプタ装置のユーザーにとってアダプタ装置の外部から光学的又は音響的に知覚可能であるように、配置することができる。また、シーケンス制御が、外部の、すなわち弁、アダプタ装置及びコネクタ部分から離れて配置されたメイン計算ユニットにデータ線を介して電気的な信号を伝達することも考えられ、その信号から弁のエラーのある駆動状態、弁の弁部分の切替え位置あるいはアダプタ装置又は弁の他の情報を読み取ることができる。同様に、この種の信号がシーケンス制御とメイン計算ユニットの間で、ワイヤ接続又はワイヤレスで、特にブルートゥース（登録商標）技術を用いて伝達されることが、考えられる。

ハードウェアは、さらに、出力段を有することができ、その出力段が入力側において計算ユニットに、具体的には計算ユニット上にソフトウェア実装された電流コントローラの出力に、接続されている。

出力段には、電流コントローラから制御電流を閉ループ制御するためのパルス幅変調された（ＰＷＭ）信号が供給され、その信号の、パルス幅変調された信号の最大出力の何パーセントによって出力段が駆動されるかを示す、デューティ比はソフトウェアによって計算される。パルス幅変調された信号によって、出力段は、そのトランジスタが導通する作動領域内にあるか、あるいは絶縁する作動状態にある、切替え駆動において駆動することができる。この２つの作動領域は、従来のクラスＡ、クラスＢ又はクラスＡＢの増幅器内で使用される、線形の駆動における中間状態とは異なり、損失出力が比較的小さく、それによって好ましくはクラスＤ増幅器の形式で形成されている出力段は、エネルギ節約形である。

出力段は、実質的に、適切なドライバモジュールと組み合わせた、好ましくは２つのトランジスタからなるハーフブリッジを有している。ハーフブリッジとして形成された出力段は、たとえば４つのトランジスタを有する、フルブリッジとして形成された出力段に比較して、切替え損失が少ないので、より高い全体効率を有している。出力側において、出力段は、接続装置を介して磁力操作装置のコイルに接続可能である。磁力操作装置のコイルを駆動するために出力段にパルス幅変調された信号、すなわち制御電流又は制御電圧を出力することによって、弁のエネルギ消費を減少させることができる。

ハードウェアは、付加的に、コイルの制御電流の実際値を求めるための電流検出装置を有することができ、その電流検出装置は出力側において計算ユニットに、特に抵抗値計算モジュールに、及び／又は誘導電圧計算モジュールに、かつ／又は電流コントローラに、かつ／又はシーケンス制御に接続されており、それらは計算ユニット上にソフトウェア実装されている。

電流検出装置は、シャント抵抗を有することができ、それが接続装置を介して磁力操作装置のコイルと、コイルを流れる電流がシャント抵抗を介しても流れるように、接続可能であって、そのシャント抵抗を介して制御電流の実際値を求めるために電圧降下が測定される。制御電流は、磁力操作装置内へ流入する、磁力操作装置の供給電流である。シャント抵抗の抵抗値は、好ましくはミリオーム領域内あるいはその下にある。シャント抵抗による電流測定は、シャント抵抗がコスト的に好ましく、場所をとらず、かつこれによる電流測定が簡単に実施できる、という利点を有している。しかし、制御電流を測定するためにホール効果電流センサの使用も、考えられる。

ハードウェアは、さらに、磁力操作装置の制御電圧の実際値を求めるために、電圧検出装置を有することができ、その電圧検出装置によって、入力側において磁力操作装置のコイルの制御電圧の実際値を接続装置を介して取り出すことができ、かつその電圧検出装置は出力側においては計算ユニットに、具体的には抵抗値計算モジュールに、かつ／又は誘導電圧計算モジュールに、かつ／又はシーケンス制御に接続されており、それらはそれぞれ計算ユニット上にソフトウェア実装されている。制御電圧は、磁力操作装置に印加される、磁力操作装置の供給電圧である。

電流検出装置は、制御電流を増幅するために増幅器を有することができ、その増幅器の増幅は、制御電流の実際値を処理するための計算ユニットの入力側のアナログ／デジタル変換器に適合されている。その代わりに、あるいはそれに加えて、電圧検出装置は制御電圧の実際値を増幅するために他の増幅器を有することができ、その増幅は、制御電圧の実際値を処理するための計算ユニットの他の入力側のアナログ／デジタル変換器に適合されている。

計算ユニット上に実装されているソフトウェアは、磁力操作装置のコイルの抵抗の値を求めるためにソフトウェア実装された抵抗値計算モジュールを有することができ、それは一方の入力によって電圧検出装置の出力と、そして他方の入力によって電流検出装置の出力と接続されており、かつ出力側においてはソフトウェア実装された誘導電圧計算モジュールに接続されている。抵抗値計算モジュールは、コイルの抵抗を計算し、その抵抗は温度に従って変化する。計算する場合に、弁は静止していると見なされる。

磁力操作装置のコイルの誘導電圧の実際値を求めるための、ソフトウェア実装された誘導電圧計算モジュールは、一方の入力によって抵抗値計算モジュールの出力と、他の入力によって電圧検出装置の出力に、そしてさらに他の入力によって電流検出装置の出力に接続されており、それらはそれぞれハードウェアとして設けられている。出力側において、誘導電圧計算モジュールは、計算ユニット上にソフトウェア実装された電圧コントローラに接続されている。

ソフトウェアは、さらに、弁を駆動するためのあらかじめ定められた制御信号を処理するため、かつ／又はアダプタ装置のあらかじめ定められたパラメータセッティングのために、ソフトウェア実装されたシーケンス制御を有することができ、そのシーケンス制御は他の接続装置を介し、っかつコネクタ部分を介して外部のメイン計算ユニットと、たとえばＩＯリンクとしてよく知られている、ＳＤＣＩスタンダード（single-drop digital communication interface for small sensors and actuators, Norm IEC TR61131-9）によって、通信接続されている。メイン計算ユニットは、シーケンス制御に、特に弁を閉ループ制御するための制御信号を伝達する。

入力側においてシーケンス制御には、少なくとも１つのハードウェア回転スイッチ及び／又は電流検出装置の出力及び／又は電圧検出装置の出力が接続されており、かつシーケンス制御は出力側において、誘導電圧の目標値を伝達するために電圧コントローラに、あるいは制御電流の目標値を伝達するために電流コントローラに接続されており、それらはそれぞれ計算ユニット上にソフトウェア実装されている。

ソフトウェアは、さらに、ソフトウェア実装された電圧コントローラを有することができ、その電圧コントローラは入力側において誘導電圧の目標値を伝達するためにシーケンス制御と、そして誘導電圧の実際値を伝達するために電圧計算モジュールと接続されており、出力側においては、場合によっては電流コントローラの入力と接続されている。電圧コントローラは、誘導電圧の目標値と求められた実際値とに基づいて、信号の出力によってコイルの誘導電圧を閉ループ制御し、その信号から制御電流の目標値が導き出される。

制御電圧は、磁力操作装置に印加される磁力操作装置の供給電圧である。それに対して、コイルを介して直接降下するコイルの誘導電圧は、制御電圧又は制御電流が変化する場合に、所定の時間の間制御電圧とは異なる。すなわち制御電圧又は電流の変化が、コイルを通る磁束の変化に表れる。レンツの法則によれば、磁束の変化によってコイル内に電圧が誘導され、その電圧が制御電圧の値に影響を与える。それによって制御電圧がポジティブに変化する場合、したがって電圧が上昇する場合に、制御電流は最初は徐々にその終端値へ上昇する。制御電圧がネガティブに変化する場合、したがって電圧が減少する場合に、適切な電流回路が維持されている場合には、電流はまだ流れることができる。

電流によって貫流されるコイルを取り巻く磁気回路が、たとえばエアギャップの閉鎖によってその磁気抵抗を減少させようとすることによっても、エアギャップの閉鎖の間、コイル内へ電圧を誘導することができる。その場合に制御電圧は、電流コントローラを介して間接的にのみ影響を受ける。

ソフトウェアは、さらに、ソフトウェア実装された電流コントローラを有することができ、その電流コントローラは制御電流の目標値の伝達のためにその一方の入力によってシーケンス制御に、あるいは電圧コントローラの出力に接続されており、その他方の入力によって電流検出装置に接続されている。電流コントローラは、制御電流をあらかじめ定められた目標値に閉ループ制御する。

ソフトウェアは、さらに、ソフトウェア実装されたスイッチを有することができ、そのスイッチはシーケンス制御によって駆動可能であり、かつ電流コントローラの一方の入力を選択的にシーケンス制御と、あるいは電圧コントローラの出力と接続する。

ソフトウェアは、磁力操作装置のコイルの制御電流を閉ループ制御する機能に加えて、他のソフトウェア実装された機能を有することができる。たとえば、特に連続駆動において、コイルの電流を低下させる機能；かつ／又はオンオフする際にあらかじめ定められた速度で弁を移動させる機能；かつ／又は弁の切替え状態を認識する機能；かつ／又はたとえば切替えサイクル、オン／オフ期間、引上／落下電流及び／又はコイル抵抗のような、弁パラメータを監視する機能が考えられる。

特許請求項１８によれば、弁の磁力操作装置の制御電流を閉ループ制御する方法も、本発明の対象であって、磁力操作装置は少なくとも１つのコイルを有し、その方法によって請求項１から１７のずれか１項に記載のアダプタ装置が駆動可能である。

この方法は、
制御電流検出装置によってコイルの制御電流の実際値を求めるステップと、
求められた制御電流の実際値を、電流コントローラによって制御電流の目標値と比較するステップと、
比較に結果に基づいて、電流コントローラによってコイルの制御電流を閉ループ制御するステップとを有する。

制御電流の目標値は、パラメータセッティングによって設定することができ、あるいは、
電圧検出装置によってコイルの制御電圧の実際値を求めるステップと、
制御電圧の実際値と制御電流の実際値から、抵抗値計算モジュールによってコイルの抵抗値を求めるステップと、
抵抗値、制御電圧の実際値および制御電流の実際値から、誘導電圧計算モジュールによって、コイルの誘導電圧の実際値を求めるステップと、
電圧コントローラによって、求められた誘導電圧の実際値をパラメータセッティングによって設定可能な誘導電圧の目標値と比較するステップと、
比較の結果に基づいて、電圧コントローラによって制御電流の目標値を求めるステップとによって求められる。

上述した方法ステップによって求められた、制御電流の目標値を、制御電流を閉ループ制御するために使用する場合に、制御電流の閉ループ制御は、特にコイルの誘導電圧を取り入れることに基づいて、特に正確に実施可能である。

以下、ソフトウェアの形式の本発明に係る方法によって駆動可能な、本発明に係るアダプタ装置を、図面を用いて詳細に説明する。図は、原理的なものであり、縮尺どおりの表示ではない。

コネクタ部分と弁の間の本発明に係るアダプタ装置を分解して示す側面図である。 図１に示す弁を、その閉鎖位置に配置された弁部分と共に図式的に簡略化して示す縦断面図である。 図１に示すアダプタ装置の本発明に係るハードウェアとソフトウェアの原理的な構造を図式的に示す回路図である。

図１は、標準コネクタ部分４と弁６の間において本発明に係る円筒状のアダプタ装置を側面図で示しており、それらは互いに分解して示されている。規格化された、あるいは標準のコネクタ部分４として、Ｍ１２又はＰＧ螺合などのような、工業接続標準が使用される。

図１に示すように、アダプタ装置は円筒状のハウジング８を有しており、そのハウジングがハウジングカバー１０とハウジングケース１２を有し、それらはバヨネットロックを介して互いに結合可能であって、そのバヨネットロックは２つのハウジング部分１０、１２の迅速に形成可能かつ取り外し可能な機械的結合を可能にする。密閉するために、図には示されないシールを配置することができる。ハウジングケース１２には、アダプタ装置から軸方向に離れて延びるように、アダプタ装置を弁６と機械的及び電気的に接続するための接続装置１４が設けられており、その接続装置は、アダプタ装置を弁６と再び取り外すことができるように機械的及び電気的に接続するための、プラグコネクタ−ブッシュの形式の、手段１６を有している。ハウジングカバー１０には、接続装置１４の延びる方向とは逆の方向に、アダプタ装置から軸方向に離れて延びるように、コネクタ部分と接続するための他の接続装置１８が設けられており、その接続装置は、アダプタ装置を標準コネクタ部分４と取り外し可能に機械的及び電気的に接続するための、プラグコネクタ−プラグの形式の、手段２０を有している。

図１に示す標準コネクタ部分４は、プラグコネクタ−ブッシュの形式の、９０度屈曲された弁プラグコネクタであり、そのプラグコネクタ−ブッシュは、アダプタ装置のハウジングカバー１０に配置されたプラグコネクタ−プラグ２０と電気的及び機械的に再び取り外すことができるように接続可能である。

図１に示すように、弁６は円筒状の弁ハウジング２２を有しており、その外側に、弁ハウジング２２の長手軸に対して径方向に離れて延びる、プラグコネクタ−プラグの形式の接続装置２４が配置されており、そのプラグコネクタ−プラグは、実質的に正方形に形成されており、かつその、弁ハウジング２２へ向いた側に丸みを有する凹状の面を有しており、その面が、その面によって接続装置２４が弁ハウジング外表面に相補形状で添接することを許す。弁ハウジング２２のプラグコネクタ−プラグ２４は、アダプタ装置のプラグコネクタ−ブッシュと電気的及び機械的に再び取り外すことができるように接続可能である。

図２には、同軸弁の形式の弁６の図式的に簡略化した縦断面が示されている。弁ハウジング２２内には、中空の円筒状の弁部分２６が長手方向に走行可能に案内されており、その弁部分は圧縮ばねの形式の蓄勢器２８の作用を受けて閉鎖された位置において弁閉鎖部分３０と添接し、その閉鎖された位置において弁閉鎖部分が、流体入口Ｅと流体出口Ａの間で弁６を通る、あらかじめ定めることのできる流れルートに沿った、油圧媒体（オイル）のような流体のための流体路を遮断する。

磁力操作装置３２によって駆動されて、弁部分２６がその軸方向の走行方向において圧縮ばね２８の作用に抗して弁閉鎖部分３０との係合から外れ、かつその弁閉鎖部分から持ち上がる、図には詳細に示されない、少なくとも１つの開放された位置において、流体入口Ｅと流体出口Ａの間で、流体のためのあらかじめ定められた流れルートに沿って弁６を通る流体路が解放される。

図２に示す磁力操作装置３２は、通電可能な操作磁石３４を有しており、その操作磁石が通常の、したがってこれ以上詳しく説明しないやり方で、コイル巻き線３６を有しており、そのコイル巻き線がコネクタ部分４、アダプタ装置及び弁の接続装置２４などを介して外部から通電可能である。さらに、長手方向に走行可能な磁気接極子３８が設けられており、その磁気接極子が弁部分２６と直接添接し、かつ堅固に結合されて、弁に直接作用する。コイル３６が通電された場合に、磁気接触子３８は−図２を見る視線方向に−図２に示すコイル３６の通電されない状態から、左へ向かって走行し、かつ弁部分２６も、圧縮ばねの形式の蓄勢器２８の作用に抗して、同様に左へ向かって走行する。弁部分２６の完全に開放した位置において、操作磁石３４の磁気接触子３８は、操作磁石３４のために段付きで形成された磁気的分離として用いられる分離間隙４０もしくはエアギャップを残しながら、操作装置３２の極コア４２に対してブロックするように移動されている。

アダプタハウジング８内には、弁６の磁力操作装置３２の制御電流ｉ_ｓを閉ループ制御するためのハードウェアＨが内蔵されており、そのハードウェアは−図には示されない−導体プレートを有しており、その上に実質的に−図３（図３に示される回路シンボルは、従来の技術的な回路シンボルではない）を参照−コード化スイッチの形式の３つの回転スイッチ４４、７０、７２、マイクロコントローラの形式の計算ユニット４６、出力段４８、電流検出装置５０及び電圧検出装置５２が配置されている。さらに導体プレートには、電流ケーブルを介して発光手段の形式の表示手段５６が接続されている。表示手段は、回路基板上に設けることもでき、その場合にカバー１０は透明である。このハードウェアコンポーネントは、以下で説明するように、導体プレートの導体路を介して電気的に接続されて互いに協働し、かつ部分的にアダプタ装置の接続装置１４を介して弁６の磁力操作装置３２と、あるいはアダプタ装置の他の接続装置１８とコネクタ部分４を介して外部の、図３には示されないメイン計算ユニット５５と電気的に接続可能である。アダプタ装置の計算ユニット４６上に、弁６の磁力操作装置３２の制御電流ｉ_ｓを閉ループ制御するためのソフトウェアＳが実装されており、そのソフトウェアは実質的に抵抗計算モジュール５８、誘導電圧計算モジュール６０、シーケンス制御６２、電圧コントローラ６４、電流コントローラ６６及びスイッチ６８を有しており、それらはそれぞれ計算ユニット４６上にソフトウェア実装されており、かつ以下に示すように協働する。

シーケンス制御６２は、他の接続装置１８を介し、かつコネクタ部分４を介して図には示されない外部のメイン計算ユニットと通信接続されている。通信するために、通信システムＩＯリンクが設けられている。シーケンス制御６２は、メイン計算ユニットによってあらかじめ定められた、弁６を駆動するための制御信号、特に電圧と電流の目標値及びアダプタ装置のあらかじめ定められたパラメータセッティングを受信して、これらの情報データを処理する。さらにシーケンス制御６２は、照会に応じてメイン計算ユニットへアダプタ装置及又は弁６についての情報を伝達する。

シーケンス制御６２（図３を参照）には、図には示されない外部のメイン計算ユニットによるパラメータセッティングの他に、ソフトウェアＳのパラメータセッティングのために、コード化スイッチの形式の３つの回転スイッチ４４、７０、７２が接続されている。第１の回転スイッチ４４は、アダプタ装置の駆動モードを調節するために設けられている。アダプタ装置が最初にそれぞれの弁６と組み合わせて使用される場合に、アダプタ装置はそれぞれの弁６に適合された、ソフトウェアパラメータのパラメータセッティングによって、この弁に適合される。そのために第２の回転スイッチ７０が、それぞれの弁６の定格変量を調節するために設けられている。第３の回転スイッチ７２は、弁６のオンオフ速度を調節するために設けられている。第２の回転スイッチ７０と第３の回転スイッチ７２は、それぞれ１６の切替え位置を有している。

シーケンス制御６２（図３を参照）には、さらに弁６の誤りのある駆動状態を表示し、あるいは弁６の弁部分２６の切替え位置を表示するために、たとえばＬＥＤのような発光手段の形式の表示手段５６が接続されている。表示手段５６は、アダプタ装置の外側に配置されており、アダプタ装置の利用者によって光学的に認識可能である。表示手段は、好ましくは回路基板上に配置することもできる。

電流検出装置５０（図３を参照）は、図には示されていないシャント抵抗を有しており、それが接続装置１４を介して磁力操作装置３２のコイル３６と、コイル３６を通る電流がシャント抵抗も通って流れるように、接続されており、そのシャント抵抗を介してコイルの制御電流の実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}を求めるために電圧降下が測定される。電流検出装置５０は、さらに、求められた制御電流の実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}を増幅するために増幅器７４を有しており、その増幅器の増幅は、増幅された制御電流の実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}を処理するために計算ユニット４６の入力側のアナログ／デジタル変換器に適合されている。電流検出装置５０は、出力側において、制御電流の増幅された実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}をそれぞれ抵抗値計算モジュール５８、誘導電圧計算モジュール６０、電流コントローラ６６及びシーケンス制御６２へ伝達する。

電圧検出装置５２（図３を参照）は、磁力操作装置３２の制御電圧の実際値ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}を求めて増幅する。すなわち接続装置１４を介して磁力操作装置３２のコイル３６の制御電圧の実際値ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}が電圧検出装置５２の流力側に印加され、その電圧検出装置が制御電圧の実際値ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}を増幅するために、他の増幅器７６を有しており、その増幅器の増幅は、制御電圧の増幅された実際値ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}を処理するために、マイクロコントローラの他の入力側のアナログ／デジタル変換器に適合されている。電圧検出装置５２は、出力側において、制御電圧の測定されて増幅された実際値ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}をそれぞれ抵抗値計算モジュール５８、誘導電圧計算モジュール６０及びシーケンス制御６２へ伝達する。

抵抗値計算モジュール５８（図３を参照）は、制御電流の測定されて増幅された実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}と制御電圧の測定されて増幅された実際値ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}から、磁気力操作装置３２のコイル３６の抵抗の値Ｒを計算して、それを誘導電圧計算モジュール６０へ伝達する。

誘導電圧計算モジュール６０（図３を参照）は、制御電流の測定されて増幅された実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}、制御電圧の測定されて増幅された実際値ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}及び抵抗の計算された値Ｒから、磁気力操作装置３２のコイル３６の誘導電圧の実際値ｕ_{ｉ，ｉｓｔ}を計算して、それを電圧コントローラ６４へ伝達する。

電圧コントローラ６４（図３を参照）は、誘導電圧の実際値ｕ_{ｉ，ｉｓｔ}とシーケンス制御６２から伝達された誘導電圧の目標値ｕ_{ｉ，ｓｏｌｌ}に基づいて、信号の出力によってコイル３６の誘導電圧ｕ_ｉを閉ループ制御し、その信号から制御電流の目標値ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}が導き出される。

電流コントローラ６６（図３を参照）は、制御電流の目標値ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}と測定されて増幅された制御電流の実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}に基づいて、コイル３６の制御電流ｉ_ｓを閉ループ制御する。制御電流の目標値ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}は、選択的にシーケンス制御６２又は電圧コントローラ６４からこの電流コントローラへ伝達することができる。これら２つのソフトウェアコンポーネントの出力の間で切り替えるために、スイッチ６８が設けられている。

スイッチ６８は、図３においては、ハードウェア回路の形式で示され、その限りにおいてシーケンス制御６２によって制御導線７８を介して次のように、すなわち電流コントローラ６６の入力が制御電流の目標値ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}を伝達するために選択的にシーケンス制御６２か、あるいは電圧コントローラ６４の出力と接続されるように、駆動することができるので、比較的単純な表示で示されている。しかし実際においては、スイッチ６８はソフトウェア内でのみ実装されている。スイッチ６８がシーケンス制御６２を電流コントローラ６６と接続し、その場合に電圧コントローラ６４を電流コントローラ６６から分離する場合に、制御電流ｉ_ｓの閉ループ制御は、制御電流の測定されて増幅された実際値ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}と制御電流のあらかじめ定められた目標値ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}のみに基づいて実施される。スイッチ６８が電圧コントローラ６４の出力を電流コントローラ６６と接続し、シーケンス制御６２を電流コントローラ６６から分離した場合には、制御電流ｉ_ｓの閉ループ制御は、計算されたコイル３６の誘導電圧に基づき、それによって閉ループ制御をより正確に実施可能である。

電流コントローラ６６は、パルス幅変調された信号ＰＷＭを発生し、それを増幅するために出力段４８（図３を参照）へ伝達する。出力段４８は、実質的に、図には示されない適切なドライバモジュールと組み合わせた、図には示されないハーフブリッジを有している。出力段４８は、出力側において制御電流ｉ_ｓを出力するために、接続装置１４を介して弁６の磁力操作装置３２のコイル３６に接続されている。

Claims (20)

1. 弁（６）の磁力操作装置（３２）の制御電流（ｉ_ｓ）を閉ループ制御するためのアダプタ装置であって、ハウジング（８）を有し、前記ハウジング内に前記弁（６）の前記磁力操作装置（３２）の制御電流（ｉ_ｓ）を閉ループ制御するためのハードウェア（Ｈ）とソフトウェア（Ｓ）が内蔵されており、かつ前記ハウジングが前記弁（６）と再び取り外し可能に接続するための接続装置（１４）と、コネクタ部分（４）と再び取り外し可能に接続するための他の接続装置（１８）を有し、前記コネクタ部分を介して前記アダプタ装置が少なくとも外部から通電可能である、アダプタ装置。
2. 前記接続装置（１４）が、前記アダプタ装置を前記弁（６）と再び取り外しできるように機械的及び電気的に接続するための、特に前記弁（６）の前記磁力操作装置（３２）の磁気コイル（３６）と接続するための、手段（１６）を有し、前記他の接続装置（１８）が、前記アダプタ装置を前記コネクタ部分（４）と再び取り外しできるように機械的及び電気的に接続するための手段（２０）を有している、ことを特徴とする請求項１に記載のアダプタ装置。
3. 前記ハードウェア（Ｈ）が計算ユニット（４６）を有し、前記計算ユニット上に前記ソフトウェア（Ｓ）の制御電流（ｉ_ｓ）を閉ループ制御する方法が実装されている、ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
4. 前記ハードウェア（Ｈ）が、前記アダプタ装置のパラメータセッティングのための少なくとも１つの回転スイッチ（４４、７０、７２）を有し、前記回転スイッチが計算ユニット（４６）と、特に計算ユニット（４６）上に前記ソフトウェア実装されたシーケンス制御（６２）と、通信接続されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
5. 前記ハードウェア（Ｈ）が、少なくとも１つの表示手段（５６）を有しており、前記表示手段が計算ユニット（４６）によって切替え可能であり、かつ特にシーケンス制御（６２）に接続されており、前記シーケンス制御が計算ユニット（４６）上に前記ソフトウェア実装されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
6. 前記ハードウェア（Ｈ）が出力段（４８）を有し、前記出力段が入力側において計算ユニット（４６）に、特に計算ユニット（４６）上にソフトウェア実装された電流コントローラ（６６）の出力に、接続されており、かつ出力側においては前記磁力操作装置（３２）のコイル（３６）に接続可能である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
7. 前記ハードウェア（Ｈ）が電流検出装置（５０）を有しており、前記電流検出装置が入力側においてコイル（３６）に接続可能であり、出力側においては計算ユニット（４６）に、特に抵抗値計算モジュール（５８）に、かつ／又は誘導電圧計算モジュール（６０）に、かつ／又は電流コントローラ（６６）に、かつ／又はシーケンス制御（６２）に、接続されており、それらがそれぞれ計算ユニット（４６）にソフトウェア実装されている、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
8. 前記ハードウェア（Ｈ）が電圧検出装置（５２）を有し、前記電圧検出装置によって入力側において前記磁力操作装置（３２）のコイル（３６）を介して制御電圧の実際値（ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}）が取り出し可能であり、かつ出力側においては計算ユニット（４６）に、特に抵抗値計算ユニット（５８）に、かつ／又は誘導電圧計算モジュール（６０）に、かつ／又はシーケンス制御（６２）に接続されており、それらがそれぞれ計算ユニット（４６）上にソフトウェア実装されている、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
9. 電流検出装置（５０）が制御電流の実際値（ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}）を増幅するため、かつ電圧検出装置（５２）が制御電圧の実際値（ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}）を増幅するために、それぞれ増幅器を有しており、前記増幅器の増幅が、特にマイクロコントローラの入力側のアナログ／デジタル変換器に適合されている、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
10. 前記ソフトウェア（Ｓ）が、ソフトウェア実装された抵抗値計算モジュール（５８）を有しており、前記抵抗値計算モジュールが入力側において電圧検出装置（５２）の出力に、かつ電流検出装置（５０）の出力に接続されており、かつ出力側においてはソフトウェア実装された誘導電圧計算モジュール（６０）の入力に接続されている、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
11. 前記ソフトウェア（Ｓ）が、ソフトウェア実装された誘導電圧計算モジュール（６０）を有し、前記誘導電圧計算モジュールが入力側において抵抗値計算モジュール（５８）の出力に、電圧検出装置（５２）の出力に、かつ電流検出装置（５０）の出力に接続されており、出力側においては電圧コントローラ（６４）に接続されている、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
12. 前記ソフトウェア（Ｓ）が、前記弁（６）を駆動するためのあらかじめ定められた制御信号を処理するため、かつ／又は前記アダプタ装置のあらかじめ定められたパラメータセッティングのために、ソフトウェア実装されたシーケンス制御（６２）を有しており、前記シーケンス制御が前記他の接続装置（１８）を介して外部のメイン計算ユニットと接続されており、かつ前記シーケンス制御の入力側に少なくとも１つの回転スイッチ（４４、７０、７２）及び／又は電流検出装置（５０）及び／又は電圧検出装置（５２）の出力が接続されており、かつ出力側において電圧コントローラ（６４）又は電流コントローラ（６６）に接続されており、それらがそれぞれソフトウェア実装されている、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
13. 前記ソフトウェア（Ｓ）が、ソフトウェア実装された電圧コントローラ（６４）を有し、前記電圧コントローラが入力側において、誘導電圧の目標値（ｕ_{ｉ，ｓｏｌｌ}）を伝達するためにシーケンス制御（６２）に、かつ誘導電圧の実際値（ｕ_{ｉ，ｉｓｔ}）を伝達するために誘導電圧計算モジュール（６０）に接続されており、かつ出力側においては場合によって電流コントローラ（６６）の入力と接続されている、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
14. 前記ソフトウェア（Ｓ）が、ソフトウェア実装された電流コントローラ（６６）を有し、前記電流コントローラの一方の入力が制御電流の目標値（ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}）を伝達するためにシーケンス制御（６２）に、あるいは電圧コントローラ（６４）の出力に接続されており、他方の入力が電流検出装置（５０）に接続されている、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
15. 前記ソフトウェア（Ｓ）が、ソフトウェア実装されたスイッチ（６８）を有しており、前記スイッチがシーケンス制御（６２）によって駆動可能であり、かつ電流コントローラ（６６）の入力を選択的にシーケンス制御（６２）と、あるいは電圧コントローラ（６４）の出力と接続する、ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
16. 計算ユニット（４６）が出力段（４８）を駆動し、かつ特に電流コントローラ（６６）の出力が出力段（４８）の入力にパルス幅変調された信号を供給する、ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
17. 前記ソフトウェア（Ｓ）が、磁気力操作装置（３２）のコイル（３６）の制御電流（ｉ_ｓ）の閉ループ制御の機能に加えて、
    特に連続駆動において、コイル（３６）の電流を低下させる機能、
    オン及びオフする際にあらかじめ定めることのできる速度で弁部分（２６）を移動させる機能、
    前記弁（６）の切替え状態を認識する機能、及び／又は、
    たとえば切替えサイクル、オン／オフ期間、引上電流／落下電流及び／又はコイル抵抗のような、弁パラメータを監視する機能、を提供する、ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のアダプタ装置。
18. 少なくとも１つのコイル（３６）を有する、弁（６）の前記磁力操作装置（３２）の制御電流（ｉ_ｓ）を閉ループ制御する方法であって、
    前記制御電流によって請求項１〜１７のいずれか１項に記載のアダプタ装置が駆動可能であり、前記方法は、
    電流検出装置（５０）によってコイルの制御電流の実際値（ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}）を求めるステップと、
    電流コントローラ（６６）によって、制御電流の求められた実際値（ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}）を制御電流の目標値（ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}）と比較するステップと、
    比較の結果に基づいて、電流コントローラ（６６）によってコイル（３６）の制御電流（ｉ_ｓ）を閉ループ制御するステップとを有する、方法。
19. 制御電流の目標値（ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}）が、パラメータセッティングによって設定される、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 制御電流の目標値（ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}）が、
    電圧検出装置（５２）によってコイル（３６）の制御電圧の実際値（ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}）を求めるステップと、
    抵抗値計算モジュール（５８）によって制御電圧の実際値（ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}）と制御電流の実際値（ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}）からコイルの抵抗値（Ｒ）を求めるステップと、
    誘導電圧計算モジュール（６０）によって、抵抗値（Ｒ）、制御電圧の実際値（ｕ_{ｓ，ｉｓｔ}）及び制御電流の実際値（ｉ_{ｓ，ｉｓｔ}）からコイル（３６）の誘導電圧の実際値（ｕ_{ｉ，ｉｓｔ}）を求めるステップと、
    電圧コントローラ（６４）によって、誘導電圧の求められた実際値（ｕ_{ｉ，ｉｓｔ}）をパラメータセッティングによって設定可能な、誘導電圧の目標値（ｕ_{ｉ，ｓｏｌｌ}）と比較するステップと、
    電圧コントローラ（６４）によって、比較の結果に基づいて、制御電流の目標値（ｉ_{ｓ，ｓｏｌｌ}）を求めるステップとによって求められることを特徴とする請求項１８に記載の方法。

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