JP3054632B2 - 電磁弁制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広範囲な場所に設
置された複数の電磁弁の開閉を制御する電磁弁制御シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】農作物をつくる圃場、例えば稲作など時
期によって水田に水を張る必要があるが、近年では水位
調節のために電磁弁を利用した給水栓が使用され、その
電磁弁の開閉を遠隔操作によって行う電磁弁制御システ
ムが開発されている。特に大区画の広い圃場面積を有す
る水田では、地面の起伏或いは傾斜によって局部的に水
が干上がってしまうことのないよう、その水田の何箇所
かに電磁弁を備えた給水栓が設けられ、その開閉によっ
て埋設された給水管から圃場へ農業用水を供給するよう
な電磁弁制御システムを備えた灌漑設備が造られてい
る。そのようなものの一例として実開昭６３―１０３０
７５号公報に掲載されたものを挙げることができる。

【０００３】当該公報では、多数の畝が形成された圃場
に設けられ遠隔操作によって給水可能な灌漑システムが
示されている。その圃場には、水源に接続された給水管
が配設され、その給水管の外周壁に畝間に給水するため
の複数の放水バルブが取り付けられている。放水バルブ
は、エア圧によって開閉するダイアフラムバルブであっ
て、そのエア圧は、エアチューブから送られるエアを２
位置ダブルソレノイド形電磁弁（以下、単に電磁弁とい
う）を操作することによって調節される。この電磁弁
は、圃場に設けられた複数の受信ボックス内にそれぞれ
設けられ、一の電磁弁によって数個の放水バルブのエア
圧の調節を行うものであり、コントローラから発信され
る制御信号によって、数個の放水バルブを１つのブロッ
クとして、１乃至４のブロックを交互に動作させるよう
制御するものである。

【０００４】そこで、このような数ブロックの放水バル
ブを開閉させるための電磁弁制御には、先ずコントロー
ラの送信回路から受信ボックス内の受信回路へ制御信号
が送られる。その送信回路では、クロック源からのシス
テムクロックを受けた分周器によって異なる周波数信号
が出力され、それが加算回路を経て１または加算された
２以上の周波数多重信号が直流バイアスされて出力され
る。図１４は、このような送信回路から出力される周波
数多重信号を示した波形図である。そして、このような
周波数多重信号を受信した受信回路では、その周波数多
重信号の前縁及び後縁を抽出して電磁弁を駆動させる駆
動信号が得られる。即ち、周波数多重信号は、ダイオー
ドを通って整流された電圧が電磁弁の駆動用電源として
コンデンサに充電されるとともに、音叉回路を経て形成
された図１５（Ａ）に示すようなパルス信号Ａを基に、
図１５に示すに遅延された信号Ｂ及び信号Ａと同じ位相
の信号Ｃとから信号Ｄ及び信号Ｅのような制御信号が得
られる。そこで、制御信号Ｅの出力に起因して充電され
た駆動電源が一方のソレノイドに印加されると、エアチ
ューブからの空気流が遮断され放水バルブが開く一方、
制御信号Ｄの出力に起因して充電された駆動電源が他方
のソレノイドに印加されると、エアチューブからの空気
流が再び流れ放水バルブが閉じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電磁弁制御システムでは、次のような問題点
があった。即ち、前記従来の電磁弁制御システムでは、
電磁弁を駆動する制御信号を、送信回路から送られた周
波数多重信号の前縁及び後縁を抽出することによって、
図１５で示す制御信号Ｄ，Ｅが形成される。そのため、
給水中は信号を送り続ける必要があり、灌漑時間は長い
場合に数十時間或いは数日にも渡ることがあり、非常に
電力消費が大きくコストの面から見て好ましいものでは
ない。また、従来の電磁弁制御システムは、複数の放水
バルブを数個のブロックに分け、一定のサイクルでブロ
ック毎に順次開閉するものであるため、数十個ある電磁
弁から任意のものを制御できるものではない。

【０００６】そこで、本発明は、複数の電磁弁の独立し
た制御が可能な操作性に優れた電磁弁制御システムを提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁弁制御シス
テムは、機械的に自己保持させることで開弁状態を維持
する電磁弁と、多数存在する前記電磁弁のうち各電磁弁
を特定するアドレスビットと、電磁弁の開閉を指示する
データビットとを含むコードからなる情報信号を出力す
る指令手段と、前記指令手段から出力されたパラレル信
号をシリアル信号に変換した前記情報信号と電源信号と
を時間分割して出力する送信手段と、前記電磁弁毎に設
けられ、前記送信手段から送られた電源信号により電源
を充電するとともに、前記シリアル信号を取り出しパラ
レル変換した情報信号を各電磁弁特有の設定データと比
較することで電磁弁を動作させる受信手段と、前記複数
の受信手段が２本の配線で一の送信手段に並列に接続さ
れたものであることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の電磁弁制御システムは、前
記送信手段が、前記情報信号を２種類の異なる幅のパル
ス波を形成することでシリアル信号に変換するＰ／Ｓ変
換手段を有し、前記受信手段は、前記送信手段から送信
されたシリアル信号をパルス幅によってパラレル信号に
変換するＳ／Ｐ変換手段を有することが望ましい。ま
た、本発明の電磁弁制御システは、前記受信手段が、入
力端子に整流器が接続された回路を構成するものである
ことが望ましい。

【０００９】また、本発明の電磁弁制御システムは、前
記送信手段が、前記受信手段が送信された情報信号に従
って前記電磁弁を駆動させたことを電流の流れによって
検出する検出手段を有し、当該検出手段が電流の流れを
検出した場合には駆動維持電源を連続信号として出力す
るものであることが望ましい。また、本発明の電磁弁制
御システムは、前記電源には、ソーラ電池とバッテリを
使用することが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる電磁弁制御
システムの一実施の形態について具体的に説明する。特
に、本実施の形態の電磁弁制御システムは、前記従来例
と同様に灌漑施設に利用したものであり、先ずその電磁
弁制御システムを利用した水田用の灌漑施設について説
明する。図１は、大区画の水管理実証圃場を示した管路
模式図である。本実証試験では、１．６ｈａ及び２．０
ｈａ程度の面積の水田Ａ，Ｂを利用した。水田には、各
水田へ農業用水が行き渡るよう水田の並びに沿って用水
パイプライン１が埋設され、その用水パイプライン１か
ら各水田毎に分岐した給水パイプラインが埋設されてい
る。ここでは、給水パイプライン２ａ，２ｂが水田Ａ，
Ｂの畝に沿って設けられている。そして、この給水パイ
プライン２ａ，２ｂには、水田へ放水するための複数の
給水栓３，３…が設けられている。

【００１１】水田Ａ，Ｂの両端の畝に沿って設けられた
給水栓３，３…に対し、その両水田Ａ，Ｂ間の中央の畝
には複数の排水栓４，４…が設けられている。排水栓
４，４…は、水田Ａ，Ｂ間の畝下に埋設された排水路５
に接続され、その排水路５は水位調節桝６へ接続され、
更に水位調節桝６は給水パイプライン２ｂへと送り管７
を介して接続されている。また、水田Ａの給水パイプラ
イン２ａ及び水田Ｂの送り管７には、制水弁を介して暗
渠集水管８，９が接続されている。そして、このような
灌漑施設を設けた水田Ａ，Ｂには、給水栓３，３…及び
排水栓４，４…を駆動制御する屋外自立型の現場制御盤
１０が設けられている。現場制御盤１０は、給水栓３，
３…及び排水栓４，４…にそれぞれ設けられた不図示の
電磁弁を遠隔操作するためのコントロール部をなすもの
でソーラ電池を備えたものである。

【００１２】次に、この電磁弁制御システムの概略につ
いて説明する。図２は、電磁弁制御システムの一実施の
形態を示した概念図である。本実施の形態の電磁弁制御
システムは、図１で示したよう広範囲な空間で使用する
もので、複数の電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎの開閉を制御
するものである。なお、この電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎ
は、自己保持式の電磁弁であり、その詳細は後述する。
各電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎにはそれぞれ受信器Ｃ１，
Ｃ２…，Ｃｎが設けられ、その受信器Ｃ１，Ｃ２…，Ｃ
ｎが、電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎの動作指令を行うプロ
グラムコントローラ１１に対し送信器１２を介して接続
されている。

【００１３】一つの送信器１２には、各電磁弁Ｂ１，Ｂ
２…，Ｂｎの受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎが２本の電線１
３，１４で並列に配線されている。電線１３，１４は、
各電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎを駆動させるための情報信
号及び電源信号の送信を兼用するものである。これに
は、特別なシールド線を用いることなく通常の電線が用
いられる。一方、プログラムコントローラ１１は、各電
磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎの駆動電源となるＤＣ電源１５
が接続されてる。従って、圃場に外設された現場制御盤
１０は、プログラムコントローラ１１及び送信器１２、
そしてＤＣ電源１５としてのソーラ電池及びバッテリか
ら構成されている。そして、この現場制御盤１０には、
受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎが設けられた端子ボックス１
６，１６…及び排水栓４，４…側（正確には後述する電
磁弁及び電磁ポンプなど）にスチールコルゲートケーブ
ルで接続されている。

【００１４】次に、本水田の灌漑設備について電磁弁制
御システムを利用した具体的な構成について説明する。
図３は、水田Ｂの断面及び水位調節桝６の断面を示した
水田の模式図である。水位調節桝６は、貯水槽２１と排
水槽２２との２槽に分けられている。その貯水槽２１に
はポンプ２３が設置され、そのポンプ２３には３方に分
岐したパイプが接続されている。そのうちの１方は戻し
弁を介して水田Ａへ（不図示）、他の１方は戻し弁２４
を介して水田Ｂへ、そしてその他の１方は排水弁２５を
介して排水槽２２へ配管されている。その貯水槽２１に
は、送り管７が給水パイプライン２ｂに接続されてい
る。また、貯水槽２１の補給用として用水パイプライン
１から槽補給用弁２６を介して配管されている。これら
戻し弁２４、排水弁２５及び槽補給用弁２６は、プログ
ラムコントローラ１に接続され、水位調節桝６内に設置
されたポンプ２３が２００Ｖの三相交流電源３１に遮断
器及びリレーを介して接続されている。そして、貯水槽
２１内に設置された水位検出器２７の検出信号に基づく
プログラムコントローラ１１からの指令によりポンプ２
３などが駆動し、図の矢印で示すような水の流れが制御
される。

【００１５】一方、水田の各所には水位を検出する水位
センサ３１，３１…が設置され、プログラムコントロー
ラ１１へ接続されている。水位センサ３１，３１…は排
水栓４，４…近くに設けられている。一般に給水栓３，
３…と排水栓４，４…とは、水田の上流側と下流側に離
れて設けられ、１００ｍ以上離れている場合も多い。そ
して、図１でも示したように給水パイプライン２ｂに接
続され圃場表面に突設されたパイプには給水栓３が形成
されている。給水栓３，３…には、後述するように一体
に自己保持式の電磁弁Ｂ１，Ｂ２…が設けられている。
そして、この電磁弁Ｂ１，Ｂ２…にはそれぞれ受信器Ｆ
１，Ｆ２…Ｆｎが一対一に設けられ、プログラムコント
ローラ１１からの指令を受けて各給水栓３，３…ごとに
給水が行われるよう構成されている。

【００１６】また、水田には複数の排水栓４，４…が設
けられ、水位調節桝６側へ排水することにより水田の水
位の調節が図られている。この排水栓４，４…は、図１
０に示すように、排水栓４，４…を駆動させる電磁ポン
プ及び電磁弁が所定の受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎに接続さ
れている。受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎは、その電源にソー
ラ電池３２と３０Ｖのバッテリ３３に接続された送信器
３を介してプログラムコントローラ１１に接続されてい
る。また、プログラムコントローラ１１には表示操作部
３４が接続されている。従って、このような灌漑施設を
備えた水田では、水位センサ３１，３１…からの信号を
受けたプログラムコントローラ１１は、それが水位の低
下を示すものであれば所定の給水栓３，３…を開栓し、
一方水位の上がりすぎを示すものであれば所定の排水栓
４，４…を開栓するよう電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎなど
がコントロールされる。特に、本実施の形態のもので
は、対象となる任意の給水栓３又は排水栓４を駆動させ
ることが可能であり、以下に具体的に説明する。

【００１７】本実施の形態の制御システムは、図２を示
して前述したように２本の電線で配線した複数の電磁弁
Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎのいずれかを特定して動作させるも
のである。また、個々の電磁弁は独自に電源を持ってい
ない。そのため、送信器１２側からは、この２本の配線
を利用して電源信号及び特定の電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂ
ｎを指定する情報信号が受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎ側へ伝
送されるよう構成されたものである。その際、プログラ
ムコントローラ１１からのビットデータ（情報信号）を
シリアル信号に変換し、そこに連続出力した電源信号を
時間分割して伝送する方法を採用した。具体的には以下
の如くである。図４は、本制御システムで伝送される波
形図である。これは、プログラムコントローラ１１の伝
送命令に基づいて送信器１２から受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆ
ｎへ伝送される信号である。その信号は、最初の０．５
秒間は受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎ動作用の電源信号、次の
０．５秒間は各電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎ及び開閉を指
示する情報をもった情報信号、更にその後は給水栓３，
３…又は排水栓４，４…を動作させるための電源信号
（給水栓３，３…は０．２秒程度、排水栓４，４…は９
０秒程度）が一連のものとして順次伝送される。

【００１８】本実施の形態では、情報信号が１ワード１
２ビットの構成としてプログラムコントローラ１１から
送信器１２へ送られ、その送信器１２でシリアル信号に
変換されて受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎへ伝送される。ここ
で、図５は、情報信号を示した図である。情報信号は１
２ビットで構成され、最初の４ビットには本システムの
呼び出し用のコード（Ｃ１〜Ｃ４）が割り当てられてい
る。次の６ビットにはアドレス（Ａ１〜Ａ６）が割り当
てられている。そして、最後の２ビットには、開閉指令
のためのデータ（Ｄ１，Ｄ２）が割り当てられている。
コードビットは、固有のもので伝送の信頼性を高めると
同時に、この系の固有の名称とした。アドレス（Ａ１〜
Ａ６）は、給水栓３，３…及び排水栓４，４…の番号の
割付用に用い、指定されたアドレスの栓を作動させるも
のである。また、データ信号のビット内容を図６に示
す。このような情報信号の最後には、パリティチェック
のためのコード（Ｐ）が設けられている。そのため、１
２ビットが奇数の場合のは０、偶数の場合には１を加え
１３ビット全体で奇数になるようにすることで伝送の確
認を行い、ノイズなどで誤動作することが防止されてい
る。

【００１９】ところで、この方法を採用するにあたって
種々の制約が課せられることも確かである。即ち、電源
信号と情報信号とが時間的に分けられて送られるため、
情報伝送時には電磁弁は動作されず、多くの電磁弁Ｂ
１，Ｂ２…，Ｂｎを動作させるには時間が掛かり過ぎる
点である。そこで、電磁弁には、機械的に自己保持させ
れば瞬時に開弁し、あとは電源を切ってもそれが維持さ
れる自己保持式のものを使用することとした。そうすれ
ば、一個の電磁弁作動完了までに１．５秒程度の時間で
足り、例えば４０個の電磁弁を動作させるには１分程度
で終了させることができほとんど問題にならない。一
方、排水栓４，４…は、後述するようにジャバラ形弁を
上下させるために１個当たり９０秒程度の時間を要する
ため、全部で４０個あまりにもなると約１時間も掛かっ
てしまう。しかし、使用対象が水田であればこの程度の
時間は許容範囲と考えられる。即ち、水田では、給水栓
３，３…で１日１回程度、排水栓４，４…にあっては年
に１０回程度と動作頻度が極めて低いため、今回採用す
る伝送方法に時間がかかるという点は問題にはならな
い。

【００２０】次に、プログラムコントローラ１１からの
伝送命令に従って、シリアル信号を伝送する送信器１２
の作用を説明する。図７は、送信器１２を示した回路図
である。先ず、送信器１２は、受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎ
が遠く離れて設置され、それが２本の電線で接続されて
いることから非同期式のものが採用されている。プログ
ラムコントローラ１１からパラレルに出力される情報信
号は、送信器１２によってシリアル信号に変換されて出
力されるが、この「０」，「１」のビット信号は、シリ
アル変換された信号のパルス幅によって区別される。図
８は、シリアル信号に変換された「０」信号と「１」信
号の区別を示した波形図である。図示するように１ビッ
トの信号を４分割した１分割分の時間をａとし、Ｈがａ
時間でＬが３ａ時間の割合で時間分割された信号を
「０」とする一方、Ｈが３ａ時間でＬがａ時間の割合で
時間分割された信号を「１」とした。従って、基本周波
数となるクロックが重要となるが、分割した時間差を大
きく設けたのでクロックの発振には水晶を用いることな
くＣＲ形で十分な安定が得られる。

【００２１】送信器１２では、クロックの周波数はａが
基本となり４ａで１ビットを構成し、これを１２ビット
の情報に対応するシリアル信号に変換して伝送される。
そして、前述したようにシリアル信号を伝送する直前に
受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎのコンデンサを動作させるため
の電源信号が約０．５秒間伝送され、また後述するよう
にシリアル信号の後の電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎなどを
動作させるための電源信号が約０．２秒間伝送される。
図９は、このシリアル伝送波形の一例を示した波形図で
ある。送信器１２は、このような時間分割されたシリア
ル信号を発生させるため、各信号に対応したタイマーを
すべて作り出すための１４ステージのフリップフロップ
によるタイミングパルス発生器４１を設け送信器１２の
コントロール部としている。そして、タイミングパルス
発生器４１は、プログラムコントローラ１１からの情報
信号をパラレル信号からシリアル信号に変換するＰ／Ｓ
シフトレジスタ４２に接続されている。

【００２２】また、ＤＣ電源１５には電源部４３が接続
され、その電源部４３がプログラムコントローラ１１に
接続されている。またプログラムコントローラ１１に
は、タイミングパルス発生器４１のクロックの発振を起
動させるスタート保持回路４４が接続されている。ま
た、タイミングパルス発生器４１及びＰ／Ｓシフトレジ
スタ４２には、基本周波数ａで図９に示すシリアル信号
を発生させるロジック回路４５が接続されている。その
ロジック回路４５は、パワーアンプ４６を介して受信器
Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎへ接続され、その出力回路にはリレー
４７が設けられている。また、出力回路には電流検出抵
抗ＲＩが設けられ、この電流検出抵抗ＲＩに接続された
作動検出アンプ４８が、スタート保持回路４４及びロジ
ック回路４５に接続されている。

【００２３】従って、このような構成の送信器１２は、
次のように作用する。プログラムコントローラ１１から
スタートのワンショット信号がスタート保持回路４４に
入力されると、タイミングパルス発生器４１のリセット
が解かれ、またリレー４７がＯＮすることとなる。タイ
ミングパルス発生器４１は、リセットが解かれたスター
ト時の０．５秒間は連続信号が出力される。ロジック回
路４５は、連続信号が優先するよう構成されている。ま
た、プログラムコントローラ１１からは、図５で示すよ
うな１２ビットの情報信号がＰ／Ｓシフトレジスタ４２
へ並列入力される。Ｐ／Ｓシフトレジスタ４２では、タ
イミングパルス発生器４１から発振されるクロックによ
り、ａ間隔のクロック４個分毎に順次シフトしロジック
回路４５へ出力される。そして、Ｐ／Ｓシフトレジスタ
４２からの出力が「０」のときはパルス幅ａ、「１」の
ときにはパルス幅３ａの波形（図８参照）がロジック回
路４５で形成され出力される。そして、シリアル変換さ
れた信号は、パワーアンプ４６で増幅され出力される。

【００２４】このようにして伝送されたシリアル信号
は、後述するように電源信号により電源が各受信器Ｆ
１，Ｆ２…Ｆｎのコンデンサに充電され、その受信器の
電源電圧となり、続いて伝送される情報信号によって所
定の受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎが電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂ
ｎを動作させることとなる。そのとき、電磁弁Ｂ１，Ｂ
２…，Ｂｎが動作したことの検出は、電流検出抵抗ＲＩ
によって電流を読み取ることによって行われる。これ
は、受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎの回路電流が低い一方、電
磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎなどが動作したときの電流差が
大きいため容易に検出することができる。そこで、電磁
弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎが動作したことによる電流が検出
されれば、即座に作動検出アンプ４８によってロジック
回路４５の連続信号への切り換えが行われ、電源信号が
パワーアンプ４６を介して増幅して出力される。

【００２５】電磁弁Ｂ１，Ｂ２…，Ｂｎは自己保持式の
ものであるため、瞬時に開状態なり電流が下がるので、
再びそれを作動検出アンプ４８が検出するとスタート保
持回路４４がＯＦＦされ１回の伝送が完了する。そし
て、その完了したことの信号がスタート保持回路４４か
らプログラムコントローラ１１へ入力され、プログラム
コントローラ１１によって次の情報信号が発信され、同
様にして送信器１２からシリアル信号が受信器Ｆ１，Ｆ
２…Ｆｎ側へ伝送される。

【００２６】次に、このような情報信号を受信した受信
器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎ側の構成及びその動作について説明
する。図１０は、受信器及び当該受信器に接続された給
水栓の電磁弁及び排水栓の機構を示した回路図である。
２本の電線１３，１４によって送信器１２に配線された
端子５１ａ，５１ｂには、極性を無視できるようにブリ
ッジ型の整流器５２が接続されている。そして、この整
流器５２には、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１
が接続され、このコンデンサＣ１に充電された直流電源
を取り出すための電源部５３が接続されている。コンデ
ンサＣ１にはスタート時の約０．５秒間に伝送される電
源信号によって充分チャージされ、その後のパルス信号
によっても変動しないように充分な容量のコンデンサが
使用される。なお、コンデンサＣ１の容量を大きくしな
いために回路電流はできるだけ小さくする必要があり、
本回路では１０ｍＡ以下を目標とした。

【００２７】そして、この受信器Ｆｎには、伝送されて
きたシリアル信号（情報信号）を取り出すためのフォト
カプラ５４とフィルタ及びシミット動作を持った波形整
形回路５５が接続されている。この波形整形回路５５に
は、シリアル信号をパラレル変換するＳ／Ｐ（シリアル
／パラレル）シフトレジスタ５６が接続されている。ま
た、Ｓ／Ｐシフトレジスタ５６には、基本周波数ａのク
ロックを発進する発振器５７に接続されたカウンタ５８
が接続され、そのカウンタ５８には波形整形回路５５に
接続されたワンショット回路５９が接続されている。更
に、Ｓ／Ｐシフトレジスタ５６には、それから出力され
たパラレル信号と各受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎに給水栓
３，３…及び排水栓４，４…に関する特有のアドレス番
号が記憶されたコード設定器６０の値とのを比較する判
別回路６１が接続されている。また、Ｓ／Ｐシフトレジ
スタ５６には、伝送されたシリアル信号を確認するパリ
ティチェック回路６２も接続されている。

【００２８】そして、この受信器Ｆｎに対応して設けら
れた電磁弁Ｂｎには、パワーアンプ６３を介してワンシ
ョット回路６４が接続されている。このワンショット回
路６４は判別回路６１に接続され、給水栓３のアドレス
番号と一致した場合に出力される信号により１００ｍｓ
のパルスを発生させるよう構成されている。一方、この
受信器Ｆｎには、対応する排水栓４が設けられている。
排水栓４は、ジャバラ４ａをシリンダ６５によって開閉
させるものであり、そのシリンダ６５は、電磁ポンプ６
６によって汲み上げられる水の水圧によって駆動するよ
う構成され、その水圧の調整には電磁弁６７，６８が使
用される。そして、この電磁弁６７，６８及び電磁ポン
プ６６には、パワーアンプ６９を介してロジック回路７
０が接続されている。また、そのロジック回路７０は判
別回路６１及びカウンタ５８に接続され、排水栓４のア
ドレス番号と一致した場合に、出力される判別回路６１
からの信号によってロジック回路７０が３０Ｈｚの周波
数をパワーアンプ６９へ出力する構成となっている。ま
た、ロジック回路７０には、シリンダ６５の動作を検出
するリミットスイッチ７１，７２が接続されている。

【００２９】そこで、このような構成の受信器Ｆｎで
は、スタート時に０．５秒間伝送される電源信号が入力
し、コンデンサＣ１には直流電源が充電される。これが
その後駆動する受信器Ｆｎの電源として利用される。そ
して、この電源信号に続いて伝送される情報を載せたシ
リアル信号は、フォトカプラ５４によって取り出され、
波形整形回路５５によって配線途中で拾うノイズや誘導
障害が処理される。波形整形回路５５から出力されたシ
リアル信号はＳ／Ｐシフトレジスタ５６に入力され、そ
の「０」，「１」が判断されてパラレル信号が出力され
る。この「０」，「１」の判別は、送信器１２と同様に
でシリアル信号のパルス幅を発振器５７から発振される
パルス幅ａのクロック数をカウントすることにより行わ
れる。

【００３０】そこで、波形整形回路５５からパルスが出
力されると、それに従ってワンショット回路５９から短
いパルスが発振されカウンタ５８がリセットされる。そ
して、次のパルスの立ち上がりでＳ／Ｐシフトレジスタ
５６がシフトされ、このシフト時のカウント数がａか３
ａかによってカウンタ５８から「０」又は「１」の何れ
かの判別信号が出力される。

【００３１】Ｓ／Ｐシフトレジスタ５６へ入力されたシ
リアル信号はパラレル信号に変換され並列出力される。
ここで出力された信号は、図５で示すようなプログラム
コントローラ１１から送信器１２へ入力された１２ビッ
トの情報信号にもどされることとなる。また、このと
き、送信器１２から伝送された情報信号が確実に送られ
たか否かが確認される。即ち、Ｓ／Ｐシフトレジスタ５
６から出力されたコードデータがパリティチェック回路
６２で確認され、そのコードデータが全体で奇数になる
場合には判別回路６１を動作させ、偶数である場合には
適正に伝送されていないため判別回路６１を動作させな
いよう判別信号が出力される。そして、コードデータが
正しく伝送され、かつそれがコード設定器６０に記憶さ
れた給水栓３に関するアドレス番号と一致したならば、
データコードＤ１，Ｄ２に従って、ワンショット回路６
４から出力された１００ｍｓのパルス信号がパワーアン
プ６３を介して電磁弁Ｂｎへ印加され、電磁弁Ｂｎの動
作により不図示の給水栓３が開又は閉となる。

【００３２】ここで、パワーアンプ６３は、図１１に示
す如くトランジスタブリッジ回路によって構成された自
己保持形パワーアンプである。そのため、例えば電磁弁
Ｂｎを開く場合には、ワンショット回路６４から出力さ
れたＯＮパルスによってトランジスタＴｒ３，Ｔｒ２が
ＯＮとなり、パワーアンプ６３からプラスのパルスが発
生されて後述の如く電磁弁Ｂｎが開状態となる。

【００３３】一方、伝送されたコードデータがコード設
定器６０に記憶された自動排水栓４に関するアドレス番
号と一致したならば、データコードＤ１，Ｄ２に従っ
て、ロジック回路７０から３０Ｈｚの周波数のパルスが
パワーアンプ６９を介して電磁ポンプ６６へ印加され
る。また、電磁弁６７，６８にもロジック回路７０から
所定のパルスが印加される。従って、電磁ポンプ６６か
ら吐出された水が電磁弁６７を介してシリンダ６５へ供
給され、その水圧で駆動するシリンダ６５によってジャ
バラ４ａが持ち上げられて開栓し、又は押し下げられて
閉栓することとなる。シリンダ６５の動作はリミットス
イッチ７１，７２によって検出され、ピストンが検出位
置にまで移動したところで、それを確認したロジック回
路７０によってＯＦＦされる。

【００３４】次に、上記の如く受信器Ｆｎへ伝送された
情報信号に従って動作する給水栓３について説明する。
先ず、自己保持式の電磁弁について図１２に示した断面
図に基づいて説明する。上記の如く電磁弁Ｂｎへ直流電
源が入力されるとコイル８１にプラス電圧が印加され、
発生した磁界と電磁弁Ｂｎに内蔵された永久磁石８２の
磁界方向とが合致するため、プランジャ８３が上方へ吸
引される。そのため、弁体８４が弁座８５から離間して
入力ポート８６から出力ポート８７へ水が流れることと
なる。また、上記したようにパルス信号は１回のみ印加
されるが、印加後は永久磁石８２の磁力によってプラン
ジャ５３は、上昇した状態が維持される。一方、電磁弁
Ｂｎにマイナスのパルス信号が印加されると、内蔵され
ているコイル８１に発生する磁界と永久磁石８２の磁界
とが反発し合い、その結果両磁力から開放されるので、
スプリング８８によって下方へ付勢されて弁体８４が弁
座８５に当接して流路が遮断される。

【００３５】次に、給水栓３について図１３に示した断
面図に基づいて説明する。給水栓３はダイアフラム弁を
構成し、そのダイヤフラム室９１が吐水蛇口９２に接続
された不図示のパイプによって電磁弁Ｂｎの入力ポート
８６に連通されている。そして、電磁弁Ｂｎの閉弁時に
は、パイプ９３を上昇した水がダイアフラム弁体９４の
パイロット孔９４ａからダイヤフラム室９１に流入する
が、連通した電磁弁Ｂｎが閉弁されているため水は流れ
出すことなく充填される。従って、水圧を受ける面積の
広いダイアフラム弁体９４には上面から下方へ大きな圧
力が加わわり、そのダイアフラム弁体９４が弁座９５へ
当接されるため外部への水の吐出が停止される。

【００３６】一方、上記の如く電磁弁Ｂｎが開弁した場
合には、入力ポート８６がダイアフラム室９１に連通さ
れているので、ダイアフラム室９１内の水が不図示のパ
イプを介して電磁弁Ｂｎから吐出される。そのため、ダ
イアフラム室９１内の水が流れ出たことによりダイアフ
ラム弁体９４にかかる圧力が低下するので、パイプ９３
を上昇してきた水は、その圧力で復帰バネ９７の付勢力
に反してダイアフラム弁体９４を押し上げ、開弁した吐
水部９６から水田へ放水される。また、電磁弁Ｂｎにマ
イナスのパルス信号が印加され閉弁すると。ダイアフラ
ム室９１内の水が再びどこへも流れ出なくなり、ダイア
フラム室９１内に水が充填される。そのため、再びダイ
アフラム弁体９４が弁座９５に当接し、給水が止められ
ることとなる。

【００３７】以上、本実施の形態で示した電磁弁制御シ
ステムによれば、電磁弁毎のアドレス番号を含む情報信
号を伝送する構成としたため、複数ある電磁弁のうち任
意のものを選択して動作させることができるため操作性
に優れたものとなった。また、情報信号と電源信号とを
１個毎の電磁弁に対し伝送し、その都度動作完了の確認
をもって次の電磁弁に対し送信するので、プログラムコ
ントローラ１１からの指令、確認処理が容易になった。
作動検出アンプ４８を用いた確認処理により信頼性も高
まった。また、複数の電磁弁を２本の線で並列に接続す
る構成としたことにより、大幅なコストダウンを図るこ
とができ、また、メンテナンスが非常に容易になった。
特に、受信器Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎに整流器５２を設けたの
で、直流電源を使用しても断線などのメンテナンスの際
に極性を取り違える心配がなくなった。また、電磁弁に
自己保持式のものを採用したことにより、その駆動には
パルス通電でよいため省エネを図ることができた。特
に、１個毎の電磁弁を動作させるよう順次信号を送るよ
うにしたので、電源容量も１個分のものでよくなった。
そのため、ソーラとバッテリを電源とする上記実施の形
態のような水田では最適であるといえる。

【００３８】なお、本発明は、前記実施の形態のものに
限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で
様々な変更が可能である。例えば、前記実施の形態では
水田の給水栓３，３…の開閉に利用する電磁弁について
の制御システムを示したが、例えば工場などで使用され
る電磁弁の制御に利用することも可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、自己保持式の電磁弁を使用
し、多数存在する電磁弁のうち各電磁弁を特定するアド
レスビットと、電磁弁の開閉を指示するデータビットと
を含むコードからなる情報信号を出力する指令手段と、
指令手段から出力されたパラレル信号をシリアル信号に
変換した情報信号と電源信号とを時間分割して出力する
送信手段と、電磁弁毎に設けられ、送信手段から送られ
た電源を充電するとともに、シリアル信号を取り出しパ
ラレル変換して各電磁弁特有の設定データと比較するこ
とで電磁弁を動作させる受信手段と、複数の受信手段が
２本の配線で一の送信手段に並列に接続された構成とし
たことで、複数の電磁弁の独立した制御が可能な操作性
に優れた電磁弁制御システムを提供することができるも
のとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】大区画の水管理実証圃場を示した管路模式図で
ある。

【図２】本発明にかかる電磁弁制御システムの一実施の
形態を示した概念図である。

【図３】水田Ｂの断面及び水位調節桝６の断面を示した
水田の模式図である。

【図４】電磁弁制御システムで伝送される波形図であ
る。

【図５】情報信号の内容を示した図である。

【図６】情報信号のデータ信号のビット内容を示した図
である。

【図７】電磁弁制御システムの送信器を示した回路図で
ある。

【図８】シリアル信号に変換された「０」信号と「１」
信号の区別を示した波形図である。

【図９】シリアル伝送波形の一例を示した波形図であ
る。

【図１０】電磁弁制御システムの受信器及び当該受信器
に接続された給水栓の電磁弁及び排水栓の機構を示した
回路図である。

【図１１】自己保持形パワーアンプを示した回路図であ
る。

【図１２】自己保持式の電磁弁を示した断面図である。

【図１３】給水栓を示した断面図である。

【図１４】従来の電磁弁制御システムにおける送信回路
から出力される周波数多重信号を示した波形図である。

【図１５】従来の電磁弁制御システムの動作を説明する
ための各部波形図である。

【符号の説明】

３ 給水栓 ４ 排水栓 １１ プログラムコントローラ １２ 送信器 １３，１４ 電線 Ｆ１，Ｆ２…Ｆｎ 受信器 Ｂ１，Ｂ２…Ｂｎ 電磁弁

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械的に自己保持させることで開弁状態
   を維持する電磁弁と、 多数存在する前記電磁弁のうち各電磁弁を特定するアド
   レスビットと、電磁弁の開閉を指示するデータビットと
   を含むコードからなる情報信号を出力する指令手段と、 前記指令手段から出力されたパラレル信号をシリアル信
   号に変換した前記情報信号と電源信号とを時間分割して
   出力する送信手段と、 前記電磁弁毎に設けられ、前記送信手段から送られた電
   源信号により電源を充電するとともに、前記シリアル信
   号を取り出しパラレル変換した前記情報信号を各電磁弁
   特有の設定データと比較することで電磁弁を動作させる
   受信手段と、 前記複数の受信手段が２本の配線で一の送信手段に並列
   に接続されたものであることを特徴とする電磁弁制御シ
   ステム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電磁弁制御システムに
   おいて、 前記送信手段は、前記情報信号を２種類の異なる幅のパ
   ルス波を形成することでシリアル信号に変換するＰ／Ｓ
   変換手段を有し、 前記受信手段は、前記送信手段から送信されたシリアル
   信号をパルス幅によってパラレル信号に変換するＳ／Ｐ
   変換手段を有することを特徴とする電磁弁制御システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の電磁弁制
   御システにおいて、 前記受信手段は、入力端子に整流器が接続された回路を
   構成するものであることを特徴とする電磁弁制御システ
   ム。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の電磁弁制御システムにおいて、 前記送信手段は、前記受信手段が送信された情報信号に
   従って前記電磁弁を駆動させたことを電流の流れによっ
   て検出する検出手段を有し、 当該検出手段が電流の流れを検出した場合には駆動維持
   電源を連続信号として出力することを特徴とする電磁弁
   制御システム。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の電磁弁制御システムにおいて、 前記電源には、ソーラ電池とバッテリを使用することを
   特徴とする電磁弁制御システム。