JP5577285B2

JP5577285B2 - ポジショナ

Info

Publication number: JP5577285B2
Application number: JP2011074841A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎村田; 浩二奥田; 博昭名古屋
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: US20120253534A1; JP2012207745A; US9092018B2; CN102736515A; CN102736515B

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、この供給電流から自己の動作電源を生成する一方、その供給電流の値に応じて調節弁（バルブ）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バルブの弁開度を０％とし、２０ｍＡの電流が送られてきた場合にはバルブの弁開度を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（例えば、３．８ｍＡ）の電流で動作させなければならない。

ポジショナには上位側システムからバルブの設定開度値が入力される。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、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１参照）。

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。

特開２００４−１５１９４１号公報

しかしながら、上述したような付加機能を盛り込むことによって、ポジショナは飛躍的に高機能化した反面、全ての付加機能を発揮するために必要な電流も大きくなる。この場合、供給される電流が万が一全ての付加機能を発揮するために必要な電流よりも不足すると、付加機能が正常に働かなくなり、例えば不明なエラーが連続して上位側システムへ送られたり、上位側システムとの間の通信が途絶えたりする、というような問題が生じる虞があった。

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、高機能を発揮しつつ、供給電流が不足した場合の脆弱性を改善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、調節弁の開度制御を行う機能を基本機能、この基本機能に対して付加されている他の機能を付加機能とし、基本機能および付加機能のそれぞれの機能毎に設けられた機能回路部と、供給電流が取り得る電流の範囲を複数の電流範囲に区分し、この電流範囲の区分毎にその必要とする電流のトータル値がその電流範囲の上限値未満でかつ下限値以上となる前記機能の組み合わせを定めたテーブルを記憶する手段と、供給電流の実際値を検出する供給電流検出手段と、検出された供給電流の実際値が前記電流範囲の区分の何れに属しているかを確認し、その属している電流範囲の区分に対して定められている機能の組み合わせを前記テーブルより読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、例えば、供給電流が取り得る電流の範囲（例えば、０〜２０ｍＡ）が４つの電流範囲に区分され、第１の区分の電流範囲（例えば、０〜αｍＡ（α＜β＜γ））には機能の組合せが定められておらず、第２の区分の電流範囲（例えば、α〜βｍＡ）には機能の組み合わせとして通信機能が定められ、第３の区分の電流範囲（例えば、β〜γｍＡ）には機能の組合せとして通信機能と自己診断機能とが定められ、第４の区分の電流範囲（例えば、γ〜２０ｍＡ）には機能の組合せとして基本機能と付加機能の全てが定められているものとした場合、供給電流が不足し、第４の区分の電流範囲から第３の区分の電流範囲に入ると、通信機能と自己診断機能以外の全ての機能の機能回路部の動作が停止され、通信機能の機能回路部と自己診断機能の機能回路部の動作が継続される。さらに、供給電流が不足し、第３の区分の電流範囲から第２の区分の電流範囲に入ると、自己診断機能の機能回路部の動作が停止され、通信機能の機能回路部の動作のみが継続される。そして、第２の区分の電流範囲から第１の区分の電流範囲に入ると、全ての機能の動作が停止される。

本発明によれば、供給電流が取り得る電流の範囲を複数の電流範囲に区分し、この電流範囲の区分毎にその必要とする電流のトータル値がその電流範囲の上限値未満でかつ下限値以上となる機能の組み合わせを定め、検出された供給電流の実際値がその電流範囲の区分の何れに属しているかを確認し、その属している電流範囲の区分に対して定められている機能の組み合わせを読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止するようにしたので、不足した供給電流で賄うことが可能な機能回路部の動作のみを継続し、他の機能回路部の動作を停止させるようにして、高機能を発揮しつつ、供給電流が不足した場合の脆弱性を改善す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の要部を示すブロック図である。このポジショナに用いる電流範囲の区分とその電流範囲の区分毎に定められた機能の組み合わせを示すテーブルの一例を示す図である。。このポジショナに用いるテーブルの別の例を示す図である。このテーブルで用いる優先度と機能との関係を示す図である。

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はこの発明に係るポジショナの一実施の形態の要部を示すブロック図である。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、この供給電流Ｉから自己の動作電源を生成する一方、供給電流Ｉの値に応じて図示されていない調節弁（バルブ）の開度を制御する。

ポジショナ１００は、ＣＰＵ１と、メモリ２と、電流監視部３と、通信機能回路部４と、自己診断機能回路部５と、バルブ診断機能回路部６と、バルブ開度出力機能回路部７と、バルブ制御機能回路部８と、ツェナーダイオードＤ１を含む定電圧回路９と、抵抗Ｒ１とを備えている。

このポジショナ１００において、定電圧回路９は、上位側システム２００からの電源の供給を受けて定電圧Ｖ１を生成し、この生成した定電圧Ｖ１をＣＰＵ１や通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ制御機能回路部８に供給する。

上位側システム２００からの供給電流Ｉは、ＣＰＵ１や通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ制御機能回路部８に流れ込み、合流して抵抗Ｒ１を介して上位側システム２００へ戻される。電流監視部３は上位側システム２００へ戻される電流をポジショナ１００への供給電流Ｉの実際値として検出する。

通信機能回路部４は、上位側システム２００との間の通信を行う通信機能（機能Ａ（付加機能））を担う回路部として設けられている。自己診断機能回路部５は、ポジショナ自身の異常診断を行う自己診断機能（機能Ｂ（付加機能））を担う回路部として設けられている。バルブ診断機能回路部６は、バルブの異常診断を行うバルブ診断機能（機能Ｃ（付加機能））を担う回路部として設けられている。バルブ開度出力機能回路部７は、上位側システム２００へ実際のバルブの開度を出力するバルブ開度出力機能（機能Ｄ（付加機能））を担う回路部として設けられている。バルブ制御機能回路部８は上位側システム２００からの指令に従うバルブの開度制御を行うバルブ開度制御機能（機能Ｅ（基本機能））を担う回路部として設けられている。

ＣＰＵ１は、メモリ２に格納されているプログラムに従って、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ制御機能回路部８の動作のon／offを制御する。メモリ２には、上述したプログラムに加えて、供給電流Ｉが取り得る電流の範囲（０〜２０ｍＡ）を複数の電流範囲に区分し、この区分された電流範囲毎にその必要とする電流のトータル値がその区分された電流範囲の上限値未満でかつ下限値以上となる機能Ａ〜Ｅの組み合わせを定めたテーブルＴＢ１が格納されている。

図２にテーブルＴＢ１の一例を示す。このテーブルＴＢ１では、通信機能回路部４（機能Ａ）が必要とする電流をＩＡ、自己診断機能回路部５（機能Ｂ）が必要とする電流をＩＢ、バルブ診断機能回路部６（機能Ｃ）が必要とする電流をＩＣ、バルブ開度出力機能回路部７（機能Ｄ）が必要とする電流をＩＤ、バルブ制御機能回路部８（機能Ｅ）が必要とする電流をＩＥとした場合、Ｉｔｈ１＝ＩＡ、Ｉｔｈ２＝ＩＡ＋ＩＢ、Ｉｔｈ３＝ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ、Ｉｔｈ４＝ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＤ、Ｉｔｈ５＝３．８ｍＡとして、供給電流Ｉが取り得る電流の範囲（０〜２０ｍＡ）を６つの電流範囲に区分している。そして、区分１の電流範囲（０〜Ｉｔｈ１）に対しては機能の組み合わせを「無し」とし、区分２の電流範囲（Ｉｔｈ１〜Ｉｔｈ２）に対しては機能Ａを機能の組み合わせとして定め、区分３の電流範囲（Ｉｔｈ２〜Ｉｔｈ３）に対しては機能Ａと機能Ｂとを機能の組み合わせとして定め、区分４の電流範囲（Ｉｔｈ３〜Ｉｔｈ４）に対しては機能Ａと機能Ｂと機能Ｃとを機能の組み合わせとして定め、区分５の電流範囲（Ｉｔｈ４〜Ｉｔｈ５）には機能Ａと機能Ｂと機能Ｃと機能Ｄとを機能の組み合わせとして定め、区分６の電流範囲（Ｉｔｈ５〜２０ｍＡ）に対しては機能Ａと機能Ｂと機能Ｃと機能Ｄと機能Ｅとを機能の組み合わせとして定めている。

なお、バルブ制御機能回路部８は、弁開度が０％の場合には０ｍＡ、弁開度が１００％の場合には１６ｍＡの電流を必要とするので、このバルブ制御時の最大電流である１６ｍＡをバルブ制御機能回路部８（機能Ｅ）が必要とする電流ＩＥとする。また、この実施の形態では、供給電流Ｉの不足時に残す重要な機能として、機能Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順にその優先度が高いものであるとする。

また、この実施の形態において、区分１の電流範囲（０〜Ｉｔｈ１）には機能の組み合わせが定められていないので、区分２の電流範囲（Ｉｔｈ１〜Ｉｔｈ２）が機能の組み合わせが定められた区分のうちその電流値が最も小さい区分となる。この区分２の電流範囲には機能の組み合わせとして機能Ａ（通信機能）が定められている。

〔正常動作時：４ｍＡ≦Ｉ≦２０ｍＡ〕
今、上位側システム２００からの供給電流Ｉが４ｍＡ≦Ｉ≦２０ｍＡの範囲内で変化し、正常動作を行っているものとする。この場合、ＣＰＵ１は、供給電流Ｉの実際値が区分６の電流範囲（Ｉｔｈ５〜２０ｍＡ）に属していることを確認し、その属している区分６の電流範囲の機能の組み合わせとして「Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ」をテーブルＴＢ１より読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する。

この場合、全ての機能が読み出されるので、動作を禁止する機能回路部はなく、全ての機能の機能回路部の動作が許可される。したがって、ＣＰＵ１は、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ制御機能回路部８の全ての機能回路部の動作を継続させる。

〔供給電流ＩがＩｔｈ５を下回った場合〕
このような状態から、供給電流Ｉが不足し、Ｉｔｈ５＝３．８ｍＡを下回ると、ＣＰＵ１は、供給電流Ｉの実際値が区分５の電流範囲（Ｉｔｈ４〜Ｉｔｈ５）に属していることを確認し、その属している区分５の電流範囲の機能の組み合わせとして「Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ」をテーブルＴＢ１より読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する。

この場合、ＣＰＵ１は、「Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ」の機能以外の機能回路部として、バルブ制御機能回路部８の動作を禁止する。これにより、バルブ制御機能回路部８の動作が停止され、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６，バルブ開度出力機能回路部７の動作が継続される。

この場合、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６，バルブ開度出力機能回路部７が必要とする電流のトータル値はＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＤであり、区分５の電流範囲の下限値Ｉｔｈ４はＩｔｈ４＝ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＋ＩＤとして定められているので、不足した供給電流Ｉでも通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６，バルブ開度出力機能回路部７の動作を正常に継続させることができる。

〔供給電流ＩがＩｔｈ４を下回った場合〕
このような状態から、さらに供給電流Ｉが不足し、Ｉｔｈ４を下回ると、ＣＰＵ１は、供給電流Ｉの実際値が区分４の電流範囲（Ｉｔｈ３〜Ｉｔｈ４）に属していることを確認し、その属している区分４の電流範囲の機能の組み合わせとして「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」をテーブルＴＢ１より読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する。

この場合、ＣＰＵ１は、「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」の機能以外の機能回路部として、バルブ制御機能回路部８，バルブ開度出力機能回路部７の動作を禁止する。これにより、バルブ制御機能回路部８に加えて、バルブ開度出力機能回路部７の動作が停止され、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６の動作が継続される。

この場合、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６が必要とする電流のトータル値はＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣであり、区分４の電流範囲の下限値Ｉｔｈ３はＩｔｈ３＝ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣとして定められているので、不足した供給電流Ｉでも通信機能回路部４，自己診断機能回路部５，バルブ診断機能回路部６の動作を正常に継続させることができる。

〔供給電流ＩがＩｔｈ３を下回った場合〕
このような状態から、さらに供給電流Ｉが不足し、Ｉｔｈ３を下回ると、ＣＰＵ１は、供給電流Ｉの実際値が区分３の電流範囲（Ｉｔｈ２〜Ｉｔｈ３）に属していることを確認し、その属している区分３の電流範囲の機能の組み合わせとして「Ａ＋Ｂ」をテーブルＴＢ１より読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する。

この場合、ＣＰＵ１は、「Ａ＋Ｂ」の機能以外の機能回路部として、バルブ制御機能回路部８，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ診断機能回路部６の動作を禁止する。これにより、バルブ制御機能回路部８，バルブ開度出力機能回路部７に加えて、バルブ診断機能回路部６の動作が停止され、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５の動作が継続される。

この場合、通信機能回路部４，自己診断機能回路部５が必要とする電流のトータル値はＩＡ＋ＩＢであり、区分３の電流範囲の下限値Ｉｔｈ２はＩｔｈ２＝ＩＡ＋ＩＢとして定められているので、不足した供給電流Ｉでも通信機能回路部４，自己診断機能回路部５の動作を正常に継続させることができる。

〔供給電流ＩがＩｔｈ２を下回った場合〕
このような状態から、さらに供給電流Ｉが不足し、Ｉｔｈ２を下回ると、ＣＰＵ１は、供給電流Ｉの実際値が区分２の電流範囲（Ｉｔｈ１〜Ｉｔｈ２）に属していることを確認し、その属している区分２の電流範囲の機能の組み合わせとして「Ａ」をテーブルＴＢ１より読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する。

この場合、ＣＰＵ１は、「Ａ」の機能以外の機能回路部として、バルブ制御機能回路部８，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ診断機能回路部６，自己診断機能回路部５の動作を禁止する。これにより、バルブ制御機能回路部８，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ診断機能回路部６に加えて、自己診断機能回路部５の動作が停止され、通信機能回路部４のみの動作が継続される。

この場合、通信機能回路部４が必要とする電流のトータル値はＩＡであり、区分２の電流範囲の下限値Ｉｔｈ１はＩｔｈ１＝ＩＡとして定められているので、不足した供給電流Ｉでも通信機能回路部４の動作を正常に継続させることができる。

〔供給電流ＩがＩｔｈ１を下回った場合〕
このような状態から、さらに供給電流Ｉが不足し、Ｉｔｈ１を下回ると、ＣＰＵ１は、供給電流Ｉの実際値が区分１の電流範囲（０〜Ｉｔｈ１）に属していることを確認し、テーブルＴＢ１よりその属している区分１の電流範囲の機能の組み合わせを読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する。

この場合、ＣＰＵ１は、区分１の電流範囲（０〜Ｉｔｈ１）には機能の組み合わせが定められていないので、全ての機能回路部の動作を禁止する。これにより、バルブ制御機能回路部８，バルブ開度出力機能回路部７，バルブ診断機能回路部６，自己診断機能回路部５に加えて、通信機能回路部４の動作も停止され、全ての機能回路部の動作が停止される。

このようにして、本実施の形態では、供給電流Ｉが不足すると、不足した供給電流で賄うことが可能が機能回路部の動作のみが継続され、他の機能回路部の動作が停止されるものとなり、高機能を発揮しつつ、供給電流が不足した場合の脆弱性が改善されるものとなる。

また、本実施の形態では、優先度の低い機能回路部から順次停止されて行き、優先度の高い重要な機能回路部に十分な電流を供給して動作が継続されるので、供給電流が低下した状況下でも優先度の高い重要な機能を確実に実行させることが可能となる。

また、本実施の形態では、優先度の最も高い機能回路部を通信機能回路部４としているので、すなわちテーブルＴＢにおいて機能の組み合わせが定められた区分の電流範囲のうちその電流値が最も小さい区分にその機能の組み合わせとして機能Ａ（通信機能）を定めているので、供給電流Ｉが不足しても、最後まで通信機能が確保されるものとなり、上位側システム２００に異常発生を通知するようにしたり、それまでポジショナ１００が内部の記憶部に蓄えておいたデータを上位側システム２００に送るようにしたりすることが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、電流範囲の区分毎に機能Ａ〜Ｅの組み合わせを定めたテーブルＴＢ１を用いるようにしたが、図３に示すような電流範囲毎の機能Ａ〜Ｅの組み合わせを優先度に基づいて選出可能とするテーブルＴＢ２を用いるようにしてもよい。この場合、優先度は、図４に示すように、機能Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順に優先度１，２，３，４，５として定める。

このテーブルＴＢ２によれば、供給電流Ｉの実際値が区分６の電流範囲（Ｉｔｈ５〜２０ｍＡ）に属していれば、優先度５以上の機能として機能Ａ〜Ｅの全てが選出され、供給電流Ｉの実際値が区分５の電流範囲（Ｉｔｈ４〜Ｉｔｈ５）に属していれば、優先度４以上の機能として機能Ａ〜Ｄの組み合わせが選出される。同様にして、供給電流Ｉの実際値が区分４の電流範囲（Ｉｔｈ３〜Ｉｔｈ４）に属していれば、優先度３以上の機能として機能Ａ，Ｂ，Ｃの組み合わせが選出され、供給電流Ｉの実際値が区分３の電流範囲（Ｉｔｈ２〜Ｉｔｈ３）に属していれば、優先度２以上の機能として機能Ａ，Ｂの組み合わせが選出され、供給電流Ｉの実際値が区分２の電流範囲（Ｉｔｈ１〜Ｉｔｈ２）に属していれば、優先度１以上の機能として機能Ａのみが選出される。本発明でいうテーブルにはこのようなテーブルＴＢ２も含まれるものである。

また、上述した実施の形態では、供給電流Ｉが不足して行くにつれて、機能回路部を１つずつ停止させて行くようにしたが、必ずしも１つずつ停止させて行くようにしなくてもよい。また、停止する機能回路部の組み合わせも自由であり、例えば、供給電流Ｉが取り得る電流の範囲（０〜２０ｍＡ）を０〜Ｉｔｈ１までの区分１の電流範囲、Ｉｔｈ１〜Ｉｔｈ４までの区分２の電流範囲、Ｉｔｈ４〜Ｉｔｈ５までの区分３の電流範囲、Ｉｔｈ５〜２０ｍＡまでの区分４の電流範囲に区分し、供給電流Ｉの実際値が区分２の電流範囲に入った場合、通信機能回路部４のみを残して、他の機能回路部の動作を全て停止させるようにするなどとしてもよい。

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…ＣＰＵ、２…メモリ、３…電流監視部、４…通信機能回路部、５…自己診断機能回路部、６…バルブ診断機能回路部、７…バルブ開度出力機能回路部、８…バルブ制御機能回路部、９…定電圧回路、Ｄ１…ツェナーダイオード、Ｒ１…抵抗、１００…ポジショナ、２００…上位側システム、Ｌ１，Ｌ２…一対の電線、ＴＢ１，ＴＢ２…テーブル。

Claims

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を行う機能を基本機能、この基本機能に対して付加されている他の機能を付加機能とし、前記基本機能および前記付加機能のそれぞれの機能毎に設けられた機能回路部と、
前記供給電流が取り得る電流の範囲を複数の電流範囲に区分し、この電流範囲の区分毎にその必要とする電流のトータル値がその電流範囲の上限値未満でかつ下限値以上となる前記機能の組み合わせを定めたテーブルを記憶する手段と、
前記供給電流の実際値を検出する供給電流検出手段と、
前記検出された供給電流の実際値が前記電流範囲の区分の何れに属しているかを確認し、その属している電流範囲の区分に対して定められている機能の組み合わせを前記テーブルより読み出し、この読み出した組み合わせの機能の機能回路部の動作を許可し、それ以外の機能回路部の動作を禁止する手段と
を備えることを特徴とするポジショナ。
請求項１に記載されたポジショナにおいて、
前記付加機能として前記上位側システムとの通信を行う通信機能回路部を備え、
前記テーブルには、前記機能の組合せが定められた電流範囲の区分のうちその電流値が最も小さい区分にその機能の組合せとして通信機能が定められている
ことを特徴とするポジショナ。