JP5781889B2 - Positioner - Google Patents
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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。 The present invention receives a DC current signal from a host system via a pair of electric wires, generates its own operating power supply from the DC current signal, and opens the control valve according to the value of the DC current signal. The present invention relates to a positioner for controlling the degree.
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。 Conventionally, this type of positioner is designed to operate with a current (DC current signal) of 4 to 20 mA sent from the host system via a pair of wires. For example, when a current of 4 mA is sent from the host system, the opening of the control valve is 0%, and when a current of 20 mA is sent, the opening of the control valve is 100%.
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。 In this case, since the supply current from the host system changes in the range of 4 mA (lower limit current value) to 20 mA (upper limit current value), the internal circuit of the positioner should always be secured as the current value supplied from the host system. The self-operating power supply is generated from a current of less than 4 mA possible.
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)。 A set opening value for the control valve is input from the host system to the positioner. Further, the actual opening value of the control valve is also obtained through the opening sensor. Therefore, in the positioner, by calculating the relationship between the set opening value of the control valve and the actual opening value, it is possible to perform abnormality diagnosis of the control valve, self-diagnosis, and the like. If such an abnormality diagnosis function is provided in the positioner, it is not necessary to provide a separate abnormality diagnosis device, and the function of the system can be improved at a low cost (for example, see Patent Document 1).
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。 For these reasons, in addition to the original function of controlling the valve opening of the control valve, the positioner has recently received the results of the valve opening transmission function, the control valve abnormality diagnosis, and its own abnormality diagnosis. A positioner has been proposed that has a communication function that transmits information to the control valve and receives information such as control parameters for control calculation of the control valve from the host system.
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。
For example, in the positioner disclosed in
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。 In this positioner, the variable impedance control circuit lowers the impedance of the variable impedance circuit in the low frequency region and increases the impedance of the variable impedance circuit in the high frequency region. That is, the impedance for the direct current signal is lowered, and the impedance for the alternating current signal is made higher than the impedance for the direct current signal. By using such a variable impedance circuit, it is possible to receive information (AC current signal) from the host system that is sent superimposed on the DC current signal.
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。
The positioner shown in
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。
However, based on the same idea as in
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。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to provide a communication function later by using the basic circuit unit of the conventional positioner as it is. Is to provide a simple positioner.
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。 In order to achieve such an object, the present invention receives a direct current signal from a host system via a pair of wires and generates its own operating power supply from the direct current signal, while the direct current signal In a positioner provided with a basic circuit unit that controls the opening of the control valve according to the value of and a communication function circuit unit that receives an alternating current signal transmitted superimposed on a direct current signal, The basic circuit unit and the communication function circuit unit are connected in series between the electric wires, and the communication function circuit unit includes a constant voltage control means for controlling the voltage between its terminals constant during non-communication, and an AC current signal during reception. And impedance varying means for changing the impedance of itself to a level higher than the impedance of the direct current signal.
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。 In this invention, the basic circuit part and the communication function circuit part of the positioner are connected in series. For this reason, a current flows in series between the communication function circuit unit and the basic circuit unit, and there is no additional current consumption. As a result, the basic circuit portion of the conventional positioner can be used as it is, and a communication function can be provided later.
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。 In the present invention, the communication function circuit unit includes a constant voltage control unit and an impedance variable unit. As a first configuration example thereof, as the constant voltage control unit, for example, a current connected between terminals of the communication function circuit unit. The control element, the voltage dividing circuit connected between the terminals of the communication function circuit unit, the divided voltage generated by the voltage dividing circuit and the reference voltage are compared, and the current flowing through the current control element is determined so that they match. It is conceivable to use a low voltage filter connected between the operational amplifier and the current control element as the impedance variable means using a constant voltage circuit including an operational amplifier to be controlled.
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。 In the first configuration example, when the communication function circuit unit has a transmission function for superimposing transmission information to the higher-order system supplied through the operational amplifier on the DC current signal, the transmission of information to the higher-order system is performed. When performing, the low pass filter may be disconnected from the connection path between the operational amplifier and the current control element.
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。 In the present invention, the communication function circuit unit includes a constant voltage control unit and an impedance variable unit. As a second configuration example, the constant voltage control unit includes, for example, a current connected between terminals of the communication function circuit unit. The control element, the voltage dividing circuit connected between the terminals of the communication function circuit unit, the divided voltage generated by the voltage dividing circuit and the reference voltage are compared, and the current flowing through the current control element is determined so that they match. It is conceivable to use a constant voltage circuit including an operational amplifier to be controlled, and to use a capacitor connected between the output terminal of the operational amplifier and the input terminal of the reference voltage as the impedance variable means.
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。 In the second configuration example, when the communication function circuit unit has a transmission function for superimposing transmission information to the higher-order system supplied through the operational amplifier on the DC current signal, transmission of information to the higher-order system is performed. When performing, the connection path through the capacitor between the output terminal of the operational amplifier and the input terminal of the reference voltage may be cut off.
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。 In the second configuration example, transmission information to the higher-level system may be given from a connection path between the operational amplifier and the current control element, instead of being given through the operational amplifier. This eliminates the need to block the connection path between the output terminal of the operational amplifier and the input terminal of the reference voltage during transmission, and simplifies the design due to the independence of the reception impedance and transmission signal. To be able to.
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。 According to the present invention, the basic circuit unit and the communication function circuit unit are connected in series, and the communication function circuit unit has constant voltage control means for controlling the voltage between its own terminals at the time of non-communication, and AC voltage at the time of reception. Since the impedance variable means for changing the self impedance for the current signal to a level higher than the impedance for the DC current signal is provided, a large current consumption is not added, and the basic circuit portion of the conventional positioner is provided. It is possible to use it as it is and to have a communication function later.
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。 Further, according to the present invention, the communication function circuit unit includes a constant voltage control means for controlling the voltage between its terminals to be constant during non-communication, and a self-impedance with respect to an alternating current signal during reception to an impedance with respect to a direct current signal. Compared with a system in which a variable impedance circuit is provided between the basic circuit section and the communication function circuit section, the voltage between the terminals of the positioner is reduced by adopting a configuration that includes an impedance variable means that changes the level to a higher level. It is also possible to obtain the effect that the
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the conventional positioner will be described first, and then the positioner of the present embodiment will be described.
〔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。
[Conventional positioner]
FIG. 2 shows the configuration of the main part of the conventional positioner. In FIG. 2,
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。
A DC current signal of 4 to 20 mA is input to the input terminals T1 and T2 of the
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。
The
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。
The drive circuit 5 amplifies or impedance-converts the analog signal sent from the D /
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。
The
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。
The opening degree control of the
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。
In this
〔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。
[Positioner of this embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a main part of the positioner according to the present embodiment. 2, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 2, and the description thereof will be omitted. In order to distinguish from the
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。
In the
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。
In this
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。
The contents of communication using the
〔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。
[First example of communication function circuit]
FIG. 3 shows a first example of the
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。
The constant
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。
In the constant
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。 In addition, a parallel circuit of a capacitor C3 and a Zener diode ZD2 is connected between the lines LA and LB via a resistor R5. The parallel circuit of the capacitor C3 and the Zener diode ZD2 is connected to the resistor R5. The voltage is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 as the reference voltage Vs through the resistor R3.
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。
The output terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the base of the transistor Q1 via a low-
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。
The switch SW1 is a one-circuit / two-contact switch, the first contact a is connected to the output side of the low-
〔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。
[Non-communication]
During non-communication, the operational amplifier OP1 of the
〔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。
[When receiving]
During reception, the operational amplifier OP1 of the
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。
Here, at the time of reception, an alternating current signal is superimposed on a direct current signal from the host system. In this case, since the low-
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。
As a result, at the time of reception, the control operation of the current flowing through the transistor Q1 becomes dull, and the impedance to the AC current signal changes to a level higher than the impedance to the DC current signal, and the connection point between the resistor RB and the diode D1 The received signal is taken out and sent to the
〔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。
[When sending]
At the time of transmission, the
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。
The transmission information given to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 passes through the bypass LC that bypasses the low-
〔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。
[Second example of communication function circuit]
FIG. 4 shows a second example of the
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。
The
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。
In the
〔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。
[Non-communication]
During non-communication, the operational amplifier OP1 of the
〔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。
[When receiving]
At the time of reception, the operational amplifier OP1 of the
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。 Here, at the time of reception, an alternating current signal is superimposed on a direct current signal from the host system. In this case, since the capacitor C5 is inserted in the connection path LD between the output terminal of the operational amplifier OP1 and the inverting input terminal, an AC component passes through the capacitor C5, and the shunt regulator in the signal frequency band (950 Hz to 2500 Hz). The loop gain becomes smaller, making it difficult to apply feedback.
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。
As a result, at the time of reception, the control operation of the current flowing through the transistor Q1 becomes dull, and the impedance to the AC current signal changes to a level higher than the impedance to the DC current signal, and the connection point between the resistor RB and the diode D1 The received signal is taken out and sent to the
〔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。
[When sending]
At the time of transmission, the
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。 The transmission information given to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is given to the base of the transistor Q1 via the resistor R7 without being returned to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 by the capacitor C5. As a result, the transmission information is superimposed on the current flowing through the transistor Q1, and is sent to the host system.
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。
In this
〔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。
[Third example of communication function circuit]
FIG. 5 shows a third example of the
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。
This
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。
In this
〔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。
[Non-communication]
During non-communication, the operational amplifier OP1 of the
〔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。
[When receiving]
At the time of reception, the operational amplifier OP1 of the
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。 Here, at the time of reception, an alternating current signal is superimposed on a direct current signal from the host system. In this case, since the capacitor C5 is inserted in the connection path LD between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1, the AC component passes through the capacitor C5, and the shunt in the signal frequency band (950 Hz to 2500 Hz). The loop gain of the regulator is reduced, making it difficult to apply feedback.
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。
As a result, at the time of reception, the control operation of the current flowing through the transistor Q1 becomes dull, and the impedance to the AC current signal changes to a level higher than the impedance to the DC current signal, and the connection point between the resistor RB and the diode D1 The received signal is taken out and sent to the
〔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。
[When sending]
At the time of transmission, the
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。
In this
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。
As can be seen from the above description, according to the
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。
Further, according to the
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。
FIG. 6 is a configuration diagram (reference diagram) of a main part of the positioner when a variable impedance circuit is provided between the communication function circuit unit and the basic circuit unit. Also in this
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。
In this
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。
On the other hand, in the
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。
In the above-described embodiment, the
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。
In the embodiment described above, the low-
〔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。
[Extension of the embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each example of the
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。 The positioner of the present invention can be used in various fields such as process control as a device for controlling the opening of the control valve.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。 Receives a DC current signal from the host system via a pair of wires, generates its own operating power supply from this DC current signal, and controls the opening of the control valve according to the value of the DC current signal In a positioner comprising a basic circuit part and a communication function circuit part for receiving an alternating current signal transmitted superimposed on the direct current signal,
The basic circuit unit and the communication function circuit unit are connected in series between the pair of electric wires,
The communication function circuit unit is
Constant voltage control means for controlling the voltage between its own terminals at the time of non-communication,
A positioner comprising: impedance changing means for changing its own impedance with respect to the AC current signal to a level higher than the impedance with respect to the DC current signal during reception.
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。 The positioner as claimed in claim 1,
The constant voltage control means includes
The current control element connected between the terminals of the communication function circuit unit, the voltage dividing circuit connected between the terminals of the communication function circuit unit, and the divided voltage generated by the voltage dividing circuit and the reference voltage are compared. And a constant voltage circuit including an operational amplifier that controls a current flowing through the current control element so that the two match.
The impedance varying means is
A positioner comprising a low-pass filter connected between the operational amplifier and the current control element.
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。 The positioner according to claim 2, wherein
The communication function circuit unit is
A transmission function for superimposing transmission information to the higher-order system given through the operational amplifier on the DC current signal,
The positioner wherein the low-pass filter is disconnected from a connection path between the operational amplifier and the current control element when transmitting information to the host system.
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。 The positioner as claimed in claim 1,
The constant voltage control means includes
The current control element connected between the terminals of the communication function circuit unit, the voltage dividing circuit connected between the terminals of the communication function circuit unit, and the divided voltage generated by the voltage dividing circuit and the reference voltage are compared. And a constant voltage circuit including an operational amplifier that controls a current flowing through the current control element so that the two match.
The impedance varying means is
A positioner comprising a capacitor connected between an output terminal of the operational amplifier and an input terminal of a reference voltage.
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。 The positioner according to claim 4, wherein
The communication function circuit unit is
A transmission function for superimposing transmission information to the higher-order system given through the operational amplifier on the DC current signal,
When transmitting information to the higher-order system, the connection path via the capacitor between the output terminal of the operational amplifier and the input terminal of the reference voltage is cut off.
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。 The positioner according to claim 4, wherein
The communication function circuit unit is
A positioner comprising: a transmission circuit that provides transmission information to the higher-order system to be superimposed on the DC current signal from a connection path between the operational amplifier and the current control element.
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