JP6130378B2 - 無線空圧制御器 - Google Patents

Description

本開示は、概ね空圧駆動部制御装置に関し、より具体的には、空圧駆動部を監視および制御するための無線空圧制御器に関する。

バルブは通常、処理制御システムにおいて流体の流れを操作するために使用される。典型的に、バルブの作動は、少なくとも部分的に、例えばポジショナ等の処理制御装置を介して制御される。ポジショナは、駆動部アセンブリ、例えば、バルブに機械的に連結される摺動ステム駆動部に作動的に連結される場合がある。場合によっては、バルブ駆動部は、ポジショナが駆動部アセンブリに装着されることを可能にするための、例えば、駆動部と一体であるか、または駆動部のヨークに取り付けられる特殊な装着孔、プレート等を提供する場合がある。

場合によっては、無線位置モニタはバルブ／駆動部アセンブリに装着され、バルブの位置を監視して、駆動部アセンブリの位置を表示するための無線フィードバック信号を提供する。しかし、無線位置モニタによって収集される位置情報を使用して駆動部アセンブリを制御するためには、追加の機器、コンポーネント、およびコネクタが必要とされる。

例示的な空圧制御器は、駆動部に接続される筐体を含む。筐体は、無線通信インターフェースを有する位置モニタを格納する。例示的な空圧制御器は、筐体に接合され、駆動部に作動的に連結される空圧制御モジュールを含む。

例示的な空圧制御モジュールは、無線通信インターフェースを有する位置モニタに作動的に連結される空圧変換器を含む。例示的な空圧制御モジュールは、駆動部に作動的に連結される空圧増幅器と、空圧変換器および空圧増幅器を作動的に連結するための制御モジュールベースとを含む。

例示的な位置モニタは、駆動部に接続される筐体を含む。筐体内の開口部は、空圧制御モジュールを受け入れる。例示的な位置モニタは、無線通信インターフェースを含む。

例示的な空圧制御器は、駆動部に作動的に連結される筐体を含む。例示的空圧制御器は、筐体内に格納され、かつ無線通信インターフェースを有する位置モニタを含む。例示的な空圧制御器は、筐体内に格納され、かつ位置モニタに作動的に連結される空圧制御モジュールを含む。

既知の駆動部制御システムの例示的なブロック図を図示する。 図１の制御システムと接続して使用され得る既知の無線位置モニタの実施例を図示する。 本明細書に記載される例示的な無線空圧制御器を図示する。 図３Ａの例示的な無線空圧制御器の部分的分解アセンブリ図を図示する。 図３Ｂの例示的な無線空圧制御器の一部の部分的分解アセンブリ図を図示する。 空圧制御モジュールが取り外された、図３Ａの例示的な無線空圧制御器を図示する。 図４Ａの例示的な無線空圧制御器の部分的分解アセンブリ図を図示する。 図３Ａの例示的な無線空圧制御器を実装する駆動部制御システムの例示的なブロック図を図示する。

一般に、本明細書に記載される例示的な無線空圧制御器は、バルブおよび駆動部アセンブリの無線のバルブ位置監視および空圧制御を提供するように駆動部に作動的に連結させることができる。より詳細には、本明細書に記載される例示的な無線空圧制御器は、バルブおよび／またはバルブ駆動部の位置を監視してもよく、処理のためにバルブおよび／またはバルブ駆動部の位置情報を制御システムに伝達してもよい。次いで、制御システムは、位置情報を処理し（例えば、所望される制御地点に基づいて、バルブが更に開／閉されるべきかどうかを判定する）、適切なコマンドを無線空圧制御器に返してもよい。無線空圧制御器は、これらのコマンドを処理して、制御システムによって送信されたコマンドに従って、駆動部アセンブリを制御するために使用され得る空圧信号を生成してもよい。したがって、本明細書に記載される例示的な無線空圧制御器を使用する駆動部制御システムは、駆動部アセンブリの位置を監視および制御するために、制御システムと通信する駆動部／バルブアセンブリに装着された１つの装置のみを必要とする。

加えて、本明細書に記載される例示的な無線空圧制御器は、空圧制御器が特定の用途の必要性に適するように無線空圧制御器から無線位置モニタへと転換されることを可能にする。例示的な無線空圧制御器のモジュール性は、また、空圧制御モジュールが空圧制御器の容易な保守またはサービスのために、バルブおよび駆動部アセンブリから分離されることを可能にする。

例示的な無線空圧制御器を詳細に説明する前に、例示的な既知の駆動部制御システム１００の簡略な説明が、図１に関連して以下に提供される。図１に図示されるように、駆動部制御システム１００は、制御システム１０２を含む。制御システム１０２は、有線通信パスまたはリンク１０６を介して空圧制御装置１０４と通信する（例えば、コマンドを送信する）。空圧制御装置１０４は、空圧信号１１０によって駆動部アセンブリ１０８を制御する。駆動部アセンブリ１０８が作動すると、無線位置モニタ１１２は、駆動部アセンブリ１０８の位置を監視する。例えば、無線位置モニタ１１２は、駆動部アセンブリ１０８の位置を表示するフィードバック信号１１４を受信する。無線位置モニタ１１２は、無線通信リンク１１８を介して位置情報をゲートウェイ１１６に通信する。その後、位置情報は、有線パスまたはリンク１２０を介してゲートウェイ１１６から制御システム１０２へと通信される。

図１の例示的な既知の駆動部制御システム１００において、無線位置モニタ１１２によって受信される位置情報に基づいて駆動部アセンブリ１０８を制御するためには、制御システム１０２は空圧制御装置１０４を使用し、これは駆動部アセンブリ１０８に接続され、無線位置モニタ１１２から分離する。したがって、無線位置モニタ１１２は位置情報を収集および中継することができるのみであり、したがって、駆動部アセンブリ１０８を直接制御することはできない。

図２は、図１の例示的な駆動部制御システム１００と接続して使用され得る、既知の無線位置モニタ２００の実施例を図示する。例示的な無線位置モニタ２００は、例えば、Ｆｉｓｈｅｒ（登録商標）タイプ４３００シリーズの位置モニタであってもよい。無線位置モニタ２００は、駆動部アセンブリ、例えば、図１の駆動部アセンブリ１０８に作動的に連結されて、駆動部アセンブリ１０８の位置情報を受信し、制御システム、例えば、図１の制御システム１０２に無線で送信してもよい。例示的な無線位置モニタ２００は、バルブ位置情報を収集するために、例えば、ロータリーバルブまたは摺動ステムバルブに装着されてもよい。

例示的な無線位置モニタ２００は、駆動部アセンブリ１０８の位置情報を収集し、制御システム１０２に無線で送信してもよい。次いで、制御システム１０２は別個の空圧制御装置１０４を使用し、駆動部アセンブリ１０８の位置を制御してもよい。例示的な無線位置モニタ２００は、装着される駆動部アセンブリ１０８を直接制御することはできない。

図３Ａは、本明細書に記載される例示的な無線空圧制御器３００を図示する。例示的な無線空圧制御器３００は、無線通信インターフェースを有する位置モニタを格納する筐体３０２を含む。筐体３０２は、駆動部アセンブリ、例えば、図１の駆動部アセンブリ１０８に作動的に連結され、空圧制御器３００が駆動部アセンブリ１０８の位置情報を受信することを可能にしてもよい。例示的な無線空圧制御器３００は、バルブ位置情報を収集するために、例えば、ロータリーバルブまたは摺動ステムバルブに装着されてもよい。例示的な空圧制御器３００は、駆動部アセンブリ１０８の位置情報を制御システム、例えば、図１の制御システム１０２に無線で送信してもよい。

次いで、制御システム１０２は、例示的な空圧制御器３００にコマンドを送信して、駆動部アセンブリ１０８の位置決めを制御してもよい。例示的な空圧制御器３００は、コマンドを空圧信号に変換して、駆動部アセンブリ１０８を制御するための空圧制御モジュール３０４を含む。したがって、例示的な空圧制御器３００は、位置情報を収集および中継して、駆動部アセンブリ１０８を直接制御することができる。

例示的な空圧制御器３００は、上記の図１の制御システム１０２と通信してもよい。この通信は、制御システム１０２がより大きな処理システム、例えば、複数の駆動部アセンブリを有するシステムの一部としての駆動部アセンブリ１０８を制御することを可能にする。代替の実施例において、例示的な空圧制御器３００は、制御システム１０２と通信することなく、駆動部アセンブリ１０８を制御するための個別の処理部を格納してもよい。

加えて、例示的な無線空圧制御器３００は、特定の用途の必要性に適するように空圧制御器から位置モニタへと転換されてもよい。空圧制御モジュール３０４は、筐体３０２から取り外され、空圧制御器３００が無線位置モニタとしてのみ作動することを可能にしてもよい。更に、例示的な空圧制御器３００のモジュール性は、空圧制御モジュール３０４が駆動部アセンブリ１０８から分離され、空圧制御器３００の保守またはサービスを容易にすることを可能にする。

代替の実施例において、無線空圧制御器３００は、空圧制御モジュール３０４が空圧制御器３００から取り外され得ないように、１つの筐体３０２内に格納または一体化されてもよい。

図３Ｂは、図３Ａの例示的な無線空圧制御器３００の部分的分解アセンブリ図を図示する。筐体３０２は、駆動部アセンブリ１０８の位置情報を収集し、図１の制御システム１０２に中継するための無線位置モニタ３０６を格納する。加えて、無線位置モニタ３０６は、制御システム１０２から電子的コマンドを受信する。例示的な無線空圧制御器３００の筐体３０２は、空圧制御モジュール３０４を受容するための開口部３０８を含む。

空圧制御モジュール３０４は、ガスケット３１２を通して筐体３０２の開口部３０８内に配置される２つの空圧変換器３１０を含む。ガスケット３１２は、空圧制御モジュール３０４の内部コンポーネントと空圧制御器３００の周囲環境との間の封止を提供する。空圧変換器３１０は、２つの有線コネクタ３１４を使用して、空圧制御器３００に作動的に接続される。有線コネクタ３１４は、図３Ｃに図示されるように、筐体３０２内に格納されるプリント回路基板３１８に取り付けられた雌コネクタの相手側３１６によって、受容される（すなわち、差し込まれる）雄コネクタを使用する。回路基板３１８は、それぞれの空圧変換器３１０が独立に制御されることを可能にするように作動する。電磁妨害シールド３２０は、空圧制御器３００が組み立てられるとき、回路基板３１８を被覆する。回路基板３１８上の雌コネクタの相手側３１６は、シールド３２０を取り外すことなく、アクセスされてもよい。

空圧変換器３１０は、制御システム１０２から無線位置モニタ３０６によって受信された電子的コマンド（例えば、電圧、電流等）を空圧信号（例えば、比例圧力値）に変換する。空圧変換器３１０は、例えば、圧電パイロットバルブまたは電磁パイロットバルブであってもよい。２つの空圧変換器３１０は、空圧制御器３００が図１の駆動部アセンブリ１０８の開および閉位置の両方を制御することを可能にするために使用される。

空圧制御モジュール３０４は、空圧変換器３１０を空圧増幅器、本実施例ではスプールバルブ３２４に作動的に接続するための空圧制御モジュールベース３２２を含む。空圧制御モジュールベース３２２は、空圧変換器３１０によって生成される空圧信号を封止してスプールバルブ３２４にルーティングするための空圧マニホールドである。空圧変換器３１０は、止め具３２６を使用してベース３２２に取り付けられる。止め具３２８は、ベース３２２を筐体３０２に接続するために使用される。ガスケット３３０は、ベース３２２とスプールバルブ３２４との間に配置される。止め具３３２はスプールバルブ３２４内に配置され、空圧制御モジュール３０４を空圧制御器３００の筐体３０２に接続する。止め具３２６、３２８、および３３２は、例えば、空圧制御モジュール３０４を筐体３０２に接続することができる、ねじまたはその他のハードウェア装置であってもよい。

空圧制御モジュール３０４は、図１の駆動部アセンブリ１０８を空圧的に制御するためのスプールバルブ３２４を含む。スプールバルブ３２４は、ベース３２２を介して空圧変換器３１０からの空圧信号を受信し、空圧信号を増幅する。本実施例において、スプールバルブ３２４は、駆動部アセンブリ１０８を空圧的に制御するために使用される。しかし、任意のその他の空圧増幅器は、空圧変換器３１０からの空圧信号を増幅し、駆動部アセンブリ１０８、例えば、ポペットバルブ、空圧ダイヤフラムバルブ、または空圧リレーバルブを制御するために使用されてもよい。スプールバルブ３２４は、供給ポート３３４および２つの排気ポート３３６を含む。排気ポート３３４および３３６は、空圧制御器３００が例えば管材を介して駆動部アセンブリ１０８に連結されることを可能にするために、ネジ山をつけられてもよい。スプールバルブ３２４は、受信されたコマンドに従って駆動部アセンブリ１０８の位置を制御するために使用される。

図３Ｂの実施例において、無線空圧制御器３００は、上記のように、バルブ／駆動部アセンブリの空圧装置を直接制御するように作動してもよく、または別法として、図４Ａ〜４Ｂにおいて以下に説明されるように、空圧制御モジュール３０４を空圧制御器３００から取り外すことによって、主に無線位置モニタとして使用されてもよい。

図４Ａは、空圧制御モジュール３０４が取り外された、図３Ａの例示的な無線空圧制御器３００を図示する。取り外し可能な蓋４０２は、筐体３０２に取り付けられるが、空圧制御モジュール３０４は、図３Ａにおいて、空圧制御器３００が主に無線位置モニタとして作動することを可能にするように位置付けられた。図３Ａの空圧制御モジュール３０４は、止め具３３２を取り外し、有線コネクタ３１４を回路基板３１８上の雌コネクタの相手側３１６から取り外す（すなわち、抜く）ことによって、取り外される。雌コネクタの相手側３１６は、筐体３０２の前方蓋４０４を取り外す、つまり開くことによってアクセスされる。

図４Ｂは、空圧制御モジュール３０４が取り外された、図３Ａの例示的な無線空圧制御器３００の部分的分解アセンブリ図を図示する。筐体３０２は、図３Ａの無線位置モニタ３０６を格納し、駆動部アセンブリ１０８の位置情報を収集して、図１の制御システム１０２に中継する。前方蓋４０４は、空圧制御モジュール３０４が一度取り外されると、筐体３０２上に再配置される。ガスケット３１２は、筐体３０２の開口部３０８と取り外し可能な蓋４０２との間に配置され、蓋４０２は、止め具３３２を使用して筐体に取り付けられる。

図５は、図３Ａの例示的な無線空圧制御器３００を実装する、駆動部制御システム５００の例示的なブロック図を図示する。駆動部アセンブリ１０８が作動するとき、空圧制御器３００は、駆動部アセンブリ１０８の位置を表示するフィードバック信号１１４を受信することによって、駆動部アセンブリ１０８の位置を監視する。空圧制御器３００は、無線通信リンク１１８を介して、位置情報をゲートウェイ１１６に通信する。次いで、位置情報は、有線パスまたはリンク１２０を介して、ゲートウェイ１１６から制御システム１０２へと通信される。制御システム１０２は、有線パスもしくはリンク１２０および無線通信リンク１１８を介して、電気的コマンドを空圧制御器３００に送信する。空圧制御器３００は、電気的コマンドを空圧信号１１０に変換することによって、駆動部アセンブリ１０８を直接制御する。したがって、図５の実施例において、制御システム１０２は、位置情報を収集および中継し、駆動部アセンブリ１０８を直接制御するために、図３Ａの空圧制御器３００とのみ通信する必要がある。

いくつかの例示的な方法および装置が本明細書に記載されているが、本特許の包含の範囲はそれに限定されない。むしろ、本特許は、字義通りに、または均等論に基づいて、添付の特許請求の範囲内に適正に含まれる、製造の全ての方法、装置、および物品を包含する。

Claims (29)

1. 駆動部に接続され、無線通信インターフェースを有する位置モニタを格納する筐体と、
   前記筐体に接合され、空圧増幅器を介して前記駆動部に作動的に連結される空圧制御モジュールと、
   を備える、空圧制御器。
2. 前記筐体が、前記空圧制御モジュールを受容するための開口部を含む、請求項１に記載の空圧制御器。
3. 前記空圧制御モジュールが取り外されたとき、前記開口部上に固定される蓋を更に備える、請求項２に記載の空圧制御器。
4. 前記空圧制御モジュールが、有線コネクタを介して前記位置モニタに作動的に連結される、請求項１〜３のいずれかに記載の空圧制御器。
5. 前記位置モニタが前記駆動部の位置を監視する、請求項１〜４のいずれかに記載の空圧制御器。
6. 前記空圧制御器が、前記無線通信インターフェースを介して制御システムに前記駆動部の前記位置を提供する、請求項５に記載の空圧制御器。
7. 前記空圧制御器が、前記無線通信インターフェースを介して前記制御システムからコマンドを受信する、請求項６に記載の空圧制御器。
8. 前記空圧制御モジュールが、前記コマンドを空圧信号に変換する、請求項７に記載の空圧制御器。
9. 前記空圧制御器が、前記空圧信号を使用して前記駆動部の前記位置を制御する、請求項８に記載の空圧制御器。
10. 無線通信インターフェースを有する位置モニタに作動的に連結される空圧変換器と、
    駆動部に作動的に連結される空圧増幅器と、
    前記空圧変換器および前記空圧増幅器を作動的に連結するための制御モジュールベースと、
    を備える、空圧制御モジュール。
11. 前記空圧変換器が、有線コネクタを介して前記位置モニタに作動的に連結される、請求項１０に記載の空圧制御モジュール。
12. 前記空圧変換器が、前記無線通信インターフェースを介して前記位置モニタによって受信されるコマンドを、空圧信号に変換する、請求項１０又は１１のいずれか一つに記載の空圧制御モジュール。
13. 前記空圧変換器が、圧電パイロットバルブまたは電磁パイロットバルブのうちの少なくとも１つを備える、請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の空圧制御モジュール。
14. 前記空圧増幅器が、スプールバルブ、ポペットバルブ、空圧ダイヤフラムバルブ、または空圧リレーバルブのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０〜１３のいずれか一つに記載の空圧制御モジュール。
15. 前記制御モジュールベースが、前記空圧信号を前記空圧増幅器にルーティングする、請求項１２に記載の空圧制御モジュール。
16. 前記空圧増幅器が、前記空圧信号を増幅する、請求項１５に記載の空圧制御モジュール。
17. 前記空圧増幅器が、前記空圧信号を使用して前記駆動部の位置を制御する、請求項１２に記載の空圧制御モジュール。
18. 駆動部に接続される筐体と、
    空圧制御モジュールを受け入れるための前記筐体内の開口部と、
    無線通信インターフェースと、
    を備え、
    前記空圧制御モジュールは、空圧増幅器を介して前記駆動部に接続されている、
    位置モニタ。
19. 前記空圧制御モジュールが前記筐体に接続されないとき、前記筐体内の前記開口部上に固定される蓋を更に備える、請求項１８に記載の位置モニタ。
20. 前記位置モニタが、前記駆動部の位置を監視する、請求項１８又は１９のいずれか一つに記載の位置モニタ。
21. 前記位置モニタが、前記無線通信インターフェースを介して制御システムに前記駆動部の前記位置を提供する、請求項２０に記載の位置モニタ。
22. 前記位置モニタが、前記無線通信インターフェースを介して前記制御システムからコマンドを受信する、請求項２１に記載の位置モニタ。
23. 駆動部に作動的に連結される筐体と、
    前記筐体内に格納され、無線通信インターフェースを有する位置モニタと、
    前記筐体内に格納される空圧制御モジュールであって、前記位置モニタに作動的に連結される、空圧制御モジュールと、
    を備え、
    前記空圧制御モジュールは、空圧増幅器を介して前記駆動部に接続されている、
    空圧制御器。
24. 前記空圧制御モジュールが、有線コネクタを使用して前記位置モニタに作動的に連結される、請求項２３に記載の空圧制御器。
25. 前記位置モニタが、前記駆動部の位置を監視する、請求項２３又は２４のいずれか一つに記載の空圧制御器。
26. 前記空圧制御器が、前記無線通信インターフェースを介して制御システムに前記駆動部の前記位置を提供する、請求項２５に記載の空圧制御器。
27. 前記空圧制御器が、前記無線通信インターフェースを介して前記制御システムからコマンドを受信する、請求項２６に記載の空圧制御器。
28. 前記空圧制御モジュールが、前記コマンドを空圧信号に変換する、請求項２７に記載の空圧制御器。
29. 前記空圧制御器が、前記空圧信号を使用して前記駆動部の前記位置を制御する、請求項２８に記載の空圧制御器。

Images