JP6295215B2

JP6295215B2 - ポジショナ

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Publication number: JP6295215B2
Application number: JP2015032560A
Authority: JP
Inventors: 耕一郎村田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: JP2016156392A

Description

この発明は、上位装置から送られてくる制御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。

従来より、この種のポジショナは、上位装置から一対の信号ラインを介して送られてくる４〜２０ｍＡの直流の電流信号（制御信号）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。

このような調節弁が設置されるいくつかの産業用プロセス制御システム、例えばオイルやガスなどの処理システムでは、緊急時の対応が重要である。すなわち、潜在的に毒性のあるいは可燃性の化学物質、ガス等が漏れたり、制御されずに排出されたりすることがないようすることが重要である。

そのために、調節弁には緊急時に調節弁を緊急遮断（シャットダウン）する機能が求められ、そのために調節弁の開度を制御するポジショナにはその緊急遮断機能を有するように設計される。

例えば、特許文献１に示されたポジショナでは、上位装置から送られてくる制御信号の値をチェックし、この制御信号の値が正常範囲（５〜１９ｍＡ）から逸脱した場合、通常モードから緊急遮断モードに切り替わり、電空変換部への電流信号を零として、強制的に調節弁を全閉とするようにしている。

特開２０１３−８８９１７号公報

しかしながら、このような緊急遮断機能を有するポジショナでは、例えば、制御信号の値が正常範囲の下限閾値以下で緊急遮断モードとしている場合に、一対の信号ラインに雷サージが重畳したような場合、一対の信号ラインに流れる電流が雷サージによって増加し、この電流の増加による制御信号の値の増大を正常範囲に入ったと誤って認識し、通常モードで調節弁を開閉してしまう虞があった。

なお、一対の信号ラインを通してポジショナの内部回路へ侵入しようとするサージ電流をヒューズによって遮断することが考えられるが、雷サージよる影響は止められるが元の状態に自動復帰することができない。また、ヒューズの交換などメンテナンスが必要になる。

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、雷サージよる誤動作を防止すると共に、メンテナンスが不要で、かつ元の状態への自動復帰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、一対の信号ラインを通して上位装置から送られてくる制御信号と、調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号とを入力とし、制御信号が示す値と弁開度信号が示す値との偏差を求め、この偏差に応じた電流信号を出力する制御部と、制御部からの電流信号を空気圧信号に変換する電空変換部とを備え、電空変換部からの空気圧信号に基づいて調節弁の操作器へ出力空気圧を供給するポジショナにおいて、一対の信号ラインを通して侵入しようとするサージ電流を接地ラインに流すことによりポジショナの内部回路を保護するサージ保護回路と、サージ保護回路の動作を監視し、サージ保護回路がサージ電流からポジショナの内部回路を保護したことを検出するサージ保護回路作動検出部とを備え、制御部は、サージ保護回路作動検出部がサージ保護回路によるサージ電流からのポジショナの内部回路の保護を検出した場合、電空変換部への電流信号を直前の状態に保つことを特徴とする。

本発明において、サージ保護回路は、一対の信号ラインを通して侵入しようとするサージ電流を接地ラインに流すことにより、サージ電流からポジショナの内部回路を保護する。このサージ保護回路の動作はサージ保護回路作動検出部によって監視される。制御部は、サージ保護回路作動検出部によってサージ保護回路の作動が検出されると、すなわちサージ保護回路がサージ電流からポジショナの内部回路を保護したことが検出されると、電空変換部への電流信号を直前の状態に保つ。

これにより、例えば、調節弁が緊急遮断モードで全閉とされている時に、一対の信号ラインを通してサージ電流が侵入しようとした場合、このサージ電流が接地ラインに流れてポジショナの内部回路が保護されると同時に、調節弁は直前の状態として全閉の状態を保つ。これにより、雷サージによる誤動作が防止される。また、サージ電流を接地ラインに流すことによりポジショナの内部を保護するので、ヒューズの交換などのメンテナンスは不要である。

また、本発明では、サージ保護回路作動検出部がサージ保護回路の作動を検出した場合、電空変換部への電流信号が直前の状態に保たれる。サージ電流の流れは瞬間的であるので、電空変換部への電流信号を直前の状態に保った状態を所定時間が経過した後に解除するようにすると、電空変換部への電流信号の出力が再開され、元の状態に自動復帰するものとなる。

本発明によれば、一対の信号ラインを通して侵入しようとするサージ電流を接地ラインに流すことによりポジショナの内部回路を保護するサージ保護回路と、このサージ保護回路がサージ電流からポジショナの内部回路を保護したことを検出するサージ保護回路作動検出部とを設け、サージ保護回路作動検出部がサージ保護回路の作動を検出した場合、電空変換部への電流信号を直前の状態に保つようにしたので、雷サージにる誤動作を防止する共に、メンテナンスを不要とし、かつ元の状態への自動復帰も可能となる。

本発明に係るポジショナの一実施の形態の要部の構成を示す図である。従来のポジショナの基本的な構成を示す図である。

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。
先ず、本発明に係るポジショナの実施の形態の説明に入る前に、従来のポジショナの基本的な構成について説明する。

〔従来のポジショナ〕
図２は従来のポジショナの要部を示す図である。同図において、１００は上位装置、２００はポジショナ、３００は調節弁である。ポジショナ２００は、制御部１と、電空変換部２と、パイロットリレー３と、開度センサ４と、比較回路５とを備えている。

このポジショナ２００において、制御部１は、一対の信号ラインＬ（Ｌ１，ｌ２）を通して上位装置１００から送られてくる４〜２０ｍＡの制御信号（直流の電流信号）と、調節弁３００から開度センサ４を介してフィードバックされてくる弁開度信号とを入力とし、制御信号が示す値（設定開度θｓｐ）と弁開度信号が示す値（実開度θｐｖ）との偏差を求め、この偏差に応じた電流信号Ｉｏを出力する。

電空変換部２は、制御部１からの電流信号Ｉｏを入力とし、この入力された電流信号Ｉｏを空気圧信号Ｐｎに変換する。パイロットリレー３は、電空変換部２からの空気圧信号Ｐｎを増幅し、出力空気圧Ｐｏｕｔとして調節弁３００の操作器６へ供給する。

比較回路５は、上位装置１００からの制御部１への制御信号を分岐入力とし、この分岐入力された制御信号の値とその制御信号に対して定められている正常範囲とを比較し、その比較結果を制御部１に出力する。

この例において、比較回路５における制御信号の正常範囲は、５〜１９ｍＡとして定められている。すなわち、比較回路５に対して、下限閾値として５ｍＡが設定され、上限閾値として１９ｍＡが設定されている。

制御部１は、比較回路５より制御信号の値が正常範囲を逸脱している旨の比較結果が送られてきた場合、制御信号が示す値（設定開度θｓｐ）と弁開度信号が示す値（実開度θｐｖ）との偏差に拘わらず、電空変換部２への電流信号Ｉｏを強制的に調整して零とする。これにより、ポジショナ２００からの出力空気圧Ｐｏｕｔが実質的にゼロ近くまで低減され、調節弁３００が強制的に全閉とされる。

このポジショナ２００では、一対の信号ラインＬ（Ｌ１，ｌ２）を通して上位装置１００から送られてくる制御信号の値をチェックし、この制御信号の値が正常範囲（５〜１９ｍＡ）から逸脱した場合、通常モードから緊急遮断モードに切り替わり、電空変換部２への電流信号Ｉｏを零として、強制的に調節弁３００を全閉とする。なお、この例では、緊急遮断モード時に調節弁３００を強制的に全閉としているが、調節弁３００を強制的に全開とするタイプもある。

〔実施の形態〕
本実施の形態では、図２に示した従来のポジショナ２００に対し、図１にその要部の構成のみを示すように、サージ保護回路７とサージ保護回路作動検出部８とを設けている。このサージ保護回路７とサージ保護回路作動検出部８とを設けた本実施の形態のポジショナをポジショナ２０１とする。

本実施の形態において、サージ保護回路７は、一対の信号ラインＬの一方Ｌ１と接地ラインＧＮＤとの間に接続された第１のサージ電圧吸収素子（ツェナーダイオード）ＺＤ１と、一対の信号ラインＬの他方Ｌ２と接地ラインＧＮＤとの間に接続された第２のサージ電圧吸収素子（ツェナーダイオード）ＺＤ２とを備え、一対の信号ラインＬ（Ｌ１，Ｌ２）を通して侵入しようとするサージ電流を接地ラインＧＮＤに流すことによりポジショナ２０１の内部回路を保護する。

すなわち、一対の信号ラインＬの一方Ｌ１からサージ電流が侵入しようとする場合には、第１のサージ電圧吸収素子ＺＤ１を通してサージ電流を接地ラインＧＮＤに流し、一対の信号ラインＬの他方Ｌ２からサージ電流が侵入しようとする場合には、第２のサージ電圧吸収素子ＺＤ２を通してサージ電流を接地ラインＧＮＤに流し、侵入しようとするサージ電流からポジショナ２０１の内部回路を保護する。この場合、サージ電圧吸収素子ＺＤ１，ＺＤ２を通して接地ラインＧＮＤにサージ電流を流すので、ヒューズの交換などのメンテナンスは不要である。

なお、この実施の形態では、サージ電圧吸収素子ＺＤ１，ＺＤ２をツェナーダイオードとしているが、バリスタなどを用いてもよい。また、サージ電圧吸収素子ＺＤ１，ＺＤ２は、ポジショナ２０１の内部ではなく、外部に設けるようにしてもよい。

本実施の形態において、サージ保護回路作動検出部８は、コンパレータ８−１と、基準電圧発生回路（リファレンスＩＣ）８−２と、コンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１とから構成されており、コンパレータ８−１の非反転入力端（＋）に基準電圧発生回路８−２からの基準電圧（閾値電圧）Ｖｔｈが与えられ、コンパレータ８−１の反転入力端（−）にコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との直列回路を介してサージ電圧吸収素子ＺＤ１，ＺＤ２と接地ラインＧＮＤとの接続点Ｐ１、すなわちツェナーダイオードＺＤ１，ＺＤ２のアノードと接地ラインＧＮＤとの接続点Ｐ１の電位が与えられるものとされている。

サージ保護回路作動検出部８において、コンパレータ８−１は、反転入力端（−）に入力される接続点Ｐ１の電位と非反転入力端（＋）に入力される閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、その比較結果を制御部１へ伝達する。すなわち、サージ保護回路７の動作を監視し、サージ電圧吸収素子ＺＤ１，ＺＤ２を通して接地ラインＧＮＤにサージ電流が流れ、接続点Ｐ１の電位が閾値電圧Ｖｔｈを超えると、サージ保護回路７が作動した旨を制御部１へ知らせる。

本実施の形態において、制御部１は、サージ保護回路作動検出部８からサージ保護回路７が作動した旨の知らせを受けると、すなわちサージ保護回路作動検出部８がサージ保護回路７によるサージ電流からのポジショナ２０１の内部回路の保護を検出した旨の知らせを受けると、電空変換部２への電流信号Ｉｏを直前の状態に保つ機能を有している。また、制御部１は、電空変換部２への電流信号Ｉｏを直前の状態に保った状態を所定時間経過後に解除する機能を有している。

本実施の形態のポジショナ２０１における制御部１を図２に示した従来のポジショナ２００における制御部１と区別するために符号１Ａで示す。図２に示した従来のポジショナ２００における制御部１は１Ｂとする。なお、制御部１Ａは、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。

本実施の形態のポジショナ２０１では、制御部１Ａが有する上述した機能によって、雷サージによる誤動作が防止される。また、雷サージによる誤動作を回避した後、速やかに元の状態へ自動復帰するものとなる。

すなわち、従来のポジショナ２００では、例えば、制御信号の値が正常範囲の下限閾値（５ｍＡ）以下で緊急遮断モードとしている場合に、一対の信号ラインＬ（Ｌ１，Ｌ２）に雷サージが重畳したような場合、一対の信号ラインＬ（Ｌ１，Ｌ２）に流れる電流が雷サージによって増加し、この電流の増加による制御信号の値の増大を比較回路５が正常範囲に入ったと誤って認識し、通常モードで調節弁３００を開閉してしまう虞がある。

これに対して、本実施の形態のポジショナ２０１では、緊急遮断モードとしている場合に雷サージが重畳された場合、サージ電圧吸収素子ＺＤ１，ＺＤ２を通して接地ラインＧＮＤにサージ電流が流れ、ポジショナ２０１の内部回路が保護される。また、これと同時に、サージ保護回路作動検出部８がサージ保護回路７の作動を検出して制御部１へ知らせるので、制御部１が電空変換部２への電流信号Ｉｏを直前の状態に保つ。これにより、調節弁３００が全閉とされている状態を維持し、雷サージによる誤動作が防止される。

また、制御部１は、電空変換部２への電流信号Ｉｏを直前の状態に保った後、所定時間が経過すると、その電流信号Ｉｏを直前の状態に保った状態を解除する。これにより、電空変換部２への電流信号Ｉｏの出力が再開され、元の状態に自動復帰するものとなる。この元の状態への自動復帰により、制御信号が正常範囲に入れば、緊急遮断モードから通常モードへの移行が行われ、制御信号が正常範囲から逸脱すれば、通常モードから緊急遮断モードへの移行が行われる。

なお、上述した例では、緊急遮断モードとされている場合に雷サージが重畳された場合について説明したが、通常モードとされている場合に雷サージが重畳された場合にも同様にして、サージ保護回路７が作動してポジショナ２０１の内部回路が保護されると共に、サージ保護回路作動検出部８がサージ保護回路７の作動を検出して制御部１へ知らせ、電空変換部２への電流信号Ｉｏが直前の状態に保たれるものとなる。これにより、調節弁３００の開度がその時の開度を維持し、雷サージによる誤動作が防止される。また、所定時間が経過すれば、通常モードでの開閉動作が再開されるものとなる。

〔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、本発明は上記の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、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１（１Ａ）…制御部、２…電空変換部、３…パイロットリレー、４…開度センサ、５…比較回路、６…操作器、７…サージ保護回路、８…サージ保護回路作動検出部、ＺＤ１，ＺＤ２…サージ電圧吸収素子（ツェナーダイオード）、８−１…コンパレータ、８−２…基準電圧発生回路（リファレンスＩＣ）、Ｃ１…コンデンサ、Ｒ１…抵抗、Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）…一対の信号ライン、１００…上位装置、２０１…ポジショナ、３００…調節弁。

Claims

一対の信号ラインを通して上位装置から送られてくる制御信号と、調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号とを入力とし、前記制御信号が示す値と前記弁開度信号が示す値との偏差を求め、この偏差に応じた電流信号を出力する制御部と、前記制御部からの電流信号を空気圧信号に変換する電空変換部とを備え、前記電空変換部からの空気圧信号に基づいて前記調節弁の操作器へ出力空気圧を供給するポジショナにおいて、
前記一対の信号ラインを通して侵入しようとするサージ電流を接地ラインに流すことにより前記ポジショナの内部回路を保護するサージ保護回路と、
前記サージ保護回路の動作を監視し、前記サージ保護回路が前記サージ電流から前記ポジショナの内部回路を保護したことを検出するサージ保護回路作動検出部とを備え、
前記制御部は、
前記サージ保護回路作動検出部が前記サージ保護回路による前記サージ電流からの前記ポジショナの内部回路の保護を検出した場合、前記電空変換部への電流信号を直前の状態に保つ
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、
前記制御部は、
前記電空変換部への電流信号を直前の状態に保った状態を所定時間経過後に解除する
ことを特徴とするポジショナ。
請求項１又は２に記載されたポジショナにおいて、
前記サージ保護回路は、
前記一対の信号ラインの一方と前記接地ラインとの間に接続された第１のサージ電圧吸収素子と、前記一対の信号ラインの他方と前記接地ラインとの間に接続された第２のサージ電圧吸収素子とを備え、前記ポジショナの内部回路に侵入しようとするサージ電流を前記第１および第２のサージ電圧吸収素子の少なくとも一方を通して前記接地ラインに流し、
前記サージ保護回路作動検出部は、
前記サージ保護回路の動作として前記第１および第２のサージ電圧吸収素子と前記接地ラインとの接続点の電位を監視し、この電位が予め定められた閾値を超えた場合に前記サージ保護回路が前記サージ電流から前記ポジショナの内部回路を保護したとして検出する
ことを特徴とするポジショナ。