JP6576841B2 - Positioner - Google Patents
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Description
本発明は、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。 The present invention relates to a positioner that controls the opening of a control valve in accordance with the value of a control signal sent from a host device.
従来より、この種のポジショナは、上位側システム(上位装置)から一対の電線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、上位側システムから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 DC current signal (control signal) of 4 to 20 mA sent from a host system (host device) via a pair of wires. For example, when a 4 mA current is sent from the host system, the opening degree of the control valve is 0%, and when a 20 mA current is sent, the opening degree 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以下の電流によって動作する(例えば、特許文献1参照)。 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. It operates with a current of 4 mA or less possible (see, for example, Patent Document 1).
また、ポジショナの内部回路は、4mA以下の電流によって動作する必要があることから、低消費電流(低消費電力)の電子部品を選定、使用して設計され、その消費電流は設計範囲内にて動作することを期待したものとなっている。 Since the internal circuit of the positioner must operate with a current of 4 mA or less, it is designed by selecting and using electronic components with low current consumption (low power consumption), and the current consumption is within the design range. Expected to work.
しかしながら、このポジショナにおいては、偶発的な故障を含めて、使用している電子部品が内部でショートモードになる場合がある。これは、電子部品の初期不良であったり、使用される環境(温度、湿度、ガス)の影響で電子部品回路内部がマイグレーションを起こし、回路内部でショートすることに起因する。 However, in this positioner, there are cases where the electronic components used, including accidental failures, are internally in a short mode. This is due to an initial failure of the electronic component, or due to migration inside the electronic component circuit due to the influence of the environment (temperature, humidity, gas) in use and short-circuiting inside the circuit.
このようなショートモードになると、内部回路が期待する消費電流を超えた状態となり、ポジショナの動作が損なわれる虞がある。すなわち、機器動作が完全に停止する程度までとなれば、調節弁が全閉となりフェールセーフ状態となるが、中途半端な消費電流増加の場合は、調節弁の開度をコントロールすることができなくなる。また、調節弁が全閉とはならず、開いた状態となってしまう。 In such a short mode, the current consumption exceeding the expected current of the internal circuit may be exceeded, and the operation of the positioner may be impaired. That is, when the device operation is completely stopped, the control valve is fully closed and is in a fail-safe state. However, in the case of a halfway increase in current consumption, it becomes impossible to control the opening of the control valve. . In addition, the control valve is not fully closed but is opened.
なお、特許文献2では、上位装置から送られてくる制御信号の値を監視し、この制御信号の値が正常範囲(5〜19mA)から逸脱した場合、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。しかしながら、上記のような異常がポジショナの内部回路に生じた場合にはこの機能は働かない。
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、電子部品の偶発故障などに起因するショートモードに対し、調節弁を確実にフェールセーフ状態とすることができるポジショナを提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to ensure that the control valve is in a fail-safe state against a short mode caused by an accidental failure of an electronic component. It is to provide a positioner that can be used.
このような目的を達成するために本発明は、上位装置からの供給電流が示す値と調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号が示す値との偏差を求め、この偏差に応じた信号を調整信号として出力する制御部と、この制御部から出力される調整信号によってその値が調整される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、上位装置からの供給電流から自己の動作電源として定電圧を生成する定電圧回路と、定電圧回路に並列に接続された内部回路と、内部回路に流れる電流の値を監視する電流監視回路とを備え、内部回路は、電空変換部以外の所定の回路を含み、制御部は、電流監視回路が監視している電流の値が予め定められている正常範囲を逸脱した場合、調整信号に代えて電空変換部への電流信号を強制的に零とする信号を出力することを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention obtains a deviation between the value indicated by the supply current from the host device and the value indicated by the valve opening signal fed back from the control valve, and outputs a signal corresponding to this deviation. A control unit that outputs as an adjustment signal; and an electropneumatic conversion unit that converts a current signal whose value is adjusted by the adjustment signal output from the control unit into a pneumatic signal. In the positioner that supplies the output air pressure to the controller of the control valve based on, a constant voltage circuit that generates a constant voltage from the supply current from the host device as its own operating power supply, and an internal circuit connected in parallel to the constant voltage circuit; A current monitoring circuit that monitors the value of the current flowing through the internal circuit, the internal circuit includes a predetermined circuit other than the electropneumatic conversion unit, and the control unit has a current value monitored by the current monitoring circuit. Predetermined If outside the normal range as, and outputs a signal to forcibly zero current signal to be electro-pneumatic conversion unit instead of the adjustment signal.
本発明において、内部回路に流れる電流の値は電流監視回路によって監視される。この電流監視回路が監視している電流の値が正常範囲を逸脱した場合、制御部は、調整信号(上位装置からの供給電流が示す値と調節弁からフィードバックされてくる弁開度信号が示す値との偏差に応じた信号)に代えて、電空変換部への電流信号を強制的に零とする信号(緊急遮断信号)を出力する。これにより、内部回路に流れる電流の値が正常範囲を逸脱した場合、電空変換部への電流信号が強制的に零とされ、調節弁が確実に全閉(あるいは全開)とされる。 In the present invention, the value of the current flowing through the internal circuit is monitored by the current monitoring circuit. When the value of the current monitored by the current monitoring circuit deviates from the normal range, the control unit displays the adjustment signal (the value indicated by the supply current from the host device and the valve opening signal fed back from the control valve). Instead of a signal corresponding to the deviation from the value), a signal (emergency cut-off signal) forcing the current signal to the electropneumatic converter to zero is output. As a result, when the value of the current flowing through the internal circuit deviates from the normal range, the current signal to the electropneumatic converter is forcibly set to zero, and the control valve is reliably fully closed (or fully opened).
本発明によれば、内部回路に流れる電流の値を監視し、この電流の値が正常範囲を逸脱した場合、電空変換部への電流信号を強制的に零とするようにしたので、電子部品の偶発故障などに起因するショートモードに対し、電空変換部への電流信号を強制的に零として、調節弁を確実にフェールセーフ状態(全閉あるいは全開)とすることができるようになる。 According to the present invention, the value of the current flowing through the internal circuit is monitored, and when the current value deviates from the normal range, the current signal to the electropneumatic converter is forced to be zero. For short mode caused by accidental failure of parts, the current signal to the electropneumatic converter is forced to zero, and the control valve can be reliably made fail-safe (fully closed or fully opened). .
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は本発明の実施の形態に係るポジショナ100の要部の構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a
このポジショナ100は、CPU(中央演算処理装置)1およびメモリ2を制御部3として含む内部回路4と、ツェナーダイオードD1を含む定電圧回路5と、内部回路4に流れる電流Icの値を監視する電流監視回路6と、電空変換部8への電流Idの値を調整する電流調整部7と、電流調整部7によってその値が調整された電流(電流信号)Idを空気圧信号に変換する電空変換部8と、抵抗R1とを備えている。
This
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の供給を受ける。定電圧回路5と抵抗R1とは上位側システム200からの電流Iが入出力される端子T1,T2間に直列に接続され、定電圧回路5と抵抗R1との接続点は接地されている。定電圧回路5は上位側システム200からの供給電流Iより定電圧V1を生成する。内部回路4および電空変換部8は定電圧回路5に並列に接続されている。
The
なお、電空変換部8はノズル・フラッパ機構(図示せず)を駆動するコイル8−1を有している。また、上位側システム200からの供給電流Iのうち、定電圧回路5側のラインLvに定電圧を生成するための電流として電流Ivが流れ、内部回路4側のラインLcに回路の消費電流(動作電流)として電流Icが流れ、電空変換部8側のラインLdにコイル8−1への電流として電流Idが流れる。
The
このポジショナ100において、電流監視回路6は、ラインLc中に設けられ、このラインLcを流れる電流Icの値を監視し、その監視している電流Icの値をCPU1へ知らせる機能を有している。また、電流調整部7は、ラインLd中に設けられ、CPU1からの指示を受けて、ラインLdを流れる電流Idの値を調整する機能を有している。
In the
図2に電流監視回路6の構成例を示す。この電流監視回路6は、内部回路4に直列に接続された抵抗R2と、抵抗R2の一端(ラインLAとの接続点)および他端(内部回路4との接続点)に生ずる電圧を正極性側端子および負極性側端子への入力電圧とするオペアンプ61と、オペアンプ61の出力をA/D変換するA/D変換器62とから構成されている。
FIG. 2 shows a configuration example of the
この電流監視回路6において、オペアンプ61は、抵抗R2の一端および他端との間に生じる電圧(アナログ値)を検出し、A/D変換器62に送る。A/D変換器62は、オペアンプ61が検出した電圧(アナログ値)をデジタル値に変換し、内部回路4に流れる電流Icの値として制御部3のCPU1へ送る。なお、A/D変換器62は、内部回路4内の既存のものを使用してもよい。
In the
このポジショナ100において、CPU1は、メモリ2に格納されているプログラムに従って動作し、電流調整部7に対してラインLdを流れる電流Idの値を指示する機能、すなわち電空変換部8への電流Idの値を指示する機能を有している。
In this
本実施の形態において、CPU1は、電流Idの値を指示する機能として、通常の調整信号を電流調整部7へ出力する機能(通常モード時の処理機能)と、通常の調整信号に代えて強制的に電流Idを零とする信号(緊急遮断信号)を電流調整部7へ出力する機能(緊急遮断モード時の処理機能)とを有している。
In the present embodiment, as a function for instructing the value of the current Id, the
〔通常モード時の処理機能〕
CPU1は、電流監視回路6が監視している電流Icの値に基づき、この電流Icの値が予め定められている正常範囲(例えば、Ic<5mA)に入っている場合、通常モード時の処理を実行する。
[Processing function in normal mode]
Based on the value of the current Ic monitored by the
CPU1は、この通常モード時の処理において、抵抗R1の電流Iの流出側に生ずる電圧Vsを目標開度θspとして入力とし、すなわち上位側システム200からの供給電流Iの値に応じた電圧Vsを目標開度θspとして入力とし、また調節弁よりフィードバックされてくる電圧Vrを調節弁の実開度θpvとして入力し、目標開度θspと実開度θpvとが一致するような電流Idの値を求める。そして、この求めた電流Idの値を指示値とする調整信号を電流調整部7へ送る。
In the processing in the normal mode, the
電流調整部7は、CPU1からの調整信号を受け、この調整信号によって指示された値となるように電空変換部8への電流Idの値を調整する。これにより、調節弁の実開度θpvが目標開度θspに合わせ込まれる。
The current adjustment unit 7 receives the adjustment signal from the
〔緊急遮断モード時の処理機能〕
CPU1は、電流監視回路6が監視している電流Icの値に基づき、この電流Icの値が予め正常範囲から逸脱した場合(例えば、Ic≧5mA)、電子部品の偶発故障などに起因するショートが内部回路4に生じたと判断し、緊急遮断モード時の処理を実行する。
[Processing function in emergency shutdown mode]
Based on the value of the current Ic monitored by the
CPU1は、この緊急遮断モード時の処理において、それまでの通常モード時の調整信号に代えて、電空変換部8への電流Idを強制的に零とする信号(緊急遮断信号)を電流調整部7へ出力する。
In the processing in the emergency cutoff mode, the
電流調整部7は、CPU1からの緊急遮断信号を受け、電空変換部8への電流Idを零とする。これにより、電空変換部8のコイル8−1を流れる電流Idが零とされ、調節弁が全閉とされる。なお、この実施の形態では、フェールセーフ状態として調節弁を全閉とするが、調節弁を全開とする場合もある。
The current adjustment unit 7 receives the emergency cut-off signal from the
このようにして、本実施の形態では、電子部品の偶発故障などに起因するショートモードに対して、調節弁を確実にフェールセーフ状態(全閉あるいは全開)とすることができるようになる。 In this way, in the present embodiment, the control valve can be surely brought into a fail-safe state (fully closed or fully opened) against a short mode caused by an accidental failure of an electronic component.
なお、上述した実施の形態では、内部回路4に含まれている回路としてCPU1とメモリ2とから構成される制御部3を示したが、電空変換部8以外の回路であれば他の回路が含まれていてもよい。また、内部回路4には、必ずしも制御部3が含まれていなくてもよい。
In the above-described embodiment, the
〔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。
[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 technical idea of the present invention.
本発明は、調節弁が設置される産業用プロセス制御システムなどで利用することができる。 The present invention can be used in an industrial process control system in which a control valve is installed.
1…CPU、2…メモリ、3…制御部、4…内部回路、5…定電圧回路、6…電流監視回路、7…電流調整部、8…電空変換部、100…ポジショナ、200…上位側システム。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記上位装置からの供給電流から自己の動作電源として定電圧を生成する定電圧回路と、
前記定電圧回路に並列に接続された内部回路と、
前記内部回路に流れる電流の値を監視する電流監視回路とを備え、
前記内部回路は、
前記電空変換部以外の所定の回路を含み、
前記制御部は、
前記電流監視回路が監視している電流の値が予め定められている正常範囲を逸脱した場合、前記調整信号に代えて前記電空変換部への電流信号を強制的に零とする信号を出力する
ことを特徴とするポジショナ。 A control unit that obtains a deviation between the value indicated by the supply current from the host device and the value indicated by the valve opening signal fed back from the control valve, and outputs a signal corresponding to the deviation as an adjustment signal; An electropneumatic converter that converts a current signal whose value is adjusted by an output adjustment signal into an air pressure signal, and outputs an output air pressure to the controller operating device based on the air pressure signal from the electropneumatic converter. In the positioner to supply
A constant voltage circuit for generating a constant voltage from the supply current from the host device as its own operating power supply;
An internal circuit connected in parallel to the constant voltage circuit;
A current monitoring circuit for monitoring the value of the current flowing through the internal circuit,
The internal circuit is
Including a predetermined circuit other than the electropneumatic converter,
The controller is
When the current value monitored by the current monitoring circuit deviates from a predetermined normal range, a signal for forcibly setting the current signal to the electropneumatic converter to zero is output instead of the adjustment signal. A positioner characterized by
前記内部回路は、前記制御部を含む
ことを特徴とするポジショナ。 The positioner as claimed in claim 1,
The internal circuit includes the control unit.
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