JPH01141202A - 通信機能を有するポジショナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、通信機能を有するポジショナに関する。

［従来の技術］ 空気圧サーボ機構の一種であるポジショナは、コントロ
ーラからの制御信号に応じて調節弁の弁位こを制御する
機能を有するものであるが、近年マイクロプロセッサを
内蔵し、これにより所定の演算処理を行なって調節弁の
駆動部を制御する信号を生成するポジショナも提供され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のポジシ宣すは、コントローラから
の一方的な指令に従って動作するものであり、ポジショ
ナや調節弁に異常事態や調整の必要等が生じた場合、そ
れをコントローラ側で迅速に検知することは困難であっ
た。そのため、現場の機器の状態を診断し、その診断情
報をコントロ−ラ側に通信することが要望されるが、こ
のような通信をポジショナから行なうには、従来のコン
トローラ側からポジショナへの信号伝送路とは別の伝送
路を要すると共に１通信用の電源を供給する電源路も必
要となり、それらの線路数及び付設工数が増大して設備
費も増加するという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
最少の線路数で双方向通信を実現すると共に調節弁や自
己の状態を診断してその診断情報を上位装鐙へ発信する
機能を備えたポジショナを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のポジショナは、コントローラからの制御信号を
入力する入力信号検出部と、調節弁の弁リフトを検出す
る弁リフト検出部と、前記調節弁又はポジショナ本体の
状態を診断して診断情報を出力する診断部と、前記入力
信号検出部及び弁リフト検出部からの検出信号に基づい
て所定の演算処理を行ない、調節弁の駆動部を制御する
信号を出力すると共に、前記診断部による診断内容に応
じた信号を出力する演算処理部と、該演算処理部からの
駆動部制御信号を空気圧信号に変換して前記駆動部に供
給する電空変換部と、前記演算処理部から出力される信
号に従って所定の通信を行なう通信処理部とを具備し、
該通信処理部は外部に設けられる通信装置を接続する通
信端子を有し、該通信端子間の電圧変化により発信又は
受信動作を行なうことを特徴とする。

［作用］ 上記の構成によれば、演算処理部から調節弁の状１！１
ｆ１１（弁リフト）を示す信号に加えて、調節弁やポジ
ショナ自身の診断結果に応じた信号が出力される。これ
らの信号は、通信処理部の通信端子から発信することが
できる。その場合、通信端子、に接続された通信装置が
通信端子間の電圧変化を検出することにより、通信処理
部から通信装置への通信が行なわれる。一方、通信装置
の端子電圧が変化した時は、通信処理部がこれを検知し
、通信装置から通信処理部への通信が行なわれる。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例の構成を示す、ポジショナｌは
、コントローラ２からの制御信号に応じて調節弁３の弁
位置を制御するポジショニング機能に加えて後述の通信
機能を有する。そのため、ポジショナｌは、コントロー
ラ２から２木の線路４．５から成る２線式伝送路を経て
制御信号が入力される入力信号検出部１１と、調節弁３
の弁リフトを検出する弁リフト検出部１２と、入力信号
検出部１１及び弁リフト検出部１２からの検出信号に基
づいて所定の演算処理を行ない、調節弁３の駆動部を制
御するＰＷＭ信号（弁リフトを与えるパルス幅信号）を
出力する演算処理部１３と、この演算処理部１３から出
力されたＰＷＭを空気圧信号に変換して調節弁３の駆動
部に供給する電空変換部１４と、演算処理部１３から出
力される信号に従って所定の通信を行なう通信処理部１
５とを具備する０通信処理部１５は一対の通信端子１６
．１７を有し１両端子間に２木の線路６及び７から成る
２線式伝送路を介して一定の電源１えば電圧Ｅ＝２４ボ
ルト）８が接続される。この２線式伝送路はライン抵抗
（例えば抵抗値ｒ＝２５００）９を有すると共に、後述
のようにポジショナ１から発信される異常検知信号を受
信するため、通信装置１０を電源８と並列に接続してい
る。また、２線式伝送路の任意の位置に同様の通信装置
ｌＯが接続される。

なお、入力信号検出部１１及び弁リフト検出部１２から
はアナログ信号が出力されるので、これをデジタル信号
に変換して演算処理部１３に入力するＡ／Ｄ変換器１８
が設けられる。

また、調節弁３又はポジショナ１自身の状態を診断して
診断結果を出力する診断部として、診断用センサ１９が
設けられる。この診断用センサ１９は１次のような異常
状態を検知し、その検知信号はＡ／Ｄ変換器１８でデジ
タル信号に変換されて演算処理部１３に入力される。

センサによって検知される異常状態には、■調節弁３の
弁リフトとボジシ璽すｌからの空気圧出力との関係異常
として、調節弁のパツキンや弁軸摺動部の摩擦異常、弁
における異物のかみ込み、流体反力の異常、弁駆動部の
リーク等、■偏差信号（入力信号検出部１１からの入力
信号と弁リフト検出部１２からの弁リフト信号の差）と
空気圧出力との関係異常として、供給空気圧の異常、ポ
ジショナの動作不良等、及び ■調節弁３のパツキン部からの流体リーク等があり、■
と■は弁駆動用空気圧を監視する空気圧センサによって
検知され、■の場合は超音波センサによりリーク音とし
て、又は温度センサにより摩擦熱としてそれぞれ検知さ
れる。

或は、上記のような診断用センサ１９に代えて、演算処
理部１３で信号異常として検知することも可能である。

演算処理部１３による信号処理段階で検知される異常状
態としては。

■入力信号検出部１１からの入力信号と弁リフト検出部
１２からの弁リフト信号との偏差の異常（平衡状態にお
ける偏差が許容域を出た場合）、■弁リフト信号にジャ
ーキングモーション（信号がガタガタに変動し、弁がか
み込む前兆となる現象）が発生した場合 等がある。

以上の構成において、コントローラ２と入力信号検出部
１１との間では４〜２０ｍＡの直流信号が送受信される
と共に、同じ線路４．５を介してコントローラ２からポ
ジショナｌを作動させるための電力が供給される。入力
信号検出部１１としては、本出願人の特許出願に係る受
信装Ｍ（特開昭６０−２５７８２９号）が用いられる。

この受信装置は、２線式伝送路に対して第１の可変イン
ピーダンス素子及び受信用のインピーダンス素子を直列
に挿入し、前記伝送路の線間電圧ＶＬを一定化（例えば
１ｏボルトに）する方向に第１の可変インピーダンス素
子のインピーダンス素子御する一方、第２の可変インピ
ーダンス素子とインピーダンス素子との直列回路を並列
接続し、そのインピーダンス素子を流れる電流Ｉｃを一
定化（例えば４ｍＡに）する方向に第２の可変インピー
ダンス素子のインピーダンスを制御するように構成し、
第２の可変インピーダンス素子と並列に負荷回路を接続
したものである。この構成によれば、線路電流ＩＬが４
〜２０ｍＡの場合、第１の可変インピーダンス素子と受
信用インピーダンス素子の直列回路を流れる電流Ｉｓを
０〜１８ｍ　Ａの信号成分のみとし、この電流Ｉｓによ
り示される信号の受信に影響を与えることなく、負荷回
路に対し最大４ｍＡの電源電流を安定して供給すること
ができる。

かくして、コントローラ２から電源電流と共に供給され
た信号は、負荷回路により、例えば１〜３ｖの電圧信号
として入力信号検出部１１から出力され、Ａ／Ｄ変換器
１８によりデジタル信号に変換されて演算処理部１３に
供給される。

一方、弁リフト検出部１２は、調部弁３のステム変位を
１〜３ｖの電気信号に変換する公知の検出回路から成り
、その検出信号も上記のＡ／Ｄ変換器１８によりデジタ
ル信号に変換されて演算処理部１３に入力される。

演算処理部１３は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）で構
成される。これは、Ａ／Ｄ変換器１８を介して供給され
るデジタル信号、すなわち入力信号検出部１１からの入
力信号と弁リフト検出部１２からの弁リフト信号の偏差
をとり、それに応じた弁リフト制御信号（ＰＷＭ）をつ
くる従来のポジショナとしての演算動作を行なうと共に
、通信処理部１５による通信動作を制御するようにプロ
グラムされる。そのため、演算処理部１３は１通信処理
部１５に対する信号として、上記のＰＷＭ信号と、デジ
タル通信用のパルス信号Ｔ！と、後述のスイッチＳｌ及
びＳ３の状態を切り換えるための切換信号Ｓｘとを出力
する。なお、通信処理部１５からは、後述のデジタル通
信による受信信号Ｒ１が演算処理部１３に入力される。

また、演算処理部１３は、診断用センサ１９からの診断
情報に応じた信号を生成し、通信処理部１５を介してコ
ントローラ２や他の上位装置へ発信するようにプログラ
ムされる６診断用センサ１９としては、前述の空気圧セ
ンサ、超音波センサ又は温度センサ等が使用されるが、
センサとして独立した素子を使用せず、演算処理部１３
で前述の信号異常を検知するようにしてもよい。

電空変換部１４は、演算処理部１３からデジタル信号と
して出力される弁リフト制御信号を空気圧信号に変換す
る公知の変換回路で構成される。

次に第２図に示すように１通信処理部１５は、上記演算
処理部１３から送られるＰＷＭ信号とパルス信号Ｔｘの
どちらかを入力するスイッチＳ１と、その入力信号に応
じてオン又はオフ状態となるスイッチＳ２と、演算処理
部１３からの切換信号Ｓ！によってオン又はオフ状態に
切り換えられるスイッチＳ３とを有する。切換信号Ｓ！
は、スイッチＳ１をパルス信号ＴＩの入力側に設定する
ときスイッチＳ３をオフとし、スイッチＳ１をＰＷＭ信
号の入力側に設定するときスイッチＳ３をオンとする。

通信処理部１５は第２図に示した回路で構成され、この
回路は発信回路部、受信回路部及び電源回路部に分けら
れる。

発信回路部は、上記のスイッチＳ２とＳ３を抵抗ｒ２を
介して直列接続すると共にスイッチＳ３に平滑コンデン
サＣ１を接続し、これらと並列に抵抗ｒ１及びｒ３を接
続し１両抵抗ｒ１　、　ｒ３の接続点と抵抗ｒ２．スイ
ッチＳ３の接続点とを接続して形成した入力回路と、＋
側（非反転）入力端子を抵抗ｒ１とｒ３の間に接続する
と共に一側（反転）入力端子を基準電位（アース）とし
た演算増幅器（オペアンプ）Ａ１と、その出力端子にベ
ースを接続したトランジスタ（ｈ　と、そのエミッタ端
子（基準電位）に接続した抵抗ｒ４とを含んでいる。

受信回路部は、上記のトランジスタＱ１及び抵抗ｒａに
加えて、トランジスタＱ１のコレクタに結合コンデンサ
Ｃ２を介して一側入力端子を接続したオペアンプＡ２と
、同じ入力端子に接続したダイオードＤ及び抵抗ｒ５と
、オペアンプＡ２の＋側入力端子に接続した抵抗ｒ６及
びｒ７とを含み、オペアンプＡ２の出力を受信信号Ｒ１
として演算処理部１３に供給するように接続されている
。

更に、電源回路部は、上記２つのオペアンプＡ１及びＡ
２に供給する電源電圧Ｖｐ　　（例えば５ポルト）を作
る第１の電源安定化回路ＶＲ１と、各オペアンプＡ１　
、Ａ２の＋側入力端子に接続した分圧抵抗ｒ１及びｒ３
１　ｒｅ及びｒ７に印加する定電圧Ｖｒ　　（例えば２
．５ボルト）を作る第２の電源安定化回路ＶＲ２とから
成る。

かくして、通信処理部１５は、トランジスタＱ１のコレ
クタ端子と、そのエミッタに接続した抵抗ｒ４の一端と
を、それぞれ前述の通信端子１６゜１７に接続し、両端
子間に伝送線路６，７を介して通信装置１０（後述の通
信時に使用）が接続されると共に、異常信号受信のため
に同様の通信装着１０′が常時接続される。

通信装置ｌＯは、通信処理部１５との間でデジタル通信
を行なう５ＦＣ（スマート・フィールド・コミュニケー
タ）と称する通信インタフェースであり、第３図に示す
ように構成される。すなわち、通信装置１０は、ＣＰＵ
２１と、これに接続したキーボード２２、デイスプレィ
２３及び送受信回路２４と、この送受信回路２４からの
切換信号によってオン／オフするスイッチ２５と、この
スイッチ２５と直列接続された電流源２６と、送受信回
路２４と電流源２６の間に接続されたフィルタ２８とで
構成され、電流源２６側の端子２８とスイッチ２５側の
端子２９が上記２線式伝送線路６，７にそれぞれ接続さ
れる。

次に、第４図は上記の診断用センサ１９による異常検知
の例として、空気圧センサを用いた場合の手順を示す。

初めに、調節弁３の弁開度が一定の平衡状態になってい
るかどうかをチエツクし、平衡状態の時入力信号検出部
１１からの入力信号は一定の値に固定される。この時点
で、演算処理部１３は内部タイマをスタートさせると共
に、電空変換部１４に調節弁３への空気供給路を閉成す
る信号を出力し、調節弁３の駆動部の圧力室を封じ込め
る。この封じ込め中、圧力室のシール部にリークがなけ
れば、その空気圧は僅かに下がるだけであるが、リーク
がある場合は、空気圧が時間と共に低下する。

従って、演算処理部１３は、診断用センサ（この場合、
空気圧センサ）１９から送られた空気圧信号の値を予め
定めた規定値と比較し、規定値より落ちた時は、異常を
示す信号を通信処理部１５に送る０通信処理部１５では
、後述の通信動作により異常検知信号をアナログの弁リ
フト信号に重畳して発信し、この信号は常設の通信製２
ｔｌＯによって受信されＡ、所定の警報装置を作動させ
て警報を発することができる。一方、空気圧信号の値が
規定値より落ちなければ、演算処理部１３は、一定時間
が経過した時点で前述の空気供給路を開成する信号を出
力して初めの状態に戻り、次の診断に備える。

次に上記実施例の動作、特に通信動作を説明する。

まず、通信端子１６．１７が開放状態のとき、すなわち
これらの通信端子に線路６，７と通信製２１ｔｏを接続
しないとき、通信処理部１５は動作せず、電力も消費し
ない、この場合、ポジショナ１に対しては、コントロー
ラ２から４〜２０ｍ　Ａの２線式伝送線路４及び５によ
ってθ〜１８ｍＡの信号と共に最大４ｍＡの電源電流が
供給される。これにより、ポジシ璽す１は従来と同様の
ボジショニング機能を果すことができる。

これに対し、通信端子１６．１７に線路６．７を接続し
てライン抵抗ｒと電源Ｅを付加することで、通信処理部
１５に電力が供給されると共に、通信装置１０及び１０
’　を接続することにより、次のような通信動作を行な
うことができる。

まず、演算処理部１３からの切換信号ＳＨにより、スイ
ッチＳ１がＰＷＭ信号の入力側に設定された時、スイッ
チＳ３はオン状態となり、スイッチＳ２は、演算処理部
１３から出力されたＰＷＭ信号に応じてオン又はオフ状
態となる。その結果オペアンプＡ、の出力が変化し、ト
ランジスタＱ１の状態が変化して通信端子１６．１７間
に電圧変化を生じさせる。このとき、通信装置１０の送
受信回路２４はスイッチ２５をオフ状態とする。従って
、上記の電圧変化は、線路６．７に接続した通信装置ｌ
Ｏの端子２８．２９間の電圧変化として現われ、これを
通信装置１０のＣＰＵ２１が送受信回路２４を介して検
出する。これにより１通信処理部１５から通信製２１１
Ｏへの通信が行なわれる。

次に、演算処理部１５からの切換信号Ｓｘにより、スイ
ッチＳ１がパルス信号Ｔｘの入力側に設定された時、ス
イッチＳ３はオフ状態で、スイッチＳ２は、演算処理部
１３から出力されたパルス信号に応じてオン又はオフ状
態となる。これにより、オペアンプＡ１の出力が変化し
、トランジスタＱ１の状態が変化して通信端子１６．１
７間に電圧変化を生じさせる。この電圧変化は線路６゜
７を介して通信装置１０の端子２８．２９間にデジタル
信号として印加され、これを通信装置１０のＣＰＵ２１
が送受信回路２４を介して検出する。

これにより、通信処理部１５から通信装置ｌＯへのデジ
タル通信が行なわれる。同様に、通信処理部１５からデ
ジタル信号として発信される前述の異常検知信号は、通
信装置ｌＯ′により受信される。

一方、通信装置ｌＯのＣＰＵ２１が送受信回路２４を介
してスイッチ２５をオン／オフさせることにより、端子
２８．２９間の電流源２６による電流をパルス状に変化
させると、通信処理ｆ！ｔ１１５の端子１６．１７間の
電圧変化が生じ、コンデンサＣ２で直流分が除去されて
オペアンプＡ２の一側入力端子に加えられる。これに応
じて、オペアンプＡ２の出力が変化し、受信信号Ｒ１と
じて演算処理部１３に入力される。かくして、ポジショ
ナ１の受信動作が行なわれる。

上記のように、実施例のポジショナｌは、通信装置１０
の使用により双方向通信を行なうことができ、通信時の
デジタル信号はアナログ信号に重畳されて送られる。ま
た、通信をしないときは。

通信処理部１５での電力消費がないため、従来と同様に
ポジショナとしての機能を果すことができる。更に、診
断用センサ１９への電力は、通信端子１６．１７に接続
される電源８から供給することができる。

以上、図示の実施例について説明したが、本発明はこれ
に限られるものではなく、その構成要素は、同様の機能
を有するものであれば、任意の回路を使用することがで
きる。

［発明の効果］ 本発明のポジショナは、上記のように構成されるから、
通信端子と外部電源との間に接続される通信装置の使用
により、最少の線路数で双方向通信を実現すると共に、
調節弁や自己の状態を示す種々の診断情報を上位装置へ
発信することができる。従って、コントローラ又は他の
上位装置では調節弁の遠隔監視や調整、診断情報による
故障発見と迅速な回復等を実現できる。また１通信しな
い時は通信処理部での電力消費がないので、通常のポジ
ショナとしての電力消費だけで済むという効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示す図、第２図は実施
例の入力信号検出部の回路構成を示す図、 第３図は実施例のポジショナに接続される通信装置の構
成を示す図、 第４図は空気圧センサによる異常検知動作を示すフロー
チャートである。 １−一一一ポジショナ、 ２−一一一コントローラ、 ３−一一一調整弁、 ４〜７−−−−伝送線路。 ８−一−−電源。 ９−一一一ライン抵抗、 １０−−−一通信装置、 １１−−−一人力信号検出部。 １２−−−一弁リフト検出部、 １３−一−−演算処理部。 １４−−−一電空変換部、 １５−−−一通信処理部、 １６．１７−−−−通信端子、 １８−−−−Ａ／Ｄ変換器、 １９−−−一診断用センサ、 ２１−−−−ＣＰ　Ｕ、 ２２−−−−キーボード、 ２３−一−−デイスプレィ、 ２４−−−一送受信回路、 ２５−−一−スイッチ。 ２６−−−−電流源。 ２７−−−−フイルタ、 ２８．２９−−−一端子。 特許出願人　山武ハネウェル株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　コントローラからの制御信号を入力する入力信号検出
   部と、 調節弁の弁リフトを検出する弁リフト検出部と、前記調
   節弁又はポジショナ本体の状態を診断して診断情報を出
   力する診断部と、 前記入力信号検出部及び弁リフト検出部からの検出信号
   に基づいて所定の演算処理を行ない、前記調節弁の駆動
   部を制御する信号を出力すると共に、前記診断部による
   診断内容に応じた信号を出力する演算処理部と、 該演算処理部からの駆動部制御信号を空気圧信号に変換
   して前記駆動部に供給する電空変換部と、前記演算処理
   部から出力される信号に従って所定の通信動作を行なう
   通信処理部と を具備し、該通信処理部は外部に設けられる通信装置を
   接続する通信端子を有し、該通信端子間の電圧変化によ
   り発信又は受信動作を行なうことを特徴とする、通信機
   能を有するポジショナ。