JPH06284048A - 遠隔制御測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被制御装置の機械的変位を別系の伝送路を必
要とすることなく、かつ被制御装置の近傍に電源回路を
設ける必要がなく、これを制御装置側に逆伝送すること
ができる。 【構成】 パルス幅変調回路１６は位置検出回路１７の
電気信号Ｖｉに応じたパルス幅信号を発生し、可変イン
ピーダンス回路１４はこのパルス幅信号に応じてインピ
ーダンスを変化する。可変インピーダンス回路１４とパ
ルス幅変調回路１６の電源回路とは直流制御信号Ｉｉの
電流通路に直列に接続され、パルス幅変調回路１６の電
源回路にパルス幅変調回路１６の電圧回路が並列に接続
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動制御装置に利用す
る。本発明は、二線伝送路に伝送する直流制御信号によ
りプロセス制御系の弁開度を調節制御する装置に利用す
る。本発明は、二線伝送路に被制御弁の実際の開度をパ
ルス信号に変換し、このパルス信号を直流制御信号に重
畳して伝送する弁開度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所、石油精製装置、化学反応に
より物質を製造する化学工場、その他流体の流路を開閉
弁で制御する装置を含むプラントでは、制御室に設置し
た制御装置に各現場の温度や圧力などの測定信号を取り
込み、その制御装置から各現場に設置された開閉弁の開
度を遠隔制御する方式が標準方式として広く利用されて
いる。その典型的な標準方式は、制御装置から送出され
る弁調節のための制御信号を４〜２０ｍＡの範囲の定電
流電源から発生される直流制御信号とし、その定電流電
源が発生する電流の値にしたがって弁の機械的開度が調
節制御されるように構成され、制御装置と被制御弁とが
この直流制御信号を伝送する二線の伝送路により電気的
に直列に接続される方式である。

【０００３】先行技術として特開昭６０−２５７６３０
号公報記載のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来からこの標準方式
は広く用いられているが、制御装置から弁調節のための
制御信号を送信し、この制御信号を弁装置の側で受信し
て被制御弁の開閉制御を行うが、それに応動する被制御
弁の実際の機械的開度についてはその制御装置側に逆伝
送するようにはなっていない。

【０００５】制御装置では、その制御を確実に実行する
ために、あるいは精密に実行するために、被制御弁の実
際の機械的開度を制御装置に取り込み制御パラメタとし
て利用することが必要な場合がある。従来、このように
被制御弁の機械的開度を測定することがどうしても必要
である場合には、被制御弁に別に弁開度測定器を取付
け、その測定器が発する電気信号を別系の伝送路を経由
して制御装置の近傍に伝送することが必要であった。そ
してこのような従来装置では、弁開度測定器およびその
信号送信器を動作させるために、被制御弁の近傍に別の
電源回路を設置することが必要であった。

【０００６】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、被制御装置の機械的変位を別系の伝送路を必要
とすることなく、かつ被制御装置の近傍に電源回路を設
ける必要なく、これを制御装置側に逆伝送することがで
きる遠隔制御測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、直流制御信号
の値に応じて制御される被制御装置に連結されその被制
御装置の変位に応じた測定値を電気信号として発生する
変位電気変換手段と、この電気信号に応じたパルス信号
を前記直流制御信号に重畳して送出するパルス信号発生
回路とを備えた遠隔制御測定装置において、前記パルス
信号発生回路は、前記電気信号の電圧に対応するパルス
幅信号を発生するパルス幅変調回路と、このパルス幅信
号に応じてインピーダンスが変化する可変インピーダン
ス回路とを含み、この可変インピーダンス回路と、前記
パルス幅変調回路の電源回路とが前記直流制御信号の電
流通路に直列に接続されたことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、前記変位電気変換手段の
電源回路が前記パルス幅変調回路の電源回路と並列に接
続された構成とすることがよい。

【０００９】さらに、本発明は、前記パルス幅変調回路
の電源回路に並列に第一の定電圧回路が接続された構成
とすることがよい。

【００１０】また、本発明は、前記可変インピーダンス
回路と、前記パルス幅変調回路の電源回路とが直列に接
続された回路に並列に第二の定電圧回路が接続された構
成とすることがよい。

【００１１】

【作用】被制御装置の実際の変位に応じた測定値を電気
信号に変換し、この電気信号の電圧に対応するパルス幅
パルス信号を発生する。このパルス幅信号に応じて直流
制御信号の電流通路のインピーダンスを変化させ直流制
御信号に重畳させて制御装置に逆伝送する。また前記の
処理動作に必要な電源電流は直流制御信号から得る。し
たがって、被制御装置の変位を示すパルス幅信号を伝送
するための別の伝送路は不要になり、かつこのパルス幅
信号を得るための回路に電源電流を供給するための別電
源も不要となる。

【００１２】また、可変インピーダンス回路とパルス幅
変調回路の電源回路とが直列に接続された回路に並列に
第二の定電圧回路を接続することにより、可変インピー
ダンス回路または電源回路が開放の故障時に第二の定電
圧回路に直流制御信号をバイパスし被制御装置の変位に
影響を与えないようにすることができる。

【００１３】一般に直流制御信号は上述のように定電流
回路から送信されるので、この直流制御信号に余分な信
号を重畳すると、その余分な信号はその定電流回路に吸
収されてしまい伝送路から検出できなくなるおそれがあ
る。特に重畳する信号の繰り返し周期を大きくする（周
波数を低くする）と重畳された信号が定電流回路に吸収
されてしまい検出できなくなる。これに対して本発明で
は重畳する信号がパルス幅信号であることから、繰り返
し周期をかなり大きく間欠的に信号を発生してこれを定
電流制御されている直流制御信号に重畳しても、少なく
ともその過渡的な部分の信号は高い周波数成分を含むの
で、定電流回路に吸収される割合が小さく有効に伝送さ
れる。したがって繰り返し周期を大きくとることができ
るから信号を送信する現場側の装置の消費電力も小さく
することができるとともに、外乱の影響を小さくして制
御装置側でこの重畳された信号を受信することができる
利点がある。

【００１４】上記先行技術との最大の違いは、電流通路
に電源回路が直列に挿入された点にあり、この違いによ
り操作端の制御レンジが大きくとれるようになった。

【００１５】

【実施例】図１は本発明一実施例遠隔制御測定装置のブ
ロック構成図であり、弁開度計に応用した例である。こ
の例はプロセス制御装置の本発明に係る要部を示す図で
あり、一点鎖線で区分して示すように、図１の左側は制
御室に配置される機器であり、右側は現場に配置される
機器であり、その間は伝送路１１、２１により結合され
ている。制御室側には直流制御信号Ｉｉを発生する制御
装置１０が配置され、現場には弁開度計１２が配置され
る。直流制御信号Ｉｉは二線伝送路１１を介して現場側
に伝送され、被制御装置である操作部１３に接続され
る。操作部１３は直流制御信号Ｉｉにしたがって調節弁
を開閉する自動調節弁の駆動コイルに相当する。制御装
置１０が発生する直流制御信号Ｉｉは定電流源から発生
されその電流値の範囲は４〜２０ｍＡであり、４ｍＡが
調節弁３１の全閉状態を指示し、２０ｍＡが調節弁３１
の全開状態を指示する。これは接続を入れ替えて、４ｍ
Ａが全開、２０ｍＡが全閉を指示するように設定するこ
ともある。

【００１６】ここで、弁開度計１２は、直流制御信号Ｉ
ｉの値に応じて開度が調節される操作部１３に駆動機構
１８に連結されその機械的な弁開度に応じた電気信号を
発生する変位電気変換手段として位置検出回路１７と、
この電気信号に応じたパルス信号を直流制御信号Ｉｉに
重畳して送出するパルス信号発生回路とを備える。

【００１７】位置検出回路１７は、調節弁の機械変位に
応じてその抵抗値（測定値）が変化する二端子回路（ポ
テンシオメータ）からなり、その抵抗値に流れる電流信
号により発生する電圧を電気信号Ｖｉとして出力する。

【００１８】ここで本発明の特徴とするところは、前記
パルス信号発生回路は、電気信号Ｖｉの電圧に対応する
パルス幅信号を発生するパルス幅変調回路１６と、この
パルス幅信号に応じてインピーダンスが変化する可変イ
ンピーダンス回路１４とを含み、可変インピーダンス回
路１４と、パルス幅変調回路１６の電源回路とが直流制
御信号Ｉｉの電流通路に直列に接続されたことにある。

【００１９】また、本発明は、位置検出回路１７の電源
回路がパルス幅変調回路１６の電源回路と並列に接続さ
れる。

【００２０】さらに、本発明は、パルス幅変調回路１６
の電源回路に並列に第一の定電圧回路として定電圧回路
１５が接続される。

【００２１】また、本発明は、可変インピーダンス回路
１４と、パルス幅変調回路１６の電源回路とが直列に接
続された回路に並列に第二の定電圧回路として定電圧ダ
イオード２０が接続される。

【００２２】さらに、操作部１３に並列に直流制御信号
Ｉｉに重畳されたパルス幅信号をバイパスするバイパス
コンデンサ１９が接続される。

【００２３】このような構成の遠隔制御測定装置の動作
について説明する。図１において、制御装置１０から伝
送路１１を介して伝送された直流制御信号Ｉｉは、操作
部１３を駆動し、操作部１３と直列に接続された可変イ
ンピーダンス回路１４を通り、並列接続された定電圧回
路１５、パルス幅変調回路１６および位置検出回路１７
を経由して伝送路２１を介して制御装置１０側に伝送さ
れる。したがって、制御装置１０の出力端子に誘起され
る電圧Ｖｈは伝送路１１、２１および弁開度計１２の中
のインピーダンスの和と直流制御信号Ｉｉとの積とな
る。

【００２４】一方、操作部１３の駆動によって操作され
た制御量Ｐは、その制御量Ｐを測定する位置検出回路１
７により電気信号Ｖｉに変換される。パルス幅変調回路
１６は、電気信号Ｖｉをパルス幅ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）
に変調し、パルス幅信号ｆｉ、ｆ２を出力する。

【００２５】図２は本発明の遠隔制御測定装置の可変イ
ンピーダンス回路のブロック構成図である。図３は本発
明の遠隔制御測定装置の可変インピーダンス回路の出力
信号波形を示す図である。図２および図３において、可
変インピーダンス変換回路１４は、複数個のスイッチン
グ素子２５、２６と抵抗２３、２４とにより構成され、
スイッチング素子２５、２６は、トランジスタ、電界効
果トランジスタおよびフォトトランジスタなどを使用す
ることができる。パルス幅ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）に変調
されたパルス幅信号ｆ１、ｆ２によりスイッチング素子
２５、２６を交互に開閉すると、可変インピーダンス回
路１４内の抵抗値がパルス幅ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）の周
期で変わることから、制御装置１０の出力端子に制御量
に応じた電圧パルスが生じることになる。

【００２６】したがって、制御装置１０側において、こ
の電圧パルスを捕捉し、積分することにより、制御量Ｐ
を知ることができる。

【００２７】図２に示す可変インピーダンス回路１４の
入出力間のインピーダンスは、スイッチング素子２５、
２６がともに「オフ」のときには（Ｒ１＋Ｒ２）の値、
スイッチング素子２５が「オン」のときにはＲ２の値、
またスイッチング素子２６が「オン」のときにはほぼ
「０」となる。したがって、可変インピーダンス回路１
４のスイッチング素子２５、２６に、操作部１３の制御
量Ｐに比例したデューテイサイクルｔ１／（ｔ１＋ｔ
２）の信号を与えることにより、図３に示すような電圧
信号を直流制御信号Ｉｉに重畳することができる。図２
はインピーダンス素子として抵抗を使用した例で直流制
御信号Ｉｉが４〜２０ｍＡの範囲で動作することから、
伝送路中の電圧降下が大きくなる欠点がある。

【００２８】図４は本発明の遠隔制御測定装置の可変イ
ンピーダンス回路のインピーダンス素子としてダイオー
ドを使用した例を示す。図４（ａ）は直流制御信号Ｉｉ
が４〜２０ｍＡの範囲で動作しても、伝送路中の電圧降
下はダイオードの順方向電圧（０．７Ｖ）にクランプす
ることができる。しかし、４〜２０ｍＡの直流制御信号
Ｉｉが直接に後段の定電圧回路１５に流入するために、
定電圧回路１５の電圧に影響を与える。図４（ｂ）は定
電圧回路１５に不要な電流をＰＮＰ型のトランジスタ２
９で放流し、前記欠点を除去した回路である。

【００２９】図５は本発明の遠隔制御測定装置のパルス
幅変調回路のブロック構成図である。図６は本発明の遠
隔制御測定装置のパルス幅変調回路の各信号波形を示す
図である。操作部１３の制御量Ｐに比例するデューテイ
サイクルｔ１／（ｔ１＋ｔ２）の信号は、図５および図
６に示すような１ビット追従型のアナログディジタル変
換器で生成することができる。１ビット追従型のアナロ
グディジタル変換器は図５および図６に示すように４個
の比較器４０、４１、４３、４４とフリップフッロプ回
路４２とで構成される。

【００３０】図５の示すパルス幅変調回路１６の動作に
ついて図６を用いて簡略に説明する。図１に示す位置検
出回路１７からの電圧信号Ｖｉは、比較器４０でフリッ
フロップ回路４２のＱ^- 出力による時定数回路（抵抗３
７およびコンデンサ４５）の積分電圧（時間ｔ１の平均
電圧）と比較される。この積分電圧が電圧信号Ｖｉ以上
になるとフリップフロップ回路４２の出力を反転し、こ
の時定数回路の積分電圧は放電される。一方、フリップ
フロップ回路４２のＱ出力は「ハイ」側になり、時定数
回路（抵抗３６およびコンデンサ４６）の積分電圧を上
昇させる。。比較器４３は、基準電圧Ｖ７（Ｖ５）を二
位置操作するためのシュミット回路で、「ハイ」の基準
電圧Ｖ７を「ロウ」側にする。比較器４４はコンデンサ
４６を放電させるためのもので、比較器４１は、コンデ
ンサ４６を基準電圧Ｖ７の「ハイ」側から「ロウ」側に
放電する間に、「ハイ」出力となりフリップフロップ回
路４２の出力をリセットする。

【００３１】図７は本発明の遠隔制御測定装置のパルス
幅変調回路と可変インピーダンス回路とを合成した回路
のブロック構成図である。図８は本発明の遠隔制御測定
装置のパルス幅変調回路と可変インピーダンス回路とを
合成した回路の各信号波形を示す図である。ここで可変
インピーダンス回路は図４（ｂ）に示す回路である。図
７に示すようにパルス幅変調回路から電圧Ｖ４、８を入
力して位置検出回路１７からの電気信号Ｖｉに比例した
パルス幅ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）のパルス幅信号Ｖ１４を
出力する。

【００３２】図９は本発明の遠隔制御測定装置の操作
部、位置検出回路、可変インピーダンス回路、パルス幅
変調回路および定電圧回路のブロック構成図を示す。た
だしパルス幅変調回路は図５に示す回路とは異なる実施
例を示す。

【００３３】前述のように本発明の装置では、現場側で
検出した調節弁の開度を示す信号を調節弁を制御する直
流制御信号に重畳して伝送するので、現場側と制御室側
に別の伝送路を設ける必要がない。またパルス幅変調回
路１６および位置検出回路１７が必要な電源電流は定電
圧回路１５により直流制御信号から得るので、現場側に
特別な電源装置を設ける必要がない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
制御装置の機械的変位を表す信号を別系の伝送路を必要
とすることなく、かつ被制御装置の近傍に電源回路を設
ける必要なく、これを制御装置側に逆伝送することがで
きる。この逆伝送された変位を表す信号を制御装置で利
用することにより、精度および確度の高い制御を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例遠隔制御測定装置のブロック構
成図。

【図２】本発明の遠隔制御測定装置の可変インピーダン
ス回路のブロック構成図。

【図３】本発明の遠隔制御測定装置の可変インピーダン
ス回路の信号波形を示す図。

【図４】本発明の遠隔制御測定装置の他の可変インピー
ダンス回路のブロック構成図。

【図５】本発明の遠隔制御測定装置のパルス幅変調回路
のブロック構成図。

【図６】本発明の遠隔制御測定装置のパルス幅変調回路
の信号波形を示す図。

【図７】本発明の遠隔制御測定装置のパルス幅変調回路
と可変インピーダンス回路とを合成した回路のブロック
構成図。

【図８】本発明の遠隔制御測定装置のパルス幅変調回路
と可変インピーダンス回路とを合成した回路の各信号波
形を示す図。

【図９】本発明の遠隔制御測定装置の操作部、位置検出
回路、可変インピーダンス回路、パルス幅変調回路およ
び定電圧回路のブロック構成図。

【符号の説明】

１０ 制御装置 １１、２１ 伝送路 １２ 弁開度計 １３ 操作部 １４ 可変インピーダンス回路 １５ 定電圧回路 １６ パルス幅変調回路 １７ 位置検出回路 １８ 駆動機構 １９ バイパスコンデンサ ２０ 定電圧ダイオード ２３、２４、３１〜３９ 抵抗 ２３Ａ、２４Ａ ダイオード ２５、２６ スイッチング素子 ２７ パルス幅信号（ｆ１） ２８ パルス幅信号（ｆ２） ４０、４１、４３、４４ 比較器 ４２ フリップフロップ回路 Ｉｉ 直流制御信号 Ｖ１〜Ｖ１４ 電圧 Ｖｉ 電気信号（位置検出回路の出力電圧） ｔ１、ｔ２ 時間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流制御信号の値に応じて制御される被
   制御装置に連結されその被制御装置の変位に応じた測定
   値を電気信号として発生する変位電気変換手段と、 この電気信号に応じたパルス信号を前記直流制御信号に
   重畳して送出するパルス信号発生回路とを備えた遠隔制
   御測定装置において、 前記パルス信号発生回路は、前記電気信号の電圧に対応
   するパルス幅信号を発生するパルス幅変調回路と、この
   パルス幅信号に応じてインピーダンスが変化する可変イ
   ンピーダンス回路とを含み、 この可変インピーダンス回路と、前記パルス幅変調回路
   の電源回路とが前記直流制御信号の電流通路に直列に接
   続されたことを特徴とする遠隔制御測定装置。
2. 【請求項２】 前記変位電気変換手段の電源回路が前記
   パルス幅変調回路の電源回路と並列に接続された請求項
   １記載の遠隔制御測定装置。
3. 【請求項３】 前記パルス幅変調回路の電源回路に並列
   に第一の定電圧回路が接続された請求項１記載の遠隔制
   御測定装置。
4. 【請求項４】 前記可変インピーダンス回路と、前記パ
   ルス幅変調回路の電源回路とが直列に接続された回路に
   並列に第二の定電圧回路が接続された請求項１記載の遠
   隔制御測定装置。