JP6088456B2 - ポジショナ - Google Patents

Description

この発明は、バルブ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、バルブの開度を制御するポジショナとして、例えば図１０にその要部の構成を示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。同図において、１００は上位装置、２００（２００Ａ）はポジショナ、３００はバルブである。

ポジショナ２００Ａは、制御演算部１と電空変換部２と空気回路部３と弁開度検出器（弁開度検出部）４とを備えており、バルブ３００に組み付けられている。以下、このポジショナ２００Ａを一体型のポジショナと呼ぶ。

この一体型のポジショナ２００Ａにおいて、弁開度検出器４は、バルブ３００の現在の開度を検出し、実開度信号Ｘｐｖとして制御演算部１へ送る。制御演算部１は、上位装置から送られてくるバルブ３００に対する開度設定信号Ｘｓｐと弁開度検出器４からの実開度信号Ｘｐｖとを入力とし、開度設定信号Ｘｓｐと実開度信号Ｘｐｖとの偏差を求め、この偏差にＰＩＤ制御演算を施して得られるＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）を制御信号ＭＶとして生成し、電空変換部２へ送る。

電空変換部２は、制御演算部１からの制御信号ＭＶを空気圧（ノズル背圧）Ｐｎに変換する。空気回路部３は、電空変換部２からの空気圧Ｐｎを入力空気圧とし、この入力空気圧Ｐｎを増幅して出力空気圧Ｐｏを生成し、バルブ３００の操作器（図示せず）へ出力する。これにより、操作器内のダイアフラム室に空気圧Ｐｏの空気が流入し、バルブ３００の開度が調整される。

なお、制御演算部１は、制御状態の変化などからバルブ３００の診断を行い、その診断結果を上位装置１００へ送るというような機能も備えている。

この一体型のポジショナ２００Ａでは、制御演算部１と電空変換部２と空気回路部３と弁開度検出器４とが１つのケース１０に収容され、このケース１０がバルブ３００に組み付けられている。このため、バルブ３００の振動やバルブ３００を流れる流体の温度の影響を受け易いという難点がある。

そこで、振動や温度の影響を受け難くするために、図１１に示すように、ケース１０を第１のケース１０−１と第２のケース１０−２とに分け、第１のケース１０−１に弁開度検出器４を収容してバルブ３００に組み付けると共に、制御演算部１と電空変換部２と空気回路部３とを第２のケース１０−２に収容してバルブ３００から離間した位置に配置するようにしたポジショナ２００（２００Ｂ）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。以下、このポジショナ２００Ｂを分離型のポジショナと呼ぶ。

なお、第１のケース１０−１に収容した弁開度検出器４からの実開度信号Ｘｐｖは、第２のケース１０−２に端子台５を設け、この端子台５と弁開度検出器４との間をケーブル６で接続することにより、制御演算部１へ送るようにする。

特開２０１２−２０７７５６号公報 意匠登録第１１２８４９２号公報

しかしながら、この分離型のポジショナ２００Ｂでは、弁開度検出器４と制御演算部１との間がケーブル６で延長されることで、弁開度検出器４からの実開度信号Ｘｐｖ（強度の弱いアナログ電流信号）がノイズの影響を受け易くなる。このため、次のような問題が生じる。

(１)ノイズの影響を受けた実開度信号Ｘｐｖで制御演算を行うため、制御に与える影響が大きい。
(２)弁開度検出器４と制御演算部１との間が端子台５を介してケーブル６で接続されるため、端子へのノイズ試験が必要になる。また、端子に雷対策などを行うと、ポジショナは大型になってしまう。また、雷対策後の追加部品により信号自体が変化する可能性がある。
(３)微小変化を伝送している実開度信号Ｘｐｖの信号ラインへ印加するノイズ試験を行う必要がある。
(４)弁開度検出器４と制御演算部１とが離れているため、弁開度検出器４の温度補正が難しい。
(５)第２のケース１０−２を安全区域に設置すると、この部分の防爆構造は不要となるが、弁開度検出器４と端子台５との間のケーブル６が長くなるので、実開度信号Ｘｐｖへのノイズの影響が大きくなる。

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、ノイズの影響を受け難い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、上位装置から送られてくるバルブに対する開度設定信号とバルブの現在の開度を示す実開度信号とを入力とし、この開度設定信号と実開度信号とから制御信号を生成する制御演算部と、制御演算部からの制御信号を空気圧に変換する電空変換部と、電空変換部が変換した空気圧を入力空気圧とし、この入力空気圧を増幅して出力空気圧とし、この出力空気圧をバルブへ出力する空気回路部と、バルブの現在の開度を検出し制御演算部への実開度信号とする弁開度検出部と備えたポジショナにおいて、制御演算部と弁開度検出部とを収容する第１のケースと、電空変換部と空気回路部とを収容する第２のケースとを備え、第１のケースはバルブに組み付けられ、第２のケースはバルブから離間した位置に設置されていることを特徴とする。

この発明では、制御演算部と弁開度検出部とが第１のケースに収容され、電空変換部と空気回路部とが第２のケースに収容され、第１のケースがバルブに組み付けられ、第２のケースがバルブから離間した位置に設置される。この場合、第１のケースに収容されている制御演算部から第２のケースに収容されている電空変換部に対して制御信号を送ればよく、この制御信号は制御演算部を通すことにより、デジタル信号や強度の強いアナログ信号などノイズの影響を受け難い信号として送ることが可能である。

なお、本発明において、第１のケースに振動センサを収容し、この振動センサが検出する第１のケースに伝わる振動を検出振動信号として制御演算部に送るようにし、制御演算部において振動センサからの検出振動信号に基づいてバルブの診断を行うようにしてもよい。また、第１のケースに圧力センサを収容し、この圧力センサが検出するバルブにおける空気回路部からの出力空気圧を検出空気圧信号として制御演算部に送るようにし、制御演算部において圧力センサからの検出空気圧信号に基づいてバルブの診断を行うようにしてもよい。

本発明によれば、制御演算部と弁開度検出部とを第１のケースに収容し、電空変換部と空気回路部とを第２のケースに収容し、第１のケースをバルブに組み付け、第２のケースをバルブから離間した位置に設置するようにしたので、第１のケースに収容されている制御演算部から第２のケースに収容されている電空変換部に対してデジタル信号や強度の強いアナログ信号などを制御信号として送るようにして、ノイズの影響を受け難くすることが可能となる。

本発明に係るポジショナの第１の実施の形態（実施の形態１）の要部を示す構成図である。 本発明に係るポジショナの第２の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す構成図である。 振動センサを搭載した従来の一体型のポジショナの構成を示す図である。 振動センサを搭載した従来の分離型のポジショナの構成を示す図である。 振動センサを搭載した従来のポジショナ（「一体型」のポジショナ、「従来の分離型」のポジショナ）と振動センサを搭載した本発明に係るポジショナ（「演算・空気分離型」のポジショナ）の各種項目についての比較を示す図である。 本発明に係るポジショナの第３の実施の形態（実施の形態３）の要部を示す構成図である。 圧力センサを搭載した従来の一体型のポジショナ２００の構成を示す図である。 圧力センサを搭載した従来の分離型のポジショナの構成を示す図である。 圧力センサを搭載した従来のポジショナ（「一体型」のポジショナ、「従来の分離型」のポジショナ）と圧力センサを搭載した本発明に係るポジショナ（「演算・空気分離型」のポジショナ）の各種項目についての比較を示す図である。 従来の一体型のポジショナ２００の構成を示す図である。 従来の分離型のポジショナの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。

〔実施の形態１〕
図１は本発明に係るポジショナの第１の実施の形態（実施の形態１）の要部を示す構成図である。同図において、図１１と同一符号は図１１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態１のポジショナ２００（２００Ｃ）では、第１のケース１０−１に制御演算部１と弁開度検出器（弁開度検出部）５とを収容し、第２のケース１０−２に電空変換部２と空気回路部３とを収容している。

また、制御演算部１と弁開度検出器４とを収容した第１のケース１０−１をバルブ３００に組み付け、電空変換部２と空気回路部３とを収容した第２のケース１０−２をバルブ３００から離間した位置に設置している。

このポジショナ２００Ｃも図１１に示したポジショナ２００Ｂと同じ分離型のポジショナであるが、第１のケース１０−１には演算系統である制御演算部１と弁開度検出器４とを収容し、第２のケース１０−２には空気系統である電空変換部２と空気回路部３とを収容し、演算系統と空気系統とを分離させている。

すなわち、このポジショナ２００Ｃでは、演算系統と空気系統とを切り離し、演算系統をバルブ３００に組み付け、空気系統をバルブ３００から離間した位置に設置している。なお、第１のケース１０−１と第２のケース１０−２とでは、それぞれ別の電源を各部に供給するようにしている。

また、このポジショナ２００Ｃでは、第１のケース１０−１側から第２のケース１０−２側へは弁開度検出器４からの実開度信号Ｘｐｖではなく、制御演算部１からの制御信号ＭＶを送るようにしている。すなわち、第１のケース１０−１に収容されている制御演算部１から第２のケース１０−２に収容されている電空変換部２に対して制御信号ＭＶをケーブル６を通して送るようにしている。

このケーブル６を通して送られる制御信号ＭＶはＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）であるので、すなわち制御信号ＭＶはデジタル信号であるので、ノイズの影響を受け難いものとなる。

なお、この例では、制御信号ＭＶをケーブル６を通して電空変換部２へ送るようにしているが、すなわち制御信号ＭＶを電空変換部２へ有線で送るようにしているが、無線で送るようにしてもよい。また、制御演算部１からの制御信号ＭＶは、必ずしもデジタル信号でなくてもよく、強度の強いアナログ信号としてもよい。

この分離型（演算・空気系統分離型）のポジショナ２００Ｃでは他にも次のような効果が得られる。
(１)弁開度検出器４と制御演算部１とを一体にすることで、ノイズの影響を受けやすい実開度信号Ｘｐｖの信号ラインを延長する必要がない。
(２) 微小変化を伝送しているラインへのノイズ試験の必要はなく、従来と同様の対策で対ノイズ性能が得られる。
(３) ノイズ試験項目削減による開発期間の短縮、および開発コストの削減ができる。
(４)弁開度検出器４と制御演算部１のみであれば、小型化は容易であり、従来の分離型と同様の耐振動性が得られる。
(５) 弁開度検出器４と制御演算部１とが同じ場所にあるので、弁開度検出器４の温度補正が正確にできる。
(６) 弁開度検出器４と制御演算部１のみを樹脂モールドすることで防爆構造にできる。
(７)電空変換部２と空気回路部３とを安全区域に設置することで、この部分の防爆構造が不要となり、コストを削減できる。

〔実施の形態２〕
図２は本発明に係るポジショナの第２の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す構成図である。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態２のポジショナ２００（２００Ｄ）では、実施の形態１の構成に加え、振動センサ７を第１のケース１０−１に収容し、ケース１０−１に伝わるバルブ３００からの振動を検出するようにし、その検出した振動を検出振動信号として制御演算部１に送るようにしている。

そして、制御演算部１において、振動センサ７からの検出振動信号に基づいて、バルブ３００に異常な振動が生じているか否かの診断を行い、その診断結果を上位装置１００に送るようにしている。この振動センサ７を用いたバルブ３００の診断によって、プラントの安定操業やメンテナンスコストの削減を実現することが可能となる。なお、制御演算部１での診断結果をポジショナ２００Ｄにおいて表示するなどしてもよい。

図３に振動センサ７を搭載した従来の一体型のポジショナ２００Ａの構成を示す。一体型のポジショナ２００Ａに振動センサ７を搭載すると、ケース１０が大きくなる。また、一体型のポジショナ２００Ａでは振動センサ７の取り付け位置がバルブ３００から離れるために、バルブ３００の振動を正確に観測できない。また、一体型のポジショナ２００Ａは大型で重量も大きいため、ポジショナ自体が振動に影響を与えてしまう。また、振動の大きな環境では、一体型のポジショナ２００Ａは正常な動作が難しい。

図４に振動センサ７を搭載した従来の分離型のポジショナ２００Ｂの構成を示す。弁開度検出器４と振動センサ７とをケース１０−１に収容することにより、ケース１０−１，１０−２の小型軽量化が図られる。また、ケース１０−１に振動センサ７を取り付けることで、バルブ３００との距離が近くなり、バルブ３００の振動を正確に観測することが可能となる。また、バルブ３００に組み付けるケース１０−１は小型で重量も軽いので、振動に与える影響も少なくすることが可能となる。しかし、弁開度検出器４からの実開度信号Ｘｐｖを制御演算部１へ送るケーブル６−１に加えて、振動センサ７からの検出振動信号を制御演算部１へ送るケーブル６−２を必要とし、ケーブルコストが増えるし、弁開度検出器４からの実開度信号Ｘｐｖだけではなく、振動センサ７からの検出振動信号もノイズの影響を受け易い。

これに対し、実施の形態２のポジショナ２００Ｄでは、制御演算部１と弁開度検出器４と振動センサ７とを演算系統として第１のケース１０−１に収容するようにしているので、弁開度検出器４および振動センサ７と制御演算部１との間のケーブルを無くし、制御演算部１から電空変換部２への制御信号ＭＶをデジタル信号や強度の強いアナログ信号などノイズの影響を受け難い信号として、一体型ポジショナ２００Ａと同様の耐ノイズ性能を得ることができる。

図５に、振動センサ７を搭載した従来の一体型のポジショナ２００Ａ（図３）を「一体型」とし、振動センサ７を搭載した従来の分離型のポジショナ２００Ｂ（図４）を「従来の分離型」とし、振動センサ７を搭載した実施の形態２のポジショナ２００Ｄ（図２）を「演算・空気分離型」とした場合の各種項目についての比較を示す。

〔実施の形態３〕
図６は本発明に係るポジショナの第３の実施の形態（実施の形態３）の要部を示す構成図である。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態３のポジショナ２００（２００Ｅ）では、実施の形態１の構成に加え、圧力センサ８を第１のケース１０−１に収容し、バルブ３００における空気回路部３からの出力空気圧Ｐｏ（操作器のダイアフラム室に流入する出力空気圧Ｐｏ）を検出し、その検出した空気圧を検出空気圧信号として制御演算部１に送るようにしている。

そして、制御演算部１において、圧力センサ８からの検出空気圧信号に基づいて、バルブ３００に異常な値の空気圧が入力されている否かの診断を行い、その診断結果を上位装置１００に送るようにしている。この圧力センサ８を用いたバルブ３００の診断によって、プラントの安定操業やメンテナンスコストの削減を実現することが可能となる。なお、制御演算部１での診断結果をポジショナ２００Ｅにおいて表示するなどしてもよい。

図７に圧力センサ８を搭載した従来の一体型のポジショナ２００Ａの構成を示す。一体型のポジショナ２００Ａに圧力センサ８を搭載すると、ケース１０が大きくなる。また、一体型のポジショナ２００Ａに圧力センサ８を搭載するようにした場合、空気回路部３における空気回路が複雑化し、流路抵抗が大きくなり、処理流量が小さくなる。また、空気回路部３における空気回路が複雑化し、圧力の観測精度が悪化する。

図８に圧力センサ８を搭載した従来の分離型のポジショナ２００Ｂの構成を示す。この例では、圧力センサ８をケース１０−２側に収容し、弁開度検出器４のみをケース１０−１に収容している。これにより、ケース１０−１，１０−２の小型軽量化が図られる。しかし、空気回路部３における空気回路は複雑化したままであるし、弁開度検出器４からの実開度信号Ｘｐｖがノイズの影響を受け易いという問題も残っている。

これに対し、実施の形態３のポジショナ２００Ｅでは、制御演算部１と弁開度検出器４と圧力センサ８とを演算系統として第１のケース１０−１に収容するようにしているので、弁開度検出器４と制御演算部１との間のケーブルを無くし、制御演算部１から電空変換部２への制御信号ＭＶをデジタル信号や強度の強いアナログ信号などノイズの影響を受け難い信号として、一体型ポジショナ２００Ａと同様の耐ノイズ性能を得ることができる。また、空気回路部３における空気回路を単純化することができ、処理流量に影響を与えないようにすることが可能とる。

図９に、圧力センサ８を搭載した従来の一体型のポジショナ２００Ａ（図７）を「一体型」とし、圧力センサ８を搭載した従来の分離型のポジショナ２００Ｂ（図８）を「従来の分離型」とし、圧力センサ８を搭載した実施の形態３のポジショナ２００Ｅ（図６）を「演算・空気分離型」とした場合の各種項目についての比較を示す。

〔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…制御演算部、２…電空変換部、３…空気回路部、４…弁開度検出器（弁開度検出部）、６…ケーブル、７…振動センサ、８…圧力センサ、１０−１…第１のケース、１０−２…第２のケース、１００…上位装置、２００（２００Ｃ〜２００Ｅ）…ポジショナ、３００…バルブ。

Claims (3)

1. 上位装置から送られてくるバルブに対する開度設定信号と前記バルブの現在の開度を示す実開度信号とを入力とし、この開度設定信号と実開度信号とから制御信号を生成する制御演算部と、
   前記制御演算部からの制御信号を空気圧に変換する電空変換部と、
   前記電空変換部が変換した空気圧を入力空気圧とし、この入力空気圧を増幅して出力空気圧とし、この出力空気圧を前記バルブへ出力する空気回路部と、
   前記バルブの現在の開度を検出し前記制御演算部への実開度信号とする弁開度検出部と備えたポジショナにおいて、
   前記制御演算部と前記弁開度検出部とを収容する第１のケースと、
   前記電空変換部と前記空気回路部とを収容する第２のケースとを備え、
   前記第１のケースは前記バルブに組み付けられ、
   前記第２のケースは前記バルブから離間した位置に設置されている
   ことを特徴とするポジショナ。
2. 請求項１に記載されたポジショナにおいて、
   前記第１のケースに収容され、そのケースに伝わる振動を検出し、検出振動信号として前記制御演算部に送る振動センサを備え、
   前記制御演算部は、
   前記振動センサからの検出振動信号に基づいて前記バルブの診断を行う
   ことを特徴とするポジショナ。
3. 請求項１に記載されたポジショナにおいて、
   前記第１のケースに収容され、前記バルブにおける前記空気回路部からの出力空気圧を検出し、検出空気圧信号として前記制御演算部に送る圧力センサを備え、
   前記制御演算部は、
   前記圧力センサからの検出空気圧信号に基づいて前記バルブの診断を行う
   ことを特徴とするポジショナ。

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