JP6163112B2

JP6163112B2 - ポジショナ

Info

Publication number: JP6163112B2
Application number: JP2014009167A
Authority: JP
Inventors: 浩二奥田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: JP2015138365A

Description

この発明は、上位装置から送られてくる設定開度に実開度が一致するように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４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（１００Ａ）はポジショナ、２００はバルブである。ポジショナ１００Ａは、信号電流変換部１と、制御演算部２と、電空変換部３と、弁開度検出部４とを備えている。

このポジショナ１００Ａにおいて、信号電流変換部１は、上位装置から４〜２０ｍＡの信号として送られてくる設定開度を示す入力信号Ｉを制御信号Ｖｏに変換する。弁開度検出部４は、バルブ２００の実開度を検出し、その検出した実開度を示す開度信号Ｖｓを出力する。制御演算部２は、信号電流変換部１からの制御信号Ｖｏと弁開度検出部４からの開度信号Ｖｓ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電気信号をドライブ信号Ｖｄとして出力する。

電空変換部３は、制御演算部２からのドライブ信号Ｖｄをバルブ２００への出力空気圧Ｐｏに変換し、バルブ２００の操作器２０１へ出力する。これにより、操作器２０１内のダイアフラム室に空気圧Ｐｏの空気が流入し、バルブ本体２０２における弁の開度が調整される。

このポジショナ１００Ａでは、弁開度検出部４によって検出されるバルブ２００の実開度を開度信号Ｖｓとして制御演算部２に送ることにより、制御信号Ｖｏに対する制御のフィードバック信号としている。したがって、この開度信号Ｖｓを正確に読み取ることは、バルブ制御において非常に重要である。この開度信号Ｖｓは、制御演算部２において、電気回路である受信回路で受けて、Ａ／Ｄ変換を実施してＣＰＵ（Central Processing Unit）へ取り込み、制御のフィードバック信号としている。

特開平７−８３２０３号公報

しかしながら、プラントなど現場機器の設置状況では動力源など様々な機器が稼働しており、様々なノイズが発生している環境にあり、ポジショナ１００Ａもその影響を受ける場合がある。その影響として、弁開度検出部４や開度信号Ｖｓのラインへのノイズ印加があった場合に、開度信号Ｖｓの受信回路が誤動作を起こし、例えば受信回路の出力が本来の開度信号Ｖｓから少しずれた、シフトを起こした形で出力され、Ａ／Ｄ変換されてしまうことがある。

この場合、ポジショナ１００Ａは、バルブ２００の正しい開度を認識できず、間違った（シフトした）開度信号Ｖｓで制御のフィードバックを掛けてしまい、結果としてバルブ２００の開度を間違った（シフトした）状態で制御してしまい、プラントでの生産に悪影響や損失を与えてしまうことになる。

例えば、４〜２０ｍＡの範囲で変化する入力信号Ｉが１２ｍＡ（５０％）であり、制御信号Ｖｏ＝５０％、バルブ開度Ｖｓ（本来の開度信号）＝７５％、ノイズを含んだ結果受信回路でシフトした誤開度信号＝６０％の場合に、ポジショナ１００Ａは、誤開度信号＝６０％を、制御信号Ｖｏ＝５０％に合わせるように動作して、誤開度信号を６０％→５０％へ下げる操作をし、バルブ開度Ｖｓ（本来の開度信号）＝７５％は１０％低下して、７５％→６５％となる。結果として、制御信号Ｖｏ＝５０％に対して、バルブ開度Ｖｓ（本来の開度信号）＝６５％となり、ここで安定する。また、制御演算部２において、制御信号Ｖｏ＝５０％と誤開度信号＝５０％とは合致しているとＣＰＵが認識しているので、バルブ開度Ｖｓ（本来の開度信号）＝６５％がずれていることに気がつかない。

なお、特許文献１の第１例では、電空変換部３からの出力空気圧Ｐｏを圧力信号Ｖａに変換し、この圧力信号Ｖａと開度信号Ｖｓとを比較することによって異常を判断するようにしている。また、特許文献１の第２例では、開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとを比較することによって異常を判断するようにしている。また、特許文献１の第３例では、開度信号Ｖｓと制御信号Ｖｏとを比較することによって異常を判断するようにしている。しかしながら、このような方法では、何れの例においても、２つの信号を比較しているのみであるので、異常に気づかないケースを見逃してしまうことがある。

例えば、特許文献１の第２例では、開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとが一致していて、制御が正常に行われているように見えても、実際には間違った開度で制御が行われているというような異常を見逃してしまうし、特許文献１の第３例では、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとが一致していて、制御が正常に行われているように見えても、実際には間違った開度で制御が行われているというような異常を見逃してしまう。

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、異常に気づかないケースを見逃さないようにすること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、上位装置から送られてくる設定開度に実開度が一致するようにバルブの開度を制御するポジショナにおいて、設定開度を示す制御信号とバルブの実開度を示す開度信号とを入力とし、この制御信号と開度信号との偏差に応じたドライブ信号を生成する制御演算部と、制御演算部からのドライブ信号をバルブへの出力空気圧に変換する電空変換部と、バルブの現在の開度を検出し制御演算部への開度信号とする弁開度検出部と、制御信号が示す百分率で表される値と開度信号が示す百分率で表される値とドライブ信号が示す百分率で表される値とを比較し、少なくとも何れか１つの信号が示す値が他の信号が示す値と異なる場合に、異常と判断する異常診断部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、制御信号（Ｖｏ）が示す値（％）と開度信号（Ｖｓ）が示す値（％）とドライブ信号（Ｖｄ）が示す値（％）とのうち、少なくとも何れか１つの信号が示す値が他の信号が示す値と異なる場合に、異常と判断される。すなわち、制御信号（Ｖｏ）が示す値（％）と開度信号（Ｖｓ）が示す値（％）とドライブ信号（Ｖｄ）が示す値（％）とが一致していれば正常と判断され、それ以外は異常と判断される。これにより、例えば、制御信号（Ｖｏ）が示す値（％）と開度信号（Ｖｓ）が示す値（％）とが一致していて、制御が正常に行われているように見えても、実際には間違った開度で制御が行われているというような異常や、開度信号（Ｖｓ）が示す値（％）とドライブ信号（Ｖｄ）が示す値（％）とが一致していて、制御が正常に行われているように見えても、実際には間違った開度で制御が行われているというような異常を見逃すことがなくなる。

なお、本発明において、異常診断部は、制御信号（Ｖｏ）が示す値（％）と開度信号（Ｖｓ）が示す値（％）とドライブ信号（Ｖｄ）が示す値（％）とを比較することによって異常を判断するが、異常と判断した場合、異常である旨の判断結果と合わせて、制御信号（Ｖｏ）が示す値（％）と開度信号（Ｖｓ）が示す値（％）とドライブ信号（Ｖｄ）が示す値（％）との比較結果を上位装置などに通知するようにしてもよい。制御信号（Ｖｏ）が示す値（％）と開度信号（Ｖｓ）が示す値（％）とドライブ信号（Ｖｄ）が示す値（％）との比較結果は異常箇所を特定する際の手助けとなる。

本発明によれば、制御信号が示す百分率で表される値（％）と開度信号が示す百分率で表される値（％）とドライブ信号が示す百分率で表される値（％）とを比較し、少なくとも何れか１つの信号が示す値が他の信号が示す値と異なる場合に異常と判断するようにしたので、異常に気づかないケースを見逃すことをなくすことが可能となる。

本発明に係るポジショナの一実施の形態の要部を示す構成図である。このポジショナにおける異常診断部が有する機能をより詳細に説明するためのフローチャートである。制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとの比較結果の一例を判断結果と合わせて示す図である。従来のポジショナの要部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。図１は本発明に係るポジショナの一実施の形態の要部を示す構成図である。同図において、図４と同一符号は図４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。

本実施の形態のポジショナ１００（１００Ｂ）では、信号電流変換部１、制御演算部２、電空変換部３および弁開度検出部４の基本的な構成に加えて異常診断部５を設け、この異常診断部５に制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとを分岐して与えるようにしている。

異常診断部５は、入力される制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとを比較し、少なくとも何れか１つの信号が示す値が他の信号が示す値と異なる場合に異常と判断し、異常である旨の判断結果と合わせて、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとの比較結果を上位装置へ通知する。

なお、ポジショナ１００Ｂにおける制御演算部２、異常診断部５などの機能は、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。

異常診断部５が有する機能について、図２に示すフローチャートを参照して、より詳細に説明する。

異常診断部５は、制御信号Ｖｏを監視し、制御信号Ｖｏに変化がない状態が所定時間Ｔ以上継続した場合（ステップＳ１０１のＮＯ、ステップＳ１０３のＹＥＳ）、開度信号Ｖｓとドライイブ信号Ｖｄを入力し（ステップＳ１０４）、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライイブ信号Ｖｄとを比較する（ステップＳ１０５）。

また、異常診断部５は、制御信号Ｖｏの監視中、制御信号Ｖｏに変化が生じた場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、予め定められた整定時間ＴＡの経過を待ち（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、制御信号Ｖｏに変化がない状態が所定時間Ｔ以上継続したことを確認して（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、ステップＳ１０４，Ｓ１０５へ進み、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライイブ信号Ｖｄとの比較を行う。

ここで、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとが一致していれば（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、すなわち制御信号Ｖｏが示す百分率で示される値（％）と開度信号Ｖｓが示す百分率で示される値（％）とドライブ信号Ｖｄが示す百分率で示される値（％）とが一致していれば、異常診断部５は、制御状態は正常であると判断し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１へ戻り、上述と同様の動作を繰り返す。

これに対し、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとが一致していなければ（ステップＳ１０５のＮＯ）、すなわち少なくとも何れか１つの信号が示す値が他の信号が示す値と異なっていれば、制御状態は異常であると判断し（ステップＳ１０７）、異常である旨の判断結果と合わせて、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとの比較結果を上位装置へ通知する（ステップＳ１０８）。

すなわち、図３にその一例を示すように、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとが一致していれば（ケースＩ）、正常と判断する。これに対し、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとが全て異なっていれば（ケースII）、異常と判断する。また、制御信号Ｖｏとドライブ信号Ｖｄとが一致していても、開度信号Ｖｓが一致していなければ（ケースIII）、異常と判断し、開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとが一致していても、制御信号Ｖｏが一致していなければ（ケースIV）、異常と判断し、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとが一致していても、ドライブ信号Ｖｄが一致していなければ（ケースＶ）、異常と判断する。

これにより、例えば、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとが一致していて、制御が正常に行われているように見えても、実際には間違った開度で制御が行われているというような異常や、開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとが一致していて、制御が正常に行われているように見えても、実際には間違った開度で制御が行われているというような異常や、制御信号Ｖｏとドライブ信号Ｖｄとが一致していて、制御が正常に行われているように見えても、実際には間違った開度で制御が行われているというような異常などを見逃すことがなくなる。

また、異常診断部５から上位装置へ、異常である旨の判断結果と合わせて、制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとの比較結果を通知することにより、この通知される情報が異常箇所を特定する際の手助けとなる。

例えば、ケースIIIの場合には、バルブ２００の異常、弁開度検出部４（開度センサ）の異常などがその原因として考えられる。ケースIVの場合には、制御演算部２（制御演算回路）と弁開度検出部４（開度センサ）が連動して壊れた場合などがその原因として考えられる。ケースＶの場合には、開度信号Ｖｓへのノイズの重畳、弁開度検出部４（開度センサ）の異常、制御演算部２（制御演算回路）の異常などがその原因として考えられる。

上位装置において、オペレータは、ポジショナ１００Ｂから通知される制御信号Ｖｏと開度信号Ｖｓとドライブ信号Ｖｄとの比較結果をヒントとして、大凡ではあるが異常箇所を特定することが可能となる。

このようにして、本実施の形態では、バルブ制御の健全性を監視して、バルブ開度に異常が認められる場合は、すぐにオペレータに伝達するようにして、プラントの重大な損失を最小限に抑えることが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、異常診断部５より上位装置へ異常である旨を通知するようにしたが、バルブ２００に対して別の空気系統を設けて、バルブ２００を強制的にオフとするようにしてもよい。また、異常診断部５より上位装置へ異常を通知する手段は、４〜２０ｍＡの電流信号の他、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）、ＦＦ（Fieldbus Foundation）、ＳＦＮ（Single Frequency Network）などの通信手段、ＤＯシグナルなどでもよい。

〔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…信号電流変換部、２…制御演算部、３…電空変換部、４…弁開度検出部、５…異常診断部、１００（１００Ｂ）…ポジショナ、２００…バルブ、２０１…操作器、２０２…バルブ本体。

Claims

上位装置から送られてくる設定開度に実開度が一致するようにバルブの開度を制御するポジショナにおいて、
前記設定開度を示す制御信号と前記バルブの実開度を示す開度信号とを入力とし、この制御信号と開度信号との偏差に応じたドライブ信号を生成する制御演算部と、
前記制御演算部からのドライブ信号を前記バルブへの出力空気圧に変換する電空変換部と、
前記バルブの現在の開度を検出し前記制御演算部への開度信号とする弁開度検出部と、
前記制御信号が示す百分率で表される値と前記開度信号が示す百分率で表される値と前記ドライブ信号が示す百分率で表される値とを比較し、少なくとも何れか１つの信号が示す値が他の信号が示す値と異なる場合に、異常と判断する異常診断部と
を備える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、
前記異常診断部は、
異常と判断した場合、異常である旨の判断結果と合わせて、前記制御信号が示す百分率で表される値と前記開度信号が示す百分率で表される値と前記ドライブ信号が示す百分率で表される値との比較結果を通知する
ことを特徴とするポジショナ。