JPS59501805A - Valve conversion device/valve positioning device with remote return and storage device - Google Patents
Valve conversion device/valve positioning device with remote return and storage deviceInfo
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- JPS59501805A JPS59501805A JP58502938A JP50293883A JPS59501805A JP S59501805 A JPS59501805 A JP S59501805A JP 58502938 A JP58502938 A JP 58502938A JP 50293883 A JP50293883 A JP 50293883A JP S59501805 A JPS59501805 A JP S59501805A
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 遠隔帰還と記憶装置を備える 非変換装置/弁位置決め装置 発明の背景 本発明は、全般的に弁の正確位置決めを行う装置、特に眞の弁位置を遠隔的に有 効に表示し得る装置に関する。[Detailed description of the invention] Equipped with remote return and storage device Non-conversion device/valve positioning device Background of the invention The present invention relates generally to an apparatus for accurately positioning a valve, and more particularly to a system for remotely determining the true position of a valve. The present invention relates to a device that can display images effectively.
実際上、あらゆるプロセス制御装置において、ある型式の弁が、プロセス流体の 流れを調節するために使用される。これらの弁の適正な動作は仕様内はもとより 効率的な方法で製品の一様化を達成する重要な因子である。爆発の危険性がある プロセスにおいては、弁が適正に動作しているか否かが安全な動作状態か危険な 動作状態かを意味すると考えられる。In virtually every process control device, some type of valve is used to Used to regulate flow. Proper operation of these valves is not only within specifications. It is an important factor to achieve product uniformity in an efficient manner. There is a risk of explosion In a process, whether a valve is operating properly or not is a safe or dangerous operating condition. It is thought to mean that it is in an operating state.
正確な操作を容易にするために、過去に、多様な弁位置決め装置が広く用いられ てきた。これらの基本的な動作理論は、弁作動装置へ入れる附勢信号を、弁が所 望位置に達したことを表示する弁自体から供給される帰還が附勢信号を終端させ るまで維持することである。A variety of valve positioning devices have been widely used in the past to facilitate accurate operation. It's here. The basic theory of operation is that the valve receives the energization signal to the valve actuator. A feedback provided by the valve itself indicating that the desired position has been reached terminates the energization signal. The goal is to maintain it until the end.
弁位置決め装置には二つの基本的な型式がある、すなわち、一つは?ジショナで この中では帰還が弁茎との機械的リンク仕掛けによって行われ、他は変換装置で あってこの中では帰還情報が使用される作動装置の型式に従って、弁作動装置に 出現する空気圧又は電流のいずれかによって送られる。これらの機構の双方とも 、作動装置内又は弁茎バッキング内の摩擦にもかかわらず弁が適当な設定に達す ることを保証しようとしている。There are two basic types of valve positioning devices, namely: in jishona In this, the return is performed by a mechanical linkage with the valve stem, and the other is by a converter. In this case, the feedback information is applied to the valve actuator according to the type of actuator used. Delivered either by air pressure or electric current. Both of these mechanisms , the valve reaches its proper setting despite friction within the actuator or valve stem backing. I'm trying to guarantee that.
それにもかかわらず、既知の型式の位置決め装置及び変換装置には、いくつかの 欠点がある。特に、遠隔配置された制御器と弁位置決め装置との間の連絡は、普 通は一方交通である。すなわち、制御器が位置決め装置に命令信号を送ったとし ても、弁が所望の設定をされたという確認が制御器においてとれない。上に説明 されたように弁と作動装置との間に局部的帰還は存在するけれども、遠隔配置さ れた制御器に帰還を施す有効な装置は利用可能になってはいない。しかしながら 、ある種のプロセスにおいては、人間である操作員は、処理を信頼性を保ってか つ安全に調節するために実際の弁位置の正確な表示を必要とする。しばしば、操 作員が不適当に設定された弁に気が付く唯一の方法はプロセス自体の応答によっ てである。たとえば、もし冷却水弁が特殊な反応温度を低下させるためにより充 分に開けられねばならないならば、その弁が適切に開かれたことの唯一の確信は その結果である温度降下自体である。しかしながら、温度閉回路における一般的 な長い遅れ時間のために、故障の表示は容認できな6 いほどの長い時間の後に至るまで明かにならないであろう。Nevertheless, known types of positioning and translation devices include several There are drawbacks. In particular, communication between remotely located controllers and valve positioning devices is Traffic is one-way. In other words, suppose the controller sends a command signal to the positioning device. However, the controller cannot confirm that the valve has been set to the desired setting. explained above Although local feedback exists between the valve and the actuator as in No effective device is available to provide feedback to the controller. however , in certain processes, human operators are required to reliably and Requires accurate indication of actual valve position in order to adjust safely. often manipulated The only way an operator would become aware of an improperly set valve is through the response of the process itself. It is. For example, if the cooling water valve is filled with more water to reduce the temperature of a particular reaction. If the valve has to be opened in minutes, the only certainty that the valve has been opened properly is The result is the temperature drop itself. However, common in temperature closed circuits Due to long delay times, failure indications are unacceptable. It will not become clear until a very long time later.
弁位置を表示するある種の補助装置を使用することが知られている。このような 装置の一つに電位差計があり、この中ではワイパ腕が弁茎に取り付けられている 。一定入力電圧が電位差計の全抵抗の両端間に維持されると共にワイパ腕の運動 が弁位置に比例して出力信号を変化させる。しかしながら、このような構成は6 本の特別な線路と追加の回路を特徴とする特に酷しい応用の場合は、操作員が、 弁の位置を見るためにテレビジョン監視装置などのような、直接観察機構を設置 することが知られている。It is known to use certain auxiliary devices to indicate valve position. like this One of the devices is a potentiometer in which a wiper arm is attached to the valve stem. . A constant input voltage is maintained across the total resistance of the potentiometer while the wiper arm moves. changes the output signal in proportion to the valve position. However, such a configuration For particularly severe applications featuring special lines and additional circuitry, the operator may Install a direct observation mechanism, such as a television monitoring device, to view the valve position It is known to do.
また、記憶装置を有する、すなわち、位置決め装置への附勢が失われたときに弁 を現在の位1に保持する能力があり、かつなお潜在的に爆発性の雰囲気を点火す ることを回避するに充分な低エネルギー水準でこれを行う能力のある弁位置決め 装置が必要とされている。It also has a memory device, i.e. a valve when the energization to the positioning device is lost. capable of holding the current position 1 and still igniting a potentially explosive atmosphere. Valve positioning capable of doing this at low enough energy levels to avoid equipment is needed.
従来の電気に基礎を置いた位置決め装置の枠内で動作する記憶装置は、本質的に 安全な動作限界を普湧は、超え、したがって危険な環境下では使用できない。Storage devices that operate within the framework of traditional electrically based positioning devices are essentially It exceeds safe operating limits and therefore cannot be used in hazardous environments.
そのため、上述の見地から、本発明の目的は、遠隔配置された制御(室において 、その制御室から発せられる制御信号に対する弁の実際の応答の確信できる表示 を与える完全な遠隔−帰還装置を有する弁位置決め装置を達成することにある。Therefore, in view of the above, it is an object of the present invention to remotely located control (in-room) , a reliable representation of the valve's actual response to control signals emanating from its control room. The object of the present invention is to achieve a valve positioning device with a complete remote-return system that provides the following advantages.
41i!1la59−501805 (4)本発明の他の目的は、制御信号が制 御室から弁位置決め装置に伝送されるのと同じ伝送線路に沿って遠隔帰還を行う ことにある。41i! 1la59-501805 (4) Another object of the present invention is that the control signal Remote return is carried out along the same transmission line that is transmitted from the control room to the valve positioning device. There is a particular thing.
本発明のさらに他の目的は、上述の結果を爆発性雰囲気内における使用に本質的 に安全な装置を使って達成することである。Yet another object of the invention is to make the above results essential for use in explosive atmospheres. This should be accomplished using safe equipment.
本発明の要約 プロセス環境内に配置された弁作動装置が遠隔配置された制御所内のプロセス制 御器によって発生される命令信号に従って弁茎な動かす型式の、弁位置決め装置 に関連して本発明は動作する。このような装置は、命令信号によって表示された 最終位置に弁が達したとき前記作動装置の動作を終端させる局部帰還装置を一般 に有する。本発明の特定な実施例によれば、遠隔帰還装置は遠隔に配置された制 御所に伝送される出力信号を発生するが、この出力信号の周波数は弁の状態を表 示する。この出力信号は二線伝送式伝送線路を経由して制御所に通信されるが、 この線路はプロセス制御計装通信用に通常使用されるものであって、さらにまた 遠隔制御所からの命令信号を弁作動装置に伝送する役を果す。Summary of the invention Valve actuators located in the process environment can be used to control the process in a remotely located control center. a type of valve positioning device that moves the valve stem in accordance with a command signal generated by a control device The present invention operates in connection with. Such a device is indicated by a command signal Generally includes a local return device that terminates the operation of the actuator when the valve reaches its final position. has. According to a particular embodiment of the invention, the remote return device is a remotely located controller. It generates an output signal that is transmitted to the palace, and the frequency of this output signal is indicative of the state of the valve. Show. This output signal is communicated to the control center via a two-wire transmission line, This line is typically used for process control instrumentation communications and is also It serves to transmit the command signal from the remote control station to the valve operating device.
帰還装置は発振器を含み、この発振器の出力周波数は弁の状態変化に応答する可 変誘導子のインダクタンス値に従って変化する。The feedback device includes an oscillator whose output frequency is variable in response to changes in the state of the valve. It changes according to the inductance value of the variable inductor.
また、この実施例においては、命令信号が作動装置への空気制動信号を低電力電 空スイッチによって開始させるが、この電空スイッチは危険環境に対して確定さ れた本質的安全限界内で充分な電圧と電力水進で動作する。In this embodiment, the command signal also transmits a pneumatic brake signal to the actuator using a low power It is initiated by a pneumatic switch, but this electro-pneumatic switch has been established for hazardous environments. Operate with sufficient voltage and power propellant within the intrinsic safety limits specified.
この空電スイッチの構造は、たとえば、附勢源故障などの際におけるように、制 御器からの命令信号が中断した場合においてさえも予め存在している弁位置が維 持されるという点において記憶機能を遂行する。The structure of this static switch is such that it can be The pre-existing valve position is maintained even if the command signal from the controller is interrupted. It performs a memory function in that it is held.
代替実施例においては、本発明の装置は附勢源事故ノ場合に7エール・セーフ・ モード如おいて機能する、信号が失われると、記憶装置は解放されて、弁は自動 的にフェール・セーフか又は他の所定の状態に設定される。所望ならば、フェー ル・セーフ設定への復帰を、本発明の新規な態様と明確な利点は、付図と関連し て、以下の説明によって明かになるであろう。In an alternative embodiment, the device of the present invention provides a Functions according to the mode, when the signal is lost, the storage device is released and the valve is automatically automatically set to fail-safe or other predetermined state. If desired, fade The novel aspects and distinct advantages of the present invention are shown in connection with the accompanying figures. It will become clear from the explanation below.
第1図は、本発明による弁変換装置の第1実施例の概略図、 第2図は、本発明による弁位置決め装置の実施例の部分概略図、i 第6A図から第6E図は、第1図のインタフェース・カード部分の回路図、 ス部分の回路図、 第5A図と第5B図は、第1図の空気トランスジューサの可変誘導子の詳細図、 第6図は、発振器周波数と可変誘導子可動片位置との間の関係を描いたグラフ図 、および 第7図は、本発明による弁変換装置の第2実施例の概略線図、である。FIG. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of a valve conversion device according to the present invention; FIG. 2 is a partial schematic diagram of an embodiment of a valve positioning device according to the invention, i 6A to 6E are circuit diagrams of the interface card portion of FIG. 1; The circuit diagram of the 5A and 5B are detailed views of the variable inductor of the air transducer of FIG. 1; Figure 6 is a graph depicting the relationship between oscillator frequency and variable inductor movable piece position. ,and FIG. 7 is a schematic diagram of a second embodiment of the valve conversion device according to the present invention.
実施例の詳細な説明 以下の説明と付図については、同等な装置には同等な参照番号が付せられている 。Detailed description of examples In the following description and accompanying figures, equivalent equipment has been provided with equivalent reference numbers. .
第1図は、弁11を通るプロセス流体の通過流量を変化させるために、弁11の 設定を調節する新規な機構を採用しているプロセス制御装置10を示す。従来の 制御器13は、その構成がプロセス制御技術の熟練者に良く知られたものであっ て、弁動作を始動させる命令信号源である。既知の仕方で、この制御器は制御さ れる特定プロセス変数の値を表示する到来測定信号を、その変数の希望値を表示 する所定の設定点信号と比較して、適当な命令信号を線路15に発生する。この 命令信号は、弁の設定に変化を起こさせ、その結果プロセスの測定値を希望水速 へ向けて1駆動することを目的としている。FIG. 1 shows that the valve 11 is used to change the flow rate of process fluid through the valve 11. 1 shows a process control device 10 employing a novel mechanism for adjusting settings. Traditional The controller 13 is of a configuration well known to those skilled in the process control arts. is the source of the command signal that initiates valve operation. In a known manner, this controller is An incoming measurement signal that displays the value of a specific process variable that is An appropriate command signal is generated on line 15 by comparison with a predetermined set point signal to be used. this The command signal causes a change in the valve settings so that the process measurement changes to the desired water velocity. The purpose is to drive one direction towards.
第1図に示された弁は空気力的に動作させられるけれども、本発明の教示は電気 的又は従来の機構によって作動される弁に等しく適用可能である。空気線路17 を経由して供給される空気信号、は、参照番号19によって全体的に表示される 各種の空気力附勢弁駆動装置のいづれか一つに印加され、この空気力附勢弁駆動 装置は弁茎21に連結される。図示の実施例においては、弁茎の上昇はさらに弁 を開き、一方、弁茎の降下は弁を閉じ、このことはたとえこれと逆に機能する構 造にあっても可能である。Although the valve shown in FIG. 1 is pneumatically operated, the teachings of the present invention are electrically operated. It is equally applicable to valves operated by manual or conventional mechanisms. air line 17 The air signal supplied via is indicated generally by reference numeral 19. Applied to any one of various pneumatic force energizing valve drive devices, this pneumatic force energizing valve drive The device is connected to the valve stem 21. In the illustrated embodiment, the elevation of the valve pedicle further increases the valve pedicle elevation. the valve pedicle opens, while the descent of the valve pedicle closes the valve, even if the mechanism works in reverse. It is possible even if it is a structure.
システム制御器13からの命令信号は、この場合、0から10ボルトの範囲の直 流電圧の形をとり、エレクトロニクス・インタフェース・カード22に供給され るが、このカードの構成と機能は、後で詳しく説明される。インタフェース・カ ードと制御器は制御されるプロセスから遠隔の制御所に配置され、かつ二線式伝 送線路23を経由して現場エレクトロニクス集合体24に連絡し、後者は一般に 弁の近傍に配置される。The command signal from system controller 13 is in this case a direct signal in the range of 0 to 10 volts. is in the form of a current voltage and is supplied to the electronics interface card 22. However, the structure and functionality of this card will be explained in detail later. interface The board and controller are located in a control station remote from the controlled process and have two-wire transmission. Via a transmission line 23 it communicates with a field electronics assembly 24, the latter generally Placed near the valve.
このような代表的な二線式伝送線路は、電力と情報信号の双方向伝送を図るもの であり、プロセス制御産業における長距離通信に広(応用されている。このよう な伝送線路の代表的な使用は、米国特許第4.118.977号に記載されてい る。この特許は、本発明と同じ譲受人を有し、その内容は本明細書に包含されて いる。A typical two-wire transmission line like this is intended for bidirectional transmission of power and information signals. is widely used in long-distance communication in the process control industry. A typical use of a transmission line is described in U.S. Patent No. 4.118.977. Ru. This patent has the same assignee as this invention and the contents of this patent are incorporated herein by reference. There is.
現場エレクトロニクス集合体24の回路も以下に説明されるが、この回路は、通 常、電気信号を二線式伝送線路23から電流の形で受け、この信号を1対の電空 スイッチ25.26のいずれかに送る。これらのスイッチは、制御目的のために 空気力信号の流れを開始させる9本実施例において、上側空電スイッチ25は弁 作動装置19に最終的に供給される空気圧に低下を起こさせると共に、下側スイ ッチ26はこの圧力を上昇させる。The circuit of the field electronics assembly 24 is also described below; Normally, an electrical signal is received in the form of a current from a two-wire transmission line 23, and this signal is passed through a pair of electro-pneumatic lines. to either switch 25 or 26. These switches are for control purposes 9 In this embodiment, the upper pneumatic switch 25 is the valve that initiates the flow of the pneumatic signal. This causes a decrease in the air pressure ultimately supplied to the actuating device 19, and the lower switch The switch 26 increases this pressure.
スイッチ25.26の各々は外被27を含み、この外被の中に上側空気室29と 下側空気室33とがある。Each of the switches 25, 26 includes a jacket 27, within which is an upper air chamber 29. There is a lower air chamber 33.
上側空気室の底は可撓性の隔膜35で区画されている。The bottom of the upper air chamber is defined by a flexible diaphragm 35.
ノズル36は、線路37を通じて上側空気室と外被の外側との間に空気を通じさ せる。フラッパ38はノズル開口に常時座着し、ノズルを空気通路に対して封止 切りし、また上側空気室を加圧させる。出口線路39は下側空気室33と流体連 絡をとる。The nozzle 36 communicates air between the upper air chamber and the outside of the jacket through a line 37. let The flapper 38 always sits on the nozzle opening and seals the nozzle from the air passage. Then, pressurize the upper air chamber again. The exit line 39 is in fluid communication with the lower air chamber 33. Get in touch.
隔膜35の下にあって板42が第2可撓性隔膜43上にかつそのまわりに尖軸運 動可能に支持されている。Beneath the diaphragm 35, a plate 42 extends over and around the second flexible diaphragm 43. movably supported.
この板の下側に固定された台座44は、下側空気室33内に座着したら旋ばね4 5から上向きのパイアスカを受けることにより、この板を隔膜35に密着させる 。When the pedestal 44 fixed to the lower side of this plate is seated in the lower air chamber 33, the pivot spring 4 This plate is brought into close contact with the diaphragm 35 by receiving an upward direction from 5. .
空気供給源46からの計測空気は、普通、1.41kgf/c!IL2であって 、通路47と制限器48を経由して上側室29に導入される。フラッパ38がノ ズル36を封止している限り、上側空気室内に生じた圧力は隔膜35を下向きに 押圧して、台座44の下側に配置されているパツキン49を、ばね45によって 与えられる上向きのバイアスに抗して、第2ノズル50に対して堅く座着させる 。この状態は、空電スイッチの「オフ」位置をとるのと共に起こる。The measured air from the air supply source 46 is normally 1.41 kgf/c! It's IL2 , is introduced into the upper chamber 29 via the passage 47 and the restrictor 48. flapper 38 As long as the nozzle 36 is sealed, the pressure generated in the upper air chamber will cause the diaphragm 35 to move downward. By pressing, the gasket 49 placed on the lower side of the base 44 is released by the spring 45. Resist the applied upward bias and firmly seat against the second nozzle 50 . This condition occurs with the static switch assuming the "off" position.
電磁装置51は、各空電スイッチの上部、フラッパ38に近接して配置されてい る。電磁装置への作動信号がない場合に、フラッパのばね力はフラッパをノズル 36に対して密着して抑圧維持する。しかしながら、電流信号が電磁装置に印加 されると、電磁石53がフラッパを吸引してノズルとの接触から引き離す。上側 空気室29内の圧力の低下が、隔膜35を上昇を可能とし、続いて板42に加わ る力を低減させる。ばね45は座台とパツキン49を持ち上げて第2ノズル50 から引き離し、下側空気室33とノズル50を経由して空気を出口線路39と入 口線路35との間に流させる。これはrオン」状態を表示する。The electromagnetic device 51 is placed above each static switch and close to the flapper 38. Ru. In the absence of an actuation signal to the electromagnetic device, the spring force of the flapper moves the flapper towards the nozzle. Maintain close contact with 36 and suppress it. However, when a current signal is applied to an electromagnetic device When this occurs, electromagnet 53 attracts the flapper away from contact with the nozzle. upper side The decrease in pressure within the air chamber 29 allows the diaphragm 35 to rise and subsequently apply to the plate 42. reduce the force exerted by The spring 45 lifts the base and the gasket 49 to open the second nozzle 50. air is pulled away from the air chamber 33 and enters the exit line 39 via the nozzle 50. It is made to flow between the entrance line 35 and the entrance line 35. This indicates the "r on" condition.
上側空電スイッチ25の場合は、出口通路39は犬気如通気され、その結果、空 気回路網上の他の箇所から入口線路55に結連した過剰圧力が解放される。この ように、このスイッチは、最終的に弁作動装置に導入する空気線路内の圧力を減 小させる。下側スイッチ26の場合は、出口は1.41 kgf / cIrL 2空気供給源46に接続されている。このスイッチがオンに切り換えられると、 1.41 kgf /crn2の空気が空気制御線路に供給され、その結果、そ の圧力を増加する。後で説0 明するように、協調して働くインタフェース・カード22と現場エレクトロニク ス集合体24は、線路圧力を弁に呼び出すプロセス状態が低減されるか増大され るかに従って、スイッチ25か又はスイッチ26かのいずれかを選択的に作動さ せる。In the case of the upper static switch 25, the outlet passage 39 is vented, so that the air Any excess pressure connected to the inlet line 55 from elsewhere on the air network is relieved. this As such, this switch reduces the pressure in the air line that ultimately introduces the valve actuator. Make it smaller. In the case of the lower switch 26, the output is 1.41 kgf/cIrL 2 air supply source 46. When this switch is turned on, 1.41 kgf/crn2 of air is supplied to the air control line, resulting in Increase the pressure. Later theory 0 As will be seen, the interface card 22 and field electronics work together. The gas assembly 24 is configured such that the process condition that brings line pressure to the valve is reduced or increased. selectively actuating either switch 25 or switch 26 according to the let
空電スイッチは、通常プロセス環境内に配置されていて、選択的にトリガされる けれども、これらはきわめて低電力消費性であることを、指摘しておかなければ ならない。事実、弁の運動を起こさせる相当の原動力が空気圧力によって供給さ れるから、適、当に空気流を通させるために、これらのスイッチを作動させるに 当り僅かな電気エネルギーしか必要とされない。このように、本発明による制御 装置は、危険又は爆発性の雰囲気中で安全に動作するのに普通必要な本質的に安 全な限界内にある電流及び電圧水準で効果的に動作することができる。このよう な水草は全国消防協会(National Fire Protection As5ociation )によって刊行された布告「区分1危険場所に使用に 対して本質的に安全な装置」に規定されており、この布告の内容は本明細書に収 録されている。マサチュウセッッ州、フォックスボロ(Foxboro )にあ るフォックスざ0社(F+)xboro CO,)製の5PKC2Q Q系列の 制御器ハコレらの本質的に安全な動作限界内で制御信号を発生し、また本発明の 動作要求に適合している。空電スイッチは電磁装置を利用し電磁装置は誘導性で 蓄勢装置であるから、ある種の分流防護要素が、安全゛限界を超える過渡電圧又 は電流を抑制するために、この電磁装置に結合されなければならない、しかしな がら、このような要素は、上に引用した刊行物にも論じられており、本質的安全 な分野の当業者に良く知られており、ここには論じない。Static switches are typically located within the process environment and are selectively triggered. However, it must be pointed out that these have extremely low power consumption. No. In fact, a considerable motive force for the movement of the valve is provided by air pressure. These switches must be activated to allow proper airflow. Only little electrical energy is required per unit. In this way, the control according to the present invention The equipment shall have the inherent safety requirements normally necessary for safe operation in hazardous or explosive atmospheres. It can operate effectively at current and voltage levels that are within all limits. like this Aquatic plants are covered by the National Fire Protection Association. As5ocation) published the proclamation ``Not for use in Category 1 hazardous locations.'' The content of this proclamation is incorporated herein by reference. recorded. Located in Foxboro, Massachusetts 5PKC2Q Q series manufactured by Foxza 0 (F+)xboro CO,) The controller generates a control signal within the inherently safe operating limits of the controller and the present invention. Conforms to operational requirements. Static switches use electromagnetic devices, and electromagnetic devices are inductive. Because it is an energy storage device, certain shunt protection elements are required to protect it from transient voltages or voltages that exceed safe limits. must be coupled to this electromagnetic device to suppress the current, but However, such factors are also discussed in the publications cited above and are considered intrinsically safe. are well known to those skilled in the art and will not be discussed here.
空気信号は、スイッチ25又はスイッチ26からのものであっても、線路56を 通って、空気送信機57に供給される。この送信機は、標準空気リレー59(フ ォックスボロ社製の型式40リレーなど)は空気トランスジューサ集合体61を 含む。The air signal, whether from switch 25 or switch 26, and is supplied to an air transmitter 57. This transmitter is equipped with a standard air relay 59 Oxboro Model 40 relays, etc.) use air transducer assembly 61. include.
空気送信機57の中において、伸張可能の受信機ベロー63がその下端で載持基 台65に取り付けられかつその上端でレバー腕67の一端に取り付けられている 。このレバー腕は平衡棒71上の支点69のまわりに実軸運動することができ、 ノズル75に対するフラッパ73の再位置決めを起こさせる。このノズルは空気 線路77を経由して標準リレー59と空気供給源46とに結合されている。空気 圧技術の当業者によく知られた仕方で、ノズルに対するフラッパの間隔がリレー によって出力線路17上に発生され、次いで弁作動装置19へ供給される増幅出 力信号の振幅を決定する。線路56から入る空気がこのベローを膨張させると、 フラッパはノズルに近づくように実軸運動させられ、この結果、リレーの出力圧 力を増大させる。ベローが収縮すると、フラッパはノズルから引き離されこの結 果、リレー出力を減少させる。Inside the pneumatic transmitter 57, an extendable receiver bellows 63 is mounted on a mounting base at its lower end. attached to the stand 65 and attached at its upper end to one end of the lever arm 67 . This lever arm can move on a real axis around a fulcrum 69 on the balance rod 71, This causes the flapper 73 to be repositioned relative to the nozzle 75. This nozzle is air It is coupled to standard relay 59 and air supply 46 via line 77 . air The spacing of the flapper relative to the nozzle is determined by the relay in a manner well known to those skilled in the art of pressure technology. an amplified output generated on output line 17 by Determine the amplitude of the force signal. When air entering from track 56 inflates this bellows, The flapper is moved closer to the nozzle on its real axis, resulting in the output pressure of the relay Increase power. When the bellows retract, the flapper is pulled away from the nozzle and As a result, the relay output is reduced.
ベロー63が膨張するか又は収縮するかは、空電スイッチ25.26のどちらが 所与の時刻に作動させられるかにかかつている。もし「減少」スイッチ25が作 動させられるならば、ベローの内部から外側大気へかけて流路が作くられて、ベ ロー内の過剰圧力を脱出できるようにし、ベローは収縮する。一方、もし「増大 」スイッチ26が作動させられるならば、供給圧力がベローに印加されて、これ を膨張させる。Which static switch 25 or 26 determines whether the bellows 63 expands or contracts. It depends on whether it is activated at a given time. If the “decrease” switch 25 is If the bellows is moved, a flow path is created from the inside of the bellows to the outside atmosphere, and the bellows The bellows retract, allowing excess pressure within the row to escape. On the other hand, if ” If switch 26 is actuated, supply pressure is applied to the bellows and this expand.
フラッパ73の位置は受信機ベロー63の動作によって変更されるけれども、ノ ズル75の位置はノズル自体がこれを充分に調節することができる。第1図の実 施例において、帰還ベロー81は基板65と平衡杆71との間にそう人されてい る。ばね83ばこの杆の左側端上に下向きのバイアスを与える。したがって、こ の平衡杆は、同様に、たわみ部材84のまわりに実軸運動させられてノズルをフ ラッパに対して配置スる。Although the position of the flapper 73 is changed by the operation of the receiver bellows 63, The position of the nozzle 75 can be fully adjusted by the nozzle itself. Fruit of Figure 1 In the embodiment, the return bellows 81 is placed between the base plate 65 and the balance rod 71. Ru. Spring 83 provides a downward bias on the left end of the rod. Therefore, this The counterbalance rod is similarly moved about the flexible member 84 on its real axis to fill the nozzle. Place it against the trumpet.
帰還ベロー81に入る空気信号は、弁作動装置19に供給されるのと同じくリレ ー59の出力信号から到来する。したがって、弁への作動圧力の変化は帰還ベロ ー81の内部圧力の増減に影響されるが、この増減に従ってこのベローは膨張又 は収縮する。このベローの運動はノズル75のフラッパ73に対する再位置決め を、新たな平衡位置がとられるまで、行い、この点においてはリレー出力の変化 はも、はや起こらなくなる。The air signal entering the return bellows 81 is supplied to the valve actuator 19 as well as to the relay. -59 output signal. Therefore, the change in operating pressure to the valve is due to the return tongue. This bellows expands or expands according to the increase or decrease in the internal pressure of -81. contracts. This movement of the bellows repositions the nozzle 75 relative to the flapper 73. until a new equilibrium position is taken, at which point the relay output changes. It doesn't happen anymore.
したがって、要するに、受信機ベローの動作は弁作動装置に空気信号を作動装置 の動作が帰還ベローの対応する動作とつり合うまで与えようとする。So, in short, the operation of the receiver bellows sends a pneumatic signal to the valve actuator. until the motion of the feedback bellows balances the corresponding motion of the feedback bellows.
弁作動装置19と空気送信機57との間の帰還は帰還ベロー81への空気信号に よって達成されるという事実のために、第1図に描かれた弁位置決め装置の型式 は弁コンバータとして知られている。しかしながら、第2図に示されるように、 帰還は、また、これを弁茎21と平衡杆71との間の直接機械的リンク仕掛けに よっても与えることができる。この配置においては、弁位置決め装置は、正確に は弁ポジショナとして知られている。The return between the valve actuator 19 and the air transmitter 57 provides an air signal to the return bellows 81. Due to the fact that the type of valve positioning device depicted in FIG. is known as a valve converter. However, as shown in Figure 2, The return also connects this to a direct mechanical linkage between the valve stem 21 and the balance rod 71. Therefore, it is possible to give. In this arrangement, the valve positioning device is is known as a valve positioner.
第1図を再び参照すると、平衡杆71の上面に切頭三角くさび形の可動片87が 取り付けられており、このくさびは可変誘導子集合体890部分を形成している 。この誘導子は、現場エレクトロニクス集合体24(第4図参照)の回路に内蔵 された発振器回路内の要素である。この発振器はどんな従来の回路であっても可 能でその出力周波数は可変誘導子の値に依存し、かつその詳細はさらに詳しくこ こに説明しなくてもよいようなもので乳る。付図第5A及び5B図からさらに明 らかなように、空気送信機に供給される帰還信号に応答する平衡杆の上向き及び 下向きの運動は、この可動片を可変誘導子に含まれる磁気集合体93のエア・4 ギャップ91内に再位置決めする。可動片の特別にテーパを付けられた幾何学形 状とギャップ内の可動片の運動によってそのインダクタンスを、発振器の出力周 波数が可動片の位置に関して直線状に変動するように、変化させる。第6図は、 発振器の正規動作範囲に渡っての発振器周波数と可動片位置との間の直線関係を 示す。Referring again to FIG. 1, there is a movable piece 87 in the shape of a truncated triangular wedge on the top surface of the balance rod 71. attached, this wedge forming part of the variable inductor assembly 890 . This inductor is built into the circuit of the field electronics assembly 24 (see Figure 4). oscillator circuit. This oscillator can be any conventional circuit. The output frequency depends on the value of the variable inductor, and the details are explained in more detail below. This is something that I don't need to explain. Further clarity from Figures 5A and 5B of the attached figures. The upward and downward movement of the counterbalance rod in response to the return signal supplied to the air transmitter The downward movement moves this movable piece to the air 4 of the magnetic assembly 93 included in the variable inductor. Reposition within gap 91. Specially tapered geometry of the movable piece The inductance of the oscillator is changed by the motion of the movable piece in the shape and gap, The wave number is varied so that it varies linearly with respect to the position of the movable piece. Figure 6 shows The linear relationship between the oscillator frequency and the moving piece position over the normal operating range of the oscillator is show.
可動片87の各位置は弁11の対応する特有の位置に等しくとられるので、発振 器の出力周波数自体が、弁位置決め装置の場合には眞の弁位置に特有に関係し、 又は非変換装置の場合には弁位置作動装置圧力に関係する。この周波数信号は、 同じ二線式伝送線路23に沿ってインタフェース・カード22に帰還され、下に 説明される仕方で処理される。Since each position of the movable piece 87 is taken equal to a corresponding characteristic position of the valve 11, the oscillation In the case of a valve positioning device, the output frequency of the device itself is uniquely related to the true valve position; or in the case of non-transducer devices, the valve position is related to the actuator pressure. This frequency signal is along the same two-wire transmission line 23 to the interface card 22 and below. processed in the manner described.
ここで、第6A図から第6E図を参照して、インタフェース・カード22とその 動作についてのより詳しい説明を行うことができる。現場エレクトロニクス集合 体24内の発振器からの帰還信号は二線式伝送線路23を経由して入り、帯域通 過増幅器97と光学分離器回路99を通して処理され、従来の周波数対電圧変換 器101に入れられる。この変換器は、発振帰還信号を検出してこれを相当する 電圧信号に変換するが、この電圧信号の大きさは周波数に比例する。したがって 、この帰還電圧は弁位置を表示する。このような周波数対電圧変換器回路は電子 技術の熟練者には良く知られている。二極フィルタ段103を通った後、帰還電 圧信号は、標本化追跡兼保持回路105によって処理される。この回路は、空電 スイッチ25.26が作動させられるときに必ず生じる酷しい線路過渡現象に逆 らって働く。最終的に、帰還電圧信号は偏差増幅器106に送られる。Referring now to FIGS. 6A through 6E, the interface card 22 and its A more detailed explanation of the operation can be provided. On-site electronics collection The feedback signal from the oscillator in the body 24 enters via the two-wire transmission line 23 and is transmitted through the bandpass. Processed through overamplifier 97 and optical separator circuit 99, conventional frequency-to-voltage conversion It is placed in a container 101. This converter detects the oscillating feedback signal and converts it into a corresponding It is converted into a voltage signal, and the magnitude of this voltage signal is proportional to the frequency. therefore , this feedback voltage indicates the valve position. Such a frequency-to-voltage converter circuit is an electronic Well known to those skilled in the art. After passing through the two-pole filter stage 103, the return voltage The pressure signal is processed by sampled track and hold circuit 105. This circuit In contrast to the severe line transients that occur whenever switches 25 and 26 are activated. Work with others. Ultimately, the feedback voltage signal is sent to deviation amplifier 106.
プロセス制御器13からの命令信号は、0から10Vの直流電気信号の形をとり 、これもまた、偏差増幅器106に供給される。この偏差増幅器は、制御器命令 信号と帰還電圧信号との間の差を増幅して、その結果の誤差電圧を不感、帯比較 器段107と偏差帯比較器段109の両方に入力させる。制御器信号と帰還電圧 信号との間の誤差の大きさに依存して、これらの段の一方又は他方が電流トリが 信号を適当な空電スイッチ25.26に供給し、この結果、適正に弁13を再位 置決めする。もし誤差電圧が、調節可能の外部電圧源(図には示されていない) から供給される予め選択された不感帯しきい電圧VR1より低いならば、いずれ の段も作動させられず電流信号はどちらの空電スイッチにも入力されない。作動 される比較段がない場合は、電流源111は、現場エレクトロニクス集合体24 内の可変発振器を附1勢する零入力電流水準のみを発生する。もし増幅誤差電圧 信号が不感帯しきい電圧VR1より高くしかし偏差帯しきい電圧VR2(同じく 外部電圧源から供給される)よりも低いならば、不感帯比較器段107は作動さ せられる。これが、次いで、スイッチに入った電流源111をパルス・モードで 動作させるが、そのパルス列のパルス幅とデュテー・サイクルは弁の効率的な再 位置決めを生じるように予め決定されている。パルス・モードは、実際において 、微同調型調節をもたらす。誤差電圧の極性は、フィールド・エレクトロニクス 集合体24に送られる出力電流の符号を決定する。The command signal from the process controller 13 is in the form of a 0 to 10V DC electrical signal. , which is also fed to the deviation amplifier 106. This deviation amplifier is controlled by the controller command Amplify the difference between the signal and the feedback voltage signal, making the resulting error voltage insensitive to the band comparison It is input to both the comparator stage 107 and the deviation band comparator stage 109. Controller signal and feedback voltage Depending on the magnitude of the error between the signal and the A signal is applied to the appropriate static switch 25, 26, thereby properly repositioning the valve 13. Determine the position. If the error voltage is an adjustable external voltage source (not shown) If it is lower than the preselected dead band threshold voltage VR1 supplied from stage is not activated and no current signal is input to either static switch. operation In the absence of a comparison stage, the current source 111 is connected to the field electronics assembly 24. It generates only a quiescent current level that powers the variable oscillator within. If the amplification error voltage If the signal is higher than the dead band threshold voltage VR1 but the deviation band threshold voltage VR2 (also (supplied from an external voltage source), deadband comparator stage 107 is activated. be given This in turn causes the switched current source 111 to pulse in a pulsed mode. the pulse width and duty cycle of the pulse train to ensure efficient regeneration of the valve. predetermined to cause positioning. Pulse mode is actually , resulting in fine-tuned regulation. The polarity of the error voltage is determined by field electronics. Determine the sign of the output current delivered to the collection 24.
第4図を参照すると、現場エレクトロニクス集合体24は、インタフェース・カ ード22がら+1又は−I電流信号のいずれかを受け取り、かつ「増大」スイッ チ26又は「減少スイッチ」25それぞれのいずれかを作動させる。Referring to FIG. 4, the field electronics assembly 24 includes an interface cover. receiving either a +1 or -I current signal from the board 22 and selecting the “increase” switch. 26 or "reduction switch" 25, respectively.
もし誤差電圧の大きさが可成り大きくかつ実際に偏差帯しきい電圧を超えている ならば、偏差比較器段109が引き継ぐ。この比較器は、スイッチの入った電流 源111を「フル・オン」・モードで駆動する。If the magnitude of the error voltage is quite large and actually exceeds the deviation band threshold voltage If so, deviation comparator stage 109 takes over. This comparator is connected to the switched current Source 111 is driven in "full on" mode.
再び、誤差電圧の極性が電流の符号を、またしたがってどちらの空電スイッチが 作動されるかを、決定する。Again, the polarity of the error voltage determines the sign of the current and therefore which static switch Determine whether it will be activated.
要約すると、不感帯比較器段107又は偏差帯比較器段109のいずれかの(誤 差電圧の大きさに依存する)制御の下に働くスイッチを入れられた電流源111 は、二つの空電スイッチ2.5 、26のいずれかに電流信号を、誤差電圧信号 が不感帯しきい電圧より低く減少させられるまで、供給する。この時点において 、電流源は発振器に零入力電流水準のみを供給し、そして両空電スイッチは「オ フ」位置をとる。In summary, if either the dead band comparator stage 107 or the deviation band comparator stage 109 (error a switched current source 111 working under control (depending on the magnitude of the differential voltage) sends a current signal to either of the two static switches 2.5, 26, and an error voltage signal is reduced below the deadband threshold voltage. At this point , the current source supplies only the quiescent current level to the oscillator, and both static switches are "off". Take the "F" position.
上述の特殊な実施例には内蔵記憶装置の特徴があることを指摘しておかなければ ならない。空電スイッチ25.26を作動させる命令信号が全くない場合は、こ れらのスイッチの各々は「オフ」状態にとどまる。It must be pointed out that the special embodiment described above has the characteristics of an internal storage device. No. If there is no command signal to actuate the static switch 25.26, this Each of these switches remains in the "off" state.
したがって、弁の位置に関して前述の状態が維持される。電源事故、又はインタ フェース・カード22からの信号の中断の場合に、空電スイッチは単に使用禁止 されたままになり、弁は前の位置にとどまる。−たん電源が回復するとく開始回 路(図には示されていない)が、弁位置を表示する周波数対電圧変換器1o1( 第6B図参照)からの帰還信号を検出して、制御器を「揺動のない」転送を達成 するように再設定する。Therefore, the conditions described above regarding the position of the valve are maintained. Power supply failure or In case of interruption of the signal from the face card 22, the static switch is simply disabled the valve remains in its previous position. -The start time will start once the power is restored. A frequency-to-voltage converter 1o1 (not shown) indicates the valve position. (see Figure 6B) to achieve a "wobble-free" transfer of the controller. Reset it so that
第7図を参照すると、本発明による非変換装置の代替実施例が、僅かに変更した 空電スイッチ113を上側スイッチ25(第1図参照)に代入することによって 実現される。この変更されたスイッチは、上に詳しく論じた空電スイッチ25. 26と基本的に同じ具合に機能する。ただ異なる点は、ノズル36′がフラッパ 38と反対側に配置され、そのために1オフ」状態において、すなわち電磁装置 51が除勢されている下で、フラッパはノズルと接触しない。それゆえ、スイッ チ25.26は電磁装置への制御信号がないときに1正規閉」であるのに反して 、スイッチ113は「正規間」8 をとって第1図の実施例を参照して上に説明された記憶機能を遂行する。明かに 、適当な変更がフィールド・エレクトロニクス24及び/又はインタフェース・ カード220回路に施されなければならない。先の実施例においては、スイッチ 25.26の双方への電力がないことが前述の状態を維持するのに反して、この 場合は同じ結果を維持するために変更されたスイッチには電力を印加しなければ ならない。Referring to FIG. 7, an alternative embodiment of a non-transforming device according to the present invention is shown with slight modifications. By substituting the static switch 113 for the upper switch 25 (see FIG. 1), Realized. This modified switch is similar to the static switch 25. discussed in detail above. It functions basically in the same way as 26. The only difference is that the nozzle 36' is a flapper. 38 and therefore in the 1 off' state, i.e. the electromagnetic device With 51 deenergized, the flapper does not come into contact with the nozzle. Therefore, the switch 25.26 is normally closed when there is no control signal to the electromagnetic device. , switch 113 is "normal" 8 to perform the storage function described above with reference to the embodiment of FIG. obviously , appropriate changes may be made to the field electronics 24 and/or interface. Must be applied to the card 220 circuit. In the previous embodiment, the switch While the lack of power to both sides of 25.26 maintains the above state, this If the switch is changed, no power must be applied to it to maintain the same result. No.
所定しきい値を上廻る電力が現場エレクトロニクス集合体24からの線路125 に沿って゛空電スイッチ113に与えられている限り、このスイッチは「オフ」 のままになっている。しかしながら、いったん電力が所定水準の下へ降がると、 スイッチ113はオンに転じ、そして空気トランスジューサ61の受信機ペロー 63内に少しでも過剰圧力があればこれを抜き出し可能とする。このことが、さ らに制御されているプロセスの特性によって決定されるフェイル・セーフ位置に 弁を移行させる。所定の時間が経過する後までフェイル・セーフ位置への弁の運 動に先行するために、空気装置内に従来の既知の空気遅延装置を内蔵させること も、また、可能である。もし遅延期間の満了に先立ってスイッチ113への電力 が回復されるならば、制御を衝動を伴うことなく恢復させることができる。Power above a predetermined threshold is transmitted to the line 125 from the field electronics assembly 24. as long as the switch is "off" as long as the static switch 113 is It remains as it is. However, once the power drops below a given level, Switch 113 is turned on and the receiver Perot of air transducer 61 is turned on. If there is any excess pressure inside 63, it can be extracted. This is why in a fail-safe position determined by the characteristics of the process being controlled by the Shift the valve. Operation of the valve to the fail-safe position until after a predetermined period of time has elapsed. Incorporating a conventional known air delay device within the pneumatic device to precede the motion. is also possible. If power to switch 113 is removed prior to the expiration of the delay period. If the control is restored, control can be restored without impulse.
本発明は、図示の実施例に関して説明されたけれども、ある種の変更は当業者に とって自明である。たとえば、電気的にトリが可能でありなおかつ空気力的に附 勢されたスイッチの代替構成を具体化することができ、この構成は本発明の範囲 内で本質的に安全な仕方で動作するであろう。それにもかかわらず、このような 変更は次に掲げる請求の範囲に含まれるものと考える。Although the invention has been described with respect to illustrative embodiments, certain modifications will occur to those skilled in the art. It's pretty self-evident. For example, it is possible to fly electrically while also being attached aerodynamically. Alternative configurations of activated switches may be implemented and are within the scope of the present invention. will operate in an inherently safe manner. Nevertheless, something like this The modifications are considered to be within the scope of the following claims.
浄書(内容に変更な−L−)−−−“−一−−FI0.2 可動片位置 FI6.6 「) Flに、 5A Flに、 58 手続補正書(方式) %式% 」正をする者 ゴ件との関係 特許出願人 代理人 1正命令の日付 昭和59年7月17日 1正により増加する発明の数 1正の対象 国際調査報告 1m#lIma−^−”””N= PCT/US 83101225ANNEX To τHk; INTERNATIONAf、5EARCHREPORT ON第1頁の続き @l! 間者 グレイブス・ノーマン・ニスアメリカ合衆国28782ノース・ カロライナ州トライオン・ギヤラックス・サークル107Engraving (change in content-L-)---“-1--FI0.2 Movable piece position FI6.6 ") To Fl, 5A Fl, 58 Procedural amendment (formality) %formula% ``The one who corrects Relationship with patent applicant agent 1 Date of positive order July 17, 1980 The number of inventions increases by 1 1 positive object international search report 1m#lIma-^-”””N= PCT/US 83101225ANNEX To τHk; INTERNATIONAf, 5EARCHREPORT Continuation of ON page 1 @l! Intermediate Graves Norman Niss 28782 North, United States 107 Gearlax Circle, Tryon, Carolina
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