JPH02248780A - ロータリエンコーダを備えた弁制御装置 - 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、バタフライ弁等の回転弁の弁開度補正又は位
置決め補正に、センサとして、特殊加工されたビットパ
ターンを有するロータリエンコーダを備えた弁制御装置
１関する。

〔従来の技術〕

従来、回転弁の−っであるバタフライ弁を所望の流量特
性にて制御する場合、第４図に示すように、弁１を駆動
する電動機２の軸に取付られたポテンションメータ３の
抵抗変化４を、電流変化器５によって電気的に検知して
弁開度に換算し、これを補正回路６によってＣｖ値と弁
開度が直線的比例関係となるように補正する一方、所望
の流量に比例した弁開度を信号７として入力し、弁固有
特性Ｃｖを含めて上記補正された値と比較８し、所望の
流動が得られる弁開度まで弁１を作動させて。

目的とする流量特性を得ていた。

なお、上記Ｃｖ値とは、６Ｇ”Ｆ（１５，６℃）の清水
を。

後前後の差圧を１　ｐｓｉ（０，０７ｋｇｆｌｓＪ　）
に保って流したときの流量をＵＳ　ｇａｎ／ｗｉｎで表
わしたもので、次の計算式になる。

ここで、Ｑ：流　量　ボ／ｈ ΔＰ；弁前後前後圧　ｋｄ／ａｌ Ｇ：比　量（水の場合＝１） 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、上記従来のものには、次のような問題点があ
った。

（１）従来のものは、第４図の制御フロー図に示すよう
に、アナログ電気回路で構成されているため、高精度を
必要とし、電気回路調整が複雑で且つ高価である。

（ｉ）入力信号と弁開度補正６のため演算回路が必要と
なる。

（ｉ）多くのポテンショメータ３は摺動式のため、機械
的寿命が低く、耐環境性にも劣っている。

（麺）比較演算回路に、第５図に示すように、マイクロ
コンピュータ１０を用いたものであるが、このものも基
本的には、弁位置検出器として、ポテンショメータ３を
使用しているので、アナログ。

デジタルの両回路変換器１１．１２の分が信頼性に劣り
、そのため、実用に供するには図示しない保護回路を設
けねばならず、−層高価となる。

本発明は、上記従来技術の間層点を解決し、簡単な回路
構成で、デジタル処理が可能な、弁開度補正又は位置決
め補正を行なう弁制御装置を提供することを目的として
いる。

【課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために１本発明は、固有弁特性と
弁開度を、所望の制御特性に展開補正したビットパター
ンをもつ回転板（Ａ）と、各ビートに対応する位置に配
された発光素子を組込んだ基板（Ｂ）と、該基板（Ｂ）
と対向した位置に配された受光素子を組込んだ基板（Ｃ
）と、ビート検出を正確にするためのスリット板（Ｄ）
と、上記回転板（Ａ）の中心に配し該回転板を駆動する
回転軸（Ｅ）と、該回転軸（Ｅ）を軸支する軸受（Ｆ）
と、これらを内蔵する箱体（Ｇ）とから構成されるロー
タリエンコーダを、弁駆動電動機軸に組込んだことを特
徴としている。

上記ロータリエンコーダは、アブソリュート型ロータリ
エンコーダのビットパターンを、弁駆動部の位置決め補
正を行なうように特殊加工して構成される。

〔作　用〕

上記のように構成されているので、ロータリエンコーダ
のビットパターンは、弁のＣｖ値と弁開度の関係を示す
弁の制御特性を、所望の特性になるように、即ち、固有
の弁特性Ｃｖ値と弁開度との関係が、４５°の直線的比
例関係になるリニア特性、または弁開度と入力信号を比
例させた関係になるイコール％特性、或いは弁開口を急
速に開かせるクイックオープン特性を示すように、それ
ぞれ展開、補正して形成されている。

従って、弁作動時、管路を流れる所望の流量に比°例し
た（例えば流量が１７２なら、弁開度＝　１／２）弁開
度を、設定値として信号７によって入力し、一方、弁駆
動電動機軸に組み込まれたロータリエンコーダの展開補
正したビットパターンによって示されるその時の開度を
示す弁開度信号とが、マイクロコンピュータ又は比較器
によって比較され、所望の弁開度まで弁を作動させるが
、上記のようにビットパターンが前記した所望の弁の制
御特性に沿うように補正されているので、例えば、リニ
ア特性になるように補正されているときは、弁開度に比
例した流量（Ｃｖ値）が得られることになる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示すロータリエンコーダ
の一部断面図である。

図において、Ａは回転板で、該回転板Ａは、第２図の拡
大平面図に示すように、ビットパターンを有し、中心部
が回転軸Ｅに固定して取付けられており、各ビットに対
応する位置に、上記回転板Ａと対向して基板Ｂが静止し
て取付けられ、該基板Ｂには、各ビットに対応する位置
に発光素子ａが取付けられている。また、上記回転板Ａ
に対して基板Ｂの反対側（図で右側）には１発光素子ａ
から発光する光を受光する受光素子すを組込んだ基板Ｃ
が静止して取付けられており、これら回転板Ａと基板Ｃ
との間には、ビット検出を正確にするためにスリットを
設けたスリット板りが静止して取付けられている。そし
て、上記回転軸Ｅは軸受Ｆに支持され、これらは１箱体
Ｇに収容されており、軸Ｅは、図示しない弁体駆動電動
軸に連結されている。

第２図は、回転板Ａの拡大平面図で、図で黒の部分は透
孔を示す０図示のように、所望の制御特性に展開補正し
たビットパターンが特殊加工により形成される。そして
このものは、通常、絶対的な位置を検出するアブソリュ
ート型に形成される。

上記の特殊加工は、例えば、弁の流量特性（Ｃｖ−開度
曲線）を、多項式による近似曲線を用いて一つの方程式
で表わし、該方程式を、認意の曲線に変更する場合に、
最小二乗法°による多項式近似のプログラムを用いる。

そして最終的に、　（Ｃｖ−開度）曲線を補正した曲線
を求め、該曲線をビットに展開して、エンコーダのパタ
ーンを作成する。

第２図に示されたビットパターンモデルは、成る単純増
（若しくは単純減）する曲線を２進数に数値化して、そ
れをビットパターンに反映させたものである。このよう
に曲線をビットパターンにしているため、同一円上のパ
ターンに様々な幅（円弧の長さ）ができる、（なお、従
来のものは同一幅のパターンで形成されている。）本図
は、この曲線を、２８分の１　（＝　１／２５６）に細
分化したものであり、この場合の指数は円の数を示し、
この数が多い程、精度が高いことを示す。

第３図は、上記のロータリエンコーダ２０を、弁体１を
駆動する電動機２の軸に組込んだ弁制御装置の制御フロ
ー図であり、図中、第４図、第５図に記載した符号と同
一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする。

図において、弁１を駆動する電動機２の軸にはロータリ
エンコーダ２０が組込まれており、該ロータリエンコー
ダ２０は、所望の制御特性の一つである、例えばリニア
特性に展開補正したビットパターンを有しているので、
弁１の開度は、上記ロータリエンコーダ２０によってビ
ット変換器２１によってビット変換されて、上記ビット
パターンに形成された制御特性に見合って換算された弁
開度が、現状の状態としてマイコン２２に入力のされる
。

一方、所望の流量に比例した弁開度（流量が１／２のと
き弁開度が１７２）が、設定値として、信号７により電
圧変換器２３、Ａ／Ｄ変換器又は、ビット変換器２４、
を経てマイコン２２に入力◎される。

そして、ここで、該入力◎された設定値と上記入力のさ
れた現状値とを比較し、該入力◎に見合った弁開度にな
るように、リレー２５を経て、作動電流が矢印のように
流れて電動機２に入力され、弁１の所望の流量になる弁
開度に調整される。

この実施例によれば、ロータリエンコーダを用いたこと
により、従来技術と比較して次のような効果を奏するこ
とができる。

（＋）従来のポテンションメータを使用したものでも、
抵抗値を任意に設定できれば、所望の制御特性をもたせ
ることも可能であるが、この場合、超精密製造が要求さ
れ、コスト高になり、また基準点が不明である。これに
対し、本発明におけるビットパターンは、精度をあげる
のは、ビット数を増加する程度でよいので、容易に可能
である。

０）応答速度にしても、従来のポテンショメータはＲ／
Ｉ（抵抗／電流）変換器を用いるため低速であるが、本
発明のエンコーダは高速で作動する。

また、エンコーダはデジタル回路のため、電圧変動やノ
イズに強く、また非接触のため、寿命が長く、信頼性が
高い。

（ｉ）電動機は、マイコンを用いて補正できるので。

データテーブルによる変換、補正等ができ、操作が容易
である。

（値）従来のポジショナのカムと比較しても、該カムは
、ばねの釣合いにより機械的に制御するため、補正レン
ジ（範囲）が狭く、また応答速度も制限があり、かなり
低速である。また、該カムは、構造上、基準点がないに
等しい、これに対し、本発明のエンコーダは、機械的摺
動部分がなく、また応答速度も速い。

（マ）本発明では、エンコーダのビットパターンを特殊
加工することにより、信号１位置決め補正の補正レンジ
の制限がなくなり、且つエンコーダの利点を生かした位
置決め制御が可能になる。

また、基本的にビット信号を出力するため、コンピュー
タとの接続が低コストで可能となり、デジタル信号の利
点をそのまま活用できる。

なお、上記した実施例において、所望の制御特性として
、　Ｃｖ値と弁開度が直線的に比例関係にあるリニア特
性を採用した例について説明したが、弁開度と入力信号
を比例させた関係になるイコール％特性、又は弁開口を
初期に速やかに行わせるクイックオープン特性の場合に
ついても、ロータリエンコーダのビットパターンを上記
それぞれの特性に適合するように形成することによって
、前記実施例とほぼ同様に、所望の弁の制御特性に沿っ
て弁を作動させることができる。

また、弁駆動電動機軸にロータリエンコーダを取付ける
ようにした構造について説明したが、電動機の代りにエ
アシリンダによって弁を駆動させるようにしたものにつ
いても、応用することが可能である。この場合は、電動
機軸の回転の代りに、エアシリンダのピストンの直線往
復動をヨークを介して伝動される弁軸が対応し、電動機
への作動電流の制御の代りに、エアシリンダへの圧縮空
気量が制御される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、固有弁特性と弁
開度を所望の制御特性に展開補正したビットパターンを
もつ回転板と、発光素子を組込んだ基板と、受光素子を
組込んだ基板と、スリット板等からなるロータリエンコ
ーダを弁駆動軸に組込んだことにより、次のような効果
を奏することができる。

１）ビット数を増加することによって精度を上げること
が容易であり、また、応答速度も速い。

（蓋）エンコーダはデジタル回路のため、電圧変動やノ
イズに強く、また非接触のため、寿命が長く、信頼性が
高い。

（ｉ）エンコーダのビットパターンを特殊加工すること
により、信号・位置決め補正の補正レンジの制限がなく
なり、且つエンコーダの利点を生かした位置決め制御が
可能になる。

（′Ｗ）ビット信号を出力するため、コンピュータとの
接続が低コストで可能となり、デジタル信号の利点をそ
のまま利用できる。また、電動機はマイコンを用いて補
正できるので、データテーブルによる変換、補正等がで
き、操作が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すロータリエンコーダの
一部断面側面図、第２図はビットパターンをもつ回転板
の拡大平面図、第３図は本発明のロータリエンコーダを
組込んだ弁制御装置の制御フロー図、第４図及び第５図
は従来例を示す制御フロー図である。 ■・・・弁、　　　　　２・・・電動機、　　　　７・
・・信号、２０・・・ロータリエンコーダ、２１・・・
ビット変換器。 ２２・・・マイコン、２３・・・電圧変換器、２４・・
・Ａ／Ｄ変換器、ビット変換器、Ａ・・・回転板、　　
Ｂ、Ｃ・・・基板、Ｅ・・・回転軸、　　Ｆ・・・軸受
、 ａ・・・発光素子、　ｂ・・・受光素子。 ２５・・・リレー Ｄ・・・スリット板、 Ｇ・・・箱体、 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固有弁特性と弁開度を、所望の制御特性に展開補正
   したビットパターンをもつ回転板（Ａ）と、各ビートに
   対応する位置に配された発光素子を組込んだ基板（Ｂ）
   と、該基板（Ｂ）と対向した位置に配された受光素子を
   組込んだ基板（Ｃ）と、ビート検出を正確にするための
   スリット板（Ｄ）と、上記回転板（Ａ）の中心に配し該
   回転板を駆動する回転軸（Ｅ）と、該回転軸（Ｅ）を軸
   支する軸受（Ｆ）と、これらを内蔵する箱体（Ｇ）とか
   ら構成されるロータリエンコーダを、弁駆動電動機軸に
   組込んだことを特徴とするロータリエンコーダを備えた
   弁制御装置。 ２、ロータリエンコーダのビットパターンを、弁駆動部
   の位置決め補正を行なうように特殊加工してロータリエ
   ンコーダを構成したことを特徴とする請求項１記載のロ
   ータリエンコーダを用いた弁御制装置。