JPH0351922B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプロセス制御に用いられる空気式制御
装置に関し、例えば流体の圧力といつたようなプ
ロセス変数（制御すべき対象のことであつて、プ
ロセスの変数パラメーターのこと、圧力、温度、
流量など）を制御する空気式制御装置に関する。

（従来の技術） 従来において様々の自動的空気式制御装置とい
うものが知られており、且つ使用されている。例
えば米国特許第3572360号明細書、或いは米国特
許第3047002号明細書などがかような空気式制御
装置の一例を開示している。

かような空気式制御装置は機械的な手段によつ
て設定点の調節とゲイン（利得）の調節とが行わ
れていた。しかし、設定点の調節とゲインの調節
とが互いに他に対して影響を与え、プロセス制御
に混乱を生ぜしめるという問題があつた。それ
で、従来においては、入力すなわちプロセス変数
の調節手段と、ゲインすなわち比例バンド（比例
制御をしている場合の比例バンド）の調節手段
と、設定点の調節手段と、設定点表示手段と、入
力表示手段との間の相互干渉を減少又は取除くた
めに２つの手段が採用されていた。

第１の手段は、レバー、ばね定数、及び運動や
力が加えられる摩擦点というような手段を適用す
ることによつて前述した相互干渉を最小にしよう
としてきた。

第２の手段は、空気式増巾装置を採用するもの
であつた。この空気式増巾装置は機械的要素を作
動せしめるとともに、それに対する種々の入力要
素の間に大きな相互干渉を生じさせない。この空
気式増巾装置を採用したものは、制御室の内に設
置される制御装置として広く使用されており、し
ばしばレシーバコントローラ（Receiver
Controller）などと呼ばれている。

（発明が解決しようとする課題） 前述した第１の手段は、複雑な調節を行う必要
があり、また調節された状態を維持するのが至難
であつた。更に外部の振動に対しては敏感で、プ
ロセス制御に混乱を生ぜしめること必至であつ
た。

前述した第２の手段は偶発のプロセスの乱れに
対して空気式増巾装置を含む制御装置の静的及び
動的特性を確実に維持することがむずかしく、こ
れを維持させるためには更に高価な手段を採用し
なければならなかつた。また、制御に用いられる
空気を更に大量に消費することになつてしまつて
いた。

以上の通り、第１の手段でも、第２の手段で
も、制御装置の設計、製作が複雑となり、制御装
置が高価なものとなり、制御装置の作動を正しく
維持することが困難なものであつた。

本発明は、制御装置の設計、製作が容易であつ
て低価に提供でき且つその作動が手軽に精度が高
く維持し得る空気式制御装置を提供することを目
的とする。

また、本発明は、設定点調節手段と、入力（す
なわち、プロセス変数の入力）手段と、ゲイン調
節手段とが互いに他と関係なく独立に可動であ
り、互いに他に対して干渉しないようになつた空
気式制御装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本願第１番目の発明は、プロセス変数を制御す
る空気式制御装置であつて、ベースと、ノズル
と、該ノズルが装着されている設定点レバーであ
つて、プロセス変数の設定点及び入力の軸線のま
わりに前記ノズルを枢動させるように前記ベース
上に枢着されている、前記設定点レバーと、前記
設定点及び入力の軸線のまわりに且つ１つのフイ
ードバツク軸線のまわりに枢動するように前記ベ
ース上に枢着されていて、前記ノズルと空気的に
協働するフラツパと、前記プロセス変数に応動し
て前記設定点及び入力の軸線のまわりで前記フラ
ツパを枢動させるように前記フラツパに連結され
たプロセスレバーと、フイードバツクに応動して
前記フイードバツク軸線のまわりに前記フラツパ
を枢動させるように前記フラツパに連結されたフ
イードバツクレバーとを有することを特徴とす
る。

本願第２番目の発明は、第１番目の発明におい
て、前記ノズルはゲイン調節に応動して１つのゲ
イン軸線のまわりに枢動するように前記設定点レ
バー上に枢着されており、前記空気式制御装置の
ゲインは、前記ゲイン軸線のまわりに前記ノズル
を枢動させて前記設定点及び入力の軸線及びフイ
ードバツク軸線に対して前記ノズルの位置を変更
することによつて調節されるようになつているこ
とを特徴とする。

本願第３番目の発明は、第１番目の発明におい
て、前記設定点レバーは前記設定点及び入力の軸
線のまわりに枢動するヨークを含み、前記ノズル
は該ヨーク上に装着され、更に、前記ノズルに連
結されていて前記空気式制御装置のゲインを示し
且つ調節するためのゲイン指示及び調節装置を含
むことを特徴とする。

（発明の作用及び効果） 本願第１番目の発明によれば、ノズルが装着さ
れている設定点レバーは固定されたベース上に枢
着されており、また、前記ノズルと空気的に協働
するフラツパは固定されたベース上に枢着されて
おり、このフラツパにはプロセス変数に応動して
フラツパを枢動させるプロセスレバーが連結され
ている。

従つて、設定点を調節するために設定点レバー
が動かされても、フラツパには少しも干渉しない
ことが明らかである。何故ならば、設定点レバー
もフラツパーも固定されたベース上に枢着されて
いるのであるから、一方の動きが他に影響を与え
ることはないからである。

このように設定点レバーと、プロセスレバーと
を互いに他に対して独立に作動させることが機械
的に可能であるような構成を採用しているから、
空気式制御装置の設計、製作が容易となり且つ正
確な作動を維持するのが容易となる。このこと
は、設定点を調節すると、そのことがプロセス変
数に応動するプロセスレバーに何らかの干渉を及
ぼしてしまうような機構を有している従来の制御
装置を設計、製作、維持することと比較して考え
れば、明白に理解し得るであろう。

更に、本願第１番目の発明によれば、フラツパ
は１つの「設定点及び入力の軸線」のほかに、１
つの「フイードバツク軸線」というものを有して
おり、フラツパは、プロセスレバーによつてこの
「設定点及び入力の軸線」のまわりに枢動すると
ともにフイードバツクに応動して、この「フイー
ドバツク軸線」のまわりにも枢動するようになつ
ている。そして、この枢動はフイードバツクレバ
ーによつて行われるのである。

かくて、設定点を調節した時に動かされる設定
点レバー及びノズルは、プロセス変数に応動する
プロセスレバー及びフラツパと、フイードバツク
に応動するフイードバツクレバーとに対して、何
ら干渉せず、これらは独立に可動である。従つ
て、設定点を調節することによつて、プロセス変
数（入力）に影響が与えられることはなく、プロ
セス制御を混乱させる惧れはない。

本願第２番目及び第３番目の発明によれば、ゲ
イン調節を行い得るようになつているが、設定点
の調節と、このゲイン調節とは互いに他に対して
干渉することなく行い得るようになつている。

（実施例） 本発明の好適な実施例が添付図面を参照して述
べられる。

第１図は参照すると、本発明の好適実施例は空
気式制御装置１０で示されている。可能な適用例
を示すため、空気式制御装置１０は制御弁１２の
作動部材上にヨークによつて装架されている。空
気式制御装置１０は耐振設計がなされているので
このように装架することが特に適切である。しか
し、空気式制御装置はパイプ台上、壁上、又はパ
ネル上に装架することも出来る。

図示のように適用される時、空気式制御装置１
０は、制御弁１２が配置されている管路（図示な
し）内のプロセスの圧力を制御する。計器１４は
空気式制御装置１０への供給管１０８（第２図）
内の圧力を示し、計器１８は空気式制御装置から
の出力管２０（第２図）内の圧力を示す。プロセ
スの圧力と設定点との表示装置２２は、作業者に
よつて調節された設定点と、プロセスの圧力とを
表示する。計器１４，１８と表示装置２２とは、
その他すべての空気式制御装置１０の部材と共に
ベースを構成するハウジング２４内に収容され
る。最も好ましいものとして、ハウジング２４は
化学工場及び海上油井に見られるような腐蝕環境
に耐えるのに適するプラスチツクで成る。空気式
制御装置１０は正しいプロセス監視と制御とが必
要などんな動力、化学製油、カス産業についても
適用され得る。

あとで詳しく述べるように、空気式制御装置１
０はプロセスの圧力を、作業者が調節した設定点
と比較することにより、空気信号を制御要素（例
えば、制御弁）に送出するよう働らく。この事は
プロセスの圧力が設定点に向けてそれに一致する
ように変わるようにされる。空気式制御装置１０
は比例制御だけ、比例制御と積分制御、比例制御
−積分制御−微分制御、又は差分間隔制御用に変
更することが出来る。

比例制御−積分制御への変更されたものが第２
図に示されている。第２図と、第４図から第６図
までとを参照すると、空気式制御装置１０はブル
ドン管（第４図）などの入力要素２６を有し、こ
の入力要素２６はリンク２８により針３０などの
プロセス表示器に結合される。針３０はハウジン
グ２４などのベースに取付けられた軸３２上に装
架される。この装架により針３０は軸３２のまわ
りでリンク２８の駆動作用に応じて回動される。

針３０は目盛り３４と協働してプロセスの圧力
を示す。また針３６などの設定点表示及び調節装
置が目盛３４と協働して設定点を示す。針３６は
針３０と同様軸３２上に装架される。手動調節に
より針３６の位置が決められる。手動調節により
設定点、即ち制御されるプロセスの所望圧力が決
められる。

針３６は設定点リンク４０によりノズル３８に
結合される（ノズルは第４図ではカバー４２によ
りかくれている）。設定点リンク４４は針３６と
設定点レバー４６とに結合される。設定点レバー
４６は１つの設定点及び入力の軸線４８のまわり
で枢動するようにハウジング２４に２個の離隔さ
れた枢動点４９，５１で枢動可能に装架されたヨ
ーク４７を有する。針３６を手動調節するとノズ
ル３８を設定点リンク４０の作用で回動する。

針３０とリンク２８とはプロセスレバー５２に
よりフラツパ５０に結合される（プロセスレバー
５２もまた第４図ではかくれている）。プロセス
ビーム５４は針３０とリンク２８とに、且つフラ
ツパ５０の第１腕５６に結合される。フラツパ５
０は設定点及び入力の軸線４８のまわりで、ま
た、軸線４８に沿う枢動点５８（第３図）のまわ
りで枢動するようハウジング２４に装架される。
あとで述べるように、針３０とフラツパ５０とは
リンク２８とプロセスレバー５２とを経て入力要
素２６により駆動される。

ノズル３８とフラツパ５０とは通常のように空
気的に協働する。ノズル３８はフラツパに対向す
る開口５３を持ち、この開口５３はリレー６２に
より、出力管２０に結合された空気管６０の出口
となつている。ノズル３８がフラツパ５０に接近
すると、ノズル３８を通る流れを制御し、空気管
６０内にフラツパ５０が無い時のノズル３８内の
ものより大きい圧力を確立する。ノズル３８とフ
ラツパ５０との接近を変えると空気管６０内の背
圧、即ちノズル圧力に変化を生じる。フラツパ５
０に向けてノズル３８を動かし、ノズル３８に向
けてフラツパ５０を動かすと、空気管６０内の圧
力を増加する。ノズル３８とフラツパ５０とを互
に遠ざけると空気管６０内の圧力減少を生じる。
この圧力変化がプロセス制御の基本である。

空気式制御装置１０の感度、すなわちゲイン、
すなわち比例バンドを調節するため、ノズル３８
は設定点レバー４６上に回動可能に装架され、比
例バンド調節装置６４などのゲイン表示及び調節
装置が設けられる。ゲイン軸線６６のまわりでの
調節装置６４の回転はゲイン軸線６６のまわりで
ノズル３８を回動させる。ゲイン軸線６６は設定
点及び入力の軸線４８に対して直角である。

第３図によく示すように、フラツパ５０は半円
形で、２個の象限（４分円部分）６８，７０を有
する平らなノズル協働面６９を有する。フラツパ
５０は面６９が軸線４８と平行する位置と交差す
る位置との間で枢動可能である。象限６８は逆作
用象限であり、象限７０は正作用象限である。ゲ
インはノズル３８が軸線４８に平行な位置から何
れかの象限内にノズル３８が運動する角度で決め
られる。前述のように、正作用象限７０内へのノ
ズル３８の位置決めはプロセスの圧力の増加を来
たすと、空気式制御装置からの出力圧力に増加を
もたらす。逆作用象限６８内へのノズル３８の位
置決めはプロセスの圧力の増加を来たすと、空気
式制御装置からの出力圧力に減少をもたらす。

第１腕５６の他に、フラツパ５０は第２腕即ち
フイードバツクレバー７２を持つている。フイー
ドバツクレバー７２は象限６８，７０からフイー
ドバツク装置７４まで延びる。空気式制御装置１
０の出力からのフイードバツクはフイードバツク
装置７４によりフイードバツクレバー７２に加え
られ、そしてフラツパ５０に加えられる。フイー
ドバツクはフラツパ５０をフイードバツク軸線７
６を経て枢動させ、この軸線７６は回動点５８と
交差し、且つ設定点及び入力の軸線４８と直角で
ある。

フイードバツク装置７４は比例ベロー７８と積
分ベロー８０とを有する。また、図示のように空
気式制御装置１０は比例制御−積分制御用に変更
されている。ベロー７８，８０は夫々フイードバ
ツク管８６，８４によりリセツト弁８２を経てリ
レー６２に結合される。積分ベロー８０もまたリ
リーフ管９０によりリリーフ弁８８を経てリセツ
ト弁８２に結合される。比例制御のみを行うため
には管８４，９０、弁８２，８８を取り除いて、
積分ベロー８０を排気することが出来る。他の型
の制御に対し、同様の変更をすることができる。

回動点５８のまわりのフラツパ５０の回動は第
６図、第７図、第８図に示すよう撓み回動組立体
９２により得られる。組立体９２はハウジング２
４に装架されたリテイナ９４を有する。ボールベ
アリング９６は回動点５８の所でリテイナ９４と
撓み副組立体９８との間において中心に装架され
る。副組立体９８の切頭円錐形撓み部材１００は
周辺向に延び且半径方向に相互結合されたビザン
チン風の撓み要素１０２の環状装置を有する。撓
み要素１０２は部材１００の外側リム１０４をフ
ラツパ５０の支持体１０６に結合する。外側リム
１０４はリテイナ９４に結合され、フラツパ５０
の支持体１０６はボールベアリング９６に向けて
装架される。フラツパ５０の回動点５８のまわり
の運動の自由度は、要素１０２とベアリング９６
とで得られる。

上記のように構成される時、空気式制御装置１
０は次のように作動する。設定点とゲインとの手
動調節は設定点を示す針３６と比例バンド調節装
置（ゲイン表示及び調節装置）６４との調節でな
される。プロセスからの入力（プロセス変数）は
入力要素２６により空気式制御装置１０に加えら
れ、供給圧力は空気式制御装置１０に、供給管１
０８を経てリレー６２内に得られる。設定点を示
す針３６と比例バンド調節装置６４とを手動調節
すればノズル３８の始めの位置が決まる。象限７
０内にノズル３８を置くことにより空気式制御装
置１０は正作用制御装置となる。それゆえプロセ
スの圧力が増加する時、針３０、プロセスレバー
５２、フラツパ５０は第２図で見て右方に動く。
フラツパ５０はノズル３８に向けて動き、ノズル
３８を通る流れを抑制し、空気管６０内の圧力を
増加する。かくて、出力管２０内の空気式制御装
置１０の出力圧力は増加する。この増加は管８
６，８４，９０によりベロー７８，８０に供給さ
れる。比例ベロー７８は膨張することにより増加
圧力に応動し、フラツパ５０をノズル３８から遠
ざけるよう動かす。積分ベロー８０は膨張するこ
とにより応動し、フラツパ５０をノズル３８に向
けて動かす。これらの作用はプロセスの圧力の変
化から生じるフラツパ５０の運動に反抗する。同
時にこの作用は空気式制御装置１０の出力圧力を
変化させる。更に別個のプロセスの圧力変動が無
ければ、プロセスの圧力は設定点の圧力とほぼ等
しくなる。

象限６８内にノズル３８が置かれると、空気式
制御装置１０は逆作用制御装置となる。プロセス
の圧力が増加すると空気管６０内の圧力に減少を
きたし、空気式制御装置１０の各部材はそれに応
動する。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御弁に装架された本発明の好適実施
例の図面、第２図は本発明の好適実施例の分解
図、第３図は第２図の分解図の詳細、第４図は好
適実施例のそのカバーを破断した側面図、第５図
は第４図の線５−５における断面図、第６図は第
４図の線６−６における断面図、第７図は好適実
施例の撓み回動組立体の平面図、第８図は第７図
の線８−８における撓み回動組立体の断面図であ
る。 １０……空気式制御装置、１２……制御弁、１
４，１８……計器、２０……出力管、２２……表
示装置、２４……ハウジング、２６……入力要
素、２８……リンク、３０……針、３２……軸、
３４……目盛、３６……針、３８……ノズル、４
０……リンク、４２……カバー、４４……リン
ク、４６……設定点レバー、４７……ヨーク、４
８……設定点及び入力の軸線、４９……枢動点、
５０……フラツパ、５１……枢動点、５２……プ
ロセスレバー、５３……開口、５４……ビーム、
５６……レバー、５８……回動点、６０……空気
管、６２……リレー、６４……比例バンド調節装
置、６６……軸線、６８……象限、６９……面、
７０……象限、７２……レバー、７４……フイー
ドバツク装置、７６……フイードバツク軸線、７
８，８０……ベロー、８２……リセツト弁、８
４，８６……管、８８……リリーフ弁、９０……
管、９２……撓み回動組立体、９２……リテイ
ナ、９６……ベアリング、９８……撓み副組立
体、１００……部材、１０２……要素、１０４…
…リム、１０６……支持体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プロセス変数を制御する空気式制御装置であ
   つて、 ベース２４と、 ノズル３８と、 該ノズル３８が装着されている設定点レバー４
   ６であつて、プロセス変数の設定点を調整するこ
   とに応動して１つの設定点及び入力の軸線４８の
   まわりに前記ノズル３８を枢動させるように前記
   ベース２４上に枢着されている、前記設定点レバ
   ー４６と、 前記設定点及び入力の軸線４８のまわりに且つ
   １つのフイードバツク軸線７６のまわりに枢動す
   るように前記ベース２４上に枢着されていて、前
   記ノズル３８と空気的に協働するフラツパ５０
   と、 前記プロセス変数に応動して前記設定点及び入
   力の軸線４８のまわりで前記フラツパ５０を枢動
   させるように前記フラツパ５０に連結されたプロ
   セスレバー５２と、 フイードバツクに応動して前記フイードバツク
   軸線７６のまわりに前記フラツパ５０を枢動させ
   るように前記フラツパ５０に連結されたフイード
   バツクレバー７２と、 を有する空気式制御装置。 ２ 前記設定点レバー及び前記ノズルは前記プロ
   セスレバー、前記フイードバツクレバー、及びフ
   ラツパに対して独立して可動である特許請求の範
   囲第１項記載の空気式制御装置。 ３ 前記設定点レバー及び前記ノズルは、前記プ
   ロセスレバー、前記フイードバツクレバー、及び
   前記フラツパに対して、前記フラツパ上に前記ノ
   ズルからの流体の空気圧が作用することのみによ
   つて、作動的に連結されている特許請求の範囲第
   １項記載の空気式制御装置。 ４ 前記設定点レバー及び前記ノズルは前記プロ
   セスレバー、前記フイードバツクレバー、及び前
   記フラツパに対して独立して可動であり、前記設
   定点レバー及び前記ノズルは、前記プロセスレバ
   ー、前記フイードバツクレバー、及び前記フラツ
   パに対して、前記フラツパ上に前記ノズルからの
   流体の空気圧が作用することのみによつて、作動
   的に連結されており、前記設定点レバー及び前記
   ノズルの枢動は、前記プロセスレバー、前記フイ
   ードバツクレバー、及び前記フラツパに影響を与
   えず、前記フラツパの枢動は前記プロセスレバー
   を介して前記フラツパに適用されるプロセス変数
   の変化、及び前記フイードバツクレバーを介して
   前記フラツパに適用されるフイードバツクによつ
   てのみ生じるようになつている特許請求の範囲第
   １項記載の空気式制御装置。 ５ 前記設定点及び入力の軸線及び前記フイード
   バツク軸線は１点において交叉しており、前記フ
   ラツパは前記設定点及び入力の軸線及びフイード
   バツク軸線に対して前記１点のまわりに枢動する
   ように枢着されている特許請求の範囲第４項記載
   の空気式制御装置。 ６ プロセス変数を制御する空気式制御装置であ
   つて、ベースと、ノズルと、該ノズルが装着され
   ている設定点レバーであつて、プロセス変数の設
   定点及び入力の軸線のまわりに前記ノズルを枢動
   させるように前記ベース上に枢着されている、前
   記設定点レバーと、前記設定点及び入力の軸線の
   まわりに且つ１つのフイードバツク軸線のまわり
   に枢動するように前記ベース上に枢着されてい
   て、前記ノズルと空気的に協働するフラツパと、
   前記プロセス変数に応動して前記設定点及び入力
   の軸線のまわりで前記フラツパを枢動させるよう
   に前記フラツパに連結されたプロセスレバーと、
   フイードバツクに応動して前記フイードバツク軸
   線のまわりに前記フラツパを枢動させるように前
   記フラツパに連結されたフイードバツクレバーと
   を有し、 前記ノズルはゲイン調節に応動して１つのゲイ
   ン軸線のまわりに回動するように前記設定点レバ
   ー上に枢着されており、前記空気式制御装置のゲ
   インは、前記ゲイン軸線のまわりに前記ノズルを
   枢動させて前記設定点及び入力の軸線及びフイー
   ドバツク軸線に対して前記ノズルの位置を変更す
   ることによつて調節されるようになつている、空
   気式制御装置。 ７ 前記設定点及び入力の軸線、前記フイードバ
   ツク軸線、及び前記ゲイン軸線はすべて１点にお
   いて交叉しており、その１点のまわりに前記フラ
   ツパが枢動可能である特許請求の範囲第６項記載
   の空気式制御装置。 ８ 前記設定点及び入力の軸線及び前記フイード
   バツク軸線は互いに他に対して実質的に直角であ
   る特許請求の範囲第７項記載の空気式制御装置。 ９ プロセス変数を制御する空気式制御装置であ
   つて、ベースと、ノズルと、該ノズルが装着され
   ている設定点レバーであつて、プロセス変数の設
   定点及び入力の軸線のまわりに前記ノズルを枢動
   させるように前記ベース上に枢着されている、前
   記設定点レバーと、前記設定点及び入力の軸線の
   まわりに且つ１つのフイードバツク軸線のまわり
   に枢動するように前記ベース上に枢着されてい
   て、前記ノズルと空気的に協働するフラツパと、
   前記プロセス変数に応動して前記設定点及び入力
   の軸線のまわりで前記フラツパを枢動させるよう
   に前記フラツパに連結されたプロセスレバーと、
   フイードバツクに応動して前記フイードバツク軸
   線のまわりに前記フラツパを枢動させるように前
   記フラツパに連結されたフイードバツクレバーと
   を有し、 前記設定点レバーは前記設定点及び入力の軸線
   のまわりに枢動するヨークを含み、前記ノズルは
   該ヨーク上に装着され、更に、前記ノズルに連結
   されていて前記空気式制御装置のゲインを示し且
   つ調節するためのゲイン指示及び調節装置を含む
   空気式制御装置。 １０ 前記ヨークに連結されていてプロセス変数
   の設定点を示し且つ調節するための設定点指示及
   び調節装置を含み、前記設定点は、前記設定点指
   示及び調節装置を手動で調節して前記設定点及び
   入力の軸線のまわりに前記ヨークを枢動させて前
   記フラツパからの前記ノズルの間隔を変化させる
   ことによつて、変化させられるようになつている
   特許請求の範囲第９項記載の空気式制御装置。 １１ 前記プロセス変数を示すために前記プロセ
   スレバーに連結されているプロセス指示装置を含
   む特許請求の範囲第１０項記載の空気式制御装
   置。