JPH04205202A - フィールド装置 - 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、プラントやその他のシステムに使用され、調
節弁等のアクチュエータを動作させたりするフィールド
装置に関する。

［従来の技術］ フィールド装置には、コントローラから２本の線路で構
成される伝送路を介して制御信号が入力される２線式受
信器、例えば電空変換器、電空ポジショナがあり、それ
らの計器では、動作エネルギを受信信号から得ているた
め、受信信号すなわち入力信号がな（なった場合には機
械的に）ニールセーフとなるような構造をとる必要があ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、機械的なフェールセーフの方向変更等を
行う場合には、機械的構造それ自体も変更しなければな
らず、その作業は煩雑で手間がかかる。また、受信器自
身が動作エネルギを持たないため、異常が生じてもその
動作を制御できないという問題点があった。

従って、本発明の目的は、受信部への入力信号がなくな
った場合、機械的な手段によることなくフェールセーフ
動作を行うことができるフィールド装置を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、コントローラから発信される設定値を受信し
、該設定値に対応した所定の動作を行う受信部と、電源
に接続して前記受信部の動作状態を発信する発信部とを
備え、前記受信部に入力すベき設定値が入力されなかっ
た場合には、前記受信部を前記発信部からの供給電力に
よってフェールセーフとなるように動作させることを特
徴とする。

［作用］ 本発明では、発信部から受信部に電源が供給されている
ので、受信部への入力信号がなくなる等の異常が生じた
場合には、受信部は発信部から最低動作エネルギを得て
、調節弁等のアクチュエータに予め設定されたフェール
セーフ動作を行わせることができる。

［実施例］ 第１図は、本発明によるフィールド装置の構成を示す。

フィールド装置１は、コントローラ２からの制御信号に
応じてアクチュエータの制御（例えば調節弁３の弁位置
制御）を行うものであり、コントローラ２から発信され
る設定値を受信し、その設定値に対応した所定の動作を
行う受信部４と、受信部４の動作状態を発信する発信部
５とを具備す受信部４には、コントローラ２から２本の
線路５．６で構成される２線式伝送路を介して電流信号
■が入力される。一方、発信部５には、抵抗Ｒと電圧源
Ｖｐが線路８によって接続され、線路８には電流ｉが流
れる。

更に、線路６と８はダイオードＤを介して接続されると
共に、線路７と８も線路９によって接続され、線路８の
線路６及び７との接続点の間にはツェナーダイオードＺ
Ｄが接続されている。

上記フィールド装置の動作は次の通りである。

第１図において、コントローラ２と受信部４の間の線路
６．７間の電圧をＶｔ、ツェナーダイオードＺＤによる
電圧降下をＶｚとすると、Ｖｔ＞Ｖｚであれば、電流■
が正常に流れている。このとき、ｉは線路８と発信部５
を通じてループ電流として流れている。

ここで、線路６，７が断線したり、入力電流■がＯとな
った場合には、受信部４の入力が線路９を通じて発信部
５の電流ループの一部に入る。

電流工がなくならて、受信部４で電圧Ｖｔが発生できな
くなると、ループ電流ｉはツェナーダイオードＺＤと受
信部４とに分流する。この分流により、受信部４は異常
を検知し、フェールセーフとして、例えば調節弁３を全
開し又は全閉する等の動作を行う。

第２図は、第１図のフィールド装置の一例としてポジシ
ョナを示す。

ポジショナ１０は、コントローラ２から線路６及び７を
介して制御信号が入力される入力信号検出部１１と、調
節弁３の弁リフトを検出する弁リフト検出部１２と、入
力信号検出部１１及び弁リフト検出部１２からの検出信
号に基づいて所定の演算処理を行い、調節弁３の駆動部
を制御するＰＷＭ信号（弁リフトを与えるパルス幅信号
）を出力する演算処理部１３と、この演算処理部１３か
ら出力されたＰＷＭを空気圧信号に変換して調節弁３の
駆動部に供給する電空変換部１４と、演算処理部１３か
ら出力される信号に従って所定の通信を行なう通信処理
部１５とを具備する。

なお、入力信号検出部１１及び弁リフト検出部１２から
はアナログ信号が出力されるので、これをデジタル信号
に変換して演算処理部１３に入力するＡ／Ｄ変換器１８
が設けられている。

上記の構成において、コントローラ２と入力信号検出部
１１との間ではＩ＝４〜２０ｍ　Ａの直流信号が送受信
されると共に、同じ線路６．７を介してコントローラ２
からポジショナ１０を作動させるための電力が供給され
る。入力信号検出部１１としては、本出願人の特許出願
に係る受信装置（特開昭６０−２５７６２９号）が用い
られる。

この受信装置は、２線式伝送路に対して第１の可変イン
ピーダンス素子及び受信用のインピーダンス素子を直列
に挿入し、前記伝送路の線間電圧■、を一定化（例えば
１０ボルトに）する方向に第１の可変インピーダンス素
子のインピーダンスを制御する一方、第２の可変インピ
ーダンス素子とインピーダンス素子との直列回路を並列
接続し、そのインピーダンス素子を流れる電流■。を一
定住（例えば４ｍＡに）する方向に第２の可変インビー
ダンス素子のインピーダンスを制御するように構成し、
第２の可変インピーダンス素子と並列に負荷回路を接続
したものである。この構成によれば、線路電流工、か４
〜２０ｍＡの場合、第１の可変インピーダンス素子と受
信用インピーダンス素子の直列回路を流れる電流Ｉ、を
Ｏ＝１６ｍＡの信号成分のみとし、この電流■８により
示される信号の受信に影響を与えることなく、負荷回路
に対し最大４ｍＡの電源電流を安定して供給することが
できる。

かくして、コントローラ２から電源電流と共に供給され
た信号は、負荷回路により、例えば１〜３■の電圧信号
として入力信号検出部１１から出力され、Ａ／Ｄ変換器
１８によりデジタル信号に変換されて演算処理部１３に
供給される。

一方、弁リフト検出部】２は、調節弁３のステム変位を
１〜３■の電気信号に変換する公知の検出回路から成り
、その検出信号も上記のＡ／Ｄ変換器１８によりデジタ
ル信号に変換されて演算処理部１３に入力される。

演算処理部１３は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）で構
成される。これは、Ａ／Ｄ変換器１８を介して供給され
るデジタル信号、すなわち入力信号検出部１１からの目
標値信号と弁リフト検出部１２からの弁リフト信号との
偏差をとり、それに応した弁リフト制御信号（ＰＷＭ）
を生成する従来のポジショナとしての演算動作を行うと
共に、通信処理部１５による通信動作を制御するように
プログラムされる。そのため、演算処理部１３は通信処
理部１５に対する信号として、上言己のＰ　ＷＭ信号と
、デジタル通信用のパルス信号Ｔｘと、内部スイッチの
状態を切り換えるための切換信号Ｓｘとを出力する。通
信処理部１５からは、デジタル通信による受信信号Ｒｘ
が演算処理部１３に人力される。

電空変換部１４は、演算処理部１３からデジタル信号と
して出力される弁リフト制御信号を空気圧信号に変換す
る公知の変換回路で構成される。

通信処理部１５は、第３図に示すように、一対の通信端
子１６．１７を有し、その間に後述の通信装置を接続す
ることにより、必要な通信動作を行う。

通信処理部１５は、上記の演算処理部１３から送られる
ＰＷＭ信号とパルス信号Ｔｘのどちらかを入力するスイ
ッチＳ、と、その入力信号に応じてオン又はオフ状態と
なるスイッチＳ２と、演算処理部１３からの切換信号Ｓ
ｘによってオン又はオフ状態に切り換えられるスイッチ
Ｓ３とを有する。切換信号Ｓｘは、スイッチＳｌをパル
ス信号Ｔｘの入力側に設定するときスイッチＳ３をオフ
とし、スイッチＳ１をＰＷＭ信号の入力側に設定すると
きスイッチＳ３をオンとする。

通信処理部１５は、第３図に示す回路で構成され、この
回路は、発信回路部、受信回路部及び電源回路部に分け
られる。

発信回路部は、上記のスイッチＳ２とＳ３を抵抗ｒ２を
介して直列接続すると共にスイッチＳ１に平滑コンデン
サＣ１を接続し、これらと並列に抵抗ｒ、及びｒ３を接
続し、両抵抗ｒ　ｌ　＋　ｒ　３の接続点と抵抗ｒ２＋
スイッチＳ３の接続点とを接続して形成した入力回路と
、＋側（非反転）入力端子を抵抗ｒ、とｒ３の間に接続
すると共に一側（反転）入力端子を基準電位（アース）
とした演算増幅器（オペアンプ）ＡＩと、その出力端子
にペースを接続したトランジスタＱ１と、そのエミッタ
端子（基準電位）に接続した抵抗ｒ４とを含んでいる。

受信回路部は、上記のトランジスタＱ１及び抵抗ｒ、に
加えて、トランジスタＱ１のコレクタに結合コンデンサ
Ｃ２を介して一例入力端子を接続したオペアンプＡ２と
、同じ入力端子に接続したダイオードＤ及び抵抗ｒ５と
、オペアンプＡ２の＋側入力端子に接続した抵抗ｒ６及
びｒフとを含み、オペアンプＡ２の出力を受信信号Ｒｘ
として演算処理部１３に供給するように接続されている
。

更に、電源回路部は、上記２つのオペアンプＡ１及びＡ
２に供給する電源電圧Ｖｐ　　（例えば５ボルト）を作
る第１の電源安定化回路ＶＲ，と、各オペアンプＡＩ、
Ａ２の＋側入力端子に接続した分圧抵抗ｒ１及びｒ３．
ｒｅ及びｒ７に印加する定電圧Ｖｒ　　（例えば２５ポ
ルト）を作る第２の電源安定化回路ＶＲ２とから成る。

かくして、通信処理部１５は、トランジスタＱ１のコレ
クク端子と、そのエミッタに接続した抵抗ｒ４の一端と
をそれぞれ通信端子１６．１７に接続し、両端子間に通
信装置２０が接続される。

通信装置２０は、通信処理部１５との間でデジタル通信
を行なう５ＦＣ（スマート・フィールド・コミュニケー
タ）と称する通信インタフェースであり、第４区に示す
ように構成される。

すなわち、通信装置２０は、ＣＰＵ２１と、これに接続
したキーボード２２、デイスプレィ２３及び送受信回路
２４と、この送受信回路２４からの切換信号によってオ
ン・オフするスイッチ２５と、このスイッチ２５と直列
接続された電流源２６と、送受信回路２４と電流源２６
の間に接続されたフィルタ２７とで構成され、使用時に
は、電流ｇ２６側の端子２８とスイッチ２５０Ｉｌ＋の
端子２９か上記伝速線路８にそれぞれ接続される。

次に、第２図の実施例の動作を説明する。

まず、通信端子１６．１７が開放状態のとき、すなわち
これらの通信端子に線路８及び通信装置２０を接続しな
いとき、通信処理部１５は動作せず、電力も消費しない
。この場合、ポジショナ１０に対しては、コントローラ
２から４〜２０ｍ　Ａの２線式伝送線路６及び７によっ
て０−１６ｍＡの信号と共に最大４ｍＡの電源電流が供
給される。これにより、ポジショナ１０は従来と同様の
ボジショニング機能を果すことができる。

これに対し、通信端子１６．１７に線路８を接続してラ
イン抵抗Ｒ及び電源Ｖｐを付加すると共に通信装置２０
を接続することにより、通信処理部１５に電力が供給さ
れ、次のような通信動作を行なうことができる。

まず、演算処理部１３からの切換信号Ｓｘにより、スイ
ッチＳｌがＰＷＭ信号の入力側に設定された時、スイッ
チＳ３はオン状態となり、スイッチＳ２は、演算処理部
１３から出力されたＰＷＭ信号に応じてオン又はオフ状
態となる。その結果オペアンプＡ、の出力が変化し、ト
ランジスタＱ１の状態が変化して通信端子１６．１７間
に電圧変化を生じさせる。このとき、通信装置２０の送
受信回路２４はスイッチ２５をオフ状態とする。従って
、上記の電圧変化は、線路６，７に接続した通信装置２
０の端子２８．２９間の電圧変化として現われ、これを
通信装置２０のＣＰＵ２１が送受信回路２４を介して検
出する。これにより、通信処理部１５から通信装置２０
への通信が行なわれる。

次に、演算処理部１５からの切換信号Ｓｘにより、スイ
ッチＳ１がパルス信号Ｔｘの入力側に設定された時、ス
イッチＳ３はオフ状態で、スイッチＳ２は、演算処理部
１３がら出力されたパルス信号に応じてオン又はオフ状
態となる。これにより、オペアンプＡ、の出力が変化し
、トランジスタＱ１の状態が変化して通信端子１６．１
７間に電圧変化を生じさせる。この電圧変化は、線路８
を介して通信装置２０の端子２８．２９間にデジタル信
号として印加され、これを通信装置２ｏのＣＰＵ２１が
送受信回路２４を介して検出する。

これにより、通信処理部１５かも通信装置２０へのデジ
タル通信が行なわれる。

一方、通信装置２０のＣＰＵ２　ｉが送受信回路２４を
介してスイッチ２５をオン／オフさせることにより、端
子２８．２９間の電流源２６による電流をパルス状に変
化させると、通信処理部１５の端子１６．１７間の電圧
変化が生じ、コンデンサＣ２で直流分が除去されてオペ
アンプＡ２の一側入力端子に加えられる。これに応じて
、オペアンプＡ２の出力が変化し、受信信号Ｒｘとして
演算処理部１３に入力される。かくして、ポジショナ１
の受信動作が行なわれる。

上記のように、実施例のポジショナ１ｏは、通信装置２
０の使用により双方向通信を行うことができ、通信時の
デジタル信号はアナログ信号に重畳されて送られる。ま
た、通信をしないときは、通信処理部１５での電力消費
がないため、従来と同様にポジショナとしての機能を果
すことができる。

［発明の効果］ 本発明のフィールド装置は、上記のように構成されるの
で、受信部への入力信号がな（なる等の異常が生じた場
合には、受信部は発信部から最低動作エネルギを得て、
調節弁等のアクチュエータにフェールセーフ動作を行わ
せることができる。

これにより、アクチュエータのフェールセーフ機能を簡
単かつ任意に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフィールド装置の構成を示すブロック
図、 第２図は実施例のポジショナの構成を示すブロック図、 第３図は第２図の通信処理部の構成を示すブロック図、 第４図は第２図のポジショナに使用される通信装置の構
成を示すブロック図である。 １・・フィールド装置、２・　・コントローラ、３　　
・調節弁、　　　　　４・・　受信部、５・・　発信部
、　　６，７．８．９・・・線路。 第１図 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コントローラから発信される設定値信号を受信し
   、その設定値に対応した所定の動作を行う受信部と、電
   源に接続して前記受信部の動作状態を発信する発信部と
   を備え、前記受信部に入力すべき設定値信号が入力され
   なかった場合には、前記受信部を前記発信部からの供給
   電力によってフェールセーフとなるように動作させるこ
   とを特徴とするフィールド装置。