相关申请的交叉参照
本申请要求日本专利申请2018-225187号(2018年11月30日提交)的优先权,将该申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
本发明涉及一种现场设备。
背景技术:
在工厂等中使用的现场设备等有时根据设置的位置而在严酷的环境下使用。例如,现场设备有时在极低温的环境下使用。在这种极低温的环境下使用时,现场设备受到环境的影响,有时动作不稳定。
相对于此,以往公知一种现场设备,构成为即使在极低温的环境下使用时电子元件也正常动作。例如在专利文献1中公开了一种带温度控制功能的现场设备,利用传感器来检测现场设备的内部温度,并且利用控制器来调整向现场设备供给的热量,由此控制内部温度。
现有技术文献
专利文献1:日本公开公报特表2012-506089号
但是,专利文献1公开的现场设备的结构复杂而难以小型化和低成本化。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种现场设备,即使在极低温的使用环境下也能够稳定地动作,并且能够实现小型化和低成本化。
多种实施方式的现场设备包括:电子电路,与传感器和执行器中的至少任意一方连接;双金属片式温度开关,以与电子电路串联的方式与电源连接,通过升温到第一温度而导通;发热元件,以与电子电路和温度开关并联的方式与电源连接;以及壳体,收容电子电路、温度开关和发热元件。由此,供给电源时,发热元件发热。并且,当升温到第一温度时,第一温度开关导通,向主单元供给电力,主单元开始动作。因此,主单元能够在升温到第一温度的状态下开始动作。
在一种实施方式中,可以是温度开关以能够传热的方式与构成电子电路的电路基板连结。由此,当电子电路升温到第一温度或接近第一温度的温度时,向电子电路供给电力。
在一种实施方式中,可以是温度开关通过树脂灌注粘接在电路基板上。由此,当电子电路升温到第一温度或接近第一温度的温度时,向电子电路供给电力。
在一种实施方式中,可以是现场设备还包括双金属片式其他温度开关,该双金属片式其他温度开关以与发热元件串联且与电子电路和温度开关并联的方式与电源连接,通过升温到比第一温度高的第二温度来切断导通。由此,在升温到第二温度的情况下,由于发热元件的发热停止,所以能够防止温度过度上升,并且能够抑制不必要的电力消耗。
在一种实施方式中,可以是现场设备还包括其他发热元件,该其他发热元件能够与发热元件切换,并且发热温度梯度与发热元件不同。由此,能够与环境温度配合来调整温度上升的程度。
按照本发明,能够提供一种现场设备,即使在极低温的使用环境下也能够稳定地动作,并且能够实现小型化和低成本化。
附图说明
图1是表示比较例的现场设备的简要构成的功能框图。
图2是表示第一实施方式的现场设备的简要构成的功能框图。
图3是说明图2的现场设备的动作的图。
图4是表示第二实施方式的现场设备的简要构成的功能框图。
图5是说明图4的现场设备的动作的图。
图6是表示第三实施方式的现场设备的简要构成的功能框图。
附图标记说明
1、2、3、10现场设备
100电源
200主单元(电子电路)
201cpu
202输入电路
203转换器
204程序存储器
205易失性存储器
206非易失性存储器
207显示器
208输出电路
300外壳(壳体)
400第一温度开关
401第二温度开关
500发热元件
600传感器
700切换开关
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的一种实施方式进行说明。
首先,对比较例的现场设备进行说明。图1是表示比较例的现场设备的简要构成的功能框图。比较例的现场设备10包括主单元(电子电路)200和收容主单元200的外壳(壳体)300。
现场设备10与电源100连接。从电源100向主单元200供给电力。
现场设备10与传感器600连接。传感器600测量各种物理量,并且将测量结果作为测量信号向主单元200发送。传感器600可以构成为能够测量所希望的物理量的任意传感器。传感器600例如可以包括压力计、流量计或温度传感器等,但是并不限定于在此所示的例子,可以包括其他多种传感器。此外,现场设备10可以与执行器(未图示)连接。例如,现场设备10与包括执行器的阀连接,能够向阀发送与阀的开度相关的电信号或空气信号,将阀控制为规定的开度。此外,现场设备10可以与传感器和执行器中的至少任意一个连接。传感器和执行器可以设置在现场设备10的内部或外部。以下,在本说明书中,以现场设备10仅与传感器600连接来进行说明。
外壳300保护收容在内部的主单元200。外壳300例如可以是树脂制或金属制。但是,外壳300也可以由树脂和金属以外的其他材料构成。
主单元200接收从传感器600发送的测量信号,基于接收的测量信号来执行各种运算,并且将运算结果向其他设备输出或显示运算结果。主单元200包括:cpu(centralprocessingunit中央处理单元)201、输入电路202、模数(a/d)转换器203、程序存储器204、易失性存储器205、非易失性存储器206、显示器207和输出电路208。
以主单元200的各功能模块为代表,cpu201控制并管理主单元200的整体。例如,cpu201通过执行规定了控制步骤的程序来执行各种处理。这种程序存储于例如程序存储器204或与主单元200连接的外部的存储介质等。
cpu201基于从传感器600接收的测量信号来执行各种运算。cpu201将与运算结果相关的信号经由后述的输出电路208向外部的驱动装置或控制器发送。外部的驱动装置或控制器是设置在工厂的驱动装置或控制器。在此,工厂包括:化学等工业工厂、对气田和油田等井口及其周边进行管理控制的工厂、对水力、火力、原子能等发电进行管理控制的工厂、对太阳光和风力等环境发电进行管理控制的工厂、对上下水和水坝等进行管理控制的工厂以及其他工厂。此外,外部的驱动装置可以包括:流量控制阀和开关阀等阀设备、风扇和电动机等执行器设备、扬声器等音响设备以及显示器等显示设备等。驱动装置执行与接收的信号对应的控制。例如,在驱动装置是流量控制阀的情况下,执行与接收的信号对应的流量控制,或者在驱动装置是开关阀的情况下,根据接收的信号来执行阀的开关。另外,外部的控制器可以对从cpu201接收的信号进行pid(proportionalintegraldifferential比例积分微分)运算等,并且基于该运算结果来控制外部的驱动装置。
输入电路202与传感器600连接。输入电路202转换从传感器600发送的测量信号的电平。即,输入电路202将测量信号转换为能够由主单元200处理的电平。转换了电平的测量信号输入a/d转换器203。
a/d转换器203将作为从输入电路202输入的模拟信号的测量信号转换为数字信号。
程序存储器204是存储各种程序的存储器。程序存储器204例如存储使cpu201动作的程序。程序存储器204例如可以由闪存器(快速只读存储器)等构成。
易失性存储器205作为由cpu201执行程序时的临时存储装置发挥功能。易失性存储器205例如由ram(randomaccessmemory随机存取存储器)构成。
非易失性存储器206存储各种信息。非易失性存储器206能够进行读出(read)和写入(write)。非易失性存储器206例如可以存储用于运算的各种参数。例如可以由现场设备10的使用者或管理者等预先设定这些参数。非易失性存储器206例如由eeprom(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory电可擦除可编程只读存储器)构成。
显示器207是显示各种信息的装置。显示器207例如由液晶显示器(lcd:liquidcrystaldisplay)、有机el显示器(oeld:organicelectro-luminescencedisplay有机电致发光显示器)或无机el显示器(ield:inorganicelectro-luminescencedisplay无机电致发光显示器)等公知的显示器构成。显示器207例如显示cpu201的运算结果。
输出电路208将cpu201的运算结果向外部的驱动装置或控制器输出。输出电路208例如通过4-20ma的电流将与cpu201的运算结果对应的信号向驱动装置或控制器输出。输出电路208例如可以将与cpu201的运算结果对应的信号输出为脉冲信号。
如上所述,现场设备10从传感器600接收测量信号并进行运算,并且执行将运算结果的信号向外部的驱动装置或控制器发送等动作。但是,根据现场设备10的使用环境,有时现场设备10的动作不稳定。例如,现场设备10在-60℃以下等极低温的寒冷地区使用的情况下,构成现场设备10的电子元件不正常动作或动作不稳定,其结果有时现场设备10的动作不稳定。
相对于此,考虑如下应对方式:通过使用在极低温的使用环境下也能够稳定动作的特殊电子元件来构成现场设备10,使现场设备10的动作稳定。但是,上述特殊电子元件因其特殊性,元件单价比通常的元件高。因此,在极低温下也能够使用的现场设备10作为整体价格高。此外,特殊电子元件有时元件的大小(尺寸)也较大。
因此,在本发明中说明不使用特殊元件而在极低温的使用环境下也能够稳定动作的现场设备。
(第一实施方式)
图2是表示第一实施方式的现场设备1的简要构成的功能框图。第一实施方式的现场设备1包括主单元200和收容主单元200的外壳300。现场设备1所具备的主单元200的构成与在比较例中说明的主单元200相同。因此,在此省略主单元200内部的详细功能模块的图示及其说明。
本实施方式的现场设备1与比较例的现场设备10同样与传感器600连接。此外,本实施方式的现场设备1与比较例的现场设备10同样构成为与电源100连接,从电源100接受电力的供给。
本实施方式的现场设备1包括第一温度开关400。第一温度开关400收容在外壳300内。第一温度开关400是根据温度来切换导通(on)和非导通(off)的开关。在本实施方式中,第一温度开关400通过升温到第一温度而导通。第一温度可以是现场设备1的动作以规定程度稳定的温度。可以根据现场设备1的规格、电子电路的元件的规格等来适当地确定第一温度。第一温度开关400例如可以是双金属片式热开关。
如图2所示,第一温度开关400以与主单元200串联的方式与电源100连接。因此,在温度小于第一温度的情况下,由于第一温度开关400是非导通的状态,所以电源100不对主单元200供给电力,如果温度升温到第一温度,则由于第一温度开关400导通,所以电源100对主单元200供给电力。即,当温度达到第一温度以上时,主单元200被供给电力而成为能够动作的状态。因此,与在比第一温度低的温度(例如极低温)下动作相比,主单元200能够进行稳定的动作。
本实施方式的现场设备1还包括发热元件500。发热元件500收容在外壳300内。发热元件500接受电力供给而发热。发热元件500例如构成加热器。发热元件500例如可以由电阻元件构成。如图2所示,发热元件500相对于电源100与主单元200和第一温度开关400并联。即,发热元件500不经由第一温度开关400而与电源100直接连接。因此,与第一温度开关400的导通或非导通无关,在电源100启动的情况下,向发热元件500供给电力,发热元件500发热,外壳300内的温度上升。
按照具有上述构成的现场设备1,由于电源100向发热元件500供给电力,所以发热元件500发热。利用发热元件500的发热,外壳300内的温度上升。在外壳300内的温度小于第一温度的情况下,第一温度开关400是非导通的状态。在这种情况下,由于不向主单元200供给电力,所以主单元不动作。并且,外壳300内的温度升温到第一温度时,第一温度开关400导通,向主单元200供给电力,主单元200开始动作。在这种情况下,由于外壳300内的温度是第一温度以上,所以主单元200能够执行稳定的动作。
另外,在本发明中,由于主单元200能够执行稳定的动作即可,所以在主单元200周围的温度达到第一温度阈值以上的情况下,主单元200将第一温度开关400导通即可。从这种观点出发,第一温度开关400优选配置在主单元200的附近。第一温度开关400例如可以以能够传热的方式与构成主单元200的电路基板连结。第一温度开关400例如可以通过树脂灌注粘接在构成主单元200的电路基板上(也包括由树脂覆盖的状态)。通过第一温度开关400的导通,当主单元200升温到第一温度或接近第一温度的温度时,向主单元200供给电力。
图3是说明现场设备1的动作的图。图3中表示了外壳300内的温度变化、表示电源100的on或off的状态、以及表示第一温度开关400的on或off的状态。在图3中,横轴表示时刻的经过。在图3所示的例子中,以第一温度为-10℃来进行说明。即,在此说明的例子中,现场设备1在-10℃以上能够执行稳定的动作。
在时刻t0的时点,电源100是off状态。即,在时刻t0,电源100不向现场设备1供给电力。此外,在时刻t0,外壳300内的温度是-60℃。即,外壳300内的温度是小于作为第一温度的-10℃。因此,在时刻t0,第一温度开关400是off状态。
如图3所示,在时刻t1,例如由现场设备10的使用者或管理者等向现场设备1输入使电源100on的操作。通过电源100变为on,向发热元件500供给电力,发热元件500发热。此时,由于外壳300内的温度是小于作为第一温度的-10℃,所以第一温度开关400保持off状态。
利用发热元件500的发热,外壳300内的温度上升。外壳300内的温度在时刻t2达到-10℃。如果外壳300内的温度达到-10℃,则第一温度开关400成为on状态。由此,从电源100向主单元200供给电力,主单元200启动并开始动作。此时,由于外壳300内的温度是-10℃以上,所以主单元200能够稳定地执行动作。
由此,按照本实施方式的现场设备1,外壳300内的温度升温到第一温度时,第一温度开关400导通,向主单元200供给电力,主单元200开始动作。因此,主单元200能够在成为能够稳定动作的环境的状态下开始动作。此外,现场设备1包括发热元件500,由此在外壳300内的温度小于第一温度的情况下,使外壳300内的温度上升,能够提前实现主单元200能够稳定动作的环境。由此,按照现场设备1,即使不使用特殊元件也能够在极低温的使用环境下稳定地动作。
此外,由于本实施方式的现场设备1不使用特殊元件而能够由通用的元件构成,所以与使用特殊元件的情况相比,能够抑制成本的增加。由此,能够实现小型化和低成本化。
(第二实施方式)
图4是表示第二实施方式的现场设备2的简要构成的功能框图。第二实施方式的现场设备2与第一实施方式的现场设备1同样,包括:外壳300以及收容在外壳300内的主单元200、第一温度开关400和发热元件500。以下,对第二实施方式的现场设备2与第一实施方式的现场设备1的共同点适当省略说明,以不同点为中心进行说明。
本实施方式的现场设备2还包括第二温度开关401。如图4所示,第二温度开关401以与发热元件500串联且与主单元200和第一温度开关400并联的方式与电源100连接。第二温度开关401收容在外壳300内。第二温度开关401是根据温度来切换导通和非导通的开关。在本实施方式中,第二温度开关401是通过升温到第二温度来切断导通、即成为非导通的开关。第二温度比第一温度高。第二温度开关401例如可以是双金属片式热开关。
图5是说明现场设备2的动作的图。图5中表示了外壳300内的温度变化、表示电源100的on或off的状态、表示第一温度开关400的on或off的状态、以及表示第二温度开关401的on或off的状态。在图5中,横轴表示时刻的经过。在图5所示的例子中,与图3所示的例子同样以第一温度为-10℃来进行说明。此外,在图5所示的例子中,以第二温度为50℃来进行说明。
在时刻t0的时点,电源100是off状态。即,在时刻t0,电源100不向现场设备1供给电力。此外,在时刻t0,外壳300内的温度是-60℃。即,外壳300内的温度小于作为第一温度的-10℃。因此,在时刻t0,第一温度开关400是off状态,第二温度开关401是on状态。
如图5所示,在时刻t1,例如由现场设备10的使用者或管理者等向现场设备1输入使电源100on的操作。此时,由于外壳300内的温度是小于作为第二温度的50℃,所以第二温度开关401是on状态。因此,从电源100向发热元件500供给电力,发热元件500发热。另一方面,由于外壳300内的温度是小于作为第一温度的-10℃,所以第一温度开关400保持off状态。
利用发热元件500的发热,外壳300内的温度上升。外壳300内的温度在时刻t2达到-10℃。如果外壳300内的温度达到-10℃,则第一温度开关400成为on状态。由此,电源100向主单元200供给电力,由此主单元200启动并开始动作。此时,由于外壳300内的温度为-10℃以上,所以主单元200能够稳定地执行动作。另外,由于外壳300内的温度小于作为第二温度的50℃,所以第二温度开关401保持on状态。
利用发热元件500的发热,外壳300内的温度进一步上升,在时刻t3达到50℃。如果外壳300内的温度达到50℃,则第二温度开关401成为off状态。由此,切断向发热元件500的电力供给,发热元件500的发热停止。另外,如果外壳300内的温度下降到50℃以下,则第二温度开关401再次成为on状态,通过发热元件500发热,外壳300内的温度上升,因此外壳300内的温度维持-10℃以上的范围,第一温度开关400保持on状态。
按照本实施方式的现场设备2,也与第一实施方式的现场设备1同样在能够稳定动作的环境的状态下,主单元200能够开始动作。此外,本实施方式的现场设备2包括第二温度开关401,该第二温度开关401在外壳300内的温度成为第二温度以上时切断向发热元件500的电力供给。在外壳300内的温度升温到第二温度时,利用第二温度开关401使发热元件500的发热停止,因此能够防止外壳300内的温度过度上升,并且能够抑制不必要的电力消耗。
本实施方式的现场设备2在例如用于现场设备2的元件在规定以上的高温环境下动作变得不稳定时,能够防止过度高温而动作不稳定,因此是有效的。此外,本实施方式的现场设备2在例如主单元200的自身发热大时,在向主单元200的电力供给开始后,能够与发热元件500无关而利用自身发热来维持外壳300内的温度,因此是有效的。即,如果主单元200的自身发热大,外壳300内的温度达到 50℃以上(例如未成为主单元200的动作不稳定的温度),则第二温度开关401off,能够抑制主单元200的电力消耗。另外,与第一实施方式同样,温度开关可以以能够传热的方式连结或通过树脂灌注粘接。
(第三实施方式)
图6是表示第三实施方式的现场设备3的简要构成的功能框图。第三实施方式的现场设备3与第一实施方式的现场设备1同样,包括:外壳300以及收容在外壳300内的主单元200和第一温度开关400。以下,对第三实施方式的现场设备3与第一实施方式的现场设备1的共同点适当省略说明,以不同点为中心进行说明。
第三实施方式的现场设备3除了发热元件500以外至少包括一个能够与发电元件500切换的其他发电元件。图6中表示了包括多个其他发热元件的情况的例子。此外,现场设备3包括切换开关700。切换开关700收容在外壳300内。
其他发热元件501、···、n分别接受电力供给而发热。其他发热元件501、···、n具有与发电元件500不同的发热温度梯度。其他发热元件501、···、n可以具有相互不同的发热温度梯度。
切换开关700是如下开关:能够选择性地切换多个发热元件500、501、···、n中与电源100连接的发热元件。切换开关700例如可以由机械式开关构成。例如在输入使电源100相对于现场设备1on的操作之前,由现场设备3的使用者或管理者等对切换开关700输入切换操作,以使多个发热元件500、501、···、n中的任意一个与电源100连接。如果电源100相对于现场设备1成为on状态,则向多个发热元件500、501、···、n中的经由切换开关700与电源100连接的发热元件供给电力,该发热元件发热。
如上所述,由于多个发热元件500、501、···、n具有分别不同的发热温度梯度,所以使用者或管理者等能够根据现场设备3的使用环境等进行切换开关700的切换,以使适当的发热元件与电源100连接。例如,环境温度越低,可以使发热温度梯度更高的发热元件与电源100连接。由此,按照本实施方式的现场设备3,能够与环境温度配合来调整外壳300内部的温度上升的程度。由此,能够调整外壳300内的温度升温到第一温度而使第一温度开关400导通为止的时间、即从电源100向现场设备1输入电力到主单元200开始动作为止的时间。另外,与第一实施方式同样,温度开关可以以能够传热的方式连结或通过树脂灌注粘接。
另外,上述第二实施方式和第三实施方式可以组合构成。即,现场设备可以具有如下结构:在第二实施方式的现场设备2中除了发热元件500以外还设置有其他发热元件和切换开关700。
本发明并不限定于上述由实施方式确定的构成,能够在不脱离权利要求记载的公开的宗旨的范围内进行各种变形。例如,能够以包含于各结构部的功能等在逻辑上不矛盾的方式重新构成,能够将多个结构部组合为一个或进行分割。
1.一种现场设备,其特征在于包括:
电子电路,与传感器和执行器中的至少任意一方连接;
双金属片式温度开关,以与所述电子电路串联的方式与电源连接,通过升温到第一温度而导通;
发热元件,以与所述电子电路和所述温度开关并联的方式与所述电源连接;以及
壳体,收容所述电子电路、所述温度开关和所述发热元件。
2.根据权利要求1所述的现场设备,其特征在于,所述温度开关以能够传热的方式与构成所述电子电路的电路基板连结。
3.根据权利要求2所述的现场设备,其特征在于,所述温度开关通过树脂灌注粘接在所述电路基板上。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的现场设备,其特征在于,还包括双金属片式其他温度开关,所述双金属片式其他温度开关以与所述发热元件串联且与所述电子电路和所述温度开关并联的方式与所述电源连接,通过升温到比所述第一温度高的第二温度来切断导通。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的现场设备,其特征在于,还包括其他发热元件,能够与所述发热元件切换,并且发热温度梯度与所述发热元件不同。
技术总结