(57)【要約】【課題】  フォトカプラやＤＣ−ＤＣコンバータを用いない無電圧接点入力回路を提供する。【解決手段】  信号入力部１に入力された無電圧接点信号が「開」か「閉」かを判断するＣＰＵ２と、入力された無電圧接点信号を、Ｈ／Ｌ信号としてＣＰＵ２に通知するためのインターフェース回路３とを有し、インターフェース回路３は、信号入力部１にコンデンサを設け、ＣＰＵ２の入力ポートＰｉに無電圧接点信号の開／閉に対応するＨ／Ｌ信号を出力する出力トランジスタＴｒ４と、コンデンサＣ１，Ｃ２を充電すると共に出力トランジスタＴｒ４を起動するための起動トランジスタＴｒ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電荷を放電させるための放電トランジスタＴｒ２とを備え、ＣＰＵ２が入力ポートＰｉに入力される信号Ｈ／Ｌの状態を所定のタイミングで見ることで無電圧接点信号の開／閉を判断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の端子を備え、開／閉信号から成る無電圧接点信号を入力する信号入力部と、
前記信号入力部に入力された前記無電圧接点信号が、「開」信号であるか「閉」信号であるか判断するＣＰＵと、
入力された前記無電圧接点信号を、Ｈ／Ｌ信号として前記ＣＰＵに通知するためのインターフェース回路とを有し、
前記ＣＰＵは、前記インターフェース回路を介して前記信号入力部の情報が入力される入力ポートと、前記インターフェース回路の制御信号を出力する出力ポートとを備えると共に、
前記インターフェース回路は、前記信号入力部に対して直列に配置した一対のコンデンサと、前記入力ポートに前記開／閉信号に対応するＨ／Ｌ信号を出力する出力手段と、前記前記出力ポートの出力信号を受けて前記コンデンサを充電すると共に、前記出力手段を起動する起動充電手段と、前記出力ポートの出力信号を受けて前記コンデンサに充電された電荷を放電させる放電手段とを有し、
前記ＣＰＵが、所定のタイミングで入力ポートに入力される信号Ｈ／Ｌの状態を見ることで、前記無電圧接点信号が「開」信号であるか「閉」信号であるか判断することを特徴とする無電圧接点入力回路。
【請求項２】
前記一対のコンデンサの少なくとも一方に、抵抗素子が直列に接続されて成る請求項１記載の無電圧接点入力回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視装置やパルスカウンタ等において、センサ信号や監視信号等を受信するために組み込まれている無電圧接点入力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種センサから出力される信号を受けて異常の発生等を監視する監視装置や、パルスから成るデータを受信して各種演算を行うパルスカウンタ等の入力回路として、開／閉信号を入力するための無電圧接点入力回路が広く用いられている。この無電圧接点入力回路は、入力端子に接続された回路の電源と、内部回路の電源とが絶縁されているのが好ましいため、従来はフォトカプラやＤＣ−ＤＣコンバータを使用して回路が構成されていた。
例えば特許文献１では、入力信号が「閉」信号の時、オン動作するフォトカプラを用いて、内部回路と無電圧接点入力部を絶縁し、電源の構成においても、内部回路と無電圧接点入力部とで分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０５８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、フォトカプラも経年劣化による電流伝達率の低下が発生するため、信頼性において難点があったし、電源を分離するためにＤＣ−ＤＣコンバータや独立した電源を組み込むため、基板上に広い占有スペースが必要であるし、常時無駄な消費電流が発生する等の問題があった。そのため、信頼性が高く省スペースで構成できる無電圧接点入力回路が望まれていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、フォトカプラやＤＣ−ＤＣコンバータを用いない無電圧接点入力回路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】
【０００５】
上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、少なくとも一対の端子を備え、開／閉信号から成る無電圧接点信号を入力する信号入力部と、前記信号入力部に入力された前記無電圧接点信号が、「開」信号であるか「閉」信号であるか判断するＣＰＵと、入力された前記無電圧接点信号を、Ｈ／Ｌ信号として前記ＣＰＵに通知するためのインターフェース回路とを有し、前記ＣＰＵは、前記インターフェース回路を介して前記信号入力部の情報が入力される入力ポートと、前記インターフェース回路の制御信号を出力する出力ポートとを備えると共に、前記インターフェース回路は、前記信号入力部に対して直列に配置した一対のコンデンサと、前記入力ポートに前記開／閉信号に対応するＨ／Ｌ信号を出力する出力手段と、前記前記出力ポートの出力信号を受けて前記コンデンサを充電すると共に、前記出力手段を起動する起動充電手段と、前記出力ポートの出力信号を受けて前記コンデンサに充電された電荷を放電させる放電手段とを有し、前記ＣＰＵが、所定のタイミングで入力ポートに入力される信号Ｈ／Ｌの状態を見ることで、前記無電圧接点信号が「開」信号であるか「閉」信号であるか判断することを特徴とする。
この構成によれば、信号入力部に設けた一対のコンデンサには、外部機器の出力接点が「閉」のときに充電電路が形成されるため、起動充電手段により充電することが可能となる。そこで、「閉」の時のみ充電させると共に出力手段をオン動作させることが可能であり、この状態をＣＰＵが所定のタイミングで判断することで、外部機器の出力信号の開／閉、即ち入力された無電圧接点信号を判断することができる。よって、フォトカプラやＤＣ−ＤＣコンバータを用いることなく、無電圧接点入力回路を構成できる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、前記一対のコンデンサの少なくとも一方に、抵抗素子が直列に接続されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、コンデンサと抵抗素子とで時定数が決まるので、放電時間を推定することができる。よって、外部機器から信号入力部までの信号線路が長く、線間容量が無視できない状況でも、放電時間の変化を推定でき、開／閉を良好に判断することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、信号入力部に設けた一対のコンデンサには、外部機器の出力接点が「閉」のときのみ充電電路が形成されて起動充電手段により充電が行われるため、「閉」の時のみ出力手段をオン動作させることができる。この状態をＣＰＵが所定のタイミングで判断することで、外部機器の出力信号の開／閉を良好に判断することができ、フォトカプラやＤＣ−ＤＣコンバータを用いることなく、無電圧接点入力回路を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る無電圧接点入力回路の実施形態の一例を示す回路図である。
【図２】図１の接点状態判定する流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る無電圧接点入力回路の一例を示す回路図であり、１（１ａ〜１ｃ）は開／閉信号である無電圧接点信号を入力する一対の端子から成る信号入力部、２は入力された無電圧接点信号を所定のプログラム動作で判定し、判定結果を図示しない出力部から出力するＣＰＵ、３（３ａ〜３ｃ）は信号入力部１から入力された信号をＣＰＵ２に伝達するためのインターフェース回路である。
【００１０】
ＣＰＵ２は、各信号入力部１ａ〜１ｃから入力された信号を受信する入力ポートＰｉ（Ｐｉ１〜Ｐｉ３）、所定のパルス信号を出力する出力ポートＰｏを備えている。
尚、４（４ａ〜４ｃ）は、信号入力部１に無電圧接点信号を出力する図示しない外部機器の出力接点を模式的に示している。また、３組の信号入力部１ａ〜１ｃと、３つの入力ポートＰｉ１〜Ｐｉ３を備えているが、更に多くても良く、数を限定するものではない。
【００１１】
インターフェース回路２は、信号入力部１の一対の端子の夫々に、直流カットのためのコンデンサＣ１，Ｃ２を介して接続され、一方のコンデンサＣ２の信号出力側がアースされている。アースされない他方の接続線５上には抵抗素子Ｒ１が配置され、コンデンサＣ１と抵抗素子Ｒ１とは直列接続されている。
そして、ＣＰＵ２の入力ポートＰｉに、コレクタ信号を出力するオープンコレクタで構成された出力トランジスタＴｒ４、信号入力部１からの入力信号を受けて、この出力トランジスタＴｒ４を駆動すると共に、コンデンサＣ１，Ｃ２を充電するための充電トランジスタＴｒ３、出力ポートＰｏから出力される信号によって充電トランジスタＴｒ３を起動させる起動トランジスタＴｒ１、コンデンサＣ１，Ｃ２に充電された電流を、出力ポートＰｏから出力される信号によって放電させるためのダイオードＤ１、放電トランジスタＴｒ２等を備えている。尚、３つのインターフェース回路２ａ〜２ｃは同一の回路構成である。
【００１２】
ＣＰＵ２は、プログラムにより出力ポートＰｏから、１ｋＨｚのＨ／Ｌ信号から成るパルス信号を出力し、出力トランジスタＴｒ４のコレクタ電位で決定されるＨ／Ｌ信号を入力ポートＰｉから読み取る。そして、読み取った信号が所定の条件を満たしたら出力部から信号を出力する。
【００１３】
このように構成された無電圧接点入力回路の動作を、以下具体的に説明する。尚、外部機器の出力接点４が閉じた状態を「状態Ａ」、開いた状態を「状態Ｂ」とする。
＜状態Ａの場合＞
この場合、コンデンサＣ１，外部機器の出力接点４、Ｃ２を介した閉回路が形成される。そのため、出力ポートＰｏが「Ｈ」の状態になると、起動トランジスタＴｒ１、及び放電トランジスタＴｒ２がオンし、外部機器の出力接点４を介してコンデンサＣ１，Ｃ２の電流路が形成され、コンデンサＣ１，Ｃ２に充電電流が流れる。コンデンサＣ１，Ｃ２が充電されている間は、出力トランジスタＴｒ４はオンし、入力ポートＰｉに「Ｌ」の信号が入力される。
【００１４】
その後、コンデンサＣ１，Ｃ２が満充電の状態になり充電電流が止まると、充電トランジスタＴｒ３がオフする。その結果、出力トランジスタＴｒ４がオフして、入力ポートＰｉには「Ｈ」の信号が入力される。
逆に、出力ポートＰｏが「Ｌ」の状態になると、起動トランジスタＴｒ１、充電トランジスタＴｒ３がオフし、放電トランジスタＴｒ２がオンする。その結果、コンデンサＣ１，Ｃ２に充電された電荷は、ダイオードＤ１、放電トランジスタＴｒ２を介して放電される。
【００１５】
＜状態Ｂの場合＞
この場合、信号発信源である外部機器から信号入力部までの距離（信号線６の長さ）により、信号線６間の容量が異なるため、入力ポートＰｉに入力されるＨ／Ｌの状態が異なる。
信号線が短い（線間容量が無視できる）場合は、電流路は形成されないため、出力ポートＰｏのＨ／Ｌに関わらずコンデンサＣ１，Ｃ２に充電電流が流れない。よって、充電トランジスタＴｒ３はオンせず、出力トランジスタＴｒ４はオンすることはない。そのため、入力ポートＰｉは「Ｈ」の状態を維持する。
【００１６】
信号線６が長い（線間容量が無視できない）場合は、線間容量Ｃｘと、コンデンサＣ１，Ｃ２が直列に接続された状態となり、外部機器の出力接点４が閉じた状態と同様の特性を示す。即ち、出力ポートＰｏが「Ｈ」の場合、起動トランジスタＴｒ１、充電トランジスタＴｒ３がオンし、コンデンサＣ１，Ｃ２，線間容量Ｃｘに充電電流が流れる。こうして、コンデンサＣ１，Ｃ２、線間容量Ｃｘが充電されている間は、出力トランジスタＴｒ４はオンし、入力ポートＰｉに「Ｌ」の信号が入力される。
【００１７】
その後、コンデンサＣ１，Ｃ２，線間容量Ｃｘが満充電の状態になると、充電電流が止まるため、充電トランジスタＴｒ３がオフする。その結果、出力トランジスタＴｒ４がオフして、入力ポートＰｉには「Ｈ」の信号が入力される。また、出力ポートＰｏが「Ｌ」の状態になると、起動トランジスタＴｒ１、充電トランジスタＴｒ３がオフする。一方で、放電トランジスタＴｒ２がオンし、コンデンサＣ１，Ｃ２，線間容量Ｃｘの電荷を放電する。
【００１８】
このように、信号線６が長い場合は、外部機器の出力接点４の状態が速やかに入力ポートＰｉに反映されない。そこで、ＣＰＵ２に次のような判定を実施させて、両者の違いを判定させる。
状態Ａと状態Ｂの信号線が長い場合との充電トランジスタＴｒ３により充電される容量の差を比較すると、状態ＡではコンデンサＣ１，Ｃ２のみの直列容量であるが、状態ＢではＣ１，Ｃ２に、線間容量Ｃｘを加えた直列容量となる。そのため、時定数に差が生ずる。
【００１９】
例えば、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃｘ＝０．１０μＦとすると、コンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路では、全体の容量Ｃｈ＝０．０５μＦとなるが、コンデンサＣ１，Ｃ２と、線間容量Ｃｘの直列回路では、全体の容量Ｃｈ＝０．０３３μＦとなる。この容量差により、時定数（Ｃｈ×Ｒ１）が異なり、出力トランジスタＴｒ４のオン時間に差が生ずる。
具体的に、状態Ａの時定数は、        ０．０５μＦ×１ｋΩ＝５０．０μｓ
状態Ｂの線路長が長い場合の時定数は、０．０３３μＦ×１ｋΩ＝３３．３μｓ
となり、外部機器の出力接点４を閉じた場合の出力トランジスタＴｒ４のオン時間が長くなる。
【００２０】
そこでＣＰＵ２に、出力ポートＰｏを「Ｈ」にしてから、入力ポートＰｉの状態を読み取るまでの待ち時間を、特定の値（例えば、４０μｓ）に設定することで、線間容量Ｃｘを意識することなく、外部機器の出力接点４の状態を判別することができる。
図２のフローチャートは、このような背景を踏まえて、ＣＰＵ２が外部機器の出力接点４の状態を判別する具体的な制御の流れを示している。以下、このフローに基づいて説明する。
【００２１】
今、出力ポートＰｏの状態が「Ｌ」であった場合（Ｓ１）、１ｋＨｚ信号の割込信号を受けて、ＣＰＵ２は「Ｈ」に変更する。一方、出力ポートＰｏの状態が「Ｈ」であったら、「Ｌ」に変化させて（Ｓ３）、次の１ｋＨｚ信号の割込を待つ。即ち、Ｓ１〜Ｓ３により、１ｍｓ毎に出力ポートＰｏからＨ／Ｌの信号が交互に出力される。
【００２２】
出力ポートＰｏを「Ｈ」にしたら、４０μｓの経過を待って（Ｓ４）、入力ポートＰｉの状態を判断する。このとき、入力ポートＰｉが「Ｌ」であれば、カウンタｎが４より大きいか判断する（Ｓ６）。カウンタｎが４以下であれば、カウンタｎをｎ＋１とし（Ｓ１１）、Ｓ１に戻る。また、Ｓ６でカウンタｎ＝５であれば、入力即ちの外部機器の出力接点４の状態を「閉」と判断する（Ｓ７）。
一方、Ｓ５において入力ポートＰｉが「Ｈ」であれば、カウンタｎが−４より小さいか判断し（Ｓ８）、小さくなければカウンタｎをｎ−１とし（Ｓ１０）、Ｓ１に戻る。また、Ｓ８でカウンタｎ＝−５であれば、入力即ち外部機器の出力接点４の状態を「開」と判断する（Ｓ９）。
【００２３】
こうして、カウンターｎが−５から＋５になるまでカウントしたら、即ち「Ｌ」を２ｍｓ×１０＝２０ｍｓ検出し続けたら、ＣＰＵ２は「閉」と判断し、＋５から−５までカウントしたら、即ち「Ｈ」を２ｍｓ×１０＝２０ｍｓ検出し続けたら、「開」と判断する。      
【００２４】
このように、信号入力部１に設けた一対のコンデンサＣ１，Ｃ２には、外部機器の出力接点が「閉」のときのみ充電電路が形成されて起動トランジスタＴｒ１により充電が行われる。そのため、「閉」の時のみ出力トランジスタＴｒ４をオン動作させることができ、この状態をＣＰＵ２が所定のタイミングで判断することで、外部機器の出力信号の開／閉を良好に判断することができる。よって、フォトカプラやＤＣ−ＤＣコンバータを用いることなく、無電圧接点入力回路を構成できる。
また、コンデンサＣ１，Ｃ２と抵抗素子Ｒ１とで時定数が決まるので、放電時間を推定することができ、外部機器から信号入力部１までの信号線６が長く、線間容量が無視できない状況でも、放電時間の変化を推定して開／閉を良好に判断することができる。
更に、Ｈ／Ｌ何れかの状態が２０ｍｓ継続したら、判断を確定するので、ノイズやチャタリングによる誤動作を防ぐことができる。
【００２５】
尚、上記実施形態は、コンデンサＣ１、Ｃ２、線間容量Ｃｘの全てを０．１μＦとして説明したが、これらの値は一例であり、コンデンサＣ１，Ｃ２は同一の容量であれば他と値でも良い。但し、内部回路を保護するために高耐圧のものが望ましい。
一方、線間容量Ｃｘは配線長や配線の種類によって異なる。例えば、直径１ｍｍ、線間３ｍｍの平行銅線とした場合、線路長が２００ｍの場合、線間容量は０．０１μＦ未満であり、全体の合成容量は０．００９８μＦとなる。この場合、時定数は９．８μｓとなり、判別は更に容易になる。従って、出力ポートＰｏを「Ｈ」にしてからのＣＰＵ２の待ち時間を４０μｓもこれに限定するものではなく、機器の設置環境に応じて変更できる。
また、出力ポートＰｏが出力するパルス信号は、１ｋＨｚでなくとも良い。
【符号の説明】
【００２６】
１・・信号入力部、２・・ＣＰＵ、３・・インターフェース回路、４・・外部機器の出力接点、６・・信号線路、Ｐｉ・・入力ポート、Ｐｏ・・出力ポート、Ｔｒ１・・起動トランジスタ（起動充電手段）、Ｔｒ２・・放電トランジスタ（放電手段）、Ｔｒ３・・充電トランジスタ、Ｔｒ４・・出力トランジスタ（出力手段）、Ｒ１・・抵抗素子、Ｃ１，Ｃ２・・コンデンサ、Ｄ１・・ダイオード。
【図１】
2010245639.tif 000003
【図２】
2010245639.tif 000004