(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力部と出力部が絶縁結合され、前記入力部側には前記入力部に電流を出力する電流源およびこの電流源の出力電流を検出する電流検出手段を有する上位機器が２線式伝送路を介して接続され、前記出力部側には所定の負荷を有するフィールド機器が２線式伝送路を介して接続される信号伝送装置において、
前記入力部には前記上位機器から入力される電流を選択的にＯＮ／ＯＦＦするスイッチと前記上位機器から入力される電流を電圧に変換する電流電圧変換部が設けられ、
前記出力部には前記入力部から入力される電圧を電流に変換する電圧電流変換部と前記フィールド機器の負荷の端子電圧を検出する電圧検出手段と電圧加算手段が設けられ、
前記電圧検出手段は、前記端子電圧の異常を検出することにより前記スイッチをＯＦＦにするとともに、前記電圧加算手段が前記電圧電流変換部の入力電圧に所定の電圧を加算するように制御することを特徴とする信号伝送装置。
【請求項２】
前記入力部の電流電圧変換部は、パルス幅変調回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項３】
前記フィールド機器の負荷の値を読み返して負荷の診断を行う負荷診断手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号伝送装置に関し、詳しくは、信号伝送装置を介して接続される出力負荷の異常検出に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロセス計装システムの一種に、制御室に設けられている制御用コンピュータやコントローラなどの上位機器と制御プラントの現場に設けられている伝送器や操作端末などのフィールド機器とが、２線式伝送路と信号伝送装置を介して接続されたものがある。上位機器は２線式伝送路と信号伝送装置を介してフィールド機器に駆動電流を供給し、フィールド機器は２線式伝送路と信号伝送装置を介して上位機器に測定信号を伝送する。そして、上位機器には、駆動電流を供給する対象であるフィールド機器の出力負荷の異常の有無を検出する機能も設けられている。
【０００３】
図２は、従来のこのようなプロセス計装システムの一例を示す構成図である。図２において、上位機器１０は、２線式伝送路Ｌ１と信号伝送装置２０と２線式伝送路Ｌ２を介して、フィールド機器３０と接続されている。
【０００４】
上位機器１０において、一方の端子Ｔａには電流源１１が接続され、他方の端子Ｔｂは共通電位点に接続されている。電流源１１には、電流の変化量を検出する電流検出回路１２が接続されている。これら端子ＴａとＴｂには、２線式伝送路Ｌ１の一端が接続されている。
【０００５】
信号伝送装置２０において、一方の入力端子ＩＮ１は入力回路２１に接続され、入力回路２１にはトランスＴの一次巻線が接続され、他方の入力端子ＩＮ２はトランスＴの一次巻線の中点に接続されている。トランスＴの二次巻線には出力回路２２が接続され、出力回路２２には出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２が接続されている。なお、トランスＴの巻数比は１：１に設定されている。入力端子ＩＮ１とＩＮ２には２線式伝送路Ｌ１の他端が接続され、出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２には２線式伝送路Ｌ２の一端が接続されている。この信号伝送装置２０は、トランスＴを介して絶縁結合されるアイソレータとして構成されている。
【０００６】
フィールド機器３０において、端子ＴａとＴｂには２線式伝送路Ｌ２の他端が接続されるとともに、負荷３１として内部回路などが接続されている。
【０００７】
このような構成において、上位機器１０からたとえば４〜２０ｍＡの電流信号が信号伝送装置２０の入力回路２１に入力される。入力回路２１は、入力電流を所定の周波数でスイッチングさせて、トランスＴの一次巻線に出力する。ここで、トランスＴの巻数比は１：１に設定されているので、二次巻線を介して出力回路２２にも一次巻線と同じ電流が流れる。出力回路２２は、二次巻線を介して入力される電流を整流し、フィールド機器３０の負荷３１に駆動電流として供給する。
【０００８】
上位機器１０は、信号伝送装置２０がトランスＴの結合のみで絶縁していることから、フィールド機器３０の負荷３１の変化を等価的に把握できる。すなわち、負荷３１の抵抗値が大きくなると上位機器１０の入力抵抗が大きくなり、上位機器１０の電流源１１は出力電流を流すことができなくなる。電流検出回路１２は、このような電流源１１の出力電流の変化を検出することにより、負荷３１の異常の有無を検出できる。
【０００９】
図３は従来のプロセス計装システムの他の例を示す構成図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図３において、上位機器１０は、２線式伝送路Ｌ１と信号伝送装置４０と２線式伝送路Ｌ２を介して、フィールド機器３０と接続されている。
【００１０】
信号伝送装置４０において、一方の入力端子ＩＮ１にはスイッチＳＷと抵抗Ｒ１との直列回路の一端が接続され、この直列回路の他端は他方の入力端子ＩＮ２に接続されるとともに共通電位点に接続されている。
【００１１】
この直列回路のスイッチＳＷと抵抗Ｒ１との接続点には演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子が接続され、演算増幅器ＯＰ１の出力端子には反転入力端子が接続されるとともにパルス幅変調回路４１とフォトカプラＰＣ１とローパスフィルタＬＰＦの直列回路が接続されている。これらスイッチＳＷと抵抗Ｒ１との直列回路と演算増幅器ＯＰ１とパルス幅変調回路４１は、電流電圧変換部を含む入力部を構成している。
【００１２】
ローパスフィルタＬＰＦの他端は演算増幅器ＯＰ２の非反転入力端子に接続され、演算増幅器ＯＰ２の出力端子にはトランジスタＴＲのベースが接続され、トランジスタＴＲのエミッタには演算増幅器ＯＰ２の反転入力端子が接続されるとともに抵抗Ｒ２を介して共通電位点に接続されている。トランジスタＴＲのコレクタには出力端子ＯＵＴ２が接続されるとともに電圧検出部４３が接続され、電圧検出部４３の出力信号はフォトカプラＰＣ２を介してスイッチＳＷに駆動信号として入力されている。出力端子ＯＵＴ１には電圧Ｖの電源線が接続されている。これら演算増幅器ＯＰ２とトランジスタＴＲと抵抗Ｒ２と電圧検出部４３は、電圧電流変換部を含む出力部を構成している。
【００１３】
すなわち、入力部と出力部は、フォトカプラＰＣ１とＰＣ２を介して絶縁結合されている。
【００１４】
図３の構成において、入力部は上位機器１０から入力されるたとえば４〜２０ｍＡの電流信号をパルス幅変調方式により電圧信号に変換し、フォトカプラＰＣ１を介して出力部に絶縁伝送する。出力部は、入力部からフォトカプラＰＣ１を介して絶縁伝送された電圧信号を、電流吸込み型により電流信号に変換する。
【００１５】
ここで、フィールド機器３０の負荷３１が大きくなると、トランジスタＴＲのコレクタと電圧検出部４３が接続されている出力端子ＯＵＴ２の電圧Ｖ１が低下する。そして、電圧Ｖ１があらかじめ設定されている閾値を超えると電圧検出部４３が作動し、フォトカプラＰＣ２を介してスイッチＳＷをＯＦＦにし、入力電流ラインを遮断する。これにより、上位機器１０の電流検出回路１２は低電流になったことを検出でき、負荷３１の異常の有無を検出できる。
【００１６】
特許文献１には、入出力間の信号変換器を電気的に絶縁するアイソレータを具備する二線式伝送器の構成が記載されている。
【００１７】
【特許文献１】実公平１−２４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、図２の構成は、ほぼトランスＴのみに依存する設計となることから、トランスの設計に関して以下のような問題点がある。
【００１９】
たとえば４〜２０ｍＡの電流伝送を行うためには、トランスＴに約３０ｍＡの電流を流さなければならず、サイズが大きくなってしまう。
【００２０】
また、精度を出すのは難しく、結合を高めた設計が必要になることから歩留まりが低下し、高価になる。
【００２１】
さらに、トランスには漏れインダクタンスがあるので、入力電流を完全に遮断することは不可能である。
【００２２】
一方、図３の構成では、負荷３１がＯｐｅｎになると電圧Ｖ１が０Ｖになり、それを電圧検出部４３で検出して入力部のスイッチＳＷをＯＦＦにすることにより入力電流を遮断するが、負荷３１が１００ＫΩ〜１ＭΩ程度のインピーダンスでＯｐｅｎとなっている場合は、スイッチＳＷをＯＦＦにした時の入力電流はほぼ０ｍＡになる。
【００２３】
ところが、出力部は０ｍＡを出力できる状態であるため電圧検出部４３は正常に戻り、再びスイッチＳＷをＯＮにする。そして、入力電流が正常に戻ると出力部は再び負荷３１の異常を検出し、電圧検出部４３がまた動作してスイッチＳＷをＯＦＦにするという動作が繰り返され、スイッチＳＷはＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことになる。この結果、タイミングにもよるが、上位機器１０の電流検出回路１２は負荷３１の異常を検出できない場合がある。
【００２４】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、負荷のインピーダンスが所定値を超えると異常と判断して入力電流を完全に遮断し、負荷のインピーダンスが正常値になると正常動作に復帰する信号伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
入力部と出力部が絶縁結合され、前記入力部側には前記入力部に電流を出力する電流源およびこの電流源の出力電流を検出する電流検出手段を有する上位機器が２線式伝送路を介して接続され、前記出力部側には所定の負荷を有するフィールド機器が２線式伝送路を介して接続される信号伝送装置において、
前記入力部には前記上位機器から入力される電流を選択的にＯＮ／ＯＦＦするスイッチと前記上位機器から入力される電流を電圧に変換する電流電圧変換部が設けられ、
前記出力部には前記入力部から入力される電圧を電流に変換する電圧電流変換部と前記フィールド機器の負荷の端子電圧を検出する電圧検出手段と電圧加算手段が設けられ、
前記電圧検出手段は、前記端子電圧の異常を検出することにより前記スイッチをＯＦＦにするとともに、前記電圧加算手段が前記電圧電流変換部の入力電圧に所定の電圧を加算するように制御することを特徴とする。
【００２６】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の信号伝送装置において、
前記入力部の電流電圧変換部は、パルス幅変調回路を含むことを特徴とする。
【００２７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の信号伝送装置において、
前記フィールド機器の負荷の値を読み返して負荷の診断を行う負荷診断手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
このような信号伝送装置を用いることにより、負荷のインピーダンスの状態を正確に検出でき、制御プラントの正しい制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】従来のプロセス計装システムの一例を示す構成図である。
【図３】従来のプロセス計装システムの他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図であって、図３と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図３の相違点は、図１では、出力部に、電圧検出部４３による負荷３１の異常検出に連動して、演算増幅器ＯＰ２で構成される電圧電流変換部に電圧を加算する電圧加算部４４を設けていることである。すなわち、電圧加算部４４は、電圧検出部４３が異常電圧を検出することにより駆動され、ローパスフィルタ４２に所定の電圧を出力するように構成されている。
【００３１】
図１において、負荷３１が異常になってインピーダンスが高くなると、出力端子ＯＵＴ２の電圧Ｖ１が低下する。電圧検出部４３は、電圧Ｖ１があらかじめ設定されている閾値よりも低下したことを検出すると、図３と同様にフォトカプラＰＣ２を介してスイッチＳＷをＯＦＦにして入力電流ラインを遮断するとともに、ローパスフィルタ４２に所定の電圧を出力するように電圧加算部４４を駆動する。ここで、電圧加算部４４の出力電圧は、演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続されているトランジスタＴＲが安定してＯＮになるのに十分な値であればよく、回路条件に応じて任意の値に調整する。
【００３２】
具体例を説明する。出力端子ＯＵＴ１には電圧Ｖとしてたとえば２４Ｖが印加されている。負荷３１のインピーダンスは、正常状態では、たとえば０〜７５０Ωの範囲で変化する。これらから、たとえば負荷３１のインピーダンスが７５０Ωの状態で２０ｍＡの電流が流れると、負荷３１における電圧降下は、７５０Ω＊２０ｍＡから１５Ｖになる。これにより、電圧検出部４３は、出力端子ＯＵＴ２の電圧Ｖ１として、２４Ｖ−１５Ｖ＝９Ｖを検出する。
【００３３】
このような状態から、負荷３１がＯｐｅｎになると電圧Ｖ１は０Ｖになる。電圧検出部４３は、電圧Ｖ１が０Ｖになったことを検出すると、入力部のスイッチＳＷをＯＦＦにして入力電流を遮断するとともに、電圧加算部４４からローパスフィルタ４２にたとえば０．５Ｖを出力するように電圧加算部４４を駆動する。
【００３４】
ローパスフィルタ４２に入力された電圧加算部４４の出力電圧は演算増幅器ＯＰ２で増幅され、演算増幅器ＯＰ２の出力端子に接続されているトランジスタＴＲをＯＮにする。入力部のスイッチＳＷがＯＦＦになっているにもかかわらず、トランジスタＴＲがＯＮになることにより、電圧検出部４３は出力端子ＯＵＴ２の電圧Ｖ１が所定の閾値以下の異常電圧になっていることを安定に検出できる。この状態は、負荷３１のインピーダンスが正常状態に復旧するまで解除されることなく維持される。すなわち、電圧検出部４３の閾値は負荷３１の異常時におけるインピーダンスに基づいて任意に設定でき、電圧加算部４４の出力電圧は負荷３１の正常時におけるインピーダンスに基づいて任意に設定できる。
【００３５】
これにより、負荷のインピーダンスが所定値を超えると異常と判断して入力電流を完全に遮断し、負荷のインピーダンスが正常値になると正常動作に復帰する信号伝送装置を提供することができ、制御プラントの正しい制御が行える。
【００３６】
なお、上記実施例では、入力部としてパルス幅変調回路４１を含む例を示しているが、これに限るものではなく、その他の方式であってもよい。
【００３７】
また、上記実施例では、出力部を構成する電圧電流変換部として電流吸込み型を用いる例を示しているが、これに限るものではなく、電流吐き出し型であってもよい。
【００３８】
また、上記実施例では、フィールド機器３０の負荷３１のインピーダンス異常を、入力電流をスイッチＳＷで遮断することで上位機器１０に伝えているが、たとえばリレー接点信号などのその他の信号に変換してもよい。
【００３９】
さらに、負荷３１のインピーダンスの値をたとえばマイクロコンピュータなどで読み返して負荷３１の状態を診断するように構成することもできる。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、負荷のインピーダンスが所定値を超えると異常と判断して入力電流を完全に遮断し、負荷のインピーダンスが正常値になると正常動作に復帰することにより、制御プラントの正しい制御が行える信号伝送装置が実現できる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  上位機器
１１  電流源
１２  電流検出回路
３０  フィールド機器
３１  負荷
４０  信号伝送装置
４１  パルス幅変調回路
４２  ローパスフィルタ
４３  電圧検出部
４４  電圧加算部
【図１】
0005423984.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005423984.tif 000004