(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号を操作端へ出力するアナログ信号出力装置において、
一端が出力端子に接続されたトランジスタ素子と、
一端に駆動電圧が印加され、他端は前記トランジスタ素子の他端に接続された電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗に印加される電圧から出力電流値をリードバックする第１の演算増幅器と、
出力電流の設定値と前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値の偏差に応じた電圧を出力し、この出力電圧を前記トランジスタ素子の制御端子に与えて出力電流値をフィードバック制御する第２の演算増幅器と、
この第２の演算増幅器の出力電圧値を検出する電圧検出回路と、
前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が所定の基準値以上である場合は、アナログ信号の出力線に断線が生じていると判断し、前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値が設定値と一致せず、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が正常範囲内である場合は、リードバック経路にあるハードウェアに故障が発生したと判断するプロセッサと、
を有することを特徴とするアナログ信号出力装置。
【請求項２】
前記プロセッサは、１制御周期の間に複数回にわたって前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値及び電圧検出回路の検出電圧値を読み込み、各回の読み込みにおいていずれも前記出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記検出電圧値が所定の基準値以上である場合はアナログ信号の出力線に断線が生じていると判断することを特徴とする請求項１記載のアナログ信号出力装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が所定の基準値以上である状態が複数回の制御周期にわたって持続した場合に断線を通達することを特徴とする請求項１記載のアナログ信号出力装置。
【請求項４】
前記第２の演算増幅器の出力電圧を分圧する分圧回路と、
この分圧回路で得た分圧を所定の基準値と比較し、比較結果に応じた２値信号を前記プロセッサに与える比較器と、
を具備したことを特徴とする請求項１記載のアナログ信号出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラント制御システム等に設けられ、４〜２０ｍＡ，１〜５Ｖ等の信号形態をとったアナログ信号をバルブ等の操作端へ出力するアナログ信号出力装置に関するものである。更に詳しくは、出力信号線の断線検出機能を持ったアナログ信号出力装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラントに存在するバルブには、４〜２０ｍＡ，１〜５Ｖ等のアナログ信号で開閉されるものがある。アナログ信号出力装置は、プラント制御システム内から与えられた操作量信号をアナログ信号に変換しバルブに与える。これによって、バルブの開閉が制御される。アナログ信号出力装置には断線検出回路を備えたものがある。
【０００３】
図２は断線検出回路を備えたアナログ信号出力装置の従来例の構成図である。
図２で、出力端子１１，１２間に操作端１３が接続されている。操作端１３は例えばバルブである。出力端子１２は接地電位ＧＮＤに接続されている。
トランジスタ素子１４は、一端（エミッタ）が出力端子１１に接続されている。
電流検出抵抗１５は、一端に駆動電圧ＶＤＤが印加され、他端はトランジスタ素子１４の他端（コレクタ）に接続されている。
演算増幅器１６は、出力電流値を電流検出抵抗１５に印加される電圧によりリードバックする。
【０００４】
演算増幅器１７は、出力電流の設定値と演算増幅器１６でリードバックした出力電流値の偏差に応じた電圧を出力し、この出力電圧をトランジスタ素子１４の制御端子に与えて出力電流値をフィードバック制御する。
コンデンサ１８は出力電流の設定値をサンプルホールドする。
マルチプレクサ１９，２０は、アナログ信号を出力する操作端を切り換える。前述した出力端子、１１，１２、操作端１３、トランジスタ素子１４、電流検出抵抗１５、演算増幅器１６，１７及びコンデンサ１８からなる回路がマルチプレクサ１９，２０のチャネル数だけ設けられている。
【０００５】
Ａ／Ｄ変換器２１は、リードバックした出力電流値をデジタル信号に変換してプロセッサ２２に与える。
Ｄ／Ａ変換器２３は、プロセッサ２２から出力された出力電流の設定値信号をアナログ信号に変換してマルチプレクサ２０に与える。
プロセッサ２２は、出力電流の設定値を出力するとともに、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値から断線の有無を判断する。
【０００６】
図２のアナログ信号出力装置では、出力電流値を演算増幅器１６でリードバックし、プロセッサ２２はリードバックした出力電流値が所定の基準値、例えば０．６５ｍＡよりも小さい場合は、出力信号線２４が断線したと判断していた。
【０００７】
しかし、図２の従来例では次の問題点があった。
図２の従来例では、電流検出抵抗１５に流れる電流をリードバックすることによって断線の有無を検出しているため、リードバックした出力電流値が０．６５ｍＡよりも小さくなったときに、本当に出力信号線２４の断線によるものなのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障によるものなのかを識別できない。
【０００８】
プラント制御システムにアナログ信号出力装置を設置するときに、信頼性を高くするために１つの出力チャネルについてアナログ信号出力装置を二重化して設けることがある。図２の従来例を二重化アナログ信号出力装置に適用すると次の問題が生じる。
リードバックした出力電流値が０．６５ｍＡよりも小さくなったときに、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因である場合は、信号出力を行なうアナログ信号出力装置を切り換えると正常な信号出力が保証される。ところが、出力信号線の断線が原因である場合は、信号出力を行なうアナログ信号出力装置を切り換えても正常な信号出力は行われない。
【０００９】
図２の従来例では、リードバックした出力電流値が０．６５ｍＡよりも小さくなったときに、出力信号線の断線が原因なのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因なのかを識別できないため、二重化したアナログ信号出力装置の切換を行なうことが適切なのかどうかを判断できない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、リードバックした出力電流値が基準値よりも小さくなったときに、出力信号線の断線が原因なのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因なのかを識別することによって、二重化アナログ信号出力装置に適用したときに二重化の切換を適切に行なうことができるアナログ信号出力装置を実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になったアナログ信号出力装置である。
【００１２】
（１）アナログ信号を操作端へ出力するアナログ信号出力装置において、
一端が出力端子に接続されたトランジスタ素子と、
一端に駆動電圧が印加され、他端は前記トランジスタ素子の他端に接続された電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗に印加される電圧から出力電流値をリードバックする第１の演算増幅器と、
出力電流の設定値と前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値の偏差に応じた電圧を出力し、この出力電圧を前記トランジスタ素子の制御端子に与えて出力電流値をフィードバック制御する第２の演算増幅器と、
この第２の演算増幅器の出力電圧値を検出する電圧検出回路と、
前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が所定の基準値以上である場合は、アナログ信号の出力線に断線が生じていると判断し、前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値が設定値と一致せず、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が正常範囲内である場合は、リードバック経路にあるハードウェアに故障が発生したと判断するプロセッサと、
を有することを特徴とするアナログ信号出力装置。
【００１３】
（２）前記プロセッサは、１制御周期の間に複数回にわたって前記第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値及び電圧検出回路の検出電圧値を読み込み、各回の読み込みにおいていずれも前記出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記検出電圧値が所定の基準値以上である場合はアナログ信号の出力線に断線が生じていると判断することを特徴とする（１）記載のアナログ信号出力装置。
【００１４】
（３）前記プロセッサは、第１の演算増幅器でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が所定の基準値以上である状態が複数回の制御周期にわたって持続した場合に断線を通達することを特徴とする（１）記載のアナログ信号出力装置。
【００１５】
（４）前記第２の演算増幅器の出力電圧を分圧する分圧回路と、
この分圧回路で得た分圧を所定の基準値と比較し、比較結果に応じた２値信号を前記プロセッサに与える比較器と、
を具備したことを特徴とする（１）記載のアナログ信号出力装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。図１で図２と同一のものは同一符号を付ける。
図１で、ダイオード３１及び抵抗３２，３３は演算増幅器１７の出力端子と接地電位ＧＮＤとの間に直列接続されている。演算増幅器１７の出力電圧は、抵抗３２，３３で分圧され、マルチプレクサ３４を介して比較器３５に与えられる。比較器３５は、マルチプレクサ３４を介して与えられた電圧値を所定の基準値と比較し、比較結果に応じた２値信号を出力する。
ダイオード３１及び抵抗３２，３３により電圧検出回路を構成している。
【００１７】
プロセッサ３６は、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値、比較器３５の２値信号及び出力電流の設定値をもとに、出力信号線の断線、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障等を判断する。
出力端子、１１，１２、操作端１３、トランジスタ素子１４、電流検出抵抗１５、演算増幅器１６，１７、コンデンサ１８、ダイオード３１及び抵抗３２，３３からなる回路がマルチプレクサ１９，２０，３４のチャネル数だけ設けられている。
【００１８】
図１の実施例の動作を説明する。
図１のアナログ信号出力装置は多チャネルの出力回路で使用しているため、信号出力を行なうときには、出力電流値をリードバックするためのマルチプレクサ１９と、演算増幅器１７の出力電圧値を検出するためのマルチプレクサ３４とを同期して切り換える。例えば、３番目のチャネルに信号出力を行なうときは、マルチプレクサ１９と３４を３番目のチャネルに同期して切り換える。同期切換はプロセッサ３６が行う。
【００１９】
出力信号線２４が断線しているときは、電流検出抵抗１５に電流が流れないため、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値は基準値よりも小さくなる。また、演算増幅器１７は出力電流値が設定値になるようにフィードバック制御するため、演算増幅器１７の出力電圧は高電圧側に振り切れる。
プロセッサ３６は、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値と演算増幅器１７の出力電圧値を読み込む。そして、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値が基準値以下で、しかも演算増幅器１７の出力電圧が基準値を超えていることが示されている場合にのみ、プロセッサ３６は出力信号線２４が断線していると判断する。
【００２０】
図１のアナログ信号出力装置は多チャネルの出力回路で使用しているため、１チャネル当りの処理時間をできる限り短くする必要がある。これを実現するために、演算増幅器１７の出力電圧を抵抗３２と３３で分圧し、分圧を比較器３５で基準値と比較し、２値のステータス信号としてプロセッサ３６に入力している。すなわち、演算増幅器１７の出力電圧値が基準値よりも高いかどうかの判断結果を直接プロセッサ３６に与えている。
ダイオード３１は、演算増幅器１７の出力電圧が負になったときに、マルチプレクサ３４に負の電圧が入力されることを防ぐために設けられている。
【００２１】
プロセッサ３６は、１制御周期の間に複数回、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値及び演算増幅器１７の出力電圧値を読み込み、各回の読み込みにおいていずれも出力電流値が所定の基準値以下で、しかも出力電圧値が所定の基準値以上である場合は出力信号線２４に断線が生じていると判断する。これにより、突発的なノイズなどの影響で誤検出することを防止できる。
【００２２】
プロセッサ３６は、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも演算増幅器１７の出力電圧値が所定の基準値以上である状態が複数回の制御周期にわたって持続した場合に断線を上位側ホストコンピュータ等に通達する。
【００２３】
演算増幅器１７の出力電圧値が正常範囲内で、演算増幅器１６でリードバックした出力電流値が出力電流値の設定値と一致しない場合は、プロセッサ３６はリードバック経路にあるハードウェアに故障が発生したと判断する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【００２５】
請求項１の発明によれば、リードバックした出力電流値に加えて、出力電流値をフィードバック制御する演算増幅器の出力電圧値をもとに異常を判断している。このため、異常が発生したときに、出力信号線の断線が原因なのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因なのかを識別できる。これによって、二重化したアナログ信号出力装置に適用したときに、異常原因に応じて二重化切換の要否を判断でき、二重化の切換を適切に行なうことができる。
【００２６】
請求項２の発明によれば、１制御周期の間に複数回にわたって出力信号線が断線したかどうかを判断しているため、突発的なノイズなどの影響で断線を誤検出することを防止できる。
【００２７】
請求項３の発明によれば、出力信号線が断線したと判断された状態が複数回の周期にわたって持続している場合は、断線を通達しているため、上位のホストコンピュータ等は断線を知ることができる。
【００２８】
請求項４の発明によれば、出力電流値をフィードバック制御する演算増幅器の出力電圧値が基準値を超えているかどうかを２値信号のステータス情報で直接プロセッサに与えている。これによって、プロセッサは出力電圧値と基準値の比較をする必要がないため、処理時間を短縮できる。アナログ信号出力装置を多チャネルの出力回路で使用したときは、１チャネル当りの処理時間が短縮されるため、メリットが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】アナログ信号出力装置の従来例の構成図である。
【符号の説明】
１１，１２  出力端子
１３  操作端
１４  トランジスタ素子
１５  電流検出用抵抗
１６，１７  演算増幅器
２４  出力信号線
３２，３３  抵抗
３５  比較器
３６  プロセッサ
【図１】
0003695234.tif 000002
【図２】
0003695234.tif 000003