(57)【要約】【課題】他のアナログ制御装置から当該アナログ制御装置に切換える際に、制御用のアナログ電流が外部負荷への突入電流を発生させることがなく、外部負荷の動作に影響を与えないアナログ制御装置を提供することを目的としている。【解決手段】主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流と、制御回路３２からのデジタル信号を電圧／電流変換回路３３によりアナログ電流に変換された制御用のアナログ電流と、を切換える切換スイッチＳ１からＳ４と、電圧／電流変換回路３３の出力側に被制御装置４と並列に、ツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ１とが直列に設置されており、制御用のアナログ電流で被制御装置４を制御する。【選択図】図２
2014003566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御用のデジタル信号を出力する制御回路と、
前記制御回路の出力電圧をアナログ電流に変換する電圧／電流変換回路と、
前記電圧／電流変換回路と外部負荷との間に設けられ、他のアナログ制御装置からのアナログ電流を前記電圧／電流変換回路からのアナログ電流に切換える第一のスイッチと、
前記他のアナログ制御装置からのアナログ電流を前記外部負荷を経由させずに還流させる第二のスイッチと、
前記電圧／電流変換回路の出力側に並列に設けられたツェナーダイオードと、
を備え、前記アナログ電流で前記外部負荷を制御することを特徴とするアナログ制御装置。
【請求項２】
前記第二のスイッチがツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載のアナログ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御回路からの制御用のデジタル信号をアナログ電流に変換し、産業用プラントの制御を行うアナログ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業プラントの制御対象機器に対してデジタル制御信号をアナログ電流に変換するアナログ制御装置は、制御回路からのデジタル制御信号をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器からのアナログ電圧をアナログ電流に変換し、このアナログ電流を制御対象機器への出力信号として出力する電圧／電流変換回路とを備えている。また、アナログ制御装置の信頼性を向上や操作性の向上を図るため、複数のアナログ出力系を備え、切り換え機能を有するものがある。
【０００３】
このような複数のアナログ出力系を備えているアナログ制御装置として、例えば、特許文献１に示されるアナログ出力装置では、上位の制御装置から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ電流を制御対象へアナログ出力信号として出力するものであり、第１のアナログ出力部２５ａと第２のアナログ出力部２５ｂとを具備して二重化を行なっているため、第１のアナログ出力部２５ａと第２のアナログ出力部２５ｂのうち、いずれか一方が故障しても、故障診断回路３ｄにより正常に動作しているもう一方によって出力信号の切換えができるので、より一層信頼性の向上を図ることが可能である。
【０００４】
また、図７に示す従来のアナログ制御装置では、アナログ出力系を切換えるのに複数のリレー（スイッチ）が用いられており、マイクロコントローラ（制御器）からの指令により、これら複数のリレーを切換え、アナログ電流を制御対象へアナログ出力信号として出力している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４９２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のアナログ出力装置においては、故障時にオンライン系のアナログ出力部からスタンバイ系のアナログ出力部に切換える信頼性向上を図るためのものであり、通常動作時の複数のアナログ出力部の切換えについては考慮されておらず、切換え時に発生する高電流が負荷に流れることに対する対策はなされておらず、外部負荷の誤動作を引き起こす可能性があるという課題があった。
【０００７】
また、図７に示す従来のアナログ制御装置においても、アナログ出力系の経路切替え時にリレーのタイミグの関係で、装置内部および装置外部の電流出力装置が、一瞬無負荷状態になり高電圧が発生するが、この高電圧により発生する高電流により外部負荷の誤動作を引き起こす可能性があるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、他のアナログ制御装置から当該アナログ制御装置に切換える際に、制御用のアナログ電流が外部負荷への突入電流を発生させることがなく、外部負荷の動作に影響を与えないアナログ制御装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るアナログ制御装置は、制御用のデジタル信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力電圧をアナログ電流に変換する電圧／電流変換回路と、前記電圧／電流変換回路と外部負荷との間に設けられ、他のアナログ制御装置からのアナログ電流を前記電圧／電流変換回路からのアナログ電流に切換える第一のスイッチと、前記他のアナログ制御装置からのアナログ電流を前記外部負荷を経由させずに還流させる第二のスイッチと、前記電圧／電流変換回路の出力側に並列に設けられたツェナーダイオードと、を備え、前記アナログ電流で前記外部負荷を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアナログ制御装置によれば、制御用のアナログ電流の出力側にツェナーダイオードを付加することにより、他のアナログ制御装置のアナログ電流から当該アナログ制御装置のアナログ電流に切換える際に、外部負荷へのアナログ電流がツェナーダイオードの降伏電圧以上の高電圧になることがなく、外部負荷への突入電流を発生させることがなく外部負荷の誤動作を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るアナログ制御装置を適用した制御システム全体の概略図である。
【図２】実施の形態１に係るアナログ制御装置の回路ブロックを示す図である。
【図３】実施の形態１に係るアナログ制御装置の回路動作（通常時）を説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係るアナログ制御装置の回路動作（切換え時）を説明するための図である。
【図５】実施の形態１に係るアナログ制御装置の他の実施態様の回路ブロックを示す図である。
【図６】実施の形態２に係るアナログ制御装置の回路ブロックを示す図である。
【図７】従来のアナログ制御装置の回路ブロックを示す図である。
【図８】従来のアナログ制御装置の回路動作（通常時）を説明するための図である。
【図９】従来のアナログ制御装置の回路動作（切換え時）を説明するための図である。
【図１０】従来のアナログ制御装置の回路動作（無負荷時）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係るアナログ制御装置は、他のアナログ制御装置（主アナログ制御装置）の制御用のアナログ電流から当該アナログ制御装置の制御用のアナログ電流に切換えて外部負荷（被制御装置）を制御するために使用するもので、制御用のアナログ電流の出力機能とともに主アナログ制御装置との切換え機能を有している。本発明のアナログ制御装置について、図１から図６を参照して説明する。本発明のアナログ制御装置は、例えば、原子力発電プラントにおいて、被制御装置の点検等で主制御室の主アナログ制御装置からプラントサイトでの制御を行うために本発明のアナログ制御装置の手動制御に切換えて実施するのに利用される。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアナログ制御装置を適用した制御システム全体の概略図であり、図２は、実施の形態１に係るアナログ制御装置の回路ブロックを示す図である。また、図３および図４は、実施の形態１に係るアナログ制御装置の回路動作を説明するための図である。
【００１４】
まず、図１および図２を用いて、実施の形態１に係るアナログ制御装置の構成について説明する。図１に示すように実施の形態１に係るアナログ制御装置を適用する制御システム１は、制御対象である被制御装置（外部負荷）４を制御用するアナログ電流を出力する主アナログ制御装置２と、このアナログ電流から切換えて被制御装置４を制御するアナログ電流を出力する本実施の形態のアナログ制御装置３とで構成されている。
【００１５】
また、アナログ制御装置３は、主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流を測定する電流測定回路３１と、被制御装置４を制御するデジタル信号を出力する制御回路３２と、この制御回路３２の出力電圧をアナログ電流に変換する電圧／電流変換回路３３と、このアナログ電流を主アナログ制御装置２のアナログ電流からアナログ制御装置３のアナログ電流に切換える切換スイッチ３４と、アナログ制御装置３から被制御装置４に出力されるアナログ電流を測定する電流測定回路３５で構成されている。なお、電圧／電流変換回路３３は、制御回路３２からのデジタル制御信号電圧をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器からのアナログ電圧をアナログ電流に変換する機能を有している。
【００１６】
図２は、実施の形態１に係るアナログ制御装置の回路ブロックを示す図である。主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流と、制御回路３２からのデジタル信号を電圧／電流変換回路３３によりアナログ電流に変換された制御用のアナログ電流とは、切換スイッチ３４（スイッチＳ１からＳ４に該当）を操作することによって、被制御装置４に出力される。また、主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流は、抵抗Ｒ１を介して電流測定回路３１で測定され、被制御装置４に出力される制御用のアナログ電流は、抵抗Ｒ２を介して電流測定回路３５で測定される。さらに、電圧／電流変換回路３３の出力側に被制御装置４と並列に、ツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ１とが直列に接続されて設置されている。ここで、第一のスイッチは、スイッチＳ２からＳ４が、第二のスイッチは、スイッチＳ１が相当する。
【００１７】
次に、実施の形態１に係るアナログ制御装置の動作について、図３と図４を用いて説明する。スイッチＳ１からＳ４を操作することにより、被制御装置４に出力される制御用のアナログ電流を主アナログ制御装置２から電圧／電流変換回路３３から出力される制御用のアナログ電流に切換えることができる。図３は、主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流により被制御装置４を制御する場合（通常時）の電流の流れ（破線）を示すものである。スイッチＳ１，Ｓ３は開に、スイッチＳ２，Ｓ４は閉にされている。主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流は、スイッチＳ２を通って被制御装置４に流れ、ダイオードＤ２からスイッチＳ４を通って主アナログ制御装置２に帰還される。一方、実施の形態１のアナログ制御装置３の電圧／電流変換回路３３から出力された制御用のアナログ電流は、ツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ１を通って電圧／電流変換回路３３に帰還される。
【００１８】
図４は、実施の形態１のアナログ制御装置３の制御用のアナログ電流により被制御装置４を制御する場合（切換え時）の電流の流れ（破線）を示すものである。この場合には、スイッチＳ１，Ｓ３は閉に、スイッチＳ２，Ｓ４は開にされている。主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流は、スイッチＳ１、ダイオードＤ４を通って主アナログ制御装置２に帰還される。一方、実施の形態１のアナログ制御装置の電圧／電流変換回路３３から出力された制御用のアナログ電流は、スイッチＳ３、ダイオードＤ３を通って被制御装置４に流れ、電圧／電流変換回路３３に帰還される。
【００１９】
図３の通常時の状態から図４の切換え時の状態への切換え時に、まず、スイッチＳ２，Ｓ４が開にされ、続いて、スイッチＳ３が閉（スイッチＳ１も閉）にされて、制御用のアナログ電流が主アナログ制御装置２からアナログ制御装置３に切り換わるまでの間、一時的に被制御装置４への制御用のアナログ電流が遮断され、電圧／電流変換回路３３は無負荷状態になる。このため、スイッチＳ３が閉にされた後、電圧／電流変換回路３３から瞬時高電圧が発生するが、ツェナーダイオードＺＤ１が接続されているため、降伏電圧以上になることがないため、被制御装置４に過大な制御用のアナログ電流（突入電流）が流れ込むことがなく被制御装置４の誤動作を抑制することができる。
【００２０】
なお、制御用のアナログ電流が主アナログ制御装置２から被制御装置４に出力される経路時は、アナログ制御装置３の電圧／電流変換回路３３からの制御用のアナログ電流は、ツェナーダイオードＺＤ１を通る経路しかないため、ツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ１を通って帰還される。このとき注意する点は、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚ１は、アナログ制御装置３の出力電圧Ｖｓの上限を超えないことである。
【００２１】
次に、従来のアナログ制御装置６との比較について説明する。図８は、図７に示す従来のアナログ制御装置６における主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流により被制御装置４を制御する場合（通常時）の電流の流れ（破線）を示すものである。この場合には、スイッチＫ１、Ｋ３は開に、スイッチＫ２，Ｋ４，Ｋ５は閉にされている。主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流は、スイッチＫ２を通って被制御装置４に流れ、スイッチＫ４を通って主アナログ制御装置２に帰還される。一方、アナログ制御装置６の電圧／電流変換回路３３から出力された制御用のアナログ電流は、スイッチＫ５を通って電圧／電流変換回路３３に帰還される。実施の形態１では、スイッチＫ５は、ツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ１とにより置換えられている。
【００２２】
また、図９は、図７に示す従来のアナログ制御装置６の制御用のアナログ電流により被制御装置４を制御する場合（切換え時）の電流の流れ（破線）を示すものである。この場合には、スイッチＫ１，Ｋ３は閉に、スイッチＫ２，Ｋ４，Ｋ５は開にされている。主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流は、スイッチＫ１を通って主アナログ制御装置２に帰還される。一方、アナログ制御装置６の電圧／電流変換回路３３から出力された制御用のアナログ電流は、スイッチＫ３を通って被制御装置４に流れ、電圧／電流変換回路３３に帰還される。
【００２３】
従来のアナログ制御装置６では、実施の形態１のアナログ制御装置３と違って、スイッチ（Ｋ１からＫ５）のみで構成されているため、図８の状態（通常時）から図９の状態（切換え時）への切換え時に、まず、スイッチＫ２，Ｋ４，Ｋ５が開にされ、続いて、スイッチＫ３が閉（スイッチＫ１も閉）にされて、主アナログ制御装置２からアナログ制御装置３に制御用のアナログ電流が切り換わるまでの間、図１０に示すように、一時的に被制御装置４への制御用のアナログ電流が遮断され、電圧／電流変換回路３３は無負荷状態になる。このため、スイッチＫ３が閉にされた後、電圧／電流変換回路３３から瞬時高電圧が発生するが、保護回路がないため、被制御装置４に過大な制御用のアナログ電流（突入電流）が流れ込むことになり、被制御装置４の誤動作を引き起こすことがある。
【００２４】
図５に、実施の形態１の他の実施態様の回路ブロックを示す。この実施態様では、スイッチＳ１とＳ２とを、２接点を有するスイッチＳ１０に、スイッチＳ３とＳ４とを、２接点を有するスイッチＳ１１に、それぞれ変更したもので、スイッチＳ１０とスイッチＳ１１を連動させて切換えることにより、上記実施態様と同様の効果が期待される。ここで、第一のスイッチは、スイッチＳ１１とスイッチ１０の機能の一部が、第二のスイッチは、スイッチＳ１１の機能の一部が相当する。
【００２５】
これにより、実施の形態１のアナログ制御装置３では、従来のアナログ制御装置６と違って、電圧／電流変換回路３３の出力側にツェナーダイオードＺＤ１が被制御装置４と並列に付加されているため、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧以上になることがないため、保護回路としての機能を果たし、被制御装置４に突入電流が流れ込むことがなく被制御装置４の誤動作を抑制することができる効果が期待できる。
【００２６】
このように、実施の形態１に係るアナログ制御装置によれば、電圧／電流変換回路の出力側にツェナーダイオードを付加するという簡単な構成により、制御用のアナログ電流を他のアナログ制御装置から本実施の形態のアナログ制御装置に切換える際に、外部負荷（被制御装置）へのアナログ電流がツェナーダイオードの降伏電圧以上の高電圧になることがないので、外部負荷への突入電流が発生することがなく外部負荷の誤動作を抑制することができるという顕著な効果が期待できる。
【００２７】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係るアナログ制御装置の回路ブロックを示す図である。
図２に示す実施の形態１に係るアナログ制御装置と図６に示す実施の形態２に係るアナログ制御装置との相違点は、実施の形態１では、被制御装置４への制御用のアナログ電流を主アナログ制御装置２からアナログ制御装置３に切換えた際に、主アナログ制御装置２の制御用のアナログ電流が、スイッチＳ１、ダイオードＤ４を通って帰還されるようになっているが、実施の形態２のアナログ制御装置５では、これらのスイッチＳ１、ダイオードＤ４の換わりに、ツェナーダイオードＺＤ２とダイオードＤ４が用いられている点である。なお、他の構成要素は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
次に、実施の形態２に係るアナログ制御装置について、図６を参照して説明する。実施の形態１では、制御用のアナログ電流を主アナログ制御装置２からアナログ制御装置３に切換えた際に、アナログ制御装置３から被制御装置４に過大な制御用のアナログ電流が流れるのを抑制するものであったが、実施の形態２では、逆に、アナログ制御装置５から主アナログ制御装置２に切り替えた際に、主アナログ制御装置２から被制御装置４に過大な制御用のアナログ電流（突入電流）が流れるのを抑制するものである。
【００２９】
すなわち、制御用のアナログ電流がアナログ制御装置５から主アナログ制御装置２への切換え時に、まず、スイッチＳ３が開にされ、続いて、スイッチＳ２，Ｓ４が閉にされて、制御用のアナログ電流がアナログ制御装置５から主アナログ制御装置２に切り換わるまでの間、一時的に被制御装置４への制御用のアナログ電流が遮断され、スイッチＳ２，Ｓ４が閉にされた後、主アナログ制御装置２から瞬時高電圧が発生するが、ツェナーダイオードＺＤ２とダイオードＤ４が接続されているため、降伏電圧以上になることがないため、被制御装置４に突入電流が流れ込むことがなく被制御装置４の誤動作を抑制することができる。
【００３０】
制御用のアナログ電流が主アナログ制御装置２から被制御装置４に出力される経路時は、ツェナーダイオードＺＤ２の降伏電圧Ｖｚ２は、ツェナーダイオードＺＤ２の両端の電圧が被制御装置４にかかる電圧よりも高い電圧のものを選択する、これにより、主アナログ制御装置２からの制御用のアナログ電流は、ツェナーダイオードＺＤ２には流れず、被制御装置４に流れる。本実施の形態のアナログ制御装置５から被制御装置４に出力される経路時は、主アナログ制御装置２からの制御用のアナログ電流は、ツェナーダイオードＺＤ２を通る経路しかないため、ツェナーダイオードＺＤ２とダイオードＤ４を通って帰還される。このとき注意する点は、ツェナーダイオードＺＤ２の降伏電圧Ｖｚ２は、主アナログ制御装置２の出力電圧Ｖｍの上限を超えないことである。
【００３１】
制御用のアナログ電流が主アナログ制御装置２からアナログ制御装置５への切換え時の動作については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００３２】
これにより、実施の形態１のように制御用のアナログ電流が主アナログ制御装置２からアナログ制御装置５へ切換えられる時だけでなく、制御用のアナログ電流がアナログ制御装置５から主アナログ制御装置２へ切換えられる時においても、被制御装置４に突入電流が流れ込むことがなく被制御装置４の誤動作を抑制することができる。
【００３３】
このように、実施の形態２に係るアナログ制御装置によれば、実施の形態１の効果だけでなく、他のアナログ制御装置から制御用のアナログ電流の入力側にもツェナーダイオードを付加するという簡単な構成により、制御用のアナログ電流を本実施の形態のアナログ制御装置から他のアナログ制御装置に切換える際に対しても、外部負荷（被制御装置）への制御用のアナログ電流がツェナーダイオードの降伏電圧以上の高電圧になることがないので、外部負荷への突入電流が発生することがなく外部負荷の誤動作を抑制することができるという顕著な効果が期待できる。
【００３４】
なお、実施の形態１および実施の形態２で使用するツェナーダイオードの降伏電圧の値を変更することで、様々な外部負荷（被制御装置）に適用可能であることは、言うまでもない。
【００３５】
また、本発明のアナログ制御装置で使用されるスイッチとしては、機械式リレー、半導体素子等いずれのものを用いたものであっても構わない。
【００３６】
また、上記図面においては、本発明に関する主要回路部品のみについて記載し、他の回路部品は省略した。
【００３７】
また、本発明のアナログ制御装置は、原子力発電プラントで使用する例について挙げたが、火力、水力などの発電プラント、鉄鋼、公共設備などの一般的なプラントに適用できるものである。
【００３８】
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００３９】
また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１  制御システム
２  主アナログ制御装置
３，５  アナログ制御装置
４  被制御装置
３１，３５  電流測定回路
３２  制御回路
３３  電圧／電流変換回路
３４  切換スイッチ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  スイッチ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  ダイオード
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
ＺＤ１，ＺＤ２  ツェナーダイオード
【図１】
2014003566.tif 000003
【図２】
2014003566.tif 000004
【図３】
2014003566.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014003566.tif 000007
【図６】
2014003566.tif 000008
【図７】
2014003566.tif 000009
【図８】
2014003566.tif 000010
【図９】
2014003566.tif 000011
【図１０】
2014003566.tif 000012