(57)【要約】【課題】簡易な構成でフォトカプラの故障を検知する。【解決手段】デバイスからコントローラに送信されるデジタル信号をデバイスとコントローラとの間で仲介して伝送するデジタル伝送モジュールであって、デバイスから入力されるデジタル信号を電気的に絶縁してコントローラ側に伝達するフォトカプラ３１と、フォトカプラの発光ダイオード３１１と直列に接続され、かつ、デバイスからのデジタル信号を入力するための信号用入力端子３５，３６間と並列に接続された故障検知用抵抗３２と、を備え、故障検知用抵抗３２は、デジタル信号のオフ状態時にフォトカプラのフォトトランジスタ３１２側に流れる電流が、デジタル信号のオン状態時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流よりも小さく、かつ、フォトカプラの異常時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流よりも大きくなるように、抵抗値が設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１装置から第２装置に送信されるデジタル信号を前記第１装置と前記第２装置との間で仲介して伝送するデジタル伝送モジュールであって、
前記第１装置側から入力される前記デジタル信号を電気的に絶縁して前記第２装置側に伝達するフォトカプラと、
前記フォトカプラの入力側素子と直列に接続され、かつ、前記第１装置からの前記デジタル信号を入力するための信号用入力端子間と並列に接続された故障検知用抵抗と、を備え、
前記故障検知用抵抗は、前記デジタル信号のオフ状態時に前記フォトカプラの出力側素子に流れる電流が、前記デジタル信号のオン状態時に前記出力側素子に流れる電流よりも小さく、かつ、前記フォトカプラの異常時に前記出力側素子に流れる電流よりも大きくなるように、抵抗値が設定されている、ことを特徴とするデジタル伝送モジュール。
【請求項２】
外部電源からの電力を入力するための電源用入力端子と前記フォトカプラとの間に、前記電源用入力端子および前記フォトカプラの前記入力側素子と直列に接続された入力用抵抗を、さらに備え、
前記故障検知用抵抗の抵抗値は、前記入力用抵抗の抵抗値よりも大きい、ことを特徴とする請求項１記載のデジタル伝送モジュール。
【請求項３】
前記故障検知用抵抗の抵抗値は、前記デジタル信号のオフ状態時に前記フォトカプラの前記出力側素子に流れる電流によって、負荷が動作しない範囲で設定される、ことを特徴とする請求項１または２記載のデジタル伝送モジュール。
【請求項４】
前記フォトカプラの前記出力側素子に流れる電流に基づいて前記フォトカプラに故障が発生しているか否かを判定する判定部を、さらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタル伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル伝送モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント等を対象とするプロセス制御システムでは、コントローラと複数のデバイスとの間で効率よく信号のやり取りを行うために、Ｉ／Ｏユニットを用いている。このＩ／Ｏユニットでは、フォトカプラを利用することで、入力側と出力側とを電気的に絶縁して信号を伝送する。しかしながら、このフォトカプラには、故障や劣化により信号を伝送できなくなるという問題がある。この問題を回避するために、下記特許文献１には、フォトカプラの替りにパルストランスを利用したデジタル信号伝送装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、パルストランスには、信号の周波数帯域に応じてトランスを選択しなければならない等の設計上の制約があるため、広い周波数帯域をカバーするフォトカプラに比べて回路設計が難しくなるという問題がある。したがって、回路設計を簡易にするために、フォトカプラを利用したうえで、上述した劣化により信号が伝送できなくなる状態を早期に検知する技術の開発が要望されている。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するために、簡易な構成でフォトカプラの故障を検知することができるデジタル伝送モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るデジタル伝送モジュールは、第１装置から第２装置に送信されるデジタル信号を前記第１装置と前記第２装置との間で仲介して伝送するデジタル伝送モジュールであって、前記第１装置側から入力される前記デジタル信号を電気的に絶縁して前記第２装置側に伝達するフォトカプラと、前記フォトカプラの入力側素子と直列に接続され、かつ、前記第１装置からの前記デジタル信号を入力するための信号用入力端子間と並列に接続された故障検知用抵抗と、を備え、前記故障検知用抵抗は、前記デジタル信号のオフ時状態時に前記フォトカプラの出力側素子に流れる電流が、前記デジタル信号のオン状態時に前記出力側素子に流れる電流よりも小さく、かつ、０よりも大きくなるように、抵抗値が設定されている。
【０００７】
本発明に係るデジタル伝送モジュールによれば、故障検知用抵抗を、フォトカプラの入力側素子と直列に接続し、かつ、第１装置からのデジタル信号を入力するための信号用入力端子間と並列に接続したうえで、この故障検知用抵抗の抵抗値を、デジタル信号のオフ状態時にフォトカプラの出力側素子に流れる電流が、デジタル信号のオン状態時にフォトカプラの出力側素子に流れる電流よりも小さく、かつ、前記フォトカプラの異常時に前記出力側素子に流れる電流よりも大きくなるように設定することができるため、デジタル信号のオン/オフ状態にかかわらず、フォトカプラが正常に動作しているときには、回路内に所定量の電流を流すことができるようになり、電流がほぼ流れなくなるフォトカプラの故障時と区別することが可能となる。
【０００８】
また、本発明に係るデジタル伝送モジュールは、外部電源からの電力を入力するための電源用入力端子と前記フォトカプラとの間に、前記電源用入力端子および前記フォトカプラの前記入力側素子と直列に接続された入力用抵抗を、さらに備え、前記故障検知用抵抗の抵抗値は、前記入力用抵抗の抵抗値よりも大きい、こととしてもよい。
【０００９】
また、前記故障検知用抵抗の抵抗値は、前記デジタル信号のオフ状態時に前記フォトカプラの前記出力側素子に流れる電流によって、負荷が動作しない範囲で設定される、こととしてもよい。
【００１０】
また、前記フォトカプラの前記出力側素子に流れる電流に基づいて前記フォトカプラに故障が発生しているか否かを判定する判定部を、さらに備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易な構成でフォトカプラの故障を検知することが可能なデジタル伝送モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態におけるデジタル伝送モジュールを含むプロセス制御システムの構成を例示する図である。
【図２】実施形態におけるデジタル伝送モジュールの回路構成を例示する模式図である。
【図３】入力デジタル信号のオン/オフ状態に応じて、フォトカプラのフォトトランジスタ側に流れる電流の推移状態について説明するためのタイミングチャートである。（Ａ）は、入力デジタル信号のオン/オフ状態の推移を例示するグラフであり、（Ｂ）は、本実施例におけるフォトトランジスタ側に流れる電流の推移状態を例示するグラフであり、（Ｃ）は、比較例におけるフォトトランジスタ側に流れる電流の推移状態を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００１４】
本発明に係るデジタル伝送モジュールは、例えば、図１に示すプロセス制御システムのＩ/Ｏユニット３に組み込むことができる。図１に示すプロセス制御システムは、プラント内での生産プロセスを制御するためのシステムである。監視装置１は、コントローラ２を介して収集されるデバイス４等の状態を監視するための装置であり、コントローラ２は、生産プロセスの実行状態を制御する装置である。デバイス４は、プラントに配置される各種の機器である。デバイス４としては、例えば、圧力リミットスイッチなどが該当する。
【００１５】
Ｉ/Ｏユニット３は、コントローラ２と各デバイス４との間で送受信される信号を仲介する装置である。図２を参照して、このようなＩ/Ｏユニット３に組み込み可能なデジタル伝送モジュールの構成について説明する。デジタル伝送モジュールは、各デバイス４からコントローラ２に送信されるデジタル信号を、各デバイス４とコントローラ２との間で仲介して伝送するモジュールである。なお、デジタル信号は、オン/オフ状態により表される。オン状態は、より多くの電流が流れる状態であり、デジタル信号の論理値として“１”が割り当てられる。一方、オフ状態は、より少ない電流が流れる状態であり、デジタル信号の論理値として“０”が割り当てられる。
【００１６】
図２に示すように、デジタル伝送モジュール３０は、例えば、フォトカプラ３１と、故障検知用抵抗３２と、入力用抵抗３３と、電源用入力端子３４と、信号用入力端子３５および３６とを含む。
【００１７】
フォトカプラ３１は、入力側発光素子としての発光ダイオード３１１と、出力側受光素子としてのフォトトランジスタ３１２とを有する。フォトカプラ３１は、デバイス４側から入力されたデジタル信号（以下、「入力デジタル信号」という。）を、電気的に絶縁してコントローラ２側に伝達する。
【００１８】
具体的に説明すると、フォトカプラ３１は、入出力間が電気的に絶縁されており、入力側の発光ダイオード３１１が電気信号を光に変換し、この光を受けたフォトトランジスタ３１２がその光を電気信号に変換することで、デジタル信号を伝達する。
【００１９】
電源用入力端子３４は、外部電源Ｐから供給される電力をデジタル伝送モジュール３０に入力するための端子である。信号用入力端子３５および３６は、デバイス４から送信されるデジタル信号をデジタル伝送モジュール３０に入力するための端子である。
【００２０】
入力用抵抗３３は、外部電源Ｐからの電流を制限する抵抗であり、電源用入力端子３４とフォトカプラ３１との間に、電源用入力端子３４およびフォトカプラ３１の発光ダイオード３１１と直列に接続される。
【００２１】
故障検知用抵抗３２は、フォトカプラ３１の発光ダイオード３１１と直列に接続され、かつ、信号用入力端子３５および３６間と並列に接続される。この故障検知用抵抗３２は、フォトカプラ３１の故障を検知するための抵抗である。
【００２２】
故障検知用抵抗３２を、図２に示すように配置することで、入力デジタル信号のオン/オフ状態にかかわらず、フォトカプラ３１が正常に動作している間は、デジタル伝送モジュール３０の回路内に、常時電流を流すことができる。これにより、フォトカプラ３１が正常に動作しているときには、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２に所定量の電流を継続して流すことが可能となる。
【００２３】
一方、フォトカプラ３１が故障した場合には、回路内にほぼ電流が流れなくなり、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側にもほぼ電流が流れなくなる。したがって、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流の状態を監視することで、フォトカプラ３１に故障が発生したかどうかを判定することが可能となる。
【００２４】
つまり、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流が、ほぼ０で推移している場合には、フォトカプラ３１に故障が発生したと判定することができる。
【００２５】
入力デジタル信号のオン/オフ状態をコントローラ２側に正確に伝達するために、故障検知用抵抗３２の抵抗値は、入力デジタル信号のオフ状態時に、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流が、入力デジタル信号のオン状態時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流よりも小さく、かつ、フォトカプラ３１の異常時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流よりも大きくなるように設定する必要がある。具体的には、故障検知用抵抗３２の抵抗値を、少なくとも入力用抵抗３３の抵抗値よりも大きく設定することが必要となる。
【００２６】
また、故障検知用抵抗３２の抵抗値は、入力デジタル信号のオフ状態時にフォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流によって、デジタル伝送モジュール３０内外の負荷が動作しない範囲で設定することが望ましい。
【００２７】
このように、故障検知用抵抗３２の抵抗値を設定することで、入力デジタル信号のオフ状態時にフォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流を、入力デジタル信号のオン状態時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流や、フォトカプラ３１の故障時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流と、明確に区別することが可能となる。
【００２８】
図３に示すタイミングチャートを参照し、入力デジタル信号のオン/オフ状態に応じて、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流（以下、「出力側電流」とも記載する。）の推移状態について説明する。
【００２９】
図３（Ａ）は、入力デジタル信号のオン/オフ状態の推移を例示するグラフであり、図３（Ｂ）は、本実施形態におけるフォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流の推移状態を例示するグラフである。図３（Ｃ）は、（Ｂ）の比較例として、故障検知用抵抗３２を設けないデジタル伝送モジュールを用い、その比較例における、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流の推移状態を例示するグラフである。
【００３０】
図３（Ａ）の入力デジタル信号が、時刻ｔ１または時刻ｔ３において、オフ状態からオン状態に切り替わると、図３（Ｂ）の実施例における出力側電流は、１ｍＡから５ｍＡに増加し、図３（Ｃ）の比較例における出力側電流は、ほぼ０ｍＡから５ｍＡに増加する。
【００３１】
一方、図３（Ａ）の入力デジタル信号が、時刻ｔ２または時刻ｔ４において、オン状態からオフ状態に切り替わると、図３（Ｂ）の実施例における出力側電流は、５ｍＡから１ｍＡに減少し、図３（Ｃ）の比較例における出力側電流は、５ｍＡからほぼ０ｍＡに減少する。
【００３２】
ここで、時刻ｔ５において、フォトカプラ３１に故障が発生した場合、図３（Ｂ）の実施例における出力側電流は、１ｍＡからほぼ０ｍＡに減少するのに対し、図３（Ｃ）の比較例における出力側電流は、ほぼ０ｍＡのまま推移する。
【００３３】
つまり、実施例では、フォトカプラ３１が正常に動作している間は、出力側電流が１ｍＡか５ｍＡのいずれかで推移し、フォトカプラ３１に異常が発生した場合には、出力側電流がほぼ０ｍＡで推移することになる。したがって、出力側電流がほぼ０ｍＡで推移する場合に、フォトカプラ３１に異常が発生したと判定することができる。
【００３４】
これに対して、比較例では、フォトカプラ３１が正常に動作している間は、出力側電流がほぼ０ｍＡか５ｍＡのいずれかで推移し、フォトカプラ３１に異常が発生した場合には、出力側電流がほぼ０ｍＡで推移することになる。したがって、出力側電流がほぼ０ｍＡで推移しているときには、フォトカプラ３１が正常なケースと異常なケースとの双方が含まれるため、出力側電流を監視してもフォトカプラ３１に異常が発生したか否かを判定することは困難である。
【００３５】
図１に示すコントローラ２は、Ｉ/Ｏユニット３に組み込まれたデジタル伝送モジュール３０から受け取るフォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流に応じて、フォトカプラ３１に故障が発生しているか否かを判定する。
【００３６】
コントローラ２は、例えば、フォトカプラ３１の故障時におけるフォトトランジスタ３１２側に流れる電流の値や、入力デジタル信号のオン/オフ状態時にそれぞれフォトトランジスタ３１２側に流れる電流の値を予めメモリに記憶しておく。これにより、コントローラ２は、デジタル伝送モジュール３０から受け取ったフォトトランジスタ３１２側に流れる電流に基づいてメモリを参照することで、フォトカプラ３１の故障の有無を判定することが可能となる。
【００３７】
このように、本実施形態におけるデジタル伝送モジュール３０によれば、故障検知用抵抗３２を、フォトカプラ３１の発光ダイオード３１１と直列に接続し、かつ、デバイス４からの入力デジタル信号を入力するための信号用入力端子３５，３６間と並列に接続したうえで、この故障検知用抵抗３２の抵抗値を、入力デジタル信号のオフ状態時にフォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流が、入力デジタル信号のオン状態時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流よりも小さく、かつ、フォトカプラ３１の異常時にフォトトランジスタ３１２側に流れる電流よりも大きくなるように設定することができる。
【００３８】
これにより、入力デジタル信号のオン/オフ状態にかかわらず、フォトカプラ３１が正常に動作しているときには、デジタル伝送モジュール３０の回路内に所定量の電流を流すことができるようになり、回路内に電流がほぼ流れなくなるフォトカプラ３１の故障時と明確に区別することが可能となる。
【００３９】
それゆえに、本実施形態におけるデジタル伝送モジュール３０によれば、簡易な構成でフォトカプラ３１の故障を検知することができる。
【００４０】
[変形例]
なお、上述した実施形態では、コントローラ２が、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流に基づいてフォトカプラ３１に故障が発生しているか否かを判定しているが、これに限定されず、デジタル伝送モジュール３０が故障の有無を判定してもよい。この場合、デジタル伝送モジュール３０は、フォトカプラ３１のフォトトランジスタ３１２側に流れる電流に基づいてフォトカプラ３１に故障が発生しているか否かを判定する制御回路（判定部）をさらに備えることとすればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…監視装置
２…コントローラ
３…Ｉ/Ｏユニット
４…デバイス
３０…デジタル伝送モジュール
３１…フォトカプラ
３２…故障検知用抵抗
３３…入力用抵抗
３４…電源用入力端子
３５，３６…信号用入力端子
３１１…発光ダイオード
３１２…フォトトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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