(57)【要約】【課題】熱電対、３線式または４線式の測温抵抗体、電流出力、電圧出力のセンサに加えてポテンショメータを接続可能としたアナログ入力モジュールを提供する。【解決手段】４つの入力端子１−Ａ〜１−Ｄに、熱電対１０、３線式または４線式の測温抵抗体８，９、電流出力１１または電圧出力１２のいずれかによるセンサが選択的に接続され、  前記センサとして、入力端子１−Ａ〜１−Ｄに、３線式の測温抵抗体８が接続されているか、ポテンショメータ１３が接続されているかに応じて、その入力仕様に応じた入力処理を行なうようにしている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対、３線式または４線式の測温抵抗体、電流出力または電圧出力のいずれかによるセンサが選択的に接続される４つの入力端子を備え、前記センサからのアナログ入力をデジタル信号に変換するアナログ入力モジュールであって、
前記センサとして、ポテンショメータを前記入力端子に選択的に接続可能とし、前記入力端子に、３線式の前記測温抵抗体が接続されているか、前記ポテンショメータが接続されているかに応じて、対応する入力処理を行なうことを特徴とするアナログ入力モジュール。
【請求項２】
前記４つの入力端子を、複数組備える請求項１に記載のアナログ入力モジュール。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載のアナログ入力モジュールを備え、前記デジルタ信号を、プログラマブルコントローラを構成するＣＰＵユニットに送出することを特徴とする機器。
【請求項４】
前記請求項１または２のいずれかに記載のアナログ入力モジュールを備え、前記アナログ入力モジュールからの前記熱電対または前記測温抵抗体による検出温度と、目標温度とに基づいて、前記検出温度が前記目標温度になるように制御出力を与えることを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサやその他のセンサなどからのアナログ信号が入力されるアナログ入力モジュールおよびそれを備える機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度を検出する熱電対や測温抵抗体などのセンサに加えて、圧力や流量といった他の物理量を検出する電流出力や電圧出力のセンサを接続できるようにしたアナログ入力回路がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２７９１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のアナログ入力回路では、同じ３端子であるにも拘らず、電圧レベルが相違するために、３線式の測温抵抗体およびポテンショメータを選択的に接続できるようにしたものがない。
【０００４】
更に、アプリケーションによっては、３線式の測温抵抗体よりも高精度な温度検出が可能な４線式の測温抵抗体を接続できるようにすることが望まれる。
【０００５】
本発明は、以上のような点に鑑みて為されたものであって、熱電対、３線式または４線式の測温抵抗体、電流出力、電圧出力のセンサに加えてポテンショメータを接続可能としたアナログ入力モジュールおよびそれを備える機器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】
（１）本発明のアナログ入力モジュールは、熱電対、３線式または４線式の測温抵抗体、電流出力または電圧出力のいずれかによるセンサが選択的に接続される４つの入力端子を備え、前記センサからのアナログ入力をデジタル信号に変換するアナログ入力モジュールであって、前記センサとして、ポテンショメータを前記入力端子に選択的に接続可能とし、前記入力端子に、３線式の前記測温抵抗体が接続されているか、前記ポテンショメータが接続されているかに応じて、対応する入力処理を行なうようにしている。
【０００７】
本発明のアナログ入力モジュールによると、３線式の測温抵抗体が接続されたか、あるいは、ポテンショメータが接続されたかに応じて、対応する入力処理を行なうので、同じ３端子の３線式の測温抵抗体またはポテンショメータを選択的に接続することが可能となり、更に、温度検出に高い精度が要求される場合には、４線式の測温抵抗体を接続することも可能である。
【０００８】
（２）本発明のアナログ入力モジュールの他の実施形態では、前記４つの入力端子を、複数組備えている。
【０００９】
この実施形態によると、各種のセンサを接続するための４つの入力端子を、複数組備えているので、異なる種類の複数のセンサを接続することが可能である。
【００１０】
（３）本発明の機器は、上記（１）または（２）のアナログ入力モジュールを備え、前記デジルタ信号を、プログラマブルコントローラを構成するＣＰＵユニットに送出するものである。
【００１１】
本発明によると、プログラマブルコントローラを構成するアナログ入力ユニットとして好適である。
【００１２】
（４）本発明の機器は、上記（１）または（２）のアナログ入力モジュールを備え、前記アナログ入力モジュールからの前記熱電対または前記測温抵抗体による検出温度と、目標温度とに基づいて、前記検出温度が前記目標温度になるように制御出力を与えるものである。
【００１３】
本発明によると、温度調節器として好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、３線式の測温抵抗体またはポテンショメータを選択的に接続することが可能となり、更に、温度検出に高い精度が要求される場合には、４線式の測温抵抗体を接続することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１および図２は、本発明の一つの実施の形態に係るアナログ入力モジュールを備える機器としてのアナログ入力ユニットを示す正面図および側面図である。
【００１７】
このアナログ入力ユニット１は、図示しないＣＰＵユニット、出力ユニット、電源ユニットなど共にＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）を構成するものであり、図  ３の概略構成図に示すように、本発明に係るアナログ入力モジュール２と、ＣＰＵ３と、カスタムＩＣ４と、バスコネクタ５とを備えている。
【００１８】
このアナログ入力ユニット１の正面には、図１および図２に示すように、アナログ入力モジュール２の端子台６が装備されており、背面には、図２に示すように、他のユニットとの接続用のコネクタ部７が装備されている。
アナログ入力モジュールは、基板に電子部品およびコネクタが実装されるとともに、端子台が装備されてモジュール基板として構成される。
【００１９】
端子台６の複数の端子は、図１に示すように、左右２列の配列となっており、右側のＡ列に１１個の端子が、左側のＢ列に１０個の端子が装備されており、各種のセンサが接続される。
【００２０】
図４は、この端子台６の各端子と各種のセンサとの接続関係を示す図である。
【００２１】
この実施形態では、各種のセンサを接続するための４つの端子を４組備えた４チャンネル（ＣＨ）の構成となっており、右側のＡ列の４つの端子Ａ２〜Ａ５が、チャンネル１（入力１）の第１〜第４の端子１−Ａ〜１−Ｄとなり、左側のＢ列の４つの端子Ｂ２〜Ｂ５が、チャンネル２（入力２）の第１〜第４の端子２−Ａ〜２−Ｄとなり、右側のＡ列の４つの端子Ａ６〜Ａ９が、チャンネル３（入力３）の第１〜第４の端子３−Ａ〜３−Ｄとなり、左側のＢ列の４つの端子Ｂ６〜Ｂ９が、チャンネル４（入力４）の第１〜第４の端子４−Ａ〜４−Ｄとなる。
【００２２】
各チャンネルの４つの第１〜第４の端子１−Ａ〜１−Ｄ、２−Ａ〜２−Ｄ、３−Ａ〜３−Ｄ、４−Ａ〜４−Ｄには、後述のように、３線式の測温抵抗体８、４線式の測温抵抗体９、熱電対１０、直流電流を出力する電流出力センサ１１、直流電圧を出力する電圧出力センサ１２、ポテンショメータ１３のいずれかを選択的に接続可能である。
【００２３】
なお、上端側の端子Ａ１，Ｂ１および下端側の端子Ａ１０，Ｂ１０は、冷接点補償用の感温素子がそれぞれ接続される端子ＣＪ２＋，ＣＪ２−，ＣＪ１＋，ＣＪ１−となっている。
【００２４】
このように４チャンネルの入力が可能な構成であるので、例えば、図５に示すように、入力１（１ＣＨ）〜入力４（４ＣＨ）の各入力毎に、異なるセンサ、例えば、入力１には熱電対１０を、入力２にはポテンショメータ１３を、入力３には３線式または４線式の測温抵抗体８，９を、入力４には電流出力センサ１１を、それぞれ接続することも可能である。
【００２５】
図６は、アナログ入力モジュール２の概略構成図である。
【００２６】
この実施形態のアナログ入力モジュール２は、上述の図３のＣＰＵ３に接続するためのコネクタ１４と、各チャンネルを切り替えるチャンネル切り替え回路１５と、当該モジュールが、アナログ入力モジュールであるか、あるいは、他のモジュールであるかを認識するためのモジュール認識回路２２と、各チャンネルに対応する入力処理部１６とを備えている。各チャンネル（ＣＨ１〜ＣＨ４）の入力処理部１６は、各種センサからの入力が与えられる入力回路１７と、この入力回路１７からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１８と、絶縁回路１９とを備えており、絶縁回路１９は、電源回路２０および定電圧回路２１を有している。
【００２７】
図７は、図６の入力処理部１６の要部の回路図であり、一つのチャンネルの構成を代表的に示している。
【００２８】
この入力処理部１６は、上述のＡ／Ｄコンバータ１８を構成するＡ／Ｄコンバータ２３およびＡ／Ｄコンバータ２４を備えている。
【００２９】
Ａ／Ｄコンバータ２３は、接続されるセンサの種別に対応するスイッチ切替信号を出力して、第１，第２のアナログスイッチ２５，２６の切替えを制御するとともに、光ＭＯＳＦＥＴ２７のオンオフを制御し、入力される各種センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換してカプラ２８を介して上述のＣＰＵ３に送出する一方、ＣＰＵ３からの入力に応じて、上述のスイッチ切替信号や第１，第２の電流源２９，３０などの各部の制御を行なう。
【００３０】
Ａ／Ｄコンバータ２４は、熱電対１０による温度検出の際の冷接点補償用の感温素子３１からのアナログ入力をデジタル信号に変換してカプラ２８を介してＣＰＵ３に送出する。
【００３１】
次に、各種のセンサが接続された各場合について、チャンネル１を例にとって説明する。
【００３２】
（ａ）４線式の測温抵抗体
４線式の測温抵抗体９を、図８に示すように、第１〜第４の端子１−Ａ〜１−Ｄに接続し、センサの種別を、ユーザが、図示しないＣＰＵユニットに対して設定入力し、ＣＰＵユニットから当該アナログ入力ユニット１に対して４線式の測温抵抗体９が接続されたことを示すデータが入力されることになる。
【００３３】
これによって、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力端子ＰＳＷからハイレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、第１のアナログスイッチ２５の切替接点が第１の電流源２９側に切り替わり、第２のアナログスイッチ２６の切替接点がオープン側となり、更に、光ＭＯＳＦＥＴ２７がオンする。
【００３４】
これによって、第１の電流源２９からの電流が、第１のアナログスイッチ２５を介して測温抵抗体９、光ＭＯＳＦＥＴ２７および基準電圧検出抵抗３２を介してグランドに流れる。
【００３５】
測温抵抗体９による電圧を、Ａ／Ｄコンバータ２３のアナログ入力端子ＡＩＮ２＋，ＡＩＮ２−で取り込むとともに、基準電圧を、基準電圧入力端子ＲＥＦＩＮ２＋，ＲＥＦＩＮ２−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ２７を介して上述のＣＰＵ３に与え、ＣＰＵ３によって計測処理等が行われる。
【００３６】
なお、第２の端子１−Ｂには、二つのダイオード３３，３４が順方向に接続されているが、順方向電圧の和が大きいために、第１の電流源２９からの電流が流れるのを阻止することができる。
【００３７】
（ｂ）３線式の測温抵抗体
３線式の測温抵抗体８を、図９に示すように、第１，第３，第４の端子１−Ａ，１−Ｃ，１−Ｄに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
【００３８】
これによって、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力端子ＰＳＷからハイレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、上述の４線式の場合と同様に、第１のアナログスイッチ２５の切替接点が第１の電流源２９側の切り替わり、第２のアナログスイッチ２６の切替接点がオープン側となり、更に、光ＭＯＳＦＥＴ２７がオンする。
【００３９】
この３線式の測温抵抗体８では、第３，第４の端子１−Ｃ,１−Ｄに接続されている導線抵抗の影響をキャンセルするために、第１の電流源２９からの電流を、アナログスイッチ２５、測温抵抗体８、光ＭＯＳＦＥＴ２７および基準電圧検出抵抗３２を介してグランドに流す一方、第２の電流源３０からの電流を、導線、光ＭＯＳＦＥＴ２７および基準電圧検出抵抗３２を介してグランドに流す。
【００４０】
測温抵抗体８による電圧を、Ａ／Ｄコンバータ２３のアナログ入力端子ＡＩＮ１＋，ＡＩＮ１−で取り込むとともに、基準電圧を、基準電圧入力端子ＲＥＦＩＮ２＋，ＲＥＦＩＮ２−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ２８を介してＣＰＵ３に与え、ＣＰＵ３によって計測処理等が行われる。
【００４１】
このＣＰＵ３による計測処理は、後述のように、３線式の測温抵抗体８に対応した処理である。
【００４２】
（ｃ）ポテンショメータ
ポテンショメータ１３を、図１０に示すように、第１，第３，第４第の端子１−Ａ，１−Ｃ，１−Ｄに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
【００４３】
これによって、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力端子ＰＳＷからハイレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、上述の３線式の測温抵抗体８の場合と同様に、第１のアナログスイッチ２５の切替接点が第１の電流源２９側へ切り替わり、第２のアナログスイッチ２６の切替接点がオープン側となり、更に、光ＭＯＳＦＥＴ２７がオンする。
【００４４】
第１の電流源２９からの電流を、アナログスイッチ２５、ポテンショメータ１３、光ＭＯＳＦＥＴ２７および基準電圧検出抵抗３２を介してグランドに流す一方、第２の電流源３０からの電流を、ポテンショメータ１３、光ＭＯＳＦＥＴ２７および基準電圧検出抵抗３２を介してグランドに流す。
【００４５】
ポテンショメータ１３による電圧を、Ａ／Ｄコンバータ２３のアナログ入力端子ＡＩＮ１＋，ＡＩＮ１−で取り込むとともに、基準電圧を、基準電圧入力端子ＲＥＦＩＮ２＋，ＲＥＦＩＮ２−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ２８を介してＣＰＵ３に与え、ＣＰＵ３によって計測処理等が行われる。
【００４６】
このポテンショメータ１３は、上述の３線式の測温抵抗体８と同じ接続となるので、ＣＰＵ３では、ポテンショメータ１３が接続されているか、３線式の測温抵抗体８が接続されているかに応じて、対応する計測処理を行なうようにしている。
【００４７】
図１１  は、このＣＰＵ３による計測処理を説明するためのフローチャートである。
【００４８】
先ず、ユーザの入力種別の設定に応じて、ポテンショメータ１３であるのか、３線式の測温抵抗体８であるのかを判断し（ステップｎ１）、ポテンショメータ１３であるときには、ポテンショメータ用の入力仕様の校正値、傾き、オフセットとし（ステップｎ２）、その仕様で、Ａ／Ｄカウント値を演算する（ステップｎ３）。また、ステップｎ１において、３線式の測温抵抗体８であるときには、３線式の測温抵抗体用の入力仕様の校正値、傾き、オフセットとし（ステップｎ４）、その仕様で、Ａ／Ｄカウント値を演算する（ステップｎ５）。
【００４９】
このように、ポテンショメータ１３および３線式の測温抵抗体８に応じた仕様で処理を行なうので、同じ入力回路を、電圧レベルの異なるポテンショメータおよび３線式の測温抵抗体に共用することができる。
【００５０】
（ｄ）熱電対
熱電対１０を、図１２に示すように、第１，第３の端子１−Ａ，１−Ｃに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
【００５１】
これによって、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力端子ＰＳＷからローレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、第１のアナログスイッチ２５の切替接点が電源電圧ＡＶＤＤ側に切り替わる。このように、電源電圧ＡＶＤＤに接続するのは、熱電対１０が断線したときにそれを検出できるようにするためである。
【００５２】
熱電対１０に生じる電圧を、Ａ／Ｄコンバータ２３のアナログ入力端子ＡＩＮ１＋，ＡＩＮ１−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ２８を介してＣＰＵ３に与え、ＣＰＵ３によって計測処理等が行われる。
【００５３】
なお、冷接点補償は、二つの感温素子３１からの入力を、Ａ／Ｄコンバータ２４によってデジタル信号に変換し、カプラ２８を介してＣＰＵ３に与えるようにしている。
【００５４】
（ｅ）電圧出力センサ
電圧出力センサ１２を、図１３に示すように、第３，第４の端子１−Ｃ，１−Ｄ間に接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
【００５５】
これによって、Ａ／Ｄコンバータ２３の出力端子ＰＳＷからローレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、第２のアナログスイッチ２６の切替接点がオープン側からＡ／Ｄコンバータ２３の入力端子側に切替わり、更に、光ＭＯＳＦＥＴ２７がオフする。
【００５６】
電圧出力センサ１２の電圧を、電圧検出抵抗３５，３６を介してＡ／Ｄコンバータ２３のアナログ入力端子ＡＩＮ３＋，ＡＩＮ３−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ２８を介してＣＰＵ３に与え、ＣＰＵ３によって計測処理等が行われる。
【００５７】
（ｆ）電流出力センサ
電流出力センサ１１を、図１４に示すように、第２，第３の端子間１−Ｂ，１−Ｃに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
【００５８】
電流出力センサ１１の出力電流を、電流検出抵抗３７を介してＡ／Ｄコンバータ２３のアナログ入力端子ＡＩＮ６＋，ＡＩＮ６−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ２８を介してＣＰＵ３に与え、ＣＰＵ３によって計測処理等が行われる。
【００５９】
以上のようにして、第１〜第４の４つの端子によって、熱電対、３線式または４線式の測温抵抗体、ポテンショメータ、電流出力センサ、電圧出力センサおよびポテンショメータのいずれの入力も取り込むことが可能となる。
【００６０】
(その他の実施の形態)
上述の実施形態では、プログラマブルコントローラを構成するアナログ入力ユニットに適用して説明したけれども、本発明は、アナログ入力ユニットに限らず、他の機器、例えば、温度調節器のアナログ入力部に、本発明のアナログ入力モジュールを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、プログラマブルコントローラを構成するアナログ入力ユニットなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係るアナログ入力ユニットの正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】アナログ入力ユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図４】アナログ入力ユニットの端子台の端子と各種のセンサとの接続を示す図である。
【図５】アナログ入力ユニットの各入力に対するセンサの接続例を示す図である。
【図６】アナログ入力モジュールの概略構成を示す図である。
【図７】アナログ入力モジュールの入力処理部の構成図である。
【図８】４線式の測温抵抗体を接続した状態を示す図７に対応する図である。
【図９】３線式の測温抵抗体を接続した状態を示す図７に対応する図である。
【図１０】ポテンショメータを接続した状態を示す図７に対応する図である。
【図１１】ポテンショメータまたは３線式の測温抵抗体が接続されたときの処理を示すフローチャートである。
【図１２】熱電対を接続した状態を示す図７に対応する図である。
【図１３】電圧出力センサを接続した状態を示す図７に対応する図である。
【図１４】電流出力センサを接続した状態を示す図７に対応する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１                  アナログ入力ユニット
２                  アナログ入力モジュール
６                  端子台
８                  ３線式測温抵抗体
９                  ４線式測温抵抗体
１０                熱電対
１１                電流出力センサ
１２                電圧出力センサ
１３                ポテンショメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008304203.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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