(57)【要約】【課題】複数のセンサにより計測されたアナログ信号をディジタル変換してディジタル信号を得る上での信頼性の問題を解決すること。【解決手段】複数のセンサにより計測された状態量に応じたアナログ電流信号を得て電圧信号に変換する電流／電圧変換手段３と、この電流／電圧変換手段が出力したアナログ電圧値をディジタル値に変換するアナログ／ディジタル変換手段６と、前記アナログ／ディジタル変換手段が出力したディジタル値を前記センサの番号と一緒に定められた形式のデータとしてネットワークに送信するネットワーク伝送手段７とをそなえた計測データ伝送装置において、前記電流／電圧変換手段は直列に多重化され、また前記アナログ／ディジタル変換手段および前記ネットワーク伝送手段は多重化され、前記電流／電圧変換手段から前記アナログ／ディジタル変換手段に与えられる電圧信号を周期的に切断する切断切替手段４と、前記切断切替手段における切断の周期を設定するタイマー５とを備えたことを特徴とする計装データ伝送装置。【選択図】図１
2008033771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサにより計測されたプロセス量に応じたアナログ電流信号を得て電圧信号に変換する複数の電流／電圧変換手段と、前記電流／電圧変換手段の各々が出力したアナログ電圧値をディジタル値に変換するアナログ／ディジタル変換手段と、前記アナログ／ディジタル変換手段が出力したディジタル値を前記センサの番号と一緒に定められた形式のデータとしてネットワークに送信する複数のネットワーク伝送手段と、前記電流／電圧変換手段から前記アナログ／ディジタル変換手段に与えられる電圧信号を周期的に切断する切断切替手段と、前記切断切替手段における切断の周期を設定するタイマーとを備えたことを特徴とする計装データ伝送装置。
【請求項２】
請求項１記載の発明において、前記切断切替手段は、前記電流／電圧変換手段から前記アナログ／ディジタル変換手段に与えられる電圧信号を、一度に一箇所切断することを特徴とする計装データ伝送装置。
【請求項３】
請求項１記載の発明において、複数のセンサを備え、前記切断切替手段は、前記複数のセンサに対応する複数の前記電流／電圧変換手段から電圧信号が一括して入力され、かつ前記タイマーからの信号に基づき前記電圧信号を切替えて前記アナログ／ディジタル変換手段に与え、
前記ネットワーク伝送手段は、前記タイマーからの信号により前記切断切替手段に同期して前記ネットワークに送信する前記センサの番号を設定する
ことを特徴とする計装データ伝送装置。
【請求項４】
請求項１記載の発明において、前記ネットワーク伝送手段は、前記アナログ／ディジタル変換手段からのディジタル信号を一時的に記録する入力レジスタと、前記入力レジスタのデータを調整すべくゲインを調整するゲイン調整部と、前記ゲイン調整部によりゲイン調整したデータを定められた形式で記録する出力レジスタと、前記出力レジスタに記録されたデータを周期的に読み出して前記ネットワークに送信するとともに、前記ネットワークから送信されてきたデータにおける宛先指定して送られたデータを受信するネットワーク接続部と、前記ネットワーク接続部の受信したデータを記録する受信レジスタと、前記受信レジスタに記録されたデータから、ゲインの調整要求に関するデータを識別するとともに、当該データから調整要求ゲインを読み出して前記ゲイン調整部に設定するゲイン設定部とを備えたことを特徴とする計装データ伝送装置。
【請求項５】
請求項４記載の発明において、前記ネットワーク伝送手段は、
接続する前記センサの番号を入力するためのセンサ番号設定手段と、
前記センサの番号を表示するための表示手段と、
監視制御装置から設定されたセンサ番号がネットワークを経由して送られてきた時、前記受信レジスタから読出し、前記表示手段に設定する表示制御手段と
を備えたことを特徴とする計装データ伝送装置。
【請求項６】
請求項１記載の発明において、
一定の電圧を発生する定電圧発生手段を設け、
前記切断切替手段は、
前記アナログ／ディジタル変換手段への入力を、前記定電圧発生手段および前記電流／電圧手段からの入力または切断と周期的に切替えることを特徴とする計装データ伝送装置。
【請求項７】
複数のセンサにより計測された状態量に応じたアナログ電流信号を得て電圧信号に変換し、変換されたアナログ電圧値をディジタル値に変換し、変換されたディジタル値を前記センサの番号と一緒に定められた形式のデータとしてネットワークに送信する計測データ伝送方法において、
前記電流／電圧変換は直列に多重化して行われ、また前記アナログ／ディジタル変換および前記ネットワーク伝送は多重化され、
前記電圧信号は周期的に切断された上でアナログ／ディジタル変換される、
ことを特徴とする計装データ伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの計装データ伝送装置に係わり、とくにセンサによって得られたデータを収集するためのデータ伝送装置および計装データ伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、原子力発電プラントのような複雑なプラントでは、プラントの圧力、温度等のプロセスデータを収集するため、数千以上のセンサが設置されている。これらのセンサが測定した値は、プラントを正常かつ安全に運転するために、監視制御装置に入力される。
【０００３】
現在、汎用されているセンサは、測定した値を４ｍＡから２０ｍＡの電流値として出力するアナログインタフェースを備えているものが多く、このアナログ電流値によるインタフェースは産業界の標準となっている。センサから監視制御装置のプロセス入力部までケーブルを接続することで、監視制御装置はセンサから送られてくる電流を計り、センサが測定したプロセスデータを知ることができる。
【０００４】
電流値によるプロセスデータの伝送は、（１）接続するケーブルの抵抗に依存しない、（２）ノイズ耐性が高い、（３）ケーブルが断線した場合は電流値が０ｍＡとなり正常な範囲である４−２０ｍＡから外れるため、監視制御装置が断線を検知できる、等のメリットがあり、この標準を採用したセンサが広く市場に出回っている。
【０００５】
一方、この方式では、各センサから監視制御装置のプロセス入力部まで、専用のケーブルが必要となる。したがって、センサの数が多いとケーブルの量は膨大なものとなる。ケーブルの量を減らすための部分的な解決方法は、現場に遠隔プロセスＩ／Ｏ装置を設けて監視制御装置との間をディジタル多重通信にすることである。この方法により、現場からのケーブル量を大幅に削減できるが、遠隔プロセスＩ／Ｏ装置は比較的大きな装置であるため、センサから遠隔プロセスＩ／Ｏ装置までのケーブルの量は依然として多い。
【０００６】
以上のようなアナログ伝送の欠点を解消するため、ディジタル技術によるプロセスデータの伝送方式としてフィールドバスが開発されてきた。代表的なフィールドバスとしては、ＰＲＯＦＩＢＵＳまたはＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ等がある。ＰＲＯＦＩＢＵＳおよびＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓは、ともにＩＥＣ−６１１５８−２  “Ｄｉｇｉｔａｌ  ｄａｔａ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ”として国際標準となっている。  ただし、これらフィールドバスを使用するためには、専用のインタフェースを備えたセンサが必要である。
【０００７】
入手が容易なアナログ電流値によるインタフェースを持つセンサをフィールドバスに接続する方法としては、特許文献１、特許文献２および特許文献３に示されるものがある。これらは、アナログインタフェースをフィールドバスのディジタルインタフェースに接続するための変換装置である。
【特許文献１】米国特許７７０６，００７号（  “Ａｎａｌｏｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ／Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｕｓ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ”）
【特許文献２】特開平１０−２４７２９２号公報（「フィールド機器」）
【特許文献３】特開２００２−１２４９９７号公報（「フィールドバス接続装置」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１ないし３に示された、アナログインタフェースからディジタルインタフェースへの変換装置を使用すれば、必然的に装置が増え、プラントの監視制御システムに新たな故障モードを持込むことになる。
【０００９】
このような故障モードで、監視制御装置側から検出できないものは、特に注意する必要がある。監視制御装置側から検出できない故障モードとしては、アナログ信号が変化しているにも関わらず、変換装置は常に一定のディジタル値を出力する故障モードがある。また、一般にフィールドバスではケーブルを共用とするため、ケーブルを削減できるメリットと引き換えに、ケーブルが共通要因故障の原因となり得る。
【００１０】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、複数のセンサにより計測されたアナログ信号をディジタル変換してディジタル信号を得る上での信頼性の問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的達成のため、本発明では、
センサにより計測されたプロセス量に応じたアナログ電流信号を得て電圧信号に変換する複数の電流／電圧変換手段と、前記電流／電圧変換手段の各々が出力したアナログ電圧値をディジタル値に変換するアナログ／ディジタル変換手段と、前記アナログ／ディジタル変換手段が出力したディジタル値を前記センサの番号と一緒に定められた形式のデータとしてネットワークに送信する複数のネットワーク伝送手段と、前記電流／電圧変換手段から前記アナログ／ディジタル変換手段に与えられる電圧信号を周期的に切断する切断切替手段と、前記切断切替手段における切断の周期を設定するタイマーとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、アナログ信号の変化に正確に追従しかつ信頼性の高いディジタル計測信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示す。図１において、アナログインタフェースのセンサ１は、プラントのプロセス量、例えば圧力、温度等を測定し、４ｍＡから２０ｍＡの電流値としてケーブル２を介して出力する。通常、ケーブル２はプラント内で長い距離、例えば数十メートルから数百メートルに亘って敷設されるが、この実施形態では数十センチから数メートルで足りる。
【００１４】
センサ１からの信号を二重化して監視制御装置に送るため、ａ系およびｂ系の２系列のデバイスを設置する。以下、ａ系を例として構成および作用を説明するが、ｂ系についても構成および作用は同様である。
【００１５】
センサ１の出力電流が与えられる抵抗３ａの両端の電位差を、スイッチ（ＳＷ）４ａがタイマー５ａからの信号に応じて切断する。その信号をアナログ／ディジタル変換器６ａが測定し、測定した電圧をディジタル値に変換し、ネットワーク・インタフェース７ａに送信する。ネットワーク・インタフェース７ａは、ディジタル値をディジタルネットワークに対応したフォーマットに変換し、周期的にネットワークを経由して監視制御装置（図示せず）に送信する。
【００１６】
ここで、図２は、このフォーマットの一例を示したものであり、先頭にヘッダＨ、続いてセンサを識別するためのセンサ番号ＳＮ、最後に値Ｖが並ぶ。
【００１７】
図１に戻り、スイッチ４ａは、タイマー５ａから周期的に送られてくる信号を受信すると、アナログ／ディジタル変換機６ａへの接続を切断する。ただし、タイマー５ａが信号を送る周期は、ネットワーク・インタフェース７ａがデータを送信する周期に比べ十分長いものとする。例えば、ネットワーク・インタフェース７ａが周期０．５秒でデータを送信する場合、タイマー５ａがスイッチ４ａに信号を送る周期は１０秒とする。スイッチ４ａが切断されると、アナログ／ディジタル変換器６ａに入力される電位差は０となる。これは、センサ１からの電流ループが切れた場合と同様であり、制限値外の信号を意味する。
【００１８】
すなわち、この第１の実施形態の計装データ伝送装置は、意図的に制限値外の信号を周期的に伝送する。したがって、アナログ／ディジタル変換器６ａ、ネットワーク・インタフェース７ａまたはネットワークに何らかの異常があり、データの更新が止まった場合、監視制御装置は周期的に送られてくるはずの制限値外の信号を受信しない。これにより、監視制御装置は、アナログ／ディジタル変換器６ａ、ネットワーク・インタフェース７ａまたはネットワークの異常を検出する。なお、抵抗３ａおよび３ｂの替りに、誘導コイルによって電流値を測定することもできる。
【００１９】
ここにおいて、図３は、本発明の実施形態に用いるネットワーク・インタフェース７ａおよび７ｂの内部構成を示している。このネットワーク・インタフェース７ａ，７ｂは、アナログ／ディジタル変換器６ａからのデータを入力レジスタ７１に取り込み、取り込んだデータを乗算器７２に与える。
【００２０】
入力レジスタ７１は、周期的にアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器６ａから送られてくる値を記録しており、入力レジスタ７１の出力が与えられる乗算器７２は、入力レジスタ７１に記録された値とゲイン記録部７５にセットされた値とを掛け合わせ、送信レジスタ７３にセットする。
【００２１】
また、乗算器７２には、ゲイン記録部７５、ゲイン設定部７６および受信レジスタ７７を有する帰還回路を介してネットワーク接続部７４からの帰還信号が与えられ、ゲイン調整を行い、その出力をネットワーク接続部７４に出力する。
【００２２】
ネットワーク接続部７４は、ネットワークに直接接続され、送信レジスタ７３に記録されているディジタルデータを電気信号に変換してネットワークに送出する。また同時に、ネットワークからの電気信号をディジタルデータに変換し、受信レジスタ７７にセットする。
【００２３】
このように構成されたネットワーク・インタフェースにより、センサのゲイン調整を監視制御装置からネットワークを経由して行なうことができる。また、上記の説明では、ゲインの調整はアナログ／ディジタル変換器の出力したディジタル値に対して行なっていたが、アナログ／ディジタル変換器へ入力されるアナログ値に対して行なうこともできる。この場合は、ゲイン記録部７５に記録された値によりアンプのゲインを調整する。
【００２４】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を示したもので、第１の実施形態において、ａ系およびｂ系のタイマーを共通の５ａとしたものである。タイマー５ａは、スイッチ４ａおよび４ｂを交互に切断する。これにより、アナログ／ディジタル変換器６ａおよび６ｂ、ネットワーク・インタフェース７ａおよび７ｂ、またはネットワークに異常が無い限り、監視制御装置は必ずａ系またはｂ系からのセンサ信号を受信することができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態を示したもので、第１の実施形態を変更し、２個のセンサ１および９、それぞれのセンサに接続されたケーブル２および１１と、抵抗３ａおよび３ｃに対して、１つのスイッチ４ａ、１つのアナログ／ディジタル変換機６ａを対応させたものである。
【００２６】
この第３の実施形態では、スイッチ４ａは、タイマー５ａからの周期的な信号によりセンサ１とセンサ９とを切替える。例えば、０．２５秒毎にセンサ１およびセンサ２の信号を切替える。同時に、タイマー５ａは、ネットワーク・インタフェース７ａおよび７ｂに信号を送り、どちらのセンサが選択されているかを示す。
【００２７】
この第３の実施形態では、１個のアナログ／ディジタル変換器４ａを使って、複数のセンサからの入力信号を扱えるため、コストを下げることが可能である。
【００２８】
図６は、本発明の第３の実施形態におけるネットワーク・インタフェース７ａおよび７ｂを示したものである。この図６に示した構成要素のうち符号７８ａから７７については、第３の実施形態と同様の構成である。
【００２９】
そして、センサ番号設定部７８ａは、マンマシンインタフェース、例えばプッシュボタン、ダイヤル式スイッチ、またはバーコードリーダとのインタフェースとして実現され、プラントの現場技術者がセンサ番号を設定するためのものである。設定されたセンサ番号は、センサ番号設定部７８ａに記録される。
【００３０】
送信レジスタ７３は、値を規定のフォーマットでセットするが、センサ番号４−２をセンサ番号設定部７８ａから取出してセットする。ネットワーク制御部７４は、センサ番号４−２の値を記録し、データの入力時の宛先の識別に用いる。表示制御部７８ｂは、受信レジスタ７７に記録されたネットワークから受信されたデータのセンサ番号を取出し、表示部７８ｃに表示する。表示部７８ｃは、例えばＬＥＤによる数値表示デバイス、または液晶ディスプレイである。
【００３１】
図７は、ネットワークから受信されるディジタルデータのフォーマットを示しており、ディジタルデータを識別するためのヘッダＨ、データの宛先であるセンサ番号ＳＮ、コマンドＣ、値Ｖから構成されている。
【００３２】
図６に戻ると、ネットワーク接続部７４は、ヘッダＨとセンサ番号ＳＮを調べ、ヘッダＨが予め定められた値であり、センサ番号ＳＮが自身の記録するセンサ番号と一致した場合に限り、受信レジスタ７７に受信したデータをセットする。
【００３３】
ゲイン設定部７６は、受信レジスタ７７にセットされたデータを調べ、コマンドＣが予め定められたゲイン設定コマンドの値に一致する場合は、値Ｖをゲイン記録部７５にセットする。
【００３４】
なお、以上の説明では、表示制御部７８ｂは、センサ番号６−２を受信レジスタ７７より取出したが、ネットワーク・インタフェース７４、送信レジスタ７３またはセンサ番号設定部７８ａから取出すことができることは言うまでもない。
【００３５】
この第３の実施形態により、現場技術者は、本発明の計装データ伝送装置をセンサに接続したとき、センサ番号を簡単に設定でき、また設定したセンサ番号を容易に確認することができる。
【００３６】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態を示したもので、第１の実施形態において、センサ１に接続するケーブルを、ａ系の２に対してｂ系は８−１として独立させる。
【００３７】
この第４の実施形態の構成により、例えば抵抗３ａが切断した場合でも、抵抗３ｂに電流が流れるため、ｂ系でセンサ信号を監視することが可能である。この場合、負荷抵抗が２倍になるが、センサ１はそのセンサの仕様の許す範囲内であれば、負荷抵抗に関わり無く測定値に比例した電流を出力するため、ｂ系は調整することなしにセンサ１の測定値を監視制御装置に送信することができる。
【００３８】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態を示している。この図９は、図８に示した第４の実施形態に、電池１２ａおよび１２ｂを追加したものである。第１の実施形態および第４の実施形態では、スイッチ４ａおよび４ｂは、周期的にアナログ／ディジタル変換器４ａおよび５ｂへの入力を切断する機能を持っている。
【００３９】
これに加えて、この第５の実施形態では、スイッチ４ａおよび４ｂは、タイマー５ａおよび５ｂの信号に基づいて入力を周期的に電池１２ａまたは１２ｂへ切替える。電池１２ａまたは１２ｂは、抵抗３ａおよび３ｂからアナログ／ディジタル変換器６ａまたは６ｂが入力する電圧の上限の、例えば１２０％の電圧を発生する。したがって、制御装置は、電池１２ａまたは１２ｂに切替えられた時の値を、センサ１の出力した信号値と区別することができる。
【００４０】
例えば、時刻０秒に入力を切断し、時刻１０秒に入力を電池１２ａまたは１２ｂに切替え、次に時刻２０秒に入力を切断する。以下、入力の切断と、入力の電池１２ａまたは１２ｂへの切替を、１０秒周期で交互に繰返す。
【００４１】
さらに、図３に示す、ゲイン調整機能を備えたネットワーク・インタフェースを用いることで、アナログ／ディジタル変換器４ａおよび５ｂのゲインを自動化することが可能である。
【００４２】
この第５の実施形態によって、電池１２ａおよび１２ｂの電圧をアナログ／ディジタル変換機４ａおよび４ｂが正確に測定できるか否かが、ネットワークを通じて監視できる。電池１２ａおよび１２ｂは、例えば長期間に亘って電圧変動の少ないリチウム電池を使用する。また、電池の替りに計装データ伝送装置の低電圧電源を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態による計装データ伝送装置の構成を示すブロック線図。
【図２】ネットワーク・インタフェース７ａおよび７ｂがネットワークに送信するデータのフォーマットを示す説明図。
【図３】本発明におけるネットワーク・インタフェース７ａまたは７ｂの構成を示すブロック線図。
【図４】本発明の第２の実施形態による計装データ伝送装置の構成を示すブロック線図。
【図５】本発明の第３の実施形態による計装データ伝送装置の構成を示すブロック線図。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるネットワーク・インタフェース７ａまたは７ｂの構成を示すブロック線図。
【図７】本発明の第３の実施形態において監視制御装置から伝送装置に送られるデータのフォーマットを示す説明図。
【図８】本発明の第４の実施形態による計装データ伝送装置の構成を示すブロック線図。
【図９】本発明の第５の実施形態による計装データ伝送装置の構成を示すブロック線図。
【符号の説明】
【００４４】
１  センサ、２  電流ループ、３ａ，  ３ｂ  抵抗、４ａ，  ４ｂ  スイッチ、５ａ，５ｂ  タイマー、
６ａ，６ｂ  アナログ／ディジタル変換器、７ａ，７ｂ  ネットワーク・インタフェース、
９  第２のセンサ、１１  第２の電流ループ、１２ａ，  １２ｂ  更正用の電池、
７１  入力レジスタ、７２  乗算器、７３  送信レジスタ、７４  ネットワーク接続部、
７５  ゲイン記録部、７６  ゲイン設定部、７７  受信レジスタ、
７８ａ  センサ番号設定部、７８ｂ  表示制御部、７８ｃ  表示部。
Ｈ  ヘッダ、ＳＮ  センサ番号、Ｖ  センサ出力から求められたディジタル値、
Ｃ  コマンド。
【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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