(57)【要約】【課題】  インピーダンス診断機能に加えて外部干渉診断機能を備えるアナログ出力装置を実現する。【解決手段】  電圧源から出力端を介して外部機器に所定の出力電流を供給すると共に、前記出力端子の端子電圧値と上記出力電流の電流値を読み返して前記出力端子の短絡または開放を診断するインピーダンス診断手段を具備するアナログ出力装置において、  前記外部機器から前記電圧源へのリターン電流回路に直列に挿入されたリターン電流検出抵抗と、  このリターン電流検出抵抗に発生するリターン電圧値を読み返し、前記出力端子より外部回路を経由して前記電圧源に流れる干渉電流を検出する外部干渉診断手段と、を備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧源から出力端子を介して外部機器に所定の出力電流を供給すると共に、前記出力端子の端子電圧値と上記出力電流の電流値を読み返して前記出力端子の短絡または開放を診断するインピーダンス診断手段を具備するアナログ出力装置において、
前記外部機器から前記電圧源へのリターン電流回路に直列に挿入されたリターン電流検出抵抗と、
このリターン電流検出抵抗に発生するリターン電流値を読み返し、前記出力端子より外部回路を経由して前記電圧源に流れる干渉電流を検出する外部干渉診断手段と、
を備えることを特徴とするアナログ出力装置。
【請求項２】
前記外部干渉診断手段は、前記出力端子から、前記電圧源を共通として他の外部機器に出力電流を供給する他チャンネルの出力端子側に流れる干渉電流を検出することを特徴とする請求項１に記載のアナログ出力装置。
【請求項３】
前記端子電圧値と前記リターン電圧値を周期的に切り換えて読み返すスイッチ手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアナログ出力装置。
【請求項４】
前記インピーダンス診断手段は、前記出力端子間の差電圧を読み返すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアナログ出力装置。
【請求項５】
前記リターン電流検出抵抗に直列順方向に回り込み防止用のダイオードを挿入したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアナログ出力装置。
【請求項６】
前記電圧源がオフの時に、前記スイッチ手段の回路を強制的にオフに規制する回りこみ防止手段を備えることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のアナログ出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧源から出力端を介して外部機器に所定の出力電流を供給すると共に、前記出力端子の端子電圧値と上記出力電流の電流値を読み返して前記出力端子の短絡または開放を診断するインピーダンス診断手段を具備するアナログ出力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アナログ出力装置において、出力端子の端子電圧値と出力電流の電流値を読み返して前記出力端子の短絡または開放を診断するインピーダンス診断手段については、特許文献１に開示されている。
【０００３】
図７は、インピーダンス診断機能を備える従来のアナログ出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。上位のプロセッサ１は、インピーダンス診断手段１１を備え、電流出力モジュール２に対して外部機器３に供給する出力電流Ｉ０を設定する信号を出力する。
【０００４】
電流出力モジュール２は、電圧源２１から定電流回路２２、二重化システム時の回り込み防止ダイオード２３を経由し、出力端子２４，２５間に接続された外部機器３に出力電流Ｉ０を供給する。定電流回路２２は、プロセッサ１から渡される設定信号に基づいて出力電流Ｉ０を制御する。
【０００５】
演算装置２６は、定電流回路２２からディジタル値で与えられる出力電流Ｉ０の出力値並びに端子電圧値読み返しスイッチ２７を介して周期的に取得される端子電圧値Ｖ０をＡ／Ｄ変換器２８でディジタル変換した端子電圧値を取得し、プロセッサ１のインピーダンス診断手段１１に読み返し信号として渡す。
【０００６】
インピーダンス診断手段１１は、出力端子２４，２５間の短絡故障及び開放故障を診断する。出力電流Ｉ０の読み返し信号が設定信号と一致して正常状態のときに、端子電圧値Ｖ０の読み返し信号が０Ｖであれば短絡故障と診断し、出力電流Ｉ０の読み返し信号がゼロであれば開放故障と診断する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０３４３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
出力端子間の短絡故障及び開放故障を診断する従来のインピーダンス診断手段１１では、電圧源２１を共通として他の外部機器に出力電流を供給する他チャンネルの出力端子側に出力電流の一部が流れる、いわゆるチャンネル間短絡故障を診断することができない。
【０００９】
図８は、電圧源を共通にする２チャンネルの電流出力モジュールの構成例を示す機能ブロック図である。第１チャンネルＣＨ１を構成する電流モジュール２の電圧源２１を共通にして、第２チャンネルＣＨ２を構成する電流モジュール４が接続され、外部機器５に対してプロセッサ１からの設定信号に基づいて出力端子４４，４５を介して出力電流を供給する。
【００１０】
正常状態では、第１チャンネルＣＨ１の電流出力モジュール２より外部機器３に２０ｍＡが供給され、第２チャンネルＣＨ２の電流出力モジュール４より外部機器５に４ｍＡが供給されているものとする。
【００１１】
図９は、チャンネル間短絡故障時の干渉電流経路を説明する機能ブロック図である。図では、第１チャンネルの電流出力モジュール２の出力端子２４と、第２チャンネルの電流出力モジュール４の出力端子４４間が、ユーザにより誤接続されたチャンネル間短絡状態を示している。
【００１２】
このチャンネル間短絡により、出力端子２４から出力端子４４側に８ｍＡの干渉電流が流れるので、外部機器３に供給されていた２０ｍＡの出力電流は１２ｍＡに減少し、外部機器５に供給されていた４ｍＡの出力電流は１２ｍＡに増加する異常が発生する。
【００１３】
しかしながら、電流出力モジュール２および電流出力モジュール４の定電流回路は、プロセッサ１の設定信号通りの２０ｍＡ及び４ｍＡを出力しているので、これら出力電流の電流値を読み返してもこのチャンネル間短絡による外部干渉は診断できない。
【００１４】
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、インピーダンス診断機能に加えて外部干渉診断機能を備えるアナログ出力装置の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）電圧源から出力端を介して外部機器に所定の出力電流を供給すると共に、前記出力端子の端子電圧値と上記出力電流の電流値を読み返して前記出力端子の短絡または開放を診断するインピーダンス診断手段を具備するアナログ出力装置において、
前記外部機器から前記電圧源へのリターン電流回路に直列に挿入されたリターン電流検出抵抗と、
このリターン電流検出抵抗に発生するリターン電圧値を読み返し、前記出力端子より外部回路を経由して前記電圧源に流れる干渉電流を検出する外部干渉診断手段と、
を備えることを特徴とするアナログ出力装置。
【００１６】
（２）前記外部干渉診断手段は、前記出力端子から、前記電圧源を共通として他の外部機器に出力電流を供給する他チャンネルの出力端子側に流れる干渉電流を検出することを特徴とする（１）に記載のアナログ出力装置。
【００１７】
（３）前記端子電圧値と前記リターン電圧値を周期的に切り換えて読み返すスイッチ手段を備えることを特徴とする（１）または（２）に記載のアナログ出力装置。
【００１８】
（４）前記インピーダンス診断手段は、前記出力端子間の差電圧を読み返すことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のアナログ出力装置。
【００１９】
（５）前記リターン電流検出抵抗に直列順方向に回り込み防止用のダイオードを挿入したことを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のアナログ出力装置。
【００２０】
（６）前記電圧源がオフの時に、前記スイッチ手段の回路を強制的にオフに規制する回りこみ防止手段を備えることを特徴とする（３）乃至（５）のいずれかに記載のアナログ出力装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、次のような効果を期待することできる。
（１）外部機器を流れるリターン電流値の読み返しにより、チャンネル間短絡故障等による外部干渉診断が可能となり、従来から備わるインピーダンス診断機能と合わせ、アナログ出力装置の信頼性向上に貢献できる。
【００２２】
（２）リターン電流値の検出と読み返しは、簡単な抵抗１個とスイッチ１個で実現可能であり、装置のコストを上げることなく高性能のアナログ出力装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したアナログ出力装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図７で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
従来装置の構成に追加された本発明の特徴部は、外部機器３のリターン電流回路に直列に挿入されたリターン電流検出抵抗１００と、リターン電流Ｉｒによりこのリターン電流検出抵抗１００に発生するリターン電流値Ｖｒを、周期的にＡ／Ｄ変換器２８に渡すリターン電流値読み返しスイッチ２００と、プロセッサ１内に設けられた外部干渉診断手段３００である。
【００２５】
端子電圧値Ｖ０を周期的に取得してＡ／Ｄ変換器２８に渡す端子電圧値読み返しスイッチ２７と、リターン電流検出抵抗１００に発生するリターン電流値Ｖｒを周期的に取得してＡ／Ｄ変換器２８に渡すリターン電流値読み返しスイッチ２００は、互いに可逆的にオンオフ制御される。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器２８は、これら読み返しスイッチにより端子電圧値Ｖ０とリターン電流値Ｖｒを交互に切り換えて入力し、その値をディジタル変換して演算装置２６に渡す。演算装置２６は出力電流Ｉ０の出力値及び端子電圧値Ｖ０に加えてリターン電流値Ｖｒの読み返し信号をプロセッサ１に渡す。
【００２７】
プロセッサ１に設けられた外部干渉診断手段３００は、読み返された出力電流Ｉ０の出力値とリターン電流値Ｖｒを比較し、一致していれば「外部干渉電流なし」で正常と判断し、リターン電流値が出力電流Ｉ０の出力値よりも所定値以下である場合には「外部干渉電流あり」で異常と判断する。
【００２８】
追加された外部干渉診断手段３００により、本発明装置は自己の出力端子状態を監視するインピーダンス診断機能と、外部干渉電流を監視する外部干渉診断機能の双方を備えるが、実際的なオペレーションでは、出力電流Ｉ０の出力値とリターン電流値が一致している（外部干渉電流なし）状態でのみインピーダンス診断を実施し、不一致（外部干渉電流あり）の状態では、チャンネル間短絡等への対処が優先するので、インピーダンス診断を実施しないオペレーションを取る。
【００２９】
図２は、本発明を適用したアナログ出力装置の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１の実施形態との相違は、出力端子２４の電位と出力端子２５の電位を入力してその差を演算する差分演算器２９を追加し、演算された差分値をスイッチ２７に渡す構成にある。
【００３０】
外部機器３のリターン電流回路に直列に挿入されたリターン電流検出抵抗１００を流れるリターン電流Ｉｒによる電圧降下に起因して、電圧源２１の基準電位点（負極）から見た出力端子２４と２５の電位が変動する。
【００３１】
従って、インピーダンス診断において、図１の実施形態のように、出力端子２４の電圧Ｖ０のみの電圧測定では、正確な端子電圧値が得られない。出力端子２４の電位と出力端子２５の電位を入力してその差を演算する差分演算器２９を導入することでこの問題が解決され、インピーダンス診断への支障が除かれる。
【００３２】
図３は、本発明のアナログ出力装置を２チャンネル二重化システム構成にした場合のリターン電流検出抵抗回路への回り込みを説明する機能ブロック図である。外部機器３及び５を共通にして右側のエリアが稼動側（Ａ）、左側のエリアが待機側（Ｂ）である。
【００３３】
稼動側（Ａ）において、外部機器３に電流を供給する第１チャンネルＣＨ１Ａを構成する電流出力モジュール２Ａに対して、その電圧源２１Ａを共通に使用して外部機器５に電流を供給する第２チャンネルＣＨ２Ａ構成する電流出力モジュール４Ａが接続されている。
【００３４】
待機側（Ｂ）において、外部機器３に電流を供給する第１チャンネルＣＨ１Ｂを構成する電流出力モジュール２Ｂに対して、その電圧源２１Ｂを共通に使用して外部機器５に電流を供給する第２チャンネルＣＨ２Ｂ構成する電流出力モジュール４Ｂが接続されている。
【００３５】
このような接続形態で、稼動側の電流出力モジュール２Ａより外部機器３に出力電流Ｉ０を供給すると、この電流Ｉ０は全部が電流出力モジュール２Ａのリターン回路を流れて電圧源２１Ａに戻らずに、待機側第１チャンネルの電流出力モジュール２Ｂのリターン電流回路、待機側第２チャンネルの電流出力モジュール４Ｂのリターン電流回路、稼動側第２チャンネルの電流出力モジュール４Ａのリターン電流回路を経由して電圧源２１Ａに戻る回り込みが発生する。
【００３６】
各電流出力モジュールのリターン電流回路には、リターン電流検出抵抗が挿入されているので、この回り込み電流により、電流出力モジュール２Ａは自己のリターン電流が減少し、他の各電流出力モジュールではリターン電流が減少または増加するので、リターン電流値を監視する外部干渉診断機能に誤動作が発生する。
【００３７】
図４は、本発明を適用したアナログ出力装置の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態の特徴は、図３で説明した複数の電流出力モジュールを経由する回りこみを防止するために、リターン電流検出抵抗（１０１Ａ，１０２Ａ，１０１Ｂ，１０２Ｂ）に直列順方向に回り込み防止ダイオード（４０１Ａ，４０２Ａ，４０１Ｂ，４０２Ｂ）を挿入した構成にある。これにより、電流出力モジュール２Ａの出力電流Ｉ０の回り込み現像は解消され、出力電流Ｉ０の全部が電圧源２１Ａに戻る。
【００３８】
図５は、二重化システムにおける端子電圧値及びリターン電流値の読み返し用スイッチ回路への回り込みを説明する機能ブロック図である。図は、外部機器３に対して稼動側（Ａ）の電流出力モジュール２Ａと待機側（Ｂ）の電流出力モジュール２Ｂとが接続されて二重化システムを示している。
【００３９】
待機側（Ｂ）の電流出力モジュール２Ｂの電圧源２１Ｂが正常であれば、端子電圧値及びリターン電流値を読み返すスイッチ２７Ｂ及び２００Ｂはオフに規制されているが、電圧源２１Ｂがダウンする故障が発生し、スイッチ２７Ｂ及び２００Ｂがノーマルクローズ特性でオンとなった場合には、外部機器３を短絡するように回り込みが発生し、リターン電流値は正常なのに外部機器の電流が変動する異常が発生するが、これを検出することができない。
【００４０】
図６は、本発明を適用したアナログ出力装置の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態の特徴は、図５で説明した待機側（Ｂ）の電流出力モジュール２Ｂのスイッチへの回り込みを防止するために、各電流出力モジュールにおいて電圧源がオフの時に、端子電圧値及びリターン電流値を読み返すスイッチの回路を強制的にオフに規制する回りこみ防止手段を設けた点にある。
【００４１】
稼動側（Ａ）の電流出力モジュール２Ａにおいて、スイッチ２７Ａ及びスイッチ２００Ａに直列に挿入されたＦＥＴスイッチＱ１Ａ及びＱ２Ａは、電圧源２１Ａによりゲート電位が制御され、電圧源２１Ａが正常時ではオンに規制され、電圧源２１Ａのダウン時にはオフに規制され、スイッチ２７Ａ及びスイッチ２００Ａの回路を強制的にオフとする。
【００４２】
同様に、待機側（Ｂ）の電流出力モジュール２Ｂにおいて、スイッチ２７Ｂ及びスイッチ２００Ｂに直列に挿入されたＦＥＴスイッチＱ１Ｂ及びＱ２Ｂは、電圧源２１Ｂによりゲート電位が制御され、電圧源２１Ｂが正常時ではオンに規制され、電圧源２１Ｂのダウン時にはオフに規制され、スイッチ２７Ｂ及びスイッチ２００Ｂの回路を強制的にオフとする。
【００４３】
実施形態では、外部干渉診断の典型的な対象としてチャンネル間短絡による干渉電流の監視を説明したが、チャンネル間短絡以外の短絡要因で外部機器を流れる電流の一部または全部が外部回路を経由して電圧源に戻る故障も診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用したアナログ出力装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明を適用したアナログ出力装置の他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図３】２チャンネル二重化システムにおけるリターン電流検出抵抗回路への回り込みを説明する機能ブロック図である。
【図４】本発明を適用したアナログ出力装置の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図５】二重化システムにおける端子電圧値及びリターン電流値の読み返し用スイッチ回路への回り込みを説明する機能ブロック図である。
【図６】本発明を適用したアナログ出力装置の更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図７】インピーダンス診断機能を備える従来のアナログ出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図８】電圧源を共通にする２チャンネルの電流出力モジュールの構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】チャンネル間短絡故障時の干渉電流経路を説明する機能ブロッ図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  プロセッサ
１１  インピーダンス診断手段
２  電流出力モジュール
２１  電圧源
２２  定電流回路
２３  回りこみ防止ダイオード
２４，２５  出力端子
２６  演算装置
２７  端子電圧値読み返しスイッチ
２８  Ａ／Ｄ変換器
３  外部機器
１００  リターン電流検出抵抗
２００  リターン電流値読み返しスイッチ
３００  外部干渉診断手段
【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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