(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号である端子信号が入力される入力端子と、
搬送波を生成する搬送波生成手段と、
少なくとも前記搬送波を用いて変調信号を出力する変調手段と、
前記変調信号を復調して復調信号を出力する復調手段と、
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記端子信号を前記変調手段に入力させる場合には、前記搬送波を前記端子信号で変調することで前記変調手段から出力される前記変調信号を前記復調手段に入力させて前記復調信号を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力させ、前記端子信号の前記変調手段への入力を遮断させる場合には、前記搬送波を前記端子信号で変調することなく前記変調手段から出力される前記変調信号を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力させる制御手段と、
前記変調信号を前記Ａ／Ｄ変換手段がデジタル信号に変換した場合に、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号を、前記搬送波に対応するデータと比較した結果を出力する比較手段と、
を備えるアナログ入力装置。
【請求項２】
互いに異なる前記端子信号が入力される複数の前記入力端子と、
複数の前記入力端子それぞれに対応する前記搬送波生成手段及び前記変調手段と、を備え、
複数の前記搬送波生成手段はそれぞれ、互いに異なる前記搬送波を生成し、
複数の前記変調手段はそれぞれ、前記搬送波に対応する前記変調信号を出力し、
前記制御手段は、
複数の前記入力端子のうちの一の入力端子に入力された前記端子信号を、前記一の入力端子に対応する前記変調手段に入力させる場合には、前記一の入力端子に対応する前記変調手段から出力される前記変調信号を前記復調手段に入力させて前記復調信号を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力させ、
前記一の入力端子に入力された前記端子信号の、前記一の入力端子に対応する前記変調手段への入力を遮断させる場合には、前記一の入力端子に対応する前記変調手段から出力される前記変調信号を前記Ａ／Ｄ変換手段に入力させ、
前記比較手段は、前記変調信号を前記Ａ／Ｄ変換手段がデジタル信号に変換した場合に、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号を、前記一の入力端子に対応する前記搬送波生成手段によって生成される前記搬送波に対応するデータと比較した結果を出力する、
請求項１に記載のアナログ入力装置。
【請求項３】
前記Ａ／Ｄ変換手段に入力される信号を、前記変調信号又は前記復調信号に切り替える信号切替手段、をさらに備え、
前記信号切替手段は、複数の前記変調手段それぞれからの前記変調信号が一端に入力されるスイッチング素子を複数有し、
複数の前記変調手段それぞれと、該変調手段に対応する前記スイッチング素子とは、絶縁トランスを介して接続される、
請求項２に記載のアナログ入力装置。
【請求項４】
少なくとも搬送波を用いて変調手段により変調信号を出力する変調ステップと、
前記変調信号を復調して復調信号を出力する復調ステップと、
アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップと、
入力端子に入力されるアナログ信号である端子信号を前記変調手段に入力させる場合において、前記変調ステップ及び前記復調ステップを実行し、前記復調信号を変換する前記Ａ／Ｄ変換ステップを実行する第１制御ステップと、
前記端子信号の前記変調手段への入力を遮断させる場合において、前記変調ステップを実行し、前記変調信号を変換する前記Ａ／Ｄ変換ステップを実行する第２制御ステップと、
前記第２制御ステップが実行されるときに、前記Ａ／Ｄ変換ステップで変換されたデジタル信号を前記搬送波に対応するデータと比較した結果を出力する比較ステップと、
を含むアナログ入力装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アナログ入力装置及びアナログ入力装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＡ（Factory Automation）の現場でアナログ信号を処理する場合には、このアナログ信号をＰＬＣ（Programmable Logic Controller）に入力するためのアナログ入力ユニットが利用される。アナログ入力ユニットは、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータを含み、デジタル信号を他のユニットに提供する。このようなＡ／Ｄコンバータには、高い信頼性が求められる。そこで、Ａ／Ｄコンバータが正しく動作することを確認するための技術を適用することが考えられる（例えば、特許文献１を参照）。【０００３】
特許文献１には、デジタルデータのｂｉｔが０または１に固定されるｂｉｔ故障がＡ／Ｄコンバータに発生したことを検出する技術について記載されている。この技術では、制御用マイクロコンピュータに加えて、診断用マイクロコンピュータが用いられ、診断用マイクロコンピュータが、アナログ信号の診断用電流値を内部でデジタル信号に変換するとともに、この診断用電流値をＡ／Ｄコンバータにより変換したデジタル信号を得る。そして、内部で変換されたデジタル信号と、Ａ／Ｄコンバータにより変換されたデジタル信号と、が一致するか否かを判定することによりｂｉｔ故障が診断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のように、診断用マイクロコンピュータの内部で診断用電流値をデジタル変換したデジタル信号と、Ａ／Ｄコンバータにより変換されたデジタル信号とを比較する場合、互いのデジタル信号が不一致であったとしても、変換処理を担う診断用マイクロコンピュータ及びＡ／Ｄコンバータのどちらに故障が発生しているのか判定することが困難であり、Ａ／Ｄコンバータの検査として信頼性が必ずしも高いとはいえなかった。また、入力レンジ内でレベルが多様に変化するアナログ信号をＡ／Ｄコンバータが正しくデジタル信号へ変換することを検査するためには、検査のために別途準備すべき情報として、多くの検査用電流値が必要であった。このような煩雑な準備作業があると誤った電流値が設定されてしまう可能性があり、その結果として検査を正しく実行することができないおそれがあった。ひいては、Ａ／Ｄコンバータの故障の検査の信頼性を向上させる余地があった。【０００６】
本開示は、Ａ／Ｄコンバータの故障の検査の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本開示のアナログ入力装置は、アナログ信号である端子信号が入力される入力端子と、搬送波を生成する搬送波生成手段と、少なくとも搬送波を用いて変調信号を出力する変調手段と、変調信号を復調して復調信号を出力する復調手段と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、端子信号を変調手段に入力させる場合には、搬送波を端子信号で変調することで変調手段から出力される変調信号を復調手段に入力させて復調信号をＡ／Ｄ変換手段に入力させ、端子信号の変調手段への入力を遮断させる場合には、搬送波を端子信号で変調することなく変調手段から出力される変調信号をＡ／Ｄ変換手段に入力させる制御手段と、変調信号をＡ／Ｄ変換手段がデジタル信号に変換した場合に、Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号を、搬送波に対応するデータと比較した結果を出力する比較手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、制御手段が、端子信号の変調手段への入力を遮断させる場合には変調信号をＡ／Ｄ変換手段に入力させる。この場合には、変調手段が搬送波を実質的に変化させることはなく、変調信号が搬送波に等しいものとなる。そして、このような変調信号からＡ／Ｄ変換手段によって変換されたデジタル信号が、搬送波に対応するデータと比較される。これにより、変換処理を実行する構成がＡ／Ｄ変換手段に限られるため、Ａ／Ｄ変換手段の故障をより確実に検査することができる。また、端子信号の変調に利用される搬送波を用いてＡ／Ｄ変換手段による変換を検査するため、検査のための情報を別途準備する必要がない。したがって、Ａ／Ｄコンバータの故障の検査の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るＰＬＣの構成を示す図
【図２】実施の形態１に係るアナログ入力装置の構成を示す図
【図３】実施の形態１に係る検査時に処理される信号について説明するための図
【図４】実施の形態１に係るアナログ入力装置によって実行される処理を示すフローチャート
【図５】実施の形態１に係る通常処理を示すフローチャート
【図６】実施の形態１に係る検査処理を示すフローチャート
【図７】実施の形態２に係るアナログ入力装置の構成を示す図
【図８】実施の形態２に係る通常時に処理される信号について説明するための図
【図９】実施の形態２に係る検査時に処理される信号について説明するための図
【図１０】実施の形態３に係るアナログ入力装置の構成を示す図
【図１１】変形例に係るアナログ入力装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態に係るアナログ入力装置１０について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１には、本実施の形態に係るアナログ入力装置を含むＰＬＣ１００の構成が示されている。ＰＬＣ１００は、工場において予め設定された製造ラインに従ってワークを加工及び検査して製品を製造するための制御装置である。ＰＬＣ１００は、演算処理を実行してＰＬＣ１００の構成要素を統括的に制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニット１０１と、製造ラインに設置されたセンサ２０から送信されるアナログ信号が入力されるアナログ入力装置１０と、を有する。ＣＰＵユニット１０１とアナログ入力装置１０とは、不図示のベースユニットを介して接続される。
【００１２】
センサ２０は、例えば圧力又は温度を計測して、計測した値に対応する電流レベル又は電圧レベルのアナログ信号を、配線を介してアナログ入力装置１０に送信する計測装置である。センサ２０からアナログ入力装置１０に入力されるアナログ信号は、ＰＬＣ１００の制御内容を決定するためにＣＰＵユニット１０１によって利用される。例えば、ＣＰＵユニット１０１は、ベルトコンベア上を通過するワークがセンサ２０によって検知されたタイミングで、アクチュエータ又はロボットである機器３０を制御してワークを処理させる。なお、機器３０は、ＰＬＣ１００が外部に指令を送信するための出力ユニットに接続されてもよいし、アナログ入力装置１０が機器３０に信号を送信する機能を有する場合には、アナログ入力装置１０に接続されてもよい。
【００１３】
アナログ入力装置１０は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵユニット１０１に提供する入力ユニットに相当する。通常時には、アナログ入力装置１０は、信号にＡ／Ｄ変換を施す前に信号の変調及び復調を行う。また、検査時においては、アナログ入力装置１０は、復調を省略して搬送波と同一波形の変調信号をＡ／Ｄコンバータに入力して当該Ａ／Ｄコンバータの検査を実行する。なお、通常時とは、機器３０の制御のためにアナログ信号をＣＰＵユニット１０１使用可能なデジタル信号に変換してＰＬＣ１００内に入力する処理を行っているときを指す。また、検査時とは、アナログ入力装置１０のＡ／Ｄコンバータに異常が発生していないか検査する処理を行っているときを指す。
【００１４】
図２には、アナログ入力装置１０の構成が示されている。図２に示されるように、アナログ入力装置１０は、センサ２０から送信されたアナログ信号が入力される入力端子Ｔ１と、グランドに接続されるグランド端子Ｔ２と、入力端子Ｔ１に入力されたアナログ信号を変調回路部１２に入力するか否かを切り替えるスイッチ部１１と、入力された信号により搬送波を変調して得る変調信号を出力する変調回路部１２と、搬送波を生成して変調回路部１２に送出する搬送波回路部１３と、変調回路部１２による変調信号の出力先を復調回路部１５又はＡ／Ｄ変換部１６に切り替えるためのスイッチ部１４と、変調信号を復調して復調信号を出力する復調回路部１５と、変調信号又は復調信号であるアナログ信号が入力されると、このアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１６と、スイッチ部１１，１４を制御する制御部１７と、Ａ／Ｄ変換部１６から出力されるデジタル信号を予め定められた基準データと比較する比較部１８と、搬送波に対応する基準データが予め格納される記憶部１９と、を有する。
【００１５】
入力端子Ｔ１及びグランド端子Ｔ２は、配線を介してセンサ２０に接続される。入力端子Ｔ１には、グランド端子Ｔ２の電位であるグランドを基準とした電圧を有する電圧信号、又は当該グランドに流入する電流を有する電流信号が、アナログ信号として入力される。ただし、センサ２０とアナログ入力装置１０との接続方式は、図１に示されるシングルエンド方式に限定されず、他の方式であってもよい。以下では、入力端子Ｔ１に入力されるアナログ信号を、端子信号と適宜表記する。
【００１６】
スイッチ部１１は、制御部１７からの指示に従って開閉状態を切り替えるスイッチング素子を有する。このスイッチング素子の一端は、入力端子Ｔ１に接続され、他端は、変調回路部１２の入力端に接続される。通常時には、図２に示されるようにスイッチング素子が閉状態になり、入力端子Ｔ１からの端子信号が変調回路部１２へ伝送される。検査時には、図３に示されるようにスイッチング素子が開状態になり、端子信号の変調回路部１２への入力が遮断される。つまり、端子信号が変調回路部１２へ伝送されない。
【００１７】
変調回路部１２は、スイッチ部１１に接続される入力端と、搬送波回路部１３に接続される入力端と、スイッチ部１４に接続される出力端と、を有する回路である。変調回路部１２は、スイッチ部１１から入力された信号レベルの時系列変化を示す情報を、搬送波回路部１３から提供される搬送波に乗せた変調信号を生成する。例えば、変調回路部１２は、図２の下部に例示されるように、比較的ゆっくりと変化する端子信号である信号Ａ１及び高周波の搬送波である信号Ａ２が入力されると、信号Ａ１で信号Ａ２を変調した変調波である信号Ａ３を出力する。また、変調回路部１２は、図３の下部に例示されるように、端子信号が入力されない場合には、搬送波である信号Ａ１２に等しい波形の変調信号である信号Ａ１３を出力する。なお、端子信号が変調回路部１２に入力されないときには、スイッチ部１１に接続される入力端のレベルがゼロとなり、変調回路部１２にはレベルがゼロである信号Ａ１１が入力される。端子信号が電圧信号である場合においては、この入力端がプルダウン抵抗を介してグランドに接続されていれば、端子信号の入力が遮断されたときに入力端のレベルがゼロになる。変調回路部１２による変調方式は、振幅変調であってもよいし、周波数変調であってもよいし、位相変調であってもよい。変調回路部１２は、アナログ入力装置１０において、少なくとも搬送波を用いて変調信号を出力する変調手段の一例に相当する。
【００１８】
搬送波回路部１３は、搬送波を生成して変調回路部１２に送信する回路であって、例えばＣＲ発振回路又はウィーンブリッジ発振回路である。搬送波回路部１３は、アナログ入力装置１０において、搬送波を生成する搬送波生成手段の一例に相当する。
【００１９】
スイッチ部１４は、制御部１７からの指示に従って開閉状態を切り替えるスイッチング素子１４ａ，１４ｂを有する。スイッチング素子１４ａ，１４ｂの一端はいずれも、図２に示されるように接続点を介して変調回路部１２の出力端に接続される。また、スイッチング素子１４ａの他端は、接続点を介してＡ／Ｄ変換部１６の入力端に接続され、スイッチング素子１４ｂの他端は、復調回路部１５の入力端に接続される。通常時には、図２に示されるようにスイッチング素子１４ａが開状態になるとともにスイッチング素子１４ｂが閉状態になり、変調回路部１２からの変調信号は、復調回路部１５に入力される。検査時には、図３に示されるようにスイッチング素子１４ａが閉状態になるとともにスイッチング素子１４ｂが開状態になり、変調回路部１２からの変調信号は、復調回路部１５をバイパスして直接Ａ／Ｄ変換部１６に入力される。スイッチ部１４は、アナログ入力装置１０において、Ａ／Ｄ変換手段としてのＡ／Ｄ変換部１６に入力される信号を、変調手段から出力される変調信号又は復調手段としての復調回路部１５から出力される復調信号に切り替える信号切替手段の一例に相当する。
【００２０】
復調回路部１５の一端は、スイッチング素子１４ｂに接続され、他端は、図２に示されるように接続点を介してＡ／Ｄ変換部１６の入力端に接続される。復調回路部１５は、スイッチング素子１４ｂが閉状態であるときに入力される変調信号を、変調回路部１２による変調に対応して復調する回路である。換言すると、復調回路部１５は、通常時において変調回路部１２にスイッチ部１１から入力される端子信号を復元する回路である。ここで、図２に示されるように、復調回路部１５に接続されるスイッチング素子１４ｂが閉状態となるときには、スイッチ部１１のスイッチング素子も閉状態となるため、復調回路部１５は、端子信号を復元して図２下部に例示される信号Ａ４を出力することとなる。なお、図３に示されるように復調回路部１５に変調信号が入力されない場合には、復調回路部１５は、何ら信号を出力しない。すなわち、この場合において復調回路部１５は、スイッチング素子１４ａを介してＡ／Ｄ変換部１６への変調信号の入力に影響を及ぼさず、Ａ／Ｄ変換部１６には、図３下部に例示されるように搬送波に等しい信号Ａ１４が入力されることとなる。復調回路部１５は、アナログ入力装置１０において、変調信号を復調して復調信号を出力する復調手段の一例に相当する。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換部１６は、入力されるアナログ信号を量子化及び離散化することによりデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータに相当する。Ａ／Ｄ変換部１６の入力端は、接続点を介してスイッチング素子１４ａ及び復調回路部１５に接続される。Ａ／Ｄ変換部１６から出力されるデジタル信号は制御部１７に送出される。例えば、Ａ／Ｄ変換部１６は、通常時においては、図２に示されるように端子信号に等しい波形のデジタル信号である信号Ａ５を出力し、検査時においては、図３に示されるように搬送波に等しい波形のデジタル信号である信号Ａ１５を出力する。Ａ／Ｄ変換部１６は、アナログ入力装置１０において、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段の一例に相当する。
【００２２】
制御部１７は、スイッチ部１１，１４を制御するＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。通常時においては、制御部１７は、図２に示されるようにスイッチ部１１のスイッチング素子とスイッチ部１４のスイッチング素子１４ｂとを閉状態にし、スイッチ部１４のスイッチング素子１４ａを開状態にする。そして、制御部１７は、Ａ／Ｄ変換部１６から出力されたデジタル信号をＣＰＵユニット１０１に送出する。これにより、センサ２０から送信された信号に基づくＰＬＣ１００による制御が実現される。また、検査時においては、制御部１７は、図３に示されるようにスイッチ部１１のスイッチング素子とスイッチ部１４のスイッチング素子１４ｂとを開状態にし、スイッチ部１４のスイッチング素子１４ａを閉状態にする。そして、制御部１７は、Ａ／Ｄ変換部１６から出力されたデジタル信号を比較部１８に出力する。制御部１７は、アナログ入力装置１０において、端子信号を変調手段に入力させる場合には、搬送波を端子信号で変調することで変調手段から出力される変調信号を復調手段に入力させて復調信号をＡ／Ｄ変換手段に入力させ、端子信号の変調手段への入力を遮断させる場合には、搬送波を端子信号で変調することなく変調手段から出力される変調信号をＡ／Ｄ変換手段に入力させる制御手段の一例に相当する。
【００２３】
比較部１８は、ＭＰＵを含む。なお、制御部１７と比較部１８は、同一のＭＰＵにより実現されてもよい。比較部１８は、検査時において、制御部１７から送出されたデジタル信号を取得するとともに、記憶部１９から検査の基準となる基準データを読み出す。そして、比較部１８は、取得したデジタル信号と基準データとを比較する。基準データは、図３下部に例示されるように、搬送波に等しい波形の信号Ａ１６を示すデータである。比較部１８は、デジタル信号と基準データとが一致する場合には、Ａ／Ｄ変換部１６が正常であると診断し、一致しない場合には、Ａ／Ｄ変換部１６が異常であると診断して、診断結果をＣＰＵユニット１０１に送出する。なお、デジタル信号が基準データに完全に一致しない場合であっても、Ａ／Ｄ変換部１６が正常であって、デジタル信号を時間方向にシフトした波形が基準データにより示される波形と一致することがあるため、比較部１８は、ＤＴＷ（Dynamic Time Warping）距離が予め定められた閾値以下であるか否かを判定してもよい。また、比較部１８は、比較した結果を示す情報をＣＰＵユニット１０１に出力して、ＣＰＵユニット１０１が、正常であるか異常であるかの判断をしてもよい。比較部１８は、アナログ入力装置１０において、変調信号をＡ／Ｄ変換手段がデジタル信号に変換した場合に、Ａ／Ｄ変換手段から出力されるデジタル信号を、搬送波に対応するデータと比較した結果を出力する比較手段の一例に相当する。
【００２４】
記憶部１９は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）に代表される記憶装置を含む。記憶部１９には、搬送波回路部１３によって生成される搬送波に対応する波形を表す基準データが格納される。
【００２５】
続いて、アナログ入力装置１０によって実行される処理について、図４〜６を用いて説明する。図４に示される処理は、アナログ入力装置１０の電源が投入されると実行される。アナログ入力装置１０は、図４に示されるように、現在時刻が検査の実行タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、制御部１７が、前回の検査から経過した時間が予め定められた長さを超えたか否かを判定する。予め定められた長さは、例えば、１時間、１日間又は１ヶ月間である。
【００２６】
現在時刻が検査の実行タイミングではないと判定した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、アナログ入力装置１０は、通常処理を実行する（ステップＳ２）。図５には、この通常処理の詳細が説明されているが、図５に示される流れは、説明の理解を容易にするために信号の流れに沿ってアナログ入力装置１０によって実行される処理を並べた順序であって、実際のアナログ入力装置１０における処理の順序は、図５の流れと異なっていてもよい。
【００２７】
通常処理では、図５に示されるように、制御部１７が、スイッチ部１１，１４を制御して、端子信号を変調回路部１２に入力させるとともに、変調信号を復調回路部１５に入力させる（ステップＳ２１）。ステップＳ２１は、アナログ入力装置１０の制御方法において、入力端子に入力されるアナログ信号である端子信号を変調手段に入力させる場合において、変調ステップ及び復調ステップを実行し、復調信号を変換するＡ／Ｄ変換ステップを実行させる第１制御ステップの一例に相当する。変調ステップ、復調ステップ、及び、Ａ／Ｄ変換ステップの詳細については後述する。次に、変調回路部１２が、端子信号により搬送波を変調して変調信号を出力する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２は、アナログ入力装置１０の制御方法において、少なくとも搬送波を用いて変調手段により変調信号を出力する変調ステップの一例に相当する。
【００２８】
次に、復調回路部１５が、ステップＳ２２で出力された変調信号を復調して復調信号を出力し（ステップＳ２３）、Ａ／Ｄ変換部１６が、ステップＳ２３で出力された復調信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を出力し（ステップＳ２４）、制御部１７が、ステップＳ２４で出力されたデジタル信号をＣＰＵユニット１０１に出力する（ステップＳ２５）。ステップＳ２３は、アナログ入力装置１０の制御方法において、変調信号を復調して復調信号を出力する復調ステップの一例に相当する。また、ステップＳ２４は、アナログ入力装置１０の制御方法において、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップの一例に相当する。その後、アナログ入力装置１０による処理は、通常処理から図４に示される処理に戻る。
【００２９】
図４において、現在時刻が検査の実行タイミングであると判定した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、アナログ入力装置１０は、検査処理を実行する（ステップＳ３）。図６に示される検査処理の流れは、図５と同様に、実際のアナログ入力装置１０における処理の順序と異なっていてもよい。
【００３０】
検査処理では、図６に示されるように、制御部１７が、スイッチ部１１，１４を制御して、端子信号の変調回路部１２への入力を遮断し、変調信号をＡ／Ｄ変換部１６に入力させる（ステップＳ３１）。ステップＳ３１は、アナログ入力装置１０の制御方法において、端子信号の変調手段への入力を遮断させる場合において、変調ステップを実行し、変調信号を変換するＡ／Ｄ変換ステップを実行する第２制御ステップの一例に相当する。次に、変調回路部１２が、搬送波に等しい波形の変調信号を出力する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２は、アナログ入力装置１０の制御方法において、少なくとも搬送波を用いて変調信号を生成する変調ステップの一例に相当する。
【００３１】
次に、Ａ／Ｄ変換部１６が、ステップＳ３２で出力された変調信号にＡ／Ｄ変換を施してデジタル信号を出力し（ステップＳ３３）、比較部１８が、記憶部１９から基準データを読み出す（ステップＳ３４）。ステップＳ３３は、アナログ入力装置１０の制御方法において、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップの一例に相当する。
【００３２】
次に、比較部１８が、ステップＳ３３で出力されたデジタル信号と、記憶部１９から読み出した基準データとを比較して、デジタル信号と基準データが等しいか否かを判定する（ステップＳ３５）。デジタル信号と基準データが等しいと判定した場合（ステップＳ３５；Ｙｅｓ）、比較部１８は、Ａ／Ｄ変換部１６による変換が正常であると診断して、診断結果を示す信号をＣＰＵユニット１０１に出力する（ステップＳ３６）。一方、デジタル信号と基準データが等しくないと判定した場合（ステップＳ３５；Ｎｏ）、比較部１８は、Ａ／Ｄ変換部１６による変換が異常であると診断して、診断結果を示す信号をＣＰＵユニット１０１に出力する（ステップＳ３７）。ステップＳ３５〜Ｓ３７は、アナログ入力装置１０の制御方法において、第２制御ステップが実行されるときに、Ａ／Ｄ変換ステップで変換されたデジタル信号を搬送波に対応するデータと比較した結果を出力する比較ステップの一例に相当する。ステップＳ３６，Ｓ３７の終了後に、アナログ入力装置１０による処理は、検査処理から図４に示される処理に戻る。
【００３３】
図４に戻り、通常処理及び検査処理の終了後に、ステップＳ１以降の処理が繰り返される。これにより、アナログ入力装置１０は、通常は、アナログ入力装置１０に入力される端子信号をデジタル信号に変換してＣＰＵユニット１０１に出力し、一定時間毎に検査処理を実行してＡ／Ｄ変換部１６が正常であるか否かを確認することとなる。
【００３４】
以上、説明したように、制御部１７が、端子信号の変調回路部１２への入力を遮断させる場合には変調信号をＡ／Ｄ変換部１６に入力させる。この場合には、変調回路部１２が搬送波を実質的に変化させることはなく、変調信号が搬送波に等しいものとなる。そして、このような変調信号からＡ／Ｄ変換部１６によって変換されたデジタル信号が、搬送波に対応する基準データと比較される。これにより、変換処理を実行する構成がＡ／Ｄ変換部１６に限られるため、Ａ／Ｄ変換部１６の故障をより確実に検査することができる。これは、搬送波に影響を与える要素がＡ／Ｄ変換部１６であるためである。また、端子信号の変調に利用される搬送波を用いてＡ／Ｄ変換部１６による変換を検査するため、検査のための情報を別途準備する必要がない。したがって、Ａ／Ｄコンバータの故障の検査の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
また、通常時の端子信号の入力の際に変調される搬送波を用いて検査が行われるため、端子信号の入力レンジに対してＡ／Ｄ変換部１６が正常に変換可能であるかを検査することができる。これは、搬送波が端子信号を伝達するために準備される信号であり、端子信号は搬送波の振幅、周波数、位相、等の特性を変調して伝達されるためである。
【００３６】
また、固定されたレベルの検査用信号をＡ／Ｄコンバータに入力する検査手法について、固定されたレベルの検査用信号を複数用いれば、検査対象の入力レンジをある程度広くすることができる。しかしながら、そのような複数の検査用信号を生成するＩＣ（Integrated Circuit）部品が多く必要になり、回路構成が複雑になるとともにコストが大幅に高くなってしまう。
【００３７】
これに対して、本実施の形態に係るアナログ入力装置１０では、搬送波を利用してＡ／Ｄ変換部１６を検査する。搬送波を生成する発振回路、変調回路、復調回路及びスイッチ部１１，１４は、比較的簡素な回路で実現されるため、コストを抑えることができる。
【００３８】
また、予め用意された検査用デジタル値を、Ｄ／ＡコンバータによりＤ／Ａ変換して得たアナログ信号をＡ／Ｄコンバータに入力して、Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル信号を検査用デジタル値と比較する検査手法がある。この手法では、高い分解能を持つＤ／Ａコンバータが必要になる上に、Ｄ／Ａコンバータを制御するための信号が増えてしまい、制御工程が複雑になる。
【００３９】
これに対して、本実施の形態に係るアナログ入力装置１０では、検査用のアナログ信号として、搬送波が利用される。搬送波は、比較的単純な発振回路により生成されるため、Ｄ／Ａコンバータを用いることなく、Ａ／Ｄ変換部１６の検査をすることができる。
【００４０】
実施の形態２．
続いて、実施の形態２について、上述の実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態１と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。実施の形態２は、センサから送信される複数のチャンネルのアナログ信号がアナログ入力装置１０に入力される点で、実施の形態１とは異なっている。
【００４１】
図７には、本実施の形態に係るアナログ入力装置１０の構成が示されている。このアナログ入力装置１０には、センサ２０からの端子信号と、センサ２０ａからの端子信号と、を含む２チャンネルのアナログ信号が入力される。そして、アナログ入力装置１０は、通常時には、いずれか一方の端子信号をデジタル信号に変換してＣＰＵユニット１０１に提供する。図７に示されるように、アナログ入力装置１０は、複数のチャンネルそれぞれに対応するチャンネル部４０とチャンネル部４０ａとを有する。
【００４２】
チャンネル部４０は、入力端子Ｔ１、グランド端子Ｔ２、スイッチ部１１、変調回路部１２及び搬送波回路部１３を有する。チャンネル部４０ａは、チャンネル部４０と同様に構成され、センサ２０ａからの端子信号が入力される入力端子Ｔ１ａと、グランドに接続されるグランド端子Ｔ２ａと、制御部１７の指示に従って端子信号の変調回路部１２ａへの入力の有無を切り替えるスイッチ部１１ａと、入力された信号で、搬送波回路部１３ａから受信する搬送波を変調する変調回路部１２ａと、搬送波を生成する搬送波回路部１３ａと、を有する。入力端子Ｔ１，Ｔ１ａは、アナログ入力装置１０において、互いに異なる端子信号が入力される複数の入力端子との一例に相当する。また、搬送波回路部１３，１３ａ及び変調回路部１２，１２ａは、複数の入力端子それぞれに対応する搬送波生成手段及び変調手段の一例に相当する。
【００４３】
スイッチ部１４は、チャンネル部４０からの信号を通過させるためのスイッチング素子１４ａ，１４ｂに加えて、チャンネル部４０ａからの信号を通過させるためのスイッチング素子１４ｃ，１４ｄを有する。すなわち、スイッチ部１４は、変調回路部１２，１２ａそれぞれからの変調信号が一端に入力されるスイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有する。スイッチング素子１４ｃ，１４ｄはそれぞれ、スイッチング素子１４ａ，１４ｂと同様に、制御部１７によって制御される。ただし、チャンネル部４０からの信号が通過する場合、すなわちスイッチング素子１４ａ，１４ｂのいずれか一方が閉状態となる場合には、スイッチング素子１４ｃ，１４ｄはいずれも開状態となり、チャンネル部４０ａからの信号の伝送が遮断される。また、チャンネル部４０ａからの信号が通過する場合、すなわちスイッチング素子１４ｃ，１４ｄのいずれか一方が閉状態となる場合には、スイッチング素子１４ａ，１４ｂはいずれも開状態となり、チャンネル部４０からの信号の伝送が遮断される。
【００４４】
図８には、通常時においてアナログ入力装置１０内で処理される信号が例示されている。図８に示されるように、通常時においてはスイッチ部１１，１１ａが閉状態となる。また、センサ２０からの端子信号が、デジタル信号に変換されてＣＰＵユニット１０１に入力される入力処理の対象となる場合には、スイッチ部１４のスイッチング素子１４ａ，１４ｃ，１４ｄが開状態となる一方、スイッチング素子１４ｂが閉状態になり、変調回路部１２からの変調信号が復調回路部１５に入力される。ここで、変調回路部１２に入力される端子信号、搬送波回路部１３によって生成される搬送波、変調回路部１２から出力される変調信号、復調回路部１５から出力される復調信号、及びＡ／Ｄ変換部１６から出力される信号がそれぞれ、図２に例示されたのと同様に、信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５として例示されている。
【００４５】
また、図８には、変調回路部１２ａに入力される端子信号、搬送波回路部１３ａによって生成される搬送波、及び変調回路部１２ａから出力される変調信号がそれぞれ、信号Ａ１ａ，Ａ２ａ，Ａ３ａとして例示されている。図８からわかるように、信号Ａ１ａは、通常、信号Ａ１とは異なる信号である。また、信号Ａ２ａは、信号Ａ２とは異なる信号であって、搬送波回路部１３ａは、周波数、振幅及び位相のうち少なくとも１つの特徴が搬送波回路部１３の搬送波とは異なる波形の搬送波を生成する。すなわち、搬送波回路部１３，１３ａは、互いに異なる搬送波を生成する。
【００４６】
なお、通常時においてセンサ２０ａからの端子信号が入力処理の対象となる場合には、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃが開状態となる一方、スイッチング素子１４ｄが閉状態になり、変調回路部１２ａからの変調信号が復調回路部１５に入力される。図８には、この場合において復調回路部１５から出力される復調信号、及びＡ／Ｄ変換部１６から出力されるデジタル信号が、信号Ａ４ａ，Ａ５ａとして例示されている。図８からわかるように、信号Ａ４ａは、信号Ａ１ａと同様の波形を復元した復調信号である。また、信号Ａ５ａは、アナログ信号である復調信号をデジタル信号に変換した信号である。
【００４７】
図９には、検査時においてアナログ入力装置１０内で処理される信号が例示されている。図９に示されるように、検査時においては、スイッチ部１１，１１ａが開状態となる。また、スイッチング素子１４ｂ，１４ｄが開状態となり、スイッチング素子１４ａ，１４ｃのいずれか一方が開状態となり、他方が閉状態となる。図９の例では、スイッチング素子１４ａが閉状態となり、変調回路部１２からの変調信号がＡ／Ｄ変換部１６に入力される。ここで、変調回路部１２に入力される信号、搬送波回路部１３によって生成される搬送波、変調回路部１２から出力される変調信号、Ａ／Ｄ変換部１６に入力されるアナログ信号、Ａ／Ｄ変換部１６から出力されるデジタル信号、及び記憶部１９に格納される基準データにより示される信号がそれぞれ、図３に例示されたのと同様に、信号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，Ａ１５，Ａ１６として例示されている。信号Ａ１６と信号Ａ１５とが比較された結果、等しければ正常と判定され、異なれば異常と判定される。
【００４８】
また、図９には、変調回路部１２ａに入力される信号、搬送波回路部１３ａによって生成される搬送波、及び変調回路部１２ａから出力される変調信号がそれぞれ、信号Ａ１１ａ，Ａ１２ａ，Ａ１３ａとして例示されている。図９からわかるように、信号Ａ１３ａは、信号Ａ１２ａと等しい信号である。
【００４９】
なお、検査時においては、スイッチング素子１４ａに代えてスイッチング素子１４ｃを閉状態としてもよい。スイッチング素子１４ａ，１４ｃのいずれを閉状態とするかは、制御部１７が任意に決定してよい。例えば、制御部１７は、スイッチング素子１４ａを閉状態とした検査の次の検査ではスイッチング素子１４ｃを閉状態として、繰り返し実行する検査を、スイッチング素子１４ａ，１４ｃを交互に閉状態とすることで実行してもよい。
【００５０】
図９には、スイッチング素子１４ｃが閉状態とされる場合において、Ａ／Ｄ変換部１６に入力されるアナログ信号、Ａ／Ｄ変換部１６から出力されるデジタル信号及び記憶部１９に格納される基準データにより示される信号がそれぞれ、信号Ａ１４ａ，Ａ１５ａ，Ａ１６ａとして例示されている。信号Ａ１６ａと信号Ａ１５ａとが比較された結果、等しければ正常と判定され、異なれば異常と判定される。このように、複数のチャンネルについて搬送波が生成されて検査に利用される場合には、それぞれの搬送波に対応する基準データが記憶部１９に予め格納され、スイッチ部１４のうち閉状態とされるスイッチング素子を通過する搬送波が、この搬送波に対応する基準データと比較される。
【００５１】
本実施の形態に係る制御部１７は、複数の入力端子Ｔ１，Ｔ１ａのうちの一の入力端子に入力された端子信号を、当該一の入力端子に対応する変調回路部１２又は変調回路部１２ａに入力させる場合には、当該一の入力端子に対応する変調回路部１２又は変調回路部１２ａから出力される変調信号を復調回路部１５に入力させて復調信号をＡ／Ｄ変換部１６に入力させる。また、制御部１７は、当該一の入力端子に入力された端子信号の、当該一の入力端子に対応する変調回路部１２又は変調回路部１２ａへの入力を遮断させる場合には、当該一の入力端子に対応する変調回路部１２又は変調回路部１２ａから出力される変調信号をＡ／Ｄ変換部１６に入力させる。
【００５２】
以上、説明したように、本実施の形態に係るアナログ入力装置１０によれば、センサ２０，２０ａから複数の端子信号が入力される場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、スイッチ部１４を構成するスイッチング素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄのうちいずれか１つが閉状態となるため、チャンネル間を絶縁してノイズの回り込みを防ぐことができる。
【００５４】
安全計装の分野においては、チャンネル間の回り込みによりアナログ入力値がぶれる現象に対する対策が求められる。この種の対策として、チャンネル毎にＡ／Ｄコンバータを１つ配設し、絶縁素子を用いて絶縁する手法がある。しかしながら、この手法ではチャンネル数に応じて複数のＡ／Ｄコンバータ、及び当該Ａ／Ｄコンバータを検査するための回路が必要となり、回路規模が大きくなるとともにコストが高価になってしまう。
【００５５】
これに対して、本実施の形態に係るアナログ入力装置１０は、チャンネル間を絶縁しつつ、複数のチャンネルで共通のＡ／Ｄコンバータを利用するため、回路構成を簡素なものとすることができる。
【００５６】
さらに、アナログ入力装置１０では、複数の搬送波回路部１３，１３ａが、異なる搬送波を生成する。これにより、アナログ入力装置１０は、スイッチ部１４の故障を検出することができる。例えば、制御部１７がスイッチング素子１４ａを閉状態とする指令を送ったときに、スイッチング素子１４ａに代えて、又はスイッチング素子１４ａとともに、スイッチング素子１４ｃが閉状態となる故障を想定する。このような故障が起こった場合には、図９に例示される信号Ａ１５ａ、又は信号Ａ１５と信号Ａ１５ａとが混合した信号が、信号Ａ１６と比較された結果、等しい信号ではないと判定され、異常と診断される。
【００５７】
なお、アナログ入力装置１０の外部から２チャンネルの端子信号が入力される例について説明したが、実施の形態１から実施の形態２への変形と同様の変形をさらに施して、３チャンネル以上に拡張してもよい。
【００５８】
実施の形態３．
続いて、実施の形態３について、上述の実施の形態２との相違点を中心に説明する。なお、上記実施の形態２と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略する。実施の形態３は、チャンネル間の絶縁をより確実に図る点で、実施の形態２と異なっている。
【００５９】
図１０には、本実施の形態に係るアナログ入力装置１０の構成が示されている。図１０に示されるように、変調回路部１２とスイッチ部１４とは、絶縁トランス５１を介して接続され、変調回路部１２ａとスイッチ部１４とは、絶縁トランス５１ａを介して接続される。また、制御部１７は、絶縁回路部５２を介して制御信号をスイッチ部１１に送信し、絶縁回路部５２ａを介して制御信号をスイッチ部１１ａに送信する。絶縁回路部５２，５２ａは、絶縁トランス５１，５１ａと同様のトランスにより制御部１７とスイッチ部１１，１１ａとを電気的に絶縁してもよいし、他の素子又は回路構成により絶縁してもよい。
【００６０】
以上、説明したように、本実施の形態に係るアナログ入力装置１０によれば、入力端子Ｔ１のチャンネルと入力端子Ｔ１ａとのチャンネルとが、より確実に絶縁される。これにより、例えばフィールドのノイズが多い大規模プラントにおいてアナログ入力装置１０が利用された場合にも、チャンネル間におけるノイズの回り込みをより確実に防ぐことができる。
【００６１】
以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態によって限定されるものではない。
【００６２】
例えば、上記実施の形態１〜３と同様の機能を有する範囲で、アナログ入力装置の構成を任意に変更してもよい。図１１には、スイッチ部１４に代えて、Ａ／Ｄ変換部１６に入力される信号を変調信号又は復調信号に切り替えるスイッチ部１４２を備える例が示されている。図１１のように構成されるアナログ入力装置１０であっても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、上記実施の形態１〜３のアナログ入力装置１０は、ＣＰＵユニット１０１による演算処理により機器３０を制御するためのデジタル信号をＣＰＵユニット１０１から受け付けて機器３０に出力する入出力装置として構成されてもよい。この入出力装置のうちの、アナログ信号をデジタル信号に変換してＣＰＵユニット１０１に入力する構成について、上記実施の形態１〜３で説明した構成を適用すればよい。
【００６４】
上記実施の形態１〜３において、変調回路部１２による変調方式は、振幅変調であってもよいし、周波数変調であってもよいし、位相変調であってもよいことを説明したが、変調方式が振幅変調である場合は、搬送波の振幅を、変調する端子信号の振幅以上に設定することが好ましい。
【００６５】
本開示は、本開示の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。つまり、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、本開示の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本開示は、ＦＡの現場でアナログ信号を処理するための装置に適している。
【符号の説明】
【００６７】
１００  ＰＬＣ、  １０１  ＣＰＵユニット、  １０  アナログ入力装置、  １１，１１ａ  スイッチ部、  １２，１２ａ  変調回路部、  １３，１３ａ  搬送波回路部、  １３ａ  変調回路部、  １４，１４２  スイッチ部、  １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  スイッチング素子、  １５  復調回路部、  １６  Ａ／Ｄ変換部、  １７  制御部、  １８  比較部、  １９  記憶部、  ２０，２０ａ  センサ、  ３０  機器、  ４０，４０ａ  チャンネル部、  ５１，５１ａ  絶縁トランス、  ５２，５２ａ  絶縁回路部、  Ａ１，Ａ１ａ，Ａ２，Ａ２ａ，Ａ３，Ａ３ａ，Ａ４，Ａ４ａ，Ａ５，Ａ５ａ，Ａ１１，Ａ１１ａ，Ａ１２，Ａ１２ａ，Ａ１３，Ａ１３ａ，Ａ１４，Ａ１４ａ，Ａ１５，Ａ１５ａ，Ａ１６，Ａ１６ａ  信号、  Ｔ１，Ｔ１  入力端子、  Ｔ２，Ｔ２ａ  グランド端子。
【要約】
アナログ入力装置（１０）は、アナログ信号である端子信号が入力される入力端子（Ｔ１）と、搬送波を生成する搬送波回路部（１３）と、少なくとも搬送波を用いて変調信号を出力する変調回路部（１２）と、変調信号を復調して復調信号を出力する復調回路部（１５）と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（１６）と、端子信号の変調回路部（１２）への入力を遮断させる場合には、搬送波を端子信号で変調することなく変調回路部（１２）から出力される変調信号をＡ／Ｄ変換部（１６）に入力させる制御部（１７）と、変調信号をＡ／Ｄ変換部（１６）がデジタル信号に変換した場合に、Ａ／Ｄ変換部（１６）から出力されるデジタル信号を、搬送波に対応するデータと比較した結果を出力する比較部（１８）と、を備える。【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】
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