(57)【要約】【課題】プラントで制御装置やコンピュータとセンサーあるいはアクチュエータとのフィールド信号をやり取りするプロセス入力装置であって、外部から入力されたアナログ値を内部で折り返して出力する機能を備えたプロセス入出力装置の場合、内部のＦ／Ｗ部を介さずにＨ／Ｗ部のみで折り返して出力する方式を使用すると、Ｈ／Ｗ部の回路の個体差による誤差のため、折返し出力値が実際に入力された値から大きく離れてしまう可能性がある。【解決手段】プロセス入出力装置の方式を、折返し出力をＨ／Ｗ部のみで実施するのではなく、入力された値を一旦Ｆ／Ｗ部に入力し、Ｈ／Ｗ部の回路の個体差による誤差を調整して補正する調整処理を実施した後で、再度Ｈ／Ｗ部から外部に折返し出力値として出力する方式にする。【選択図】  図１
2017016540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ入力データをデジタルデータに変換して出力するＡＩ回路、およびデジタル入力データをアナログデータに変換して出力するＡＯ回路を有するＨ／Ｗ部と、
入力した複数のアナログデータの上限値、および下限値を変換して得た各デジタル値が、予め定められた上限値、および下限値と同じ値になるよう調整する調整処理部を有するＦ／Ｗ部と、
を備え、
前記アナログ入力データを前記Ｈ／Ｗ部のＡＩ回路にてデジタルデータに変換し、変換後のデジタルデータを前記Ｆ／Ｗ部に入力して前記調整処理部で調整処理した後、前記Ｈ／Ｗ部に戻して当該Ｈ／Ｗ部のＡＯ回路にてアナログデータとして外部に出力するプロセス入出力装置。
【請求項２】
前記Ｆ／Ｗ部は、入力した複数のデジタルデータの上限値、および下限値を変換して得た各アナログ値が、予め定められた上限値、および下限値と同じ値になるよう調整してデジタルデータとして出力する第二の調整処理部をさらに有し、
前記調整処理部で調整処理したデジタルデータを、前記第二の調整処理部でさらに調整処理した後、前記Ｈ／Ｗ部のＡＯ回路に入力し、当該ＡＯ回路でアナログデータに変換して出力することを特徴とする請求項１に記載のプロセス入出力装置。
【請求項３】
前記Ｈ／Ｗ部は、ロジック記憶方式がフラッシュＲＯＭであるロジックデバイスをさらに備え、当該ロジックデバイスは前記調整処理部、および入力した複数のデジタルデータの上限値、および下限値を変換して得た各アナログ値が、予め定められた上限値、および下限値と同じ値になるよう調整する第二の調整処理部のいずれとも異なるとともに、
前記Ｈ／Ｗ部の前記ＡＩ回路が有する複数の変換器の個体差による、入力データに対する変換誤差、および前記ＡＯ回路が有する複数の変換器の個体差による、出力データに対する変換誤差の調整を行う第三の調整処理部を有し、
前記Ｆ／Ｗ部が故障した場合に、
前記第三の調整処理部が、前記入力データに対する変換誤差、および前記出力データに対する変換誤差の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載のプロセス入出力装置。
【請求項４】
前記第三の調整処理部は、連動して動作するスイッチング回路である第一のスイッチング回路および第二のスイッチング回路を備え、前記第一のスイッチング回路および第二のスイッチング回路が連動して動作することにより、前記調整処理部または前記第二の調整処理部と同じ動作を行うことを特徴とする請求項３に記載のプロセス入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、監視対象のある外部から入力されたアナログ入力値をデジタルデータに変換して、CPU（Central Processing Unit）を有する演算装置に送信するときに、該当の監視対象のある外部からも、入力した値を確認可能なように出力することを特徴としたプロセス入出力装置（通常、ＰＩＯモジュールと称する）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントの監視制御装置などにおいて、プラントの状態を示す各データを用いて、演算を実施しプラントを制御する演算装置は、各データを現場から収集する装置、例えばプロセス入出力装置（以下、ＰＩＯモジュールとも呼ぶ。なお、ＰＩＯはＰｒｏｃｅｓｓ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔの略）からデータを収集する。各ＰＩＯモジュールは、入力されたアナログデータをデジタルデータに変換するが、その際にアナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ回路）による誤差が生じる。この誤差は、複数のＡ／Ｄ回路があればそれぞれ異なった誤差を有するため、その個体差による誤差を吸収するような補正を実施する機能をもつ（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４７７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＩＯモジュールの中には、例えば電流または電圧といったアナログ値を入力し、その入力データをデジタルデータに変換して演算装置に通知するモジュールがあるが、どのような値が入力されたかを外部からも確認可能なように、ＰＩＯモジュールの内部で変換後のデジタルデータを再度アナログデータに変換しなおして、再度外部に入力値と同様なアナログ値として出力する機能を持つものがある。このようにすることで、例えば演算装置との通信断などで、どのような値が外部から入力されているかが分からなくなったときにも、この折返しの出力値を見ることにより外部からの入力値を確認でき、場合によっては手動で演算装置の制御を模擬することが可能になる。
【０００５】
従来、上記のようなＰＩＯモジュールにおいては、入力されたアナログ値をデジタルデータに変換した後、このデジタルデータを補正せず直接折り返して出力しており、入力値と折返した出力値との間にはＦ／Ｗ（ファームウェア）が介在せず何の補正も存在しないため、入力値が同じでもＰＩＯモジュールの個体差によって折返し出力の値が大きく異なってしまう場合がある。このような場合には、外部から折返し出力値の状態を把握するときに、演算装置に送信する値より大きくずれた値として認識してしまい、演算装置側で自動制御する場合と異なり、手動制御を実施する際には制御に誤りが生じる可能性があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、入力されたアナログ値に対して、プロセス入出力装置の個体差を調整して実質的に無くす補正処理を実施したあとのデータを折り返して外部に出力することにより、入力値の状態を演算装置に送信する値により近い状態で、外部から把握できるプロセス入出力装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るプロセス入出力装置は、
アナログ入力データをデジタルデータに変換して出力するＡＩ（アナログインプット）回路、およびデジタル入力データをアナログデータに変換して出力するＡＯ（アナログアウトプット）回路を有するＨ／Ｗ（ハードウェア）部と、
入力した複数のアナログデータの上限値、および下限値を変換して得た各デジタル値が、予め定められた上限値、および下限値と同じ値になるよう調整する調整処理部を有するＦ／Ｗ（ファームウェア）部と、
を備え、
アナログ入力データをＨ／Ｗ部のＡＩ回路にてデジタルデータに変換し、変換後のデジタルデータをＦ／Ｗ部に入力して調整処理部で調整処理した後、Ｈ／Ｗ部に戻してＨ／Ｗ部のＡＯ回路にてアナログデータとして外部に出力するものである。
【発明の効果】
【０００８】
発電プラント等で使用するプロセス入出力装置の個体差を調整して実質的に無くす補正処理を実施したあとのデータを折り返して外部に出力することにより、入力値の状態を演算装置に送信する値により近い状態で、外部から正確に把握できるプロセス入出力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１におけるプロセス入出力装置の一例を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２におけるプロセス入出力装置の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３におけるプロセス入出力装置の一例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３におけるプロセス入出力装置の詳細構成の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１に実施の形態１の構成例を示す。図１に示すように、プロセス入出力装置（ＰＩＯモジュール）２は演算装置１と接続されており、演算装置１にデータを通知している。ここでは、ＡＩ（Ａｎａｌｏｇ  Ｉｎｐｕｔの略。アナログインプットに同じ）データ８を通知していることとする。ＰＩＯモジュール２の内部は、部品を接続して回路を構成したＨ／Ｗ部３と、構成された回路内の、例えばＣＰＵに搭載されたソフトウェアを意味するＦ／Ｗ（ファームウエア）部４で構成される。Ｈ／Ｗ（ハードウェア）部３には、外部から入力された電流または電圧といったアナログ値をデジタル変換してＦ／Ｗ部４に送信するＡＩ回路５と、Ｆ／Ｗ部４から送信されたデジタルデータをアナログ変換して外部に電流または電圧といったアナログ値を出力するＡＯ（Ａｎａｌｏｇ  Ｏｕｔｐｕｔの略。アナログアウトプットに同じ）回路６を備える。また、Ｆ／Ｗ部４はＨ／Ｗ部３のＡＩ回路５から送信されたデジタルデータに対し補正を実施する調整処理部７（後述）を備える。
【００１１】
次に、全体の入力動作について説明する。外部から電流または電圧といったアナログ値が入力されると、まずＨ／Ｗ部３のＡＩ回路５に入力される。ＡＩ回路５では、入力されたアナログ値をＡ／Ｄコンバータなどを用いてデジタルデータに変換する。変換後のデジタルデータはＦ／Ｗ部４に送信され、調整処理が施される。調整処理とは、Ｈ／Ｗ部３を構成している電子回路の個体差を調整して実質的に無くすために、デジタルデータを補正する処理である。この補正は、たとえば電圧のアナログ値のデジタル変換では、上記のＡ／Ｄコンバータにより、この電圧に相当するデジタルの数値に変換されるが、複数のＡ／Ｄコンバータがあれば、それぞれの個体差のため、すべて同じ値を入力しても同じ数値になるとは限らない。
そこで、入力する電圧のアナログ上限値およびアナログ下限値を固定値に決めておき、そのアナログ上限値をＡ／Ｄコンバータで変換したデジタル上限値と、同じくデジタル下限値が、本来想定される下限値と同じ値になるように計算して補正する。
さらに詳しく例を挙げて説明すると、０Ｖ〜５Ｖの電圧入力の場合、アナログ上限値は５Ｖ以下の一定の値に固定する。これを４．５Ｖとする。同じくアナログ下限値を０．５Ｖとする。これをＡ／Ｄコンバータで１２ｂｉｔ（０〜４０９５）で変換する際に、０〜５Ｖに０〜４０００に割り振ると、上限値の正確な変換値は３６００、下限値の正確な変換値は４００である。ＡＩ回路５を通した実際の変換値Ｘは、この正確な変換値からずれが生じることとなるが、上限値が３８００、下限値が５００になったとすると、これを調整処理部７で調整処理して上限値３６００、下限値４００になるように計算で補正する。この場合の補正値（ΔＸ）を求める計算式は、
ΔＸ＝（Ｘ−５００）×（３６００−４００）／（３８００−５００）＋４００
となる。補正値であるデジタルデータは、演算装置１にＡＩデータ８として通知される。
【００１２】
次に、折返し出力動作について説明する。折返し出力とは、上記の外部から入力されたアナログ値のデジタルデータへの変換後の値を外部からでも確認可能なように出力する出力機能である。この機能により、演算装置１とＰＩＯモジュール２の通信断（通信が途絶えること）が発生したときなどにおいて、演算装置１でＡＩデータ８が確認不可になった場合に、ＰＩＯモジュール２によりＡＩデータを確認する。また、外部から入力されるアナログ値により、機器を手動で制御できる場合には、折返し出力で出力されたアナログ値を確認しながらの手動制御（この場合には演算装置による自動制御ができない場合にあたるため）が実施可能となる。
【００１３】
図１において、折返し出力動作の従来の経路を、記号Ｂを付した点線の折れ線矢印で示し、本発明における経路を、記号Ｃを付した実線の折れ線矢印で示す。Ｈ／Ｗ部は上記ＡＩ回路５の他にＡＯ回路６を備える。従来は、記号Ｂを付した点線の折れ線矢印で示すように、Ｈ／Ｗ部３内のＡＩ回路５での処理が完了した地点でのデジタルデータをＡＯ回路６に入力し、上記の処理を実施していたが、本発明では、記号Ｃを付した実線の折れ線矢印で示すように、ＡＩ回路５での処理に加え、Ｆ／Ｗ部４の調整処理部７で調整処理が完了した後のデジタルデータをＡＯ回路６に入力する。ＡＯ回路６では、送信されてきたデジタルデータを、Ｄ／Ａコンバータなどを用いて電流または電圧といったアナログ値に変換し、外部に出力する。なお、ＰＩＯモジュール２から演算装置１へ直接通知されるＡＩデータ８の経路は、記号Ｄを付した実線の折れ線矢印で示されるものである。
【００１４】
上記のように経路を変更することにより、ＡＯ回路６では、入力されたアナログ値のＨ／Ｗ部３での誤差（デジタル変換後の値との誤差）を最小限にした、演算装置１に通知するＡＩデータ８と同様の、デジタルデータを得ることが可能になる。そのため、Ｈ／Ｗ部３内部で折り返して出力するよりも、上述のように、入力されたアナログ値に近い高精度な値を出力することが可能になる。
【００１５】
上記実施の形態１では、ＰＩＯモジュール２に外部から入力されたアナログ値をＨ／Ｗ部３のＡＩ回路５でのデジタル変換完了後、Ｆ／Ｗ部４の調整処理が終わった時点で、Ｈ／Ｗ部３のＡＯ回路６に入力することで、上述のように、入力されたアナログ値に近い精度の高い値を外部への折返し出力値として出力することが可能になる。
【００１６】
実施の形態２．
前述した実施の形態１では、Ｈ／Ｗ部のＡＩ回路における誤差を調整する方式としたが、Ｈ／Ｗ部での個体差による誤差はＡＯ回路でも発生するため、ＡＯ回路における誤差により精度が下がることになる。以下で説明する実施の形態２では、Ｆ／Ｗ部にＡＯ回路の調整処理部９を新たに設けることにより、上記の問題を解決する。
【００１７】
以下、この発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。演算装置１とＰＩＯモジュールの接続構成は実施の形態１と同様であるが、Ｆ／Ｗ部４にＨ／Ｗ部３のＡＯ回路６に対する補正処理である調整処理を追加する。この調整処理は、ＡＯ回路６を構成している電子回路の個体差を調整するためにデジタルデータを補正する処理である。
【００１８】
次に、実施の形態２の動作について説明する。実施の形態１では、外部から入力されたアナログ値にＦ／Ｗ部４の調整処理部７で調整処理を実施した後、Ｈ／Ｗ部３のＡＯ回路６に入力されて外部出力していたが、本実施の形態２では、調整処理部７での調整処理の後に、ＡＯ回路６に対する補正処理である調整処理部９での調整処理を実施してから、Ｈ／Ｗ部３のＡＯ回路６に入力する。それ以外の処理は、実施の形態１と同様とする。これにより、ＡＯ回路６の電子回路を構成している部品などの個体差により生じる誤差を調整して実質的に無くすことができるため、実施の形態１よりも、入力されたアナログ値に対する精度が、より高い折返し出力を得ることが可能となる。
【００１９】
以上のように、実施の形態２では、Ｈ／Ｗ部３のＡＩ回路５だけではなく、ＡＯ回路６に対してもＦ／Ｗ部４において調整処理部９を追加して、調整処理を実施することにより、実施の形態１よりも入力されたアナログ値に近い、より精度の高い値を外部への折返し出力値として出力することが可能になる。
【００２０】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２では、Ｆ／Ｗ部でＨ／Ｗ部の各回路の調整処理を実施しているため、何らかの要因によりＦ／Ｗ部が故障した場合には、外部への折返し出力が出力不可もしくは出力ホールド状態になり、入力されたアナログ値の状態を把握できなくなる可能性がある。以下で説明する実施の形態３では、Ｆ／Ｗ部の処理をＨ／Ｗ部に移行することにより、上記の問題を解決する。
【００２１】
本発明の実施の形態３を以下、図３、図４に基づいて説明する。図３において、入力されたアナログ値がＰＩＯモジュール２からＡＩデータ８として演算装置１に通知されるまでの処理は、実施の形態１、２と同様である。実施の形態２より、Ｈ／Ｗ部３に、ロジック記憶方式がフラッシュＲＯＭであるロジックデバイス、ここでは例えばＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）１０とする（図３中のＨ／Ｗ部３の内部に、四角の実線で囲って示した）、を追加し、調整処理部９の機能をＦ／Ｗ部４からＨ／Ｗ部３のＣＰＬＤ１０に移行するとともに、調整処理部７の機能も追加した内容とする。すなわち、この両方の機能を合わせ持った調整処理部１１をＣＰＬＤ１０中に設ける。このように、この調整処理部１１は、ＡＯ回路６の電子回路の個体差により生じる誤差を調整する補正だけでなく、ＡＩ回路５の電子回路の個体差により生じる誤差を調整する補正も加えた処理とする必要があるが、２つの処理は実施の形態２のように必ずしも独立させる必要はない。上記のようにすることで、Ｆ／Ｗ部４が故障して動作不能に陥った場合にも、Ｈ／Ｗ部３のみで実施の形態１、２と同等の折返し出力値を得ることが可能となる。
【００２２】
図４は、上記調整処理部１１の機能を説明するための具体的な回路図の一例である。
この図で、実施の形態１の機能を実現する場合には、スイッチング回路ＳＷ１のスイッチ、及び、スイッチング回路ＳＷ２のスイッチを共にピンｐ１の側に接続すればよい。このように接続することで、調整処理部７ａ（機能は調整処理部７と同じ。以下同様）の出力は調整処理部９ａ（機能は調整処理部９と同じ。以下同様）を介することなく、直接、ＡＯ回路６に入力される。また、実施の形態２の機能を実現する場合には、スイッチング回路ＳＷ１のスイッチ、及び、スイッチング回路ＳＷ２のスイッチを共にピンｐ２の側に接続すればよい。このように接続することで、調整処理部７ａの出力は調整処理部９ａに入力された後、調整処理部９からの出力としてＡＯ回路６に入力されることになる。すなわち、ＣＰＬＤ１０中に設けられた調整処理部１１ａ（機能は調整処理部１１と同じ。以下同様）により、上記２つの実施の形態のＦ／Ｗ部が果たしている調整処理の機能を1個のデバイスで実現できる。
実際には、この図における調整処理部７ａと調整処理部９ａの接続の仕方、及び、スイッチング回路ＳＷ１とスイッチング回路ＳＷ２のスイッチングの論理（どのピン番号のピンと接続するか、つまりスイッチングの仕方）をＣＰＬＤ中に設けた調整処理部１１ａで実現すればよい。
【００２３】
ただし、上記実施の形態３のような方法を使用した場合、ＣＰＬＤ１０で実施する調整処理が複雑である場合には、ＣＰＬＤ１０のようなロジックデバイスで全ての計算を実施すると、処理に長時間を要する、または処理が不可能な場合がある。事前に計算が可能な値、例えば補正処理で使用する係数など、がある場合などには、ＰＩＯモジュール２の電源起動時にＦ／Ｗ部４で計算してＣＰＬＤ１０に値を受け渡す、などの工夫が必要になる場合がある。
【００２４】
以上説明したように、実施の形態３では、実施の形態１、２においてはＦ／Ｗ部４で実施していた、Ｈ／Ｗ部３の電子回路の個体差による誤差を調整して実質的に無くす補正である調整処理を、Ｈ／Ｗ部３内に移行することにより、Ｆ／Ｗ部４が動作不能になった場合にも、Ｈ／Ｗ部３だけで、実施の形態１、２と同等の精度を保って、折り返し出力を出力することが可能になる。
【００２５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、実施の形態３ではロジックデバイスとしてＣＰＬＤを用いる例を示したが、これに限らず、簡単な論理で済む場合にはＧＡＬ（Generic Array Logic）などのＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Device）を用いても同様の効果を奏する。さらに、ＳPＬＤを用いた方がより安価な装置を提供できる。
【符号の説明】
【００２６】
１  演算装置、２  プロセス入出力装置（ＰＩＯモジュール）、３  Ｈ／Ｗ部、４  Ｆ／Ｗ部、５  ＡＩ回路、６  ＡＯ回路、７，７ａ  調整処理部（ＡＩ回路に対する調整処理部）、８  ＡＩデータ、９，９ａ  調整処理部（ＡＯ回路に対する調整処理部）、１０  ＣＰＬＤ、１１，１１ａ  調整処理部（ＡＩ回路またはＡＯ回路に対する調整処理部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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