(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の演算更新周期で入力パルスのサンプリング時間及びカウント値を取得し、周波数演算して出力する周波数演算手段を有するパルス入力処理装置において、
前記サンプリング時間を細分化したオーバーサンプリング時間の時間値を、前記オーバーサンプリング時間毎に積算する時間値積算手段と、
前記オーバーサンプリング時間の入力パルスのカウント値を、前記オーバーサンプリング時間毎に積算するカウント値積算手段と、
前記時間値積算手段の積算値が所定の精度補償時間に達した時に、前記時間値積算手段の積算値及び前記カウント値積算手段の積算値を前記周波数演算手段に渡す第１スイッチ手段と、
を備えることを特徴とするパルス入力処理装置。
【請求項２】
前記演算更新周期のタイミングにおいて、前記時間値積算手段の積算値が所定の精度補償時間以上である場合に、前記時間値積算手段及び前記カウント値積算手段の積算値をリセットさせるリセット手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のパルス入力処理装置。
【請求項３】
前記精度補償時間は、前記演算更新周期よりも短く設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパルス入力処理装置。
【請求項４】
前記オーバーサンプリング時間毎に演算されるオーバーサンプル周波数値と、設定される基準周波数値との差で示される周波数変動値が、設定される周波数変動許容値以上である場合に、前記オーバーサンプリング時間値及び前記カウント値の、前記時間値積算手段及び前記カウント値積算手段への入力を遮断する第２スイッチ手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパルス入力処理装置。
【請求項５】
前記周波数変動値が前記周波数変動許容値以下の場合に、前記基準周波数値を前記オーバーサンプル周波数値に追従させる、基準周波数制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス入力処理装置。
【請求項６】
前記周波数変動値が所定時間以上継続した場合に、前記基準周波数値を前記オーバーサンプル周波数値に追従させる、基準周波数制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス入力処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の演算更新周期で入力パルスのサンプリング時間及びカウント値を取得し、周波数演算して出力する周波数演算手段を有するパルス入力処理装置に関するものである。本発明のパルス入力処理装置は、プロセス制御システムにおいてフィールド機器からのパルス入力信号を受信する入出力モジュール機器等に使用される。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来のパルス入力処理装置の基本構成例を示す機能ブロック図である。プラントに配置されたフィールド機器１０からのパルス出力信号Ｐがサンプリング時間TIMで動作するカウンタ２０に入力される。
【０００３】
図８は、周波数演算の基本概念を説明するタイムチャートである。周波数演算手段３０は、エッジトゥエッジでサンプリング時間TIM内の入力パルスＰのカウント値CUと、サンプリング時間TIMの時間情報を取得し，モジュールに入力されるパルスの周波数Ｆpvを演算して出力する。ここで、サンプリング時間TIMは、CUとTIMの値から演算される周波数Ｆpvが、所定の測定精度を満たすようにその周期が設定されている。
【０００４】
周波数演算手段３０で演算された周波数Ｆpvは、その周波数変動が許容値内では、接点ａに切り替えられているスイッチ手段４０を介してＰＶ値出力手段５０に保持され、上位装置（図示せず）にモジュールのＰＶ値としてＦpvを出力する。
【０００５】
周波数演算手段３０で演算された周波数Ｆpvは、周波数変動検出手段６０に入力され周波数変動値ΔFが算出される。この周波数変動値ΔFと判定値設定手段７０の判定値Frがコンパレータ８０で比較される。
【０００６】
コンパレータ８０は、ΔF≧Frの時に指令Ｃを出力し、スイッチ手段４０の接点をｂ側に操作する。この切り替え操作により、ＰＶ値出力手段５０の入力は周波数演算手段３０の出力から切り離され、自身が切り替え直前に保持していた出力ＦpvをモジュールのＰＶ値として出力する。これにより、パルス入力の突変時に周波数のＰＶ値をホールドすることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２９９１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パルス入力の突変時に周波数のＰＶ値をホールドするシステムにおいては、一定サイクルで周波数突変が発生した場合に，常に周波数Ｆpvの更新がホールドされてしまう。このため、従来のホールド手法は一時的な突発的な変動に対しては対応できるが，一定期間の歯車の数を数えている系等において、歯が欠けていた場合（Missing Teeth）等定期的に変動が発生する場合には、ホールド状態が持続してＰＶ値を一定時間で更新することが保障できなくなり、ＰＶ値の測定精度が悪化する問題がある。
【０００９】
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、突変的な周波数変動のみならず、定期的に発生する周波数変動にも常時更新し続けることができるパルス入力処理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】
【００１０】
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）所定の演算更新周期で入力パルスのサンプリング時間及びカウント値を取得し、周波数演算して出力する周波数演算手段を有するパルス入力処理装置において、
前記サンプリング時間を細分化したオーバーサンプリング時間の時間値を、前記オーバーサンプリング時間毎に積算する時間値積算手段と、
前記オーバーサンプリング時間の入力パルスのカウント値を、前記オーバーサンプリング時間毎に積算するカウント値積算手段と、
前記時間値積算手段の積算値が所定の精度補償時間に達した時に、前記時間値積算手段の積算値及び前記カウント値積算手段の積算値を前記周波数演算手段に渡す第１スイッチ手段と、
を備えることを特徴とするパルス入力処理装置。
【００１１】
（２）前記演算更新周期のタイミングにおいて、前記時間値積算手段の積算値が所定の精度補償時間以上である場合に、前記時間値積算手段及び前記カウント値積算手段の積算値をリセットさせるリセット手段を備えることを特徴とする（１）に記載のパルス入力処理装置。
【００１２】
（３）前記精度補償時間は、前記演算更新周期よりも短く設定されていることを特徴とする（１）または（２）に記載のパルス入力処理装置。
【００１３】
（４）前記オーバーサンプリング時間毎に演算されるオーバーサンプル周波数値と、設定される基準周波数値との差で示される周波数変動値が、設定される周波数変動許容値以上である場合に、前記オーバーサンプリング時間値及び前記カウント値の、前記時間値積算手段及び前記カウント値積算手段への入力を遮断する第２スイッチ手段を備えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のパルス入力処理装置。
【００１４】
（５）前記周波数変動値が前記周波数変動許容値以下の場合に、前記基準周波数値を前記オーバーサンプル周波数値に追従させる、基準周波数制御手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のパルス入力処理装置。
【００１５】
（６）前記周波数変動値が所定時間以上継続した場合に、前記基準周波数値を前記オーバーサンプル周波数値に追従させる、基準周波数制御手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のパルス入力処理装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）データ更新周期内でＰＶ値を更新しつつ、一時的な周波数変動はホールドすることができる。
【００１７】
（２）精度補償時間の設定により、常に精度を満たした周波数のＰＶ値を更新し続けることが可能である。
【００１８】
（３）一定期間周波数変動が発生しても、復帰すればすぐにＰＶ値を追従することができる。
【００１９】
（４）周波数の急変が継続した場合、一定時間後に急変した周波数に追従することができる。
【００２０】
（５）オーバーサンプル毎に周波数変動を部分判定しているため、データを全て取得した後に重いフィルタ処理を加える必要がないので、応答性が速い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したパルス入力処理装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。サンプリング時間TIMとカウント値CUを入力する周波数演算手段３０及びＰＶ値出力手段５０は、図７で説明した従来装置と同一機能要素である。以下、本発明で追加された特徴部につき説明する。
【００２２】
本発明の構成上の特徴は、サンプリング時間TIMとカウント値CUを入力する周波数演算手段３０の前段に、サンプリング時間TIMを細分化したオーバーサンプリング時間ΔTの時間値Δtimを積算する手段と、このオーバーサンプリング時間の入力パルスのカウント値Δcuを積算する手段とを設け、演算更新周期毎に、これら積算手段の出力をTIM及びCU情報として入力し、演算更新周期毎に周波数Ｆpvを算出する。
【００２３】
図１は、初期状態を示し、第１スイッチ手段ＳＷ１１，Ｓｗ１２はオフに、第２スイッチ手段ＳＷ２１，Ｓｗ２２はオンに規制されている。時間値積算手段１０１は、第２スイッチ手段ＳＷ２１を経由してオーバーサンプリング時間ΔTの時間値Δtimを、オーバーサンプリング時間毎に積算して保持し、積算値TIM_bufを出力する。
【００２４】
同様に、カウント値積算手段１０２は、第１スイッチ手段ＳＷ２２を経由してオーバーサンプリング時間ΔTのカウント値Δcuをオーバーサンプリング時間毎に積算して保持し、積算値CU_bufを出力する。
【００２５】
時間値積算手段１０１の積算値TIM_bufは、第１コンパレータ１０３に入力され、精度補償時間設定手段１０４で設定された精度補償時間TIMLimitと比較される。積算値TIM_bufが精度補償時間TIMLimitを越えたタイミングで指令Ｃ１を出力して、第１スイッチ手段ＳＷ１１，Ｓｗ１２を図示のオフ状態からオン状態に操作し、積算値TIM_buf及び積算値CU_bufを、周波数演算手段３０にTIM及びCU情報として渡す。ここで、精度補償時間TIMLimitは、演算更新周期Ｔよりも短く設定される。
【００２６】
リセット手段１０５は、演算更新周期Ｔのタイミングにおいて、時間値積算手段１０１の積算値TIM_bufが所定の精度補償時間TIMLimit以上である場合に、時間値積算手段１０１及びカウント値積算手段１０１の積算値TIM_buf及び積算値CU_bufをリセットさせる。この結果、積算値TIM_bufはゼロとなるので、第１スイッチ手段ＳＷ１１，Ｓｗ１２はオフ状態に戻される。
【００２７】
第１スイッチ手段ＳＷ１１，Ｓｗ１２がオフ状態の期間では、周波数演算手段３０の入力情報TIM及びCUはオープン状態となるが、ＰＶ値出力手段５０は、自己保持しているＰＶ値Fpvを、演算更新周期Ｔで出力する。
【００２８】
オーバーサンプル周波数演算手段１０６は、オーバーサンプリング時間ΔT毎に時間値Δtimとカウント値Δcu情報からオーバーサンプル周波数Δfを演算する。このオーバーサンプル周波数Δfと基準周波数設定手段１０７による基準周波数fcとの差（Δf-fc）で示される周波数変動値が第２コンパレータ１０８に入力され、周波数変動許容値設定手段１０９で設定される周波数変動許容値frと比較される。
【００２９】
第２コンパレータ１０８は、周波数変動値（Δf-fc）が設定される周波数変動許容値fr以上である場合に、指令Ｃ２により、オン状態にある第２スイッチ手段ＳＷ２１，Ｓｗ２２をオフ状態に操作する。この結果、オーバーサンプリング時間の時間値Δtim及びカウント値Δcuの、時間値積算手段１０１及びカウント値積算手段１０２への入力が遮断され、積算動作が中断される。
【００３０】
図２は、本発明の動作を説明するタイムチャートである。図２（Ａ）は、サンプリング時間TIMを細分化した、オーバーサンプリング時間ΔT1，ΔT2，…ΔTnを示し、図２（Ｂ）は入力パルスを示す、各オーバーサンプリング時間ΔTにおける時間値Δtim及びカウント値Δcuが積算対象データである。
【００３１】
オーバーサンプリング時間ΔT2では、前述のMissing Teethによるパルス欠如が発生しており、オーバーサンプル周波数演算手段１０６によるオーバーサンプル周波数Δfの低下により、周波数変動値（Δf-fc）がfｒを越えるので、指令Ｃ２により、第２スイッチ手段ＳＷ２１，Ｓｗ２２がオフ状態に操作されるので、時間値Δtim及びカウント値Δcuは積算されない。
【００３２】
このように、本発明では、オーバーサンプリング時間毎に、時間値Δtim及びカウント値Δcuよりサンプリング時間内の周波数Δfを算出してその変動を部分判定をする。１サンプルにおけるΔfと基準周波数レベルｆcとの差が、周波数変動許容値frを超えていた場合には、取得したΔtim，Δcuを積算対象から除外する仕組みにより、定期的に突変が発生していてもFpvは突変を除外した周波数を出力させながら更新し続けることができる。
【００３３】
精度保障時間TIMLimitと演算更新周期Ｔとが、TIMLimit≦Ｔに設定されている場合には、十分な積算時間が確保されていることになり、演算更新周期Ｔ内に突変が数回発生しても１更新周期間で精度が保障された周波数演算結果を期待することができる。
【００３４】
図３は、本発明の積算及びリセット動作を説明するタイムチャートである。図３（Ａ）は時間値Δtimの積算値TIM_bufのレベル、図３（Ｂ）は演算更新周期Ｔ、図３（Ｃ）はオーバーサンプリング時間ΔTを示す。
【００３５】
時刻ｔ１からｔ２までの演算更新周期Ｔ１では周波数変動がなく、積算値TIM_bufのレベルは時刻ｔ２でTIMLimitを越えているのでリセットされる。時刻ｔ３までの次の演算更新周期Ｔ２では、ΔT内で２個の積算中断があり、積算値TIM_bufのレベルは時刻ｔ３でTIMLimitを越えないのでリセットはされず、積算値はホールドされている。
【００３６】
時刻ｔ４までの次の演算更新周期Ｔ３では、ΔT内で２個の積算中断があるが、前回の演算更新周期でホールドされたレベルから積算を開始するので、積算値TIM_bufのレベルは時刻ｔ４でTIMLimitを越え、リセットされる。時刻ｔ５までの次の演算更新周期Ｔ４ではΔT内で１個の積算中断があるが、積算値TIM_bufのレベルは時刻ｔ５でTIMLimitを越え、リセットされる。
【００３７】
このように、継続して周波数突変した場合は，積算値TIM_bufがTIMLimitを満たさないため、ＰＶ値出力手段５０は、Fpvをホールドし続ける。しかし，その後入力が周波数変動許容値fr内に復帰した場合は，突変する前に積算中の値（TIM_buf，CU_buf）から積算を開始することで、TIM_bufがTIMLimitに達した時にFpvの更新が可能となる。
【００３８】
図４は、本発明を適用したパルス入力処理装置の他の一実施形態の要部を示す機能ブロック図である。基準周波数制御手段１１０は、周波数変動値（Δf-fc）が周波数変動許容値fr以下の正常入力時には、基準周波数レベルｆｃをオーバーサンプル周波数値Δfに追従させる。これにより、入力周波数が滑らかに変動する系においても、演算更新周期Ｔ毎にホールドすることなく、周波数出力の更新が可能となる。
【００３９】
図５は、本発明の他の実施形態を説明する波形図である。図４に示した基準周波数制御手段１１０は、継続した周波数突変が所定のホールド期間（T_hold）以上続いた場合は、基準周波数レベルｆｃを、T_hold期間直後のオーバーサンプル周波数値Δfに追従させる。これにより、完全断線等、外部パルス入力が大きく変動した場合でも、一定時間内に周波数Fpvを追従することができる。
【００４０】
図６は、本発明を適用したパルス入力処理装置に入力可能なバースト波形図である。本発明の適用により、図のようなバースト波形入力時においてもΔtim，Δcuを精度補償時間TimLimitまで積算することにより、精度を確保した周波数演算が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を適用したパルス入力処理装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の積算及びリセット動作を説明するタイムチャートである。
【図４】本発明を適用したパルス入力処理装置の他の一実施形態の要部を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明する波形図である。
【図６】本発明を適用したパルス入力処理装置に入力可能なバースト波形図である。
【図７】従来のパルス入力処理装置の基本構成例を示す機能ブロック図である。
【図８】周波数演算の基本概念を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
３０  周波数演算手段
５０  ＰＶ値出力手段
１０１  時間値積算手段
１０２  カウント値積算手段
１０３  第１コンパレータ
１０４  精度補償時間設定手段
１０５  リセット手段
１０６  オーバーサンプル周波数演算手段
１０７  基準周波数設定手段
１０８  第２コンパレータ
１０９  周波数変動許容値設定手段
ＳＷ１１，ＳＷ１２  第１スイッチ手段
ＳＷ２１，ＳＷ２２  第２スイッチ手段
【図１】
0005045561.tif 000002
【図２】
0005045561.tif 000003
【図３】
0005045561.tif 000004
【図４】
0005045561.tif 000005
【図５】
0005045561.tif 000006
【図６】
0005045561.tif 000007
【図７】
0005045561.tif 000008
【図８】
0005045561.tif 000009