(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器の負荷の状態に応じた信号を出力するデジタル入力装置において、上記外部機器に接続され、外部機器の負荷の状態を示す交流電圧信号を交流電流に変換する内部負荷、この内部負荷によって形成される交流電流を検出する交流電流センス回路、上記内部負荷と外部機器との接続を制御する入力スイッチ、この入力スイッチの閉状態で上記交流電流センス回路が上記交流電流を検出するよう上記入力スイッチ及び上記交流電流センス回路を同期制御する同期回路を備え、
更に、上記内部負荷は、コンデンサによって構成されていることを特徴とするデジタル入力装置。
【請求項２】
外部機器の交流電圧信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、同期回路は、上記ゼロクロス検出回路によって検出されたゼロクロス点の近傍で同期制御を行うことを特徴とする請求項１記載のデジタル入力装置。
【請求項３】
同期回路は、ソフトウエアによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のデジタル入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工場、鉄鋼プラントまたは発電所などの制御システムに利用されるデジタル入力装置に関し、とくに制御システムの消費電流及びデジタル入力装置内の発熱の低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、デジタル入力装置は、外部機器の負荷のＯＮ／ＯＦＦを検出するものであり、外部機器の接点のＯＮ／ＯＦＦを監視する際に、接点の接触信頼性を確保する必要があり、そのために数ｍＡ〜１０ｍＡ程度の電流を接点に流す必要がある。そこで、従来は、このような要求に応えるものとして、図１０に示すようなデジタル入力装置が考えられている。
図１０は、従来のデジタル入力装置を示す回路図である。
図１０において、１は電圧に応じて適当な電流を流すために設けられた内部負荷、２は直流電流を検知する直流電流センス回路、３は端子台（またはコネクタ）ａ、ｂによって、デジタル入力装置が接続される外部機器である。
【０００３】
次に、この装置の動作について説明する。
今、外部機器３の負荷がＯＮであったとすると、内部負荷１により、デジタル入力装置内に一定値以上の電流が流れ、この電流を直流電流センス回路２が検知し、ＯＮの検知信号を出力する。この信号により、デジタル入力装置は、外部機器３の電圧信号がＯＮであると識別する。
また、同様に、外部機器３の負荷がＯＦＦであったとすると、直流電流センス回路２が、ＯＦＦの検知信号を出力し、外部機器３の負荷がＯＦＦであると識別する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデジタル入力装置は、以上に示すように、外部機器３の接点がＯＮとなっている場合は、常に電流が流れる構造となっている。そのため、内部負荷１による発熱のため、デジタル入力装置内の温度上昇が問題となっていた。
また、制御システム全体での消費電力が高くなるといった問題も生じる。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、装置内部の発熱を抑えると共に、制御システムの消費電力を低減することができるデジタル入力装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるデジタル入力装置においては、外部機器に接続され、外部機器の負荷の状態を示す交流電圧信号を交流電流に変換する内部負荷と、この内部負荷によって形成される交流電流を検出する交流電流センス回路と、内部負荷と外部機器との接続を制御する入力スイッチと、この入力スイッチの閉状態で交流電流センス回路が交流電流を検出するよう入力スイッチ及び交流電流センス回路を同期制御する同期回路を備え、更に、内部負荷は、コンデンサによって構成されているものである。
また、外部機器の交流電圧信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、同期回路は、ゼロクロス検出回路によって検出されたゼロクロス点の近傍で同期制御を行うものである。
【０００７】
加えて、同期回路は、ソフトウエアによって形成されているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図１において、１は外部機器の電圧信号を電流に変換するための内部負荷、２は内部負荷１によって形成される直流電流を検出する直流電流センス回路、３は端子台（またはコネクタ）ａ、ｂを介してデジタル入力装置に接続され、直流電流によって負荷のＯＮ／ＯＦＦが検出される外部機器である。４は外部機器３と内部負荷１の接続を、周期的にＯＮ／ＯＦＦさせるための入力スイッチ、５は入力スイッチ４と直流電流センス回路２を同期制御する同期回路であり、同期制御を行うソフトウェアによって形成することもできる（以下、同じ）。
【０００９】
図２は、この発明の実施の形態１によるデジタル入力装置の入力信号を説明する図であり、内部負荷電圧と入力信号について、従来のデジタル入力装置と実施の形態１によるデジタル入力装置との比較を示すものである。
図２において、（ａ）は入力スイッチ４の切替信号、（ｂ）は外部入力電圧である。（ｃ）は従来の内部負荷電圧、（ｄ）は実施の形態１による内部負荷電圧、（ｅ）は従来の直流電流センス回路に印加される電圧である入力信号、（ｆ）は実施の形態１による直流電流センス回路に印加される電圧を示す入力信号である。
【００１０】
次に、動作について説明する。
図１において、今、外部機器３の負荷がＯＮであったとすると、同期回路５により、入力スイッチ４がＯＮされ、内部負荷１により直流電流が流れる。一定時間経過後、同期回路５が直流電流センス回路２を動作させ、直流電流センス回路２が電流を検知し、ＯＮの検知信号を出力する。それにより、外部機器３の負荷が、ＯＮであると識別する。
また、外部機器３の負荷がＯＦＦである時も、同様に、同期回路５により、入力スイッチ４がＯＮされ、一定時間経過後、同期回路５が直流電流センス回路２を動作させ、直流電流センス回路２は、ＯＦＦの検知信号を出力する。この信号により、外部機器３の電圧信号がＯＦＦであると識別する。
【００１１】
なお、図２に示すように、実施の形態１による直流電流センス回路に印加される入力信号（ｆ）は、従来の入力信号（ｅ）に比べて、外部機器３の負荷がＯＮ／ＯＦＦであることを識別するために、最大で、入力スイッチ切替信号（ａ）をＯＦＦとする時間ｔ１に、入力スイッチ４を切り換えてから直流電流センス回路２を動作させるまでの時間ｔ２を足した時間だけ、遅れが生じるが、ｔ１＋ｔ２を装置に要求される応答時間内とすることにより、回避可能である。
【００１２】
実施の形態１によれば、図２に示すように、従来は、内部負荷電圧（ｃ）は外部入力電圧（ｂ）と同様の値であったが、実施の形態１の内部負荷電圧（ｄ）は、入力スイッチ切替信号（ａ）がＯＦＦの時にはＯＦＦとなるため、デジタル入力装置の内部消費電力を減少させることが可能である。
【００１３】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図３において、１〜５は図１におけるものと同一のものである。
図３では、複数の入力スイッチ４、複数の直流電流センス回路２を一つの同期回路５により、同時制御可能としたものである。
このように構成することにより、実施の形態１に比べて、部品の点数を削減することが可能となる。
【００１４】
実施の形態２によれば、実施の形態１によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減可能で、さらに、実施の形態１に比べて部品点数を削減することが可能である。
【００１５】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図４において、１〜５は図１におけるものと同一のものである。ｃはデジタル入力装置と外部機器を接続する端子台である。
図４では、同期回路５及び入力スイッチ４を、複数のデジタル入力装置で共通化して使用したものである。
このように構成することにより、実施の形態２に比べて、さらに部品点数の削減が可能となる。
【００１６】
実施の形態３によれば、実施の形態１によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減することが可能で、さらに、実施の形態２に比べて、部品点数を削減可能である。
【００１７】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図５において、１、２、４、５は図１におけるものと同一のものである。６はデジタル入力装置に付加された内部直流電源で、外部機器の負荷のＯＮ／ＯＦＦを検出するための直流電流を供給する。７は内部直流電源６からの直流電流により、負荷のＯＮ／ＯＦＦが検出される外部機器である。外部機器７を接続するｄは、端子台である。
図５では、実施の形態１によるデジタル入力装置に、内部直流電源６を付加し、外部機器の負荷のＯＮ／ＯＦＦの検出を、内部直流電源６からの直流電流によって行うようにしたものである。
【００１８】
実施の形態４によれば、外部機器には、負荷のＯＮ／ＯＦＦを検出するための電源を必要とせず、実施の形態１によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減することが可能である。
【００１９】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図６において、１、２、４、５は図１におけるものと同一のものである。８はデジタル入力装置に付加され、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路である。９は交流電流によって負荷のＯＮ／ＯＦＦが検出される外部機器である。
実施の形態５は、図６に示されるように、実施の形態１のデジタル入力装置に、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路８を付加したものである。これにより、外部機器９から交流電圧が入力されても、直流電圧に変換することができ、実施の形態１を交流のデジタル入力装置として利用することができる。
【００２０】
実施の形態５によれば、交流と直流との違いがあるが、実施の形態１によるデジタル入力装置と同様に、入力スイッチをＯＦＦとしている分だけ消費電力の削減が可能である。
【００２１】
実施の形態６．
実施の形態６は、実施の形態２の構成に、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路を付加するもので、こうすることにより、外部機器から交流電圧が入力されても、直流電圧に変換することができ、実施の形態２を交流のデジタル入力装置として利用することができる。
【００２２】
実施の形態６によれば、実施の形態５によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減することが可能であり、さらに、実施の形態５に比べて、部品点数を削減することが可能である。
【００２３】
実施の形態７．
実施の形態７は、実施の形態３の構成に、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路を付加するものである。
こうすることにより、外部機器から交流電圧が入力されても、直流電圧に変換することができ、実施の形態３を交流のデジタル入力装置として利用することができる。
【００２４】
実施の形態７によれば、実施の形態５によるデジタル入力装置と同様に消費電力の削減が可能で、さらに、実施の形態６に比べて、部品点数を削減することが可能である。
【００２５】
実施の形態８．
実施の形態８は、実施の形態５に示す整流平滑回路の外部機器側に内部交流電源を付加したものである。
このように構成することにより、外部機器の負荷のＯＮ／ＯＦＦの検出を、この内部交流電源からの交流電流により行うことができる。
【００２６】
実施の形態８によれば、外部機器には、負荷のＯＮ／ＯＦＦを検出するための電源を必要とせず、実施の形態５によるデジタル入力装置と同様に消費電力の削減が可能である。
【００２７】
実施の形態９．
以下、この発明の実施の形態９を、図７に基づいて説明する。
図７は、この発明の実施の形態９によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図７において、１、４、５、９は図６におけるものと同一のものである。内部負荷は外部機器９の交流電圧信号を交流電流に変換する。１０は交流電流を検出する交流電流センス回路で、同期回路５の制御によって、入力スイッチ４と同期するように制御される。１１は交流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路である。
図８は、この発明の実施の形態９によるデジタル入力装置の交流電圧信号の読み込みを説明する図である。
【００２８】
次に、動作について説明する。
初期化時にゼロクロス検出回路１１は、交流のゼロクロス点を検出する。同期回路５は、図８に示すゼロクロス点Ａの近傍（入力スイッチＯＮ点）Ｂで、入力スイッチ４をＯＮさせる。一定時間経過後、同期回路５は、交流電流センス回路１０を動作させる。交流電流センス回路１０の動作によって、交流電流の有無を検知し、外部機器９の負荷のＯＮ／ＯＦＦの状態が検知信号として通知される。その後、ピーク電圧点Ｄに達する前（入力スイッチＯＦＦ点Ｃ）に、入力スイッチ４をＯＦＦとする。以上の動作により、外部機器９のＯＮ／ＯＦＦを識別する。
なお、入力スイッチ４のＯＮ／ＯＦＦを、上記に示す点以外で行った場合は、上記の場合に比べて、消費電力が大きくなるが、動作には特に問題はなく、同様の効果を奏する。
【００２９】
実施の形態９によれば、実施の形態５によるデジタル入力装置と同様に、入力スイッチＯＦＦの時間分だけ消費電力を低減可能である。また、図８に示すように、ピーク電圧点Ｄより低い電圧を利用して、外部機器９のＯＮ／ＯＦＦ識別を行っているため、さらに消費電力を低減可能である。
【００３０】
実施の形態１０．
図９は、この発明の実施の形態１０によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図９において、４、５、９〜１１は図７におけるものと同一のものである。１２は交流負荷となるコンデンサである。
実施の形態１０は、実施の形態９の内部負荷１を交流負荷となるコンデンサ１２としたもので、コンデンサ１２を用いることにより、無効電力が生じ、有効電力が減少するため、実施の形態９に比べてさらに消費電力を削減可能である。
【００３１】
実施の形態１０によれば、実施の形態９によるデジタル入力装置の効果に加えて、コンデンサによる無効電力の分だけ、消費電力が削減できる。
【００３２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
外部機器に接続され、外部機器の負荷の状態を示す交流電圧信号を交流電流に変換する内部負荷と、この内部負荷によって形成される交流電流を検出する交流電流センス回路と、内部負荷と外部機器との接続を制御する入力スイッチと、この入力スイッチの閉状態で交流電流センス回路が交流電流を検出するよう入力スイッチ及び交流電流センス回路を同期制御する同期回路を備えたので、入力スイッチの閉状態のときのみ電流が流れるように制御され、装置の発熱を抑えることができ、更に、内部負荷は、コンデンサによって構成されているので、コンデンサによる無効電力分の消費電力が削減できる。
また、外部機器の交流電圧信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、同期回路は、ゼロクロス検出回路によって検出されたゼロクロス点の近傍で同期制御を行うので、さらに、消費電力の削減ができる。
【００３３】
加えて、同期回路は、ソフトウエアによって形成されているので、ハードウエアを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるデジタル入力装置の入力信号を説明する図である。
【図３】  この発明の実施の形態２によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図４】  この発明の実施の形態３によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図５】  この発明の実施の形態４によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図６】  この発明の実施の形態５によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図７】  この発明の実施の形態９によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図８】  この発明の実施の形態９によるデジタル入力装置の交流電圧信号の読み込みを説明する図である。
【図９】  この発明の実施の形態１０によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図１０】  従来のデジタル入力装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１  内部負荷、２  直流電流センス回路、３，７，９  外部機器、４  入力スイッチ、５  同期回路、６  内部直流電源、８  整流平滑回路、１０  交流電流センス回路、１１  ゼロクロス検出回路、１２  コンデンサ。
【図１】
0003779133.tif 000002
【図２】
0003779133.tif 000003
【図３】
0003779133.tif 000004
【図４】
0003779133.tif 000005
【図５】
0003779133.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003779133.tif 000008
【図８】
0003779133.tif 000009
【図９】
0003779133.tif 000010
【図１０】
0003779133.tif 000011