CN108574508A - 电气设备以及接收设备 - Google Patents

Abstract

本发明实现一种电气设备以及接收设备，电气设备利用少的配线数来进行与动作元件相关的信号的发送或接收与数据信号的发送。电气设备(6)包括：第1端子(11)及第2端子(12)，连接一对信号线(21、22)；动作元件(13)，连接于第1端子与第2端子之间；以及发送电路(15)，将第1端子与第2端子之间的电压作为电源来进行动作。第2端子将与动作元件的状态相应的输出信号发送至外部，发送电路使数据信号重叠于输出信号而从第2端子发送至外部。本发明的电气设备以及接收设备能够以少的配线数来进行与动作元件相关的动作信号的发送或接收与数据信号的发送。

Description

电气设备以及接收设备

技术领域

本发明涉及一种电气设备以及接收设备。

背景技术

以往，有除了检测信息以外还进行通信数据的收发的三线式电气设备(传感器(sensor)等)。此种电气设备为了进行电源的供给及信号的输入/输出，至少需要两根电源线和一根信号线。作为三线式通信方法之一，有IO-Link(注册商标)。非专利文献1为IO-Link的规格书。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：“IO-Link接口和系统规格”，版本1.1.2，2013年7月，IO-Link团体，序号：10.002，4 SDCI的概述，p32-p37

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是，非专利文献1的技术中，存在配线数变多的问题。而且，非专利文献1的技术中，例如传感器要将传感器的检测信号转换为通信数据而发送至外部。因此存在下述问题：由于要进行转换处理，因而直至外部设备识别检测信号为止的时间变长，或者，传感器及外部设备的电路结构变得复杂。

本发明的一实施方式的目的在于实现一种电气设备，利用少的配线数来进行与动作元件相关的信号的发送或接收与数据信号的发送。

[解决问题的技术手段]

本发明的一实施方式的电气设备的结构包括：第1端子及第2端子，连接一对信号线；动作元件，连接于所述第1端子与所述第2端子之间；以及发送电路，将所述第1端子与所述第2端子之间的电压作为电源来进行动作，对于所述第1端子，输入规定的电位，所述第2端子将与所述动作元件的状态相应的动作信号发送至外部，或者，从外部对所述第2端子输入对所述动作元件进行控制的动作信号，所述发送电路使数据信号重叠于所述动作信号而从所述第2端子发送至外部。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述第2端子将与所述动作元件的状态相应的所述动作信号发送至外部。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述动作元件为开关(switch)，所述动作信号是表示所述开关的接通/断开(ON/OFF)状态的信号。

本发明的一实施方式的电气设备也可设为下述结构，即，所述发送电路仅在所述开关为接通及断开中的其中任一种状态时，将所述数据信号发送至外部。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述发送电路无论所述开关为接通还是为断开，均将所述数据信号发送至外部。

本发明的一实施方式的电气设备也可设为下述结构，即，所述动作元件为传感(sensing)元件，所述动作信号是表示所述传感元件的传感结果的信号。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，从外部对所述第2端子输入对所述动作元件进行控制的动作信号。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述动作元件为线圈(coil)、半导体开关元件或发光元件。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述动作元件为使继电器(relay)、电磁阀或电动致动器(actuator)进行动作的线圈。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，包括：电位差产生电路，在所述第1端子及所述第2端子之间的通电路径中，相对于所述动作元件而串联连接，所述发送电路通过所述电位差产生电路的两端产生的电位差来进行动作。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述电位差产生电路包含电阻器、晶体管(transistor)或二极管(diode)。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述发送电路包括：降压电路，将所述电位差产生电路的两端产生的电位差降压至规定电压而输出至数据生成电路；所述数据生成电路，生成要发送的发送数据；以及重叠电路，使所述发送数据作为所述数据信号而重叠于所述动作信号。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，从外部连接的配线仅为所述一对信号线。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述发送电路是将所述第1端子与所述第2端子之间的电压作为电源来进行动作，不需要另外的电源。

本发明的一实施方式的电气设备中，也可设为下述结构，即，所述数据信号表示所述电气设备所固有的识别符或电气设备的诊断信息。

本发明的一实施方式的接收设备也可设为下述结构，即，其经由所述一对信号线而连接于所述电气设备，其中，所述接收设备从所述电气设备接收重叠于所述动作信号的所述数据信号，所述接收设备包括提取电路，所述提取电路从所述动作信号与所述数据信号重叠而成的信号中，提取所述数据信号。

本发明的一实施方式的接收设备中，也可设为下述结构，即，所述接收设备包括错误检测电路，所述错误检测电路对所提取的所述数据信号进行错误检测。

[发明的效果]

根据本发明的一实施方式，能够实现一种电气设备，以少的配线数来进行与动作元件相关的动作信号的发送或接收与数据信号的发送。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的电气设备与输入单元的结构的框图。

图2是表示本发明的一实施方式的控制系统的结构的框图。

图3是表示电气设备的结构的电路图。

图4是表示输入单元的结构的电路图。

图5是示意性地表示信号波形的一例的图。

图6是表示发送数据的格式(format)的图。

图7是表示电气设备与输入单元的通信动作序列(sequence)的图。

图8是表示在构建生产线时利用识别符来进行生产线的检查的流程的图。

图9是表示在生产线停歇的期间进行电气设备的检查的流程的图。

图10是表示电气设备与输出单元的结构的框图。

图11是表示电气设备的结构的电路图。

图12是表示输出单元的结构的电路图。

图13是表示电气设备的变形例的电路图。

图14是表示电气设备的变形例的电路图。

[符号的说明]

1：控制系统

2：PC

3：控制器

4：输入单元

5：输出单元

6～6b、7、8、9、10：电气设备

11：第1端子

12：第2端子

13、13a：动作元件

14、14a：电位差产生电路

15、15a：发送电路

16：降压电路

17：数据生成电路

17a：输出切换电路

18、18a～18c：重叠电路

19：诊断电路

20：电源

21、22、23：信号线

31：第1输入端子

32：第2输入端子

33：输入电路

33a：探测电路

34：提取电路

35：错误检测电路

36：单元控制电路

37：输出电路

38：振幅设定电路

41：第1输出端子

42：第2输出端子

43：第3输出端子

AMP21：运算放大器

C21：电容

D1～D3、D5～D9、D11、D21、D41、D61、D62、D91：二极管

i：恒电流电路

PHC：光电晶体管

R1～R6、R41、R42、R61、R71、R72、R81、R91：电阻器

RC：继电器线圈

S1～S4、S11～S16：步骤

SW：开关

TR1、TR2、TR41、TR61、TR71：晶体管

具体实施方式

(控制系统1的结构)

图2是表示本实施方式的控制系统的结构的框图。控制系统1具备PC 2(个人计算机(personal computer)、信息处理装置)、控制器3、输入单元4、输出单元5及电气设备6～电气设备10。PC 2连接于控制器3。PC 2从控制器3接收电气设备6～电气设备10的相关信息，且对控制器3发送控制命令。控制器3连接于输入单元4及输出单元5。控制器3根据控制命令，将用于使电气设备6～电气设备10进行动作或者对电气设备6～电气设备10进行控制的信号发送至输入单元4及输出单元5。控制器3将经由输入单元4或输出单元5而接收的来自电气设备6～电气设备10的信号发送至PC 2。

输入单元4(接收设备)连接于电气设备6、电气设备7。电气设备6、电气设备7各自通过一对信号线连接于输入单元4。输入单元4使电气设备6、电气设备7进行动作，且将从电气设备6、电气设备7接收的信号发送至控制器3。

电气设备6、电气设备7通过从输入单元4供给的电力来进行动作，且将与电气设备6、电气设备7中所含的动作元件的状态相应的信号发送至输入单元4。此处，电气设备6是包含开关作为动作元件的限位开关(limit switch)。电气设备7是包含传感元件作为动作元件的传感器。

输出单元5(接收设备)连接于电气设备8～电气设备10。电气设备8～电气设备10各自通过一对信号线连接于输出单元5。输出单元5基于来自PC 2及控制器3的指示，来使电气设备8～电气设备10进行动作，且对电气设备8～电气设备10进行控制。而且，输出单元5将从电气设备8～电气设备10接收的信号发送至控制器3。

电气设备8～电气设备10通过从输出单元5供给的电力来进行动作，且通过从输出单元5接收的控制信号而受到控制。此处，电气设备8是包含线圈作为动作元件的继电器装置。电气设备9是包含线圈作为动作元件的电磁阀。电气设备10是包含线圈作为动作元件的电动致动器。

(电气设备6与输入单元4的结构)

图1是表示电气设备6与输入单元4的结构的框图。此处，举电气设备6(限位开关)与输入单元4为例来进行说明。电气设备6与输入单元4是通过一对信号线21、22而彼此连接。信号线21连接于输入单元4的第1输入端子31与电气设备6的第1端子11。信号线22连接于输入单元4的第2输入端子32与电气设备6的第2端子12。在信号线21的路径中，设有电源20。电源20是产生规定电压(此处为24V)的直流电源。

电气设备6具备第1端子11、第2端子12、动作元件13、电位差产生电路14及发送电路15。发送电路15具备降压电路16、数据生成电路17、重叠电路18及诊断电路19。动作元件13连接于第1端子11与第2端子12之间。电位差产生电路14是在第1端子11与第2端子12之间的通电路径中，相对于动作元件13而串联连接。第2端子12的电位根据动作元件13的状态而变化。即，第2端子12将与动作元件13的状态相应的输出信号(动作信号)输出至外部(信号线22)。

发送电路15连接于第1端子11与第2端子12之间。发送电路15是将第1端子11与第2端子12之间的电压作为电源来进行动作。降压电路16将第1端子11与第2端子12之间的电压降压至规定电压，并将规定电压输出至数据生成电路17。数据生成电路17通过从降压电路16施加的电压来进行动作，而生成应发送至输入单元4的发送数据。发送数据例如包含电气设备6所固有的识别符(识别(Identification，ID)信息)。数据生成电路17对重叠电路18输出发送数据。重叠电路18使所收到的发送数据作为数据信号而重叠于所述输出信号。由此，发送电路15将使数据信号重叠于输出信号所得的重叠信号，从第2端子12输出至信号线22。

诊断电路19通过从降压电路16施加的电压来进行动作，生成表示电气设备6的诊断信息的诊断数据。诊断电路19具备与电气设备6的元件(例如动作元件13)相关的检查(check)电路，根据检查电路的输出是否正常，来生成表示电气设备6是否正常的诊断数据。诊断电路19将诊断数据(诊断信息)发送至数据生成电路17。数据生成电路17也可将诊断数据包含在发送数据中。

输入单元4具备第1输入端子31、第2输入端子32、输入电路33、提取电路34、错误检测电路35及单元控制电路36。图1中，省略了对控制器3的发送部分的结构的图示。第1输入端子31的电位维持为固定(例如GND)。对于第2输入端子32，从信号线22输入重叠信号。

输入电路33从重叠信号提取输出信号，并将输出信号输出至单元控制电路36。提取电路34从重叠信号提取数据信号，并将数据信号输出至错误检测电路35。错误检测电路35使用循环冗余校验(Cyclic Redundancy Checking，CRC)检查(循环冗余检查)或曼彻斯特码(Manchester code)检查等任意的数据检查方法，来对数据信号进行错误检测。错误检测电路35将数据信号及错误检测结果输出至单元控制电路36。另外，错误检测电路35在从数据信号中检测到错误时，也可不将所述数据信号输出至单元控制电路36。单元控制电路36将输出信号及数据信号输出至控制器3。错误检测电路35及单元控制电路36例如可包含一个集成电路或多个集成电路。

(电气设备6的电路结构)

图3是表示电气设备6的结构的电路图。图3中省略了诊断电路19的图示。电位差产生电路14包含二极管D1。二极管D1为齐纳二极管(Zener diode)。此处，动作元件13为机械式的开关SW。在第1端子11与第2端子12之间的通电路径中，二极管D2、二极管D1及开关SW以此顺序串联配置。二极管D2的阳极(anode)连接于第1端子11。二极管D1的阴极(cathode)经由二极管D2而连接于第1端子11。

降压电路16是在第1端子11与第2端子12之间，相对于二极管D1及开关SW而并联配置。

数据生成电路17包含微处理器(Micro Processing Unit，MPU)及输出切换电路17a。从降压电路16对MPU及输出切换电路17a供给经降压的固定电压(例如2.5V)，以作为电源。MPU生成发送数据，并将发送数据经由输出切换电路17a而输出至重叠电路18。对于输出切换电路17a，输入开关SW与二极管D1之间的节点(node)的电压。输出切换电路17a根据此电压来判定开关SW是接通还是断开。输出切换电路17a根据开关SW的接通/断开，来变更发送数据的输出目的地。输出切换电路17a在开关SW为接通时，将发送数据输出至晶体管TR1的基极(base)端子。输出切换电路17a在开关SW为断开时，将发送数据输出至电阻器R1。

重叠电路18包含电阻器R1、二极管D3及晶体管TR1。二极管D3为齐纳二极管。电阻器R1的一端连接于输出切换电路17a，电阻器R1的另一端连接于第2端子12。

晶体管TR1的基极端子连接于输出切换电路17a。晶体管TR1的发射极(emitter)端子经由二极管D2连接于第1端子11，晶体管TR1的集电极(collector)端子连接于二极管D3的阴极。二极管D3的阳极连接于开关SW与二极管D1之间的节点。

二极管D2为保护元件，可省略。

(输入单元4的电路结构)

图4是表示输入单元4的结构的电路图。此处图示了输入单元4中的输入电路33及提取电路34。作为保护元件的二极管D11的阳极连接于第2输入端子32。

输入电路33包含电阻器R41～电阻器R42、二极管D41、晶体管TR41及探测电路33a。二极管D41为齐纳二极管。晶体管TR41的集电极端子连接于二极管D11的阴极，晶体管TR41的发射极端子连接于电阻器R41的一端。电阻器R41的另一端连接于第1输入端子31。电阻器R42的一端连接于二极管D11的阴极，电阻器R42的另一端连接于二极管D41的阴极。二极管D41的阳极连接于第1输入端子31。晶体管TR41的基极端子连接于电阻器R42的另一端。电阻器R41～电阻器R42、二极管D41及晶体管TR41构成恒电流电路。当对此恒电流电路的两端施加规定以上的电压时，流经恒电流电路的电流成为固定。另外，也可省略电阻器R42、二极管D41及晶体管TR41，而仅将电阻器R41相对于探测电路33a并联连接。另外，也可将恒电流电路串联连接于探测电路33a，还可仅将电阻器R41串联连接于探测电路33a。

探测电路33a根据第1输入端子31及第2输入端子32之间的电压，来判定开关SW的接通/断开。探测电路33a输出判定结果(开关SW的接通/断开信息)。

提取电路34包含电容C21、二极管D21及运算放大器(operational amplifier)AMP21。二极管D21为齐纳二极管。电容C21的一端连接于二极管D11的阴极，电容C21的另一端连接于运算放大器AMP21的反相输入端子。二极管D21的阴极连接于运算放大器AMP21的非反相输入端子。二极管D21的阳极连接于第1输入端子31。

(电气设备6及输入单元4的动作)

电气设备6为限位开关。开关SW根据对象物的位置来机械地切换接通/断开。将输入单元4的第1输入端子31设为0V，对第1端子11输入固定的电位(24V)。根据开关SW的接通/断开(导通/阻断)的状态，第2端子12的电位发生变化。

当开关SW为接通时，导通状态的开关SW两端的电位差为0。因此，第2端子12的电位成为从第1端子11的电位通过电位差产生电路14(二极管D1)而电压下降后的值。

当开关SW为断开时，无电流流经开关SW及电位差产生电路14。因此，当开关SW为断开时，第2端子12的电位成为比开关SW接通时低的值。

如此，第2端子12将与开关SW的接通/断开状态相应的输出信号发送至外部。另外，若输出信号的电位为H(高(High))，则表示开关为接通的状态，若输出信号的电位为L(低(Low))，则表示开关为断开的状态。由于输出信号的电位的高度自身表示开关的状态(接通/断开)，因此可以说输出信号为模拟(analog)信号。

另一方面，无论开关SW的状态如何，电位差产生电路14的两端均会产生电位差。因此，无论开关SW是接通还是断开，均会对降压电路16施加某值(例如2.5V)以上的电压。因此，无论开关SW是接通还是断开，降压电路16均能够至少输出数据生成电路17可动作的电压(2.5V)。因而，无论开关SW是接通还是断开，数据生成电路17及重叠电路18均能够进行动作。

MPU生成发送数据。发送数据为数字数据(digital data)。输出切换电路17a从与开关SW的接通/断开相应的输出端子，将发送数据作为H/L电压而输出。

当开关SW为断开时，输出切换电路17a将发送数据输出至电阻器R1。根据从输出切换电路17a输出的电压，流经电阻器R1的电流发生变化。由此，根据发送数据的H/L，第2端子12的电位也发生变化。结果，发送数据作为数据信号而重叠于输出信号。

当开关SW为接通时，输出切换电路17a将发送数据输出至晶体管TR1的基极端子。晶体管TR1根据发送数据的H/L而成为接通或断开状态。此时，根据发送数据的H/L，流经二极管D3的电流发生变化。由此，根据发送数据的H/L，第2端子12的电位也发生变化。结果，发送数据作为数据信号而重叠于输出信号。电气设备6从第2端子12输出由输出信号与数据信号重叠而成的信号即重叠信号。

图5是示意性地表示信号波形的一例的图。图5中的(a)表示输出信号的周期比数据信号的周期长的情况，图5中的(b)表示输出信号的周期比数据信号的周期短的情况。输出信号与数据信号重叠而成者为重叠信号。重叠信号的波形成为将输出信号的波形与数据信号的波形重叠而成的波形。输出信号的振幅大于数据信号的振幅。因此，能够根据重叠信号知晓初始的输出信号的值及数据信号的值。当开关SW为接通时，输出信号成为H，当开关SW为断开时，输出信号成为L。

重叠信号的值从低者开始分为L1、L2、H1、H2。若重叠信号处于L范围内，则输出信号为L。L范围包含L1及L2。若重叠信号处于比L范围高的H范围内，则输出信号为H。H范围包含H1及H2。当重叠信号为L1或H1时，数据信号为L。当重叠信号为L2或H2时，数据信号为H。

输入单元4利用第2输入端子32接收来自电气设备6的重叠信号。输入电路33根据重叠信号来判定输出信号是H还是L(开关SW是接通还是断开)，并将判定结果输出至单元控制电路36。具体而言，探测电路33a输出判定结果。提取电路34经由电容C21而从重叠信号提取数据信号，并将数据信号输出至错误检测电路35。具体而言，运算放大器AMP21输出数据信号(发送数据)。二极管D21设定一阈值电压，所述阈值电压供运算放大器AMP21判定数据信号是H还是L。

电阻器R41～电阻器R42、二极管D41及晶体管TR41构成恒电流电路。所述恒电流电路对输入至第2输入端子32的电流进行限制。而且，所述恒电流电路对电气设备6所输出的输出信号的振幅进行设定。在取代所述恒电流电路而使用电阻器R41时，电阻器R41也起到同样的作用。

图6是表示发送数据的格式的图。发送数据是对应于每帧而生成，并从电气设备6发送至输入单元4。一帧发送数据是以起始(Start)码开始，以终止(Stop)码结束。发送数据在CF部分包含控制码。控制码表示数据(Data)的内容是仅包含识别符，抑或是除了识别符以外还包含诊断数据。数据(Data)的长度不定。发送数据在数据(Data)部分包含电气设备6所固有的识别符和/或诊断数据等。发送数据在FCS部分包含错误控制(CRC检查)用的数据。在发送数据中，CF、数据(Data)及FCS的部分经曼彻斯特编码。此处，多帧发送数据是无帧间间隙地连续发送。所述发送数据的格式为一例，并不限于此，可使用任意格式。

图7是表示电气设备6与输入单元4的通信动作序列的图。当输入单元4及电气设备6的电源变为接通时，数据生成电路17将包含识别符的发送数据反复发送至输入单元4。输入单元4的错误检测电路35对发送数据进行曼彻斯特码及CRC检查。若无错误(error)，则错误检测电路35将发送数据输出至单元控制电路36。

当开关SW由接通变化为断开、或由断开变化为接通时，表示开关SW的状态的输出信号将大幅变化。因此，在开关SW(动作元件13)刚发生变化不久的期间发送的发送数据包含错误的可能性高。若有错误，错误检测电路35将丢弃发送数据。

(效果)

电气设备6中，发送电路15将用于发送输出信号的一对信号线21、22的电压用作电源来进行动作。发送电路15能够生成表示与表示动作元件13的状态的输出信号不同的信息的数据信号，并发送至输入单元4。因此，既无须在电气设备6中设置用于使发送电路15进行动作的另外的电源，也无须将用于供给电源的另外的配线连接于电气设备6。因此，电气设备6能够以比以往的电气设备少的配线(以一对信号线21、22)，来发送输出信号与数据信号。本实施方式的示例中，从外部连接至电气设备6的配线仅为一对信号线21、22。

发送电路15通过在相对于动作元件13而串联连接的电位差产生电路14的两端产生的电压来进行动作。因此，无论动作元件13的状态如何(无论开关SW是接通还是断开)，发送电路15均能够将数据信号发送至输入单元4。输入单元4能够将数据信号(发送数据)发送至上游设备(控制器3、PC 2)。

而且，电气设备6发送与开关SW的接通/断开对应的电位的输出信号。因此，与将接通/断开信号转换为数字通信数据的以往技术(IO-Link)不同，能够将开关SW的接通/断开信息快速送往输入单元4、控制器3及PC 2。而且，由于无须转换为通信数据，因此能够减小且简化电气设备6及输入单元4的电路。

当电气设备6具备诊断电路19时，PC 2或控制器3能够根据发送数据中所含的诊断数据来探测电气设备6中产生的异常。PC 2即使在电气设备6尚且正常运行的情况下，也能够根据诊断数据(例如开关SW的接通/断开的切换速度等)来探测电气设备6的故障预兆。PC2将所探测到的异常(包含故障预兆)通过显示/声音而告知给用户(user)。由此，用户能够在生产线异常停止之前更换电气设备6。

即使在电气设备6不具备诊断电路19的情况下，控制系统1中，仍能够以下述方式进行异常探测。例如，当限位开关(电气设备6)的接通/断开发生了在控制器3侧无法探测的异常时，能够由PC 2或控制器3来判断是信号线21、22发生了异常(断线/短路)，还是电气设备6自身发生了异常。电气设备6将电气设备6的识别符作为发送数据而定期(持续)地发送至输入单元4。例如，若无法收到识别符，则PC 2或控制器3也可判断为信号线21、22存在异常。若虽能够接收识别符，但无法探测到限位开关(电气设备6)的接通/断开，则PC 2或控制器3也可判断为电气设备6自身存在异常。PC 2能够将表示何处存在异常的信息通过显示或声音而告知给用户。由此，用户能够迅速进行修复作业的准备及执行，缩短生产线停止的时间。

(识别符的利用例)

图8是表示在构建生产线时利用识别符来进行生产线的检查的流程的图。在生产线中，必须在规定的场所设置规定的电气设备。在PC 2中，预先注册有应连接于输入单元4的电气设备的识别符。此处的识别符对应于电气设备的型号。

在将电气设备6设置于规定场所，并连接于输入单元4之后，PC 2经由控制器3及输入单元4来从电气设备6接收电气设备6的识别符(S1)。PC 2判定所收到的识别符与预先注册的应连接的电气设备的识别符是否一致(S2)。

若识别符不一致(S2中为否(NO))，则连接于输入单元4的电气设备6不正确(型号不同)。因此，PC 2将连接于输入单元4的电气设备6有误的意旨，通过显示/声音而告知给用户(S3)。由此，控制系统1能够敦促用户更换电气设备6。用户将电气设备6更换为适当者。当新的电气设备6连接于输入单元4时，PC 2返回S1，并再次进行识别符的确认。

若识别符一致(S2中为是(YES))，则连接于输入单元4的电气设备6正确。因此，PC2将连接于输入单元4的电气设备6正确的意旨，通过显示/声音而告知给用户(S4)。由此，用户能够确认所连接的电气设备6是正确的。另外，若有其他电气设备连接于输入单元4，则控制系统1同样地检测此电气设备是否正确。

图9是表示在生产线停歇的期间进行电气设备6的检查的流程的图。此处，考虑生产线已运转后的情况(case)。在生产线停歇的期间，用户将PC 2设为检查模式，测试性地切换电气设备6(限位开关)的开关SW的接通/断开(S11)。电气设备6根据开关SW的接通/断开，将重叠信号(输出信号+数据信号)发送至输入单元4。数据信号包含识别符。检查模式的PC2判定有否正常接收到与开关SW的接通/断开的切换对应的输出信号(S12)。

若已正常接收到输出信号(S12中为是)，则PC 2将电气设备6及信号线21、22正常的意旨通过显示/声音而告知给用户(S13)。

若未正常接收到输出信号(S12中为否)，则PC 2判定所接收的识别符与预先注册的电气设备的识别符是否一致(S14)。

若识别符一致(S14中为是)，则PC 2判定为电气设备6存在异常。由于包含识别符的数据信号已正常传输，因此可判断为信号线21、22为正常。而且可判断为，尽管电气设备6的发送电路15为正常，但电气设备6的动作元件13存在异常。PC 2将电气设备6(尤其是动作元件13)发生了异常的意旨通过显示/声音而告知给用户(S15)。

若识别符不一致(S14中为否)，则PC 2判定为信号线21、22存在异常。PC 2将信号线21、22发生了异常的意旨通过显示/声音而告知给用户(S16)。

如此，在控制系统1中，能够利用电气设备6所发送的识别符，来确认发生了异常的装置或配线。因此，用户能够迅速地进行故障的修理。

(变形例)

另外，发送电路也可为仅在开关SW为接通及断开的其中任一种状态时进行数据信号的发送的结构。

发送电路能够发送任意信息来作为发送数据。

而且，电位差产生电路包含电阻器、晶体管和/或二极管作为阻抗(impedance)元件。电位差产生电路通过流经电位差产生电路的电流而使两端产生电位差。或者，电位差产生电路根据动作元件的动作来阻断通过电位差产生电路的电流，从而使两端产生电位差。

所述电气设备6中，利用电压输出来进行开关SW为接通时的发送数据的重叠，利用电流输出来进行开关SW为断开时的发送数据的重叠。并不限于此，也可调换电压输出与电流输出，还可将两者设为电压输出或电流输出。

图13是表示变形例的电气设备6a的结构的电路图。此处，重叠电路18b取代重叠电路18的电阻器R1(电流输出)而具备二极管D8、二极管D9、电阻器R5、电阻器R6及晶体管TR2(电压输出)。而且，重叠电路18b在晶体管TR1的基极端子与第1端子11之间具备电阻器R3，且具备连接于基极端子的电阻器R4。二极管D1、二极管D3、电阻器R3、电阻器R4及晶体管TR1的组与二极管D8、二极管D9、电阻器R5、电阻器R6及晶体管TR2的组为同样的电路结构。输出切换电路17a在开关SW为接通时，经由电阻器R4来对晶体管TR1的基极端子输出发送数据。输出切换电路17a在开关SW为断开时，经由电阻器R6来对晶体管TR2的基极端子输出发送数据。二极管D1、二极管D3、二极管D8、二极管D9作为恒电压源发挥功能。作为二极管D1、二极管D3、二极管D8、二极管D9，可使用齐纳二极管或基准电压集成电路(Integrated Circuit，IC)。恒电压源的电压满足以下的条件。

VREF1＞VREF2+VCETR1、

VREF3＞VREF4+VCETR2、

VREF3＞VREF4＞＞VREF1＞VREF2。

此处，VREF1～VREF4分别为二极管D1、二极管D3、二极管D8、二极管D9作为恒电压源而给予的基准电压。VCETR1、VCETR2为晶体管TR1、晶体管TR2的集电极-发射极间电压。电阻器R3～电阻器R6为用于晶体管TR1、晶体管TR2的分压及电流限制的电阻。晶体管TR1、晶体管TR2作为对数据信号的H/L进行切换的开关元件发挥作用。数据信号的波形振幅在开关SW为接通时成为Vpp接通，在开关SW为断开时成为Vpp断开。

Vpp接通＝VREF1-(VREF2+VCETR1)，

Vpp断开＝VREF3-(VREF4+VCETR2)。

图14是表示变形例的电气设备6a的结构的电路图。此处，重叠电路18c取代重叠电路18的晶体管TR1、二极管D3(电压输出)而具备电阻器R2(电流输出)。数据信号的波形振幅Vpp及电流I如下。

Vpp＝I·Ri，

I＝Vm/(R1或R2)。

此处，Ri为输入单元4(或输出单元5)侧的电阻值，Vm为来自输出切换电路17a的输出电压(从降压电路16所供给的固定电压减去MPU中的下降电压所得的值)。电阻器R1、电阻器R2的电阻值以R1、R2来表示。另外，当在输入单元4中设置连接于第2输入端子32的电阻器时，无须在电气设备6b侧以接通/断开来使数据信号的电流值不同，可省略电阻器R1、电阻器R2。

另外，也可在电气设备6中省略输出切换电路17a，根据开关SW的接通/断开来切换重叠电路18a进行动作的电路。

另外，也可不改变电气设备6的结构，而将输入单元设为对电气设备6的第2端子12输入负的固定电位的结构。此时，电源20配置在信号线22的路径中。电气设备6从第1端子11发送重叠信号，输入单元从第1输入端子31接收重叠信号。此时，电容C21的一端连接于第1输入端子31。

以上所述在其他电气设备中也同样。

在电气设备7(传感器)的情况下，成为将图1的电气设备6的开关SW替换为传感元件的区块(block)结构。输出信号成为表示传感元件的传感结果的信号。例如，若传感元件为光电二极管(photo diode)等光电元件，则传感结果表示有无受光。其他的电路运行与上文说明的同样，因此省略详细说明。

(电气设备8与输出单元5的结构)

以下对电气设备8与输出单元5进行说明。另外，为了便于说明，对于与所述构件具有相同功能的构件，标注相同的符号，并省略其说明。

图10是表示电气设备8与输出单元5的结构的框图。此处，举电气设备8(继电器)与输出单元5为例进行说明。电气设备8与输出单元5通过一对信号线21、22而彼此连接。信号线21连接于输出单元5的第1输出端子41与电气设备8的第1端子11。信号线22连接于输出单元5的第2输出端子42与电气设备8的第2端子12。输出单元5的第1输出端子41与第3输出端子43通过信号线23彼此连接。在信号线23的路径中设有电源20。电源20是产生规定电压(此处为24V)的直流电源。

电气设备8具备第1端子11、第2端子12、动作元件13a、电位差产生电路14a及发送电路15a。发送电路15a具备降压电路16、数据生成电路17、重叠电路18a及诊断电路19。动作元件13a连接于第1端子11与第2端子12之间。电位差产生电路14a是在第1端子11与第2端子12之间的通电路径中，相对于动作元件13a而串联连接。第2端子12的电位根据对动作元件13a进行控制的控制信号(动作信号)而发生变化。控制信号从外部(输出单元5)输入至第2端子12。

发送电路15a连接于第1端子11与第2端子12之间。发送电路15a是将第1端子11与第2端子12之间的电压作为电源来进行动作。降压电路16将第1端子11与第2端子12之间的电压降压至规定电压，并将规定电压输出至数据生成电路17。数据生成电路17通过从降压电路16施加的电压来进行动作，生成应发送至输出单元5的发送数据。发送数据例如包含电气设备8所固有的识别符。数据生成电路17将发送数据输出至重叠电路18a。重叠电路18a使所收到的发送数据作为数据信号而重叠至所述控制信号。由此，发送电路15a使数据信号重叠至控制信号，而从第2端子12输出至信号线22。

诊断电路19通过从降压电路16施加的电压来进行动作，生成表示电气设备8的诊断信息的诊断数据。

输出单元5具备第1输出端子41、第2输出端子42、第3输出端子43、输出电路37、振幅设定电路38、提取电路34、错误检测电路35及单元控制电路36。图10中省略了对控制器3的发送部分的结构的图示。第3输出端子43的电位维持为固定(例如GND)。从第2输出端子42将控制信号输出至信号线22。第1输出端子41的电位通过电源20而维持为规定电位(24V)。

单元控制电路36基于来自PC 2及控制器3的指示，将与电气设备8的控制相关的信号(接通/断开信号)输出至输出电路37。而且，单元控制电路36将数据信号输出至控制器3。输出电路37基于从单元控制电路36收到的信号，生成用于控制电气设备8的控制信号，并将控制信号输出至振幅设定电路38。振幅设定电路38根据控制信号的H/L来对输出至第2输出端子42的电位进行变更，从而设定控制信号的振幅。提取电路34从重叠信号中提取数据信号，并将数据信号输出至错误检测电路35。

(电气设备8的电路结构)

图11是表示电气设备8的结构的电路图。图11中省略了诊断电路19的图示。电位差产生电路14a包含二极管D61、电阻器R61及晶体管TR61。二极管D61为齐纳二极管。此处，动作元件13a包含使继电器进行动作的继电器线圈RC、及相对于继电器线圈RC而并联连接的二极管D62。在第1端子11与第2端子12之间的通电路径中，二极管D2、继电器线圈RC、晶体管TR61(集电极端子-发射极端子)及二极管D7以此顺序串联配置。二极管D61的阴极连接于二极管D2的阴极。电阻器R61的一端连接于二极管D61的阳极及晶体管TR61的基极端子。电阻器R61的另一端连接于二极管D7的阳极。二极管D5的阳极连接于第2端子12，二极管D5的阴极连接于二极管D2的阴极。二极管D6的阴极连接于第1端子11，二极管D6的阳极连接于二极管D7的阳极。

二极管D2、二极管D5～二极管D7为保护元件，可省略。

重叠电路18a包含电阻器R1、恒电流电路i及晶体管TR1。晶体管TR1的发射极端子经由二极管D2而连接于第1端子11，晶体管TR1的集电极端子连接于恒电流电路i的阳极。晶体管TR1的基极端子连接于输出切换电路17a。恒电流电路i的阴极连接于晶体管TR61的集电极端子。

(输出单元5的电路结构)

图12是表示输出单元5的结构的电路图。此处，图示了输出单元5中的输出电路37、振幅设定电路38及提取电路34。提取电路34与输入单元4的提取电路34相同。

输出电路37包含电阻器R71～电阻器R72、晶体管TR71、光电晶体管PHC。二极管D11的阳极连接于第1输出端子41。在二极管D11的阴极与第3输出端子43之间，光电晶体管PHC、及电阻器R71、电阻器R72以此顺序串联配置。晶体管TR71的基极端子连接于电阻器R71与电阻器R72之间的节点。晶体管TR71的发射极端子连接于第3输出端子43。晶体管TR71的集电极端子经由电阻器R81而连接于第2输出端子42。对于光电晶体管PHC，从单元控制电路36输入接通/断开信号(指示动作元件13a的接通/断开的信号)作为光信号。

振幅设定电路38包含电阻器R81、电阻器R91及二极管D91以作为阻抗元件。二极管D91为齐纳二极管。在第2输出端子42与第3输出端子43之间，电阻器R81及晶体管TR71以此顺序串联配置。电阻器R91的一端连接于第2输出端子42。电阻器R91的另一端连接于二极管D91的阴极。二极管D91的阳极连接于第3输出端子43。

(电气设备8及输出单元5的动作)

电气设备8为继电器。根据流经继电器线圈RC的电流是否为阈值以上，来切换电气触点的接通/断开(导通/阻断)。将输出单元5的第3输出端子43设为0V，对第1端子11输入固定的电位(24V)。根据从输出单元5发送的控制信号，第2端子12的电位发生变化。

当将继电器设为接通时，在输出电路37中，将接通信号输入至光电晶体管PHC。由此，晶体管TR71成为接通，电流流经电阻器R81。此时，第2输出端子42的电位成为L。因此，第2输出端子42与第1输出端子41之间的电压成为大的第1电压。第2输出端子42的L电位经由信号线22，作为控制信号而输入至电气设备8的第2端子12。

在电气设备8中，通过将第1电压施加至第1端子11与第2端子12之间，从而晶体管TR61成为接通(导通)。因此，有阈值以上的电流流经继电器线圈RC。由此，继电器成为接通。

当将继电器设为断开时，在输出电路37中，将断开信号输入至光电晶体管PHC。由此，晶体管TR71成为断开，第2输出端子42的电位成为H。但是，由于有电流流经电阻器R91及二极管D91的路径，因此第2输出端子42的电位成为比第1输出端子41的电位低的值。因此，第2输出端子42与第1输出端子41之间的电压成为比第1电压小(但是大于0)的第2电压。第2电压为发送电路15a可动作的电压(例如5V)。第2输出端子42的H电位经由信号线22，作为控制信号而输入至电气设备8的第2端子12。如此，振幅设定电路38生成用于在控制信号断开时对电气设备8进行电源供给的电压。

在电气设备8中，通过将第2电压施加至第1端子11与第2端子12之间，从而无电流流经二极管D61，晶体管TR61成为断开(阻断)。因此，无电流流经继电器线圈RC。由此，继电器成为断开。

如此，第2端子12从外部接收用于控制继电器线圈RC的控制信号。若控制信号的电压为阈值以上(例如第1电压)，则继电器被控制为接通。若控制信号的电压小于阈值(例如第2电压)，则继电器被控制为断开。由于利用控制信号的电压的大小自身来控制继电器的接通/断开，因此可以说控制信号为模拟信号。

另一方面，无论控制信号的电压如何，电位差产生电路14a的两端均会产生电位差。因此，无论继电器是接通还是断开，均会对降压电路16施加某值以上的电压。因此，无论继电器线圈RC的动作状态如何，降压电路16均能够至少输出MPU及输出切换电路17a可动作的电压(2.5V)。因而，无论继电器线圈RC的动作状态如何，数据生成电路17及重叠电路18a均能够进行动作。

二极管D61与电阻器R61之间的节点的电位被输入至输出切换电路17a。输出切换电路17a根据此电位来判定控制信号是接通还是断开(继电器是接通还是断开)。

当继电器为断开时，输出切换电路17a将发送数据输出至电阻器R1。结果，发送数据作为数据信号而重叠于控制信号。电气设备8使数据信号重叠于控制信号而从第2端子12予以输出。

当继电器为接通时，输出切换电路17a将发送数据输出至晶体管TR1的基极端子。晶体管TR1根据发送数据的H/L而成为接通或断开状态。此时，根据发送数据的H/L，是否有电流流经恒电流电路i发生变化。由此，根据发送数据的H/L，第2端子12的电位也发生变化。结果，发送数据作为数据信号而重叠于控制信号。另外。数据信号的振幅小于控制信号的振幅。

输出单元5从第2输出端子42接收重叠于控制信号的数据信号。提取电路34从重叠信号中提取数据信号，并将数据信号输出至错误检测电路35。

(效果)

在电气设备8中，也获得与电气设备6同样的效果。电气设备8中，发送电路15a将用于接收控制信号的一对信号线21、22的电压用作电源来进行动作。发送电路15a能够生成表示与控制信号不同的信息的数据信号，并发送至输出单元5。因此，既无须在电气设备8中设置用于使发送电路15a进行动作的另外的电源，也无须将用于供给电源的另外的配线连接于电气设备8。因此，电气设备8能够以比以往的电气设备少的配线(以一对信号线21、22)，来同时进行控制信号的接收与数据信号的发送。

(变形例)

在电气设备8中，也可如电气设备6～电气设备6b般，既可调换电压输出与电流输出，也可将两者设为电压输出或电流输出。

而且，所述电气设备8中，无论控制信号是接通时还是断开时，均利用一个提取电路34来进行数据信号的提取。并不限于此，也可分为在控制信号为接通时进行动作的提取电路、与在控制信号为断开时进行动作的提取电路。根据产生的条件，有时必须使电阻器R81的电阻值大幅小于电阻器R91的电阻值。此时，通过电阻器R81时的(控制信号为接通时的)数据信号的振幅变小。在控制信号为接通时与断开时，数据信号的振幅不同的情况下，为了避免提取电路的误动作，也可将具有与各个数据信号相符的阈值的多个提取电路彼此并联地设置。

另外，在输出单元5中，光电晶体管PHC的集电极端子是连接于第1输出端子41，但并不限于此，也可将此集电极端子连接于电阻器R81的另一端。此时，可省略第1输出端子41与电阻器R71。

另外，也可不改变电气设备8的结构，而将输出单元设为对电气设备8的第2端子12输入负的固定电位的结构。此时，电源20配置在连接第1输出端子41与第3输出端子43的信号线的路径中，第2端子12与第3输出端子43利用另外的信号线而连接。电气设备8从第1端子11发送重叠信号，输出单元从第2输出端子42接收重叠信号。

在电气设备9(电磁阀)及电气设备10(电动致动器)的情况下，也能够设为同样的结构。

在继电器为无触点继电器(例如固态继电器(solid-state relay))的情况下，电气设备取代继电器线圈RC而具备半导体开关元件。通过控制信号，半导体开关元件的接通/断开受到控制。或者，也可具备光耦合器(photo coupler)来作为动作元件。此时，光耦合器将控制信号的接通/断开的信息送往开关元件，开关元件进行接通/断开。

电气设备也可为发光装置(例如警告灯、显示灯等)。此时，具备发光二极管等发光元件来作为动作元件。根据控制信号来切换发光装置的发光/不发光。

〔借助软件(software)的实现例〕

PC 2(信息处理装置)、数据生成电路17、诊断电路19、错误检测电路35及单元控制电路36的处理既可通过形成于集成电路(IC芯片(chip))等上的逻辑电路(硬件(hardware))实现，也可使用中央处理器(Central Processing Unit，CPU)而通过软件来实现。

在后者的情况下，PC 2、数据生成电路17、诊断电路19、错误检测电路35及单元控制电路36具备执行实现各功能的软件即程序的命令的CPU、可由计算机(或CPU)读取地记录有所述程序及各种数据的只读存储器(Read Only Memory，ROM)或存储装置(将它们称作“记录介质”)、以及展开所述程序的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。并且，通过计算机(或CPU)从所述记录介质中读取并执行所述程序，从而达成本发明的目的。作为所述记录介质，可使用“并非临时的有形介质”，例如可使用带(tape)、盘(disk)、卡(card)、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。而且，所述程序也可经由可传输此程序的任意传输介质(通信网络或广播波等)而提供给所述计算机。另外，本发明的一实施方式也能以通过电子传输来将所述程序具现化的、被嵌入载波中的数据信号的形态来实现。

本发明并不限定于所述的各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，将不同的实施方式中分别揭示的技术部件适当组合而获得的实施方式也包含于本发明的技术范围内。

Claims (17)

1.一种电气设备，其特征在于，包括：

第1端子及第2端子，连接一对信号线；

动作元件，连接于所述第1端子与所述第2端子之间；以及

发送电路，将所述第1端子与所述第2端子之间的电压作为电源来进行动作，

对于所述第1端子，输入规定的电位，

所述第2端子将与所述动作元件的状态相应的动作信号发送至外部，或者，从外部对所述第2端子输入对所述动作元件进行控制的动作信号，

所述发送电路使数据信号重叠于所述动作信号而从所述第2端子发送至外部。

2.根据权利要求1所述的电气设备，其特征在于，

所述第2端子将与所述动作元件的状态相应的所述动作信号发送至外部。

3.根据权利要求2所述的电气设备，其特征在于，

所述动作元件为开关，

所述动作信号是表示所述开关的接通/断开状态的信号。

4.根据权利要求3所述的电气设备，其特征在于，

所述发送电路仅在所述开关为接通及断开中的其中一种状态时，将所述数据信号发送至外部。

5.根据权利要求3所述的电气设备，其特征在于，

所述发送电路无论所述开关为接通还是为断开，均将所述数据信号发送至外部。

6.根据权利要求2所述的电气设备，其特征在于，

所述动作元件为传感元件，

所述动作信号是表示所述传感元件的传感结果的信号。

7.根据权利要求1所述的电气设备，其特征在于，

从外部对所述第2端子输入对所述动作元件进行控制的所述动作信号。

8.根据权利要求7所述的电气设备，其特征在于，

所述动作元件为线圈、半导体开关元件或发光元件。

9.根据权利要求8所述的电气设备，其特征在于，

所述动作元件为使继电器、电磁阀或电动致动器进行动作的线圈。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电气设备，其特征在于包括：

电位差产生电路，在所述第1端子及所述第2端子之间的通电路径中，相对于所述动作元件而串联连接，

所述发送电路通过所述电位差产生电路的两端产生的电位差来进行动作。

11.根据权利要求10所述的电气设备，其特征在于，

所述电位差产生电路包含电阻器、晶体管或二极管。

12.根据权利要求10所述的电气设备，其特征在于，

所述发送电路包括：

降压电路，将所述电位差产生电路的两端产生的电位差降压至规定电压而输出至数据生成电路；

所述数据生成电路，生成要发送的发送数据；以及

重叠电路，使所述发送数据作为所述数据信号而重叠于所述动作信号。

13.根据权利要求1至9中任一项所述的电气设备，其特征在于，

从外部连接的配线仅为所述一对信号线。

14.根据权利要求1至9中任一项所述的电气设备，其特征在于，

所述发送电路是将所述第1端子与所述第2端子之间的电压作为电源来进行动作，不需要另外的电源。

15.根据权利要求1至9中任一项所述的电气设备，其特征在于，

所述数据信号表示所述电气设备所固有的识别符或所述电气设备的诊断信息。

16.一种接收设备，其经由所述一对信号线而连接于根据权利要求1至15中任一项所述的电气设备，所述接收设备的特征在于，

所述接收设备从所述电气设备接收重叠于所述动作信号的所述数据信号，

所述接收设备包括提取电路，所述提取电路从所述动作信号与所述数据信号重叠而成的重叠信号中，提取所述数据信号。

17.根据权利要求16所述的接收设备，其特征在于，

所述接收设备包括错误检测电路，所述错误检测电路对所提取的所述数据信号进行错误检测。