JP2005175749A - 多点デジタル入力回路および２重化された多点デジタル入力回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 コモンが共通化され、２重化されたデジタル入力装置において、コモンが接続不良になると本来オフであるべきフォトカプラがオンになってしまうという課題を解決する。
【解決手段】 入力信号が印加される入力端子とフォトカプラとの間に、このフォトカプラをオンするために必要な最低電圧よりも低く、かつ前記フォトカプラをオンするために必要な最大電圧の１／３よりも高いツェナ電圧を有する双方向性ツェナダイオードを挿入するようにした。コモンの接続不良によって形成される閉回路に流れる電流はこの双方向性ツェナダイオードによって阻止されるので、本来オフであるべきフォトカプラがオンになることを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コモンが共通な２点以上のデジタル信号を入力する多点デジタル入力回路および２重化された多点デジタル入力回路に関し、２重化したときにコモンの接触状態が不完全であっても誤動作することがない多点デジタル入力回路および２重化された多点デジタル入力回路に関するものである。

図４に２重化された多点デジタル入力回路を示す。図４において、制御側モジュール５にはデジタル入力部５１，５２が、待機側モジュール６にはデジタル入力部６１，６２が内蔵されている。デジタル入力部５１，５２のコモン（共通電位点）は共通接続されてコモン端子ＣＯＭ５に、デジタル入力部６１，６２のコモン（共通電位点）は共通接続されてコモン端子ＣＯＭ６に接続されている。

デジタル入力部５１の入力端子ＩＮ５１とデジタル入力部６１の入力端子ＩＮ６１、デジタル入力部５２の入力端子ＩＮ５２とデジタル入力部６２の入力端子ＩＮ６２およびコモン端子ＣＯＭ５、ＣＯＭ６はそれぞれ接続されており、制御側モジュール５と待機側モジュール６で２重化されている。また、入力端子ＩＮ５１とＩＮ６１には信号源７から入力信号が印加されている。

デジタル入力部５１は、フォトカプラＰＣ１と、その一端が入力端子に、他端が双方向フォトカプラＰＣ１に接続された抵抗Ｒ１，この双方向のフォトカプラＰＣ１に並列に接続された抵抗Ｒ２で構成される。フォトカプラＰＣ１の他端は共通電位点に接続されている。抵抗Ｒ１は入力電流を制限する電流制限抵抗、抵抗Ｒ２はフォトカプラＰＣ１に流れる電流を決定する抵抗である。デジタル入力部５２，６１および６２も同様の構成になっている。

フォトカプラＰＣ１は、そのＬＥＤ端子に接続されたＬＥＤと、このＬＥＤの出力光によってオンされるフォトトランジスタとで構成されている。図４のフォトカプラは互いに逆極性で並列接続された２個のＬＥＤを内蔵しており、そのＬＥＤ端子のどちら側から電流が流れてもフォトトランジスタがオンするようになっている。フォトカプラには、この他に１個のＬＥＤのみを内蔵し、ＬＥＤ端子に流す電流の方向が１方向に制限される片極性のフォトカプラもある。なお、フォトカプラの受光素子はフォトトランジスタに限らず受光すると電気信号を出力する素子、例えばフォトダイオード等であってもよい。

このような構成において、信号源７から入力端子ＩＮ５１に所定の電圧信号が印加されると、電流Ｉonが経路８１を流れる。そのため、フォトカプラＰＣ１内のＬＥＤには電流Ｉonの一部が流れて、フォトカプラＰＣ１はオンになる。同様にして、デジタル入力部６１には電流Ｉonが経路８２を流れて、この６１内のフォトカプラもオンになる。信号源７の電圧が所定の値より低くなると、これらのフォトカプラはオフになる。デジタル入力部５２，６２には信号が印加されていないので、内部のフォトカプラはオフになる。

図５に制御側モジュール５および待機側モジュール６の端子の配置図および配線図の一例を示す。図５（Ａ）は端子の配置図である。上側に入力端子が配置され、一番下にコモン端子が配置されている。

図５（Ｂ）は配線図の一例である。制御側モジュール９１と待機側モジュール９２の対応する端子は接続され、これらの端子には信号入力線が接続されている。９１１，９２１はコネクタであり、コネクタ９２１は斜めに挿入されていることを表している。

特開２００２−３１９８５０号公報

しかし、このような２重化された多点デジタル入力回路では、コモンの接続が不完全であると、本来オフであるべきフォトカプラがオンになってしまうという課題があった。このことを図６を用いて説明する。

図６は、待機側モジュール６のコモン端子ＣＯＭ６が接続不良になっており、接続されていない状態を表したものである。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。この場合、一点鎖線８３の閉回路が形成され、信号源７から異常電流Ｉillが経路８３に流れる。

そのため、本来オフであるべきデジタル入力部５２のフォトカプラはオンになってしまう。特に、図５に示すようにコモン端子が端に配置されている端子構成では、図５のコネクタ９２１のように斜めに挿入されるとコモン端子が接触不良になる確率が高くなる。

この異常電流Ｉillは電流Ｉonによって内部のフォトカプラがオンになっているデジタル入力部の入力端子から流入する。そのため、オンになっているデジタル入力部が複数個あると、入力電流を制限する抵抗Ｒ１が並列に接続されてその合成抵抗が低くなる。そのため、異常電流Ｉillの値が大きくなって、本来オフであるべきデジタル入力部にかかる電圧が過大になり、異常が発生しやすくなるという課題もあった。

従って本発明が解決しようとする課題は、コネクタが斜めに挿入されてコモン端子の接触状態が不良になっても、異常電流が流れて本来オフであるべきフォトカプラがオンになることがない多点デジタル入力回路および２重化された多点デジタル入力回路を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
入力信号が印加される入力端子にその一端が接続された抵抗と、この抵抗の他端と共通電位点間にそのＬＥＤ端子が接続されたフォトカプラとから構成されるデジタル入力部を少なくとも２つ具備し、これらデジタル入力部の前記共通電位点を共通接続した多点デジタル入力回路において、
前記入力端子と前記フォトカプラの間の経路中に配置され、前記フォトカプラをオンする前記入力信号の最小電圧より小さく、かつ前記フォトカプラをオンする入力信号の最大電圧の１／３より大きいツェナ電圧を有する双方向性ツェナダイオードを具備するようにしたものである。異常電流が流れることがない。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記双方向性ツェナダイオードは、２個のツェナダイオードを、同じ極性の端子が対向するように直列接続したものである。構成が簡単になる。

請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記フォトカプラは、互いに逆極性で並列接続された２個のＬＥＤを内蔵したものである。入力信号に双極性を持たせることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記フォトカプラは１つのＬＥＤを内蔵した片極性のフォトカプラであり、このフォトカプラのＬＥＤ端子に、前記内蔵されたＬＥＤとは逆極性で接続されたダイオードを有するようにしたものである。片極性のフォトカプラを用いることができる。

請求項５記載の発明は、
入力信号が印加される入力端子にその一端が接続された抵抗と、この抵抗の他端と共通電位点間にそのＬＥＤ端子が接続されたフォトカプラとから構成されるデジタル入力部を少なくとも２つ具備した第１のデジタル入力モジュールと、前記デジタル入力部を少なくとも２つ具備し、前記第１のデジタル入力モジュールと並列接続された第２のデジタル入力モジュールを有する２重化された多点デジタル入力回路において、
前記入力端子と前記フォトカプラの間の経路中に配置され、前記フォトカプラをオンする前記入力信号の最低電圧より小さく、かつ前記フォトカプラをオンする入力信号の最大電圧の１／３より大きいツェナ電圧を有する双方向性ツェナダイオードを具備するようにしたものである。異常電流が流れることがなくなる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、
前記双方向性ツェナダイオードは、２個のツェナダイオードを、同じ極性の端子が対向するように直列接続したものである。構成が簡単になる。

請求項７記載の発明は、請求項５若しくは請求項６記載の発明において、
前記フォトカプラは、互いに逆方向で並列接続された２個のＬＥＤを内蔵したものである。入力信号に双極性を持たせることができる。

請求項８記載の発明は、請求項５若しくは請求項６記載の発明において、
前記フォトカプラは１つのＬＥＤを内蔵した片極性のフォトカプラであり、このフォトカプラのＬＥＤ端子に、前記内蔵されたＬＥＤとは逆極性で接続されたダイオードを有するようにしたものである。片極性のフォトカプラを用いることができる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３および請求項４記載の発明によれば、フォトカプラを有するデジタル入力部を複数個有し、これらのデジタル入力部のコモンを共通接続した多点デジタル入力回路において、入力端子とフォトカプラの間の経路中に双方向性のツェナダイオードを配置し、このツェナダイオードのツェナ電圧を、前記フォトカプラがオンする最小電圧より小さく、かつ最大電圧の１／３より大きくするようにした。

コモンの接続が不完全であってもこの双方向性ツェナダイオードに阻止されて異常電流が流れることがないので、本来オフになるべきフォトカプラがオンになることがなくなるという効果がある。また、従来入力端子に直列に接続した電流制限抵抗のみで消費していた電力を、この抵抗と双方向性ツェナダイオードで分担することができるので、より小さい部品を使用することができ、かつ部品の温度上昇を抑えることが出来るという効果もある。

請求項５，６、７および８記載の発明によれば、フォトカプラを有するデジタル入力部を複数個内蔵したデジタル入力モジュールを２個並列接続した２重化された多点デジタル入力回路において、入力端子とフォトカプラの間の経路中に双方向性のツェナダイオードを配置し、このツェナダイオードのツェナ電圧を、前記フォトカプラがオンする最小電圧より小さく、かつ最大電圧の１／３より大きくするようにした。

コモンの接続が不完全であってもこの双方向性ツェナダイオードに阻止されて異常電流が流れることがないので、本来オフになるべきフォトカプラがオンになることがなくなるという効果がある。また、従来入力端子に直列に接続した電流制限抵抗のみで消費していた電力を、この抵抗と双方向性ツェナダイオードで分担することができるので、より小さい部品を使用することができ、かつ部品の温度上昇を抑えることが出来るという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る２重化された多点デジタル入力回路の一実施例を示す構成図である。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１において、１は制御側モジュールであり、デジタル入力部１１および１２で構成されている。デジタル入力部１１と１２のコモン（共通電位点）は共通接続され、さらにＣＯＭ１端子に接続されている。２は待機側モジュールであり、デジタル入力部２１および２２で構成されている。デジタル入力部２１と２２のコモンは共通接続され、さらにＣＯＭ２端子に接続されている。

デジタル入力部１１の入力端子ＩＮ１１とデジタル入力部２１の入力端子ＩＮ２１は接続され、さらに信号源７に接続されている。入力端子ＩＮ１２とＩＮ２２、およびコモン端子ＣＯＭ１、ＣＯＭ２も相互に接続されている。すなわち、制御側モジュール１と待機側モジュール２で２重化され、かつそれらのコモンは共通接続されている。

Ｄ１は双方向性ツェナダイオードであり、その一端は入力端子ＩＮ１１に接続され、他端は抵抗Ｒ１に接続されている。すなわち、図４従来例のデジタル入力部５１において、入力端子ＩＮ５１と抵抗Ｒ１との間に双方向性ツェナダイオードＤ１を挿入したものである。なお、デジタル入力部１２，２１，２２も同様構成であり、各々の入力端子と抵抗Ｒ１との間に双方向性ツェナダイオードを挿入する。

双方向性ツェナダイオードは２つのツェナダイオードを、極性を逆にして直列接続したものであり、どちらの方向に電流を流しても所定の電圧降下が発生する。図１実施例では２つのツェナダイオードのカソード同士を接続しているが、アノード同士を接続するようにしてもよい。この双方向ツェナダイオードＤ１のツェナ電圧は、フォトカプラＰＣ１をオンにする最小電圧より低く、かつ最大電圧の１／３より高い値に設定する。

次に、この実施例の動作を説明する。図１は制御側モジュール１のコモン端子ＣＯＭ１と待機側モジュール２のコモン端子ＣＯＭ２が正しく結線されている場合の動作を表している。入力端子ＩＮ１１には信号源７が接続されているので、経路３１を電流Ｉonが流れ、フォトカプラＰＣ１がオンになる。双方向性ツェナダイオードＤ１で電圧降下が発生するが、そのツェナ電圧は入力信号の最小値より低く設定されているので、電流Ｉonが流れる障害になることはない。

同様に、入力端子ＩＮＩ２１にも信号源７が接続されているので、経路３２を電流Ｉonが流れて、待機側モジュール２のデジタル入力部２１内のフォトカプラがオンになる。入力端子ＩＮ１２とＩＮ２２には信号源７が接続されていないので、デジタル入力部１２と２２内のフォトカプラはオフになる。

図２に待機側モジュール２のコモン端子ＣＯＭ２が結線されていない場合の動作を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。入力端子ＩＮ１１には信号源７が接続されているので、図１と同様に経路３１を電流Ｉonが流れ、デジタル入力部１１内のフォトカプラＰＣ１はオンになる。

また、図６の経路８３と同様に、デジタル入力部２１，２２、１２を経由して電流が流れる経路３３が考えられる。しかし、この経路には、デジタル入力部２１，２２，１２内の双方向性ツェナダイオードが挿入される。すなわち、この経路３３には３個の双方向性ツェナダイオードが直列に配置される。

前述したように、これらの双方向性ツェナダイオードのツェナ電圧は、入力信号の最大電圧の１／３以上になるように選択されている。そのため、経路３３に電流が流れることはなく、デジタル入力部１２内のフォトカプラはオフになる。

図３に本発明の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図３において、３はデジタル入力部３１および３２が内蔵された制御側モジュール、４はデジタル入力部４１，４２が内蔵された待機側モジュールである。これらのモジュール３，４の入力端子およびコモン端子の各々は互いに接続されており、２重化装置を構成している。

ＰＣ２は一方向にのみ電流が流れる片極性のフォトカプラであり、Ｄ２はこのフォトカプラ内のＬＥＤに並列に、かつこのＬＥＤとは逆極性に接続されたダイオードである。デジタル入力部３２、４１，４２内のフォトカプラも、片極性のフォトカプラＰＣ２およびこのフォトカプラ内のＬＥＤに並列に接続されたダイオードＤ２で構成される。

図１の双方向性フォトカプラＰＣ１を用いたデジタル入力部１１，１２，２１，２２は、入力信号の極性が逆であってもフォトカプラＰＣ１がオンになるのに対して、図３の片極性フォトカプラＰＣ２を用いたデジタル入力部３１，３２，４１，４２は逆極性の入力信号が入力されるとフォトカプラＰＣ２はオンにならない。ダイオードＤ２は逆極性の入力信号が入力されたときに、フォトカプラＰＣ２を保護する役割を果たしている。

この実施例の場合でもデジタル入力部３１，３２，４１，４２の入力端子と抵抗Ｒ１の間に双方向性ツェナダイオードＤ１が挿入されているので、待機側モジュール４のコモン端子ＣＯＭ２の接続が不良であっても、図２の８３の経路で電流が流れることはなく、従ってデジタル入力部３２内のフォトカプラがオンになることはない。

なお、これらの実施例では制御側モジュール、待機側モジュール内のデジタル入力部の数を２としたが、３以上であってもよい。この場合双方向性ツェナダイオードＤ１が並列に接続されるが動作は同じであり、経路３３を電流が流れることはない。

また、双方向性ツェナダイオードＤ１によって電圧降下が発生するために、双方向性ツェナダイオードＤ１を挿入しない場合と動作条件が異なるが、その電圧降下を計算に入れて抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を決定するようにすればよい。さらに、「抵抗Ｒ１」、「双方向性ツェナダイオードＤ１」、「抵抗Ｒ２とフォトカプラＰＣ１」の３つについて位置を入れ替えてもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明の一実施例の異常時の動作を説明するための構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 従来の２重化装置の構成図である。 端子の配置図と接続を示す図である。 従来の２重化装置の異常時の動作を説明するための構成図である。

符号の説明

１，３ 制御側モジュール
２，４ 待機側モジュール
１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２ デジタル入力部
３１，３２，３３ 電流の経路
Ｄ１ 双方向性ツェナダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
ＰＣ１，ＰＣ２ フォトカプラ
ＩＮ１１，ＩＮ１２，ＩＮ２１，ＩＮ２２ 入力端子
ＩＮ３１，ＩＮ３２，ＩＮ４１，ＩＮ４２ 入力端子
ＣＯＭ１，ＣＯＭ２、ＣＯＭ３，ＣＯＭ４ コモン端子
Ｉon，Ｉill 電流

Claims (8)

1. 入力信号が印加される入力端子にその一端が接続された抵抗と、この抵抗の他端と共通電位点間にそのＬＥＤ端子が接続されたフォトカプラとから構成されるデジタル入力部を少なくとも２つ具備し、これらデジタル入力部の前記共通電位点を共通接続した多点デジタル入力回路において、
   前記入力端子と前記フォトカプラの間の経路中に配置され、前記フォトカプラをオンする前記入力信号の最小電圧より小さく、かつ前記フォトカプラをオンする入力信号の最大電圧の１／３より大きいツェナ電圧を有する双方向性ツェナダイオードを具備したことを特徴とする多点デジタル入力回路。
2. 前記双方向性ツェナダイオードは、２個のツェナダイオードを、同じ極性の端子が対向するように直列接続したものであることを特徴とする請求項１記載の多点デジタル入力回路。
3. 前記フォトカプラは、互いに逆極性で並列接続された２個のＬＥＤを内蔵したものであることを特徴とする請求項１若しくは２記載の多点デジタル入力回路。
4. 前記フォトカプラは１つのＬＥＤを内蔵した片極性のフォトカプラであり、このフォトカプラのＬＥＤ端子に、前記内蔵されたＬＥＤとは逆極性で接続されたダイオードを有することを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の多点デジタル入力回路。
5. 入力信号が印加される入力端子にその一端が接続された抵抗と、この抵抗の他端と共通電位点間にそのＬＥＤ端子が接続されたフォトカプラとから構成されるデジタル入力部を少なくとも２つ具備した第１のデジタル入力モジュールと、前記デジタル入力部を少なくとも２つ具備し、前記第１のデジタル入力モジュールと並列接続された第２のデジタル入力モジュールを有する２重化された多点デジタル入力回路において、
   前記入力端子と前記フォトカプラの間の経路中に配置され、前記フォトカプラをオンする前記入力信号の最低電圧より小さく、かつ前記フォトカプラをオンする入力信号の最大電圧の１／３より大きいツェナ電圧を有する双方向性ツェナダイオードを具備したことを特徴とする２重化された多点デジタル入力回路。
6. 前記双方向性ツェナダイオードは、２個のツェナダイオードを、同じ極性の端子が対向するように直列接続したものであることを特徴とする請求項５記載の２重化された多点デジタル入力回路。
7. 前記フォトカプラは、互いに逆方向で並列接続された２個のＬＥＤを内蔵していることを特徴とする請求項５若しくは６記載の２重化された多点デジタル入力回路。
8. 前記フォトカプラは１つのＬＥＤを内蔵した片極性のフォトカプラであり、このフォトカプラのＬＥＤ端子に、前記内蔵されたＬＥＤとは逆極性で接続されたダイオードを有することを特徴とする請求項５若しくは請求項６記載の２重化された多点デジタル入力回路。
   

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