JP2006079501A

JP2006079501A - プロセス制御用信号変換器

Info

Publication number: JP2006079501A
Application number: JP2004265097A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Hayashi; 雅敏林
Original assignee: Shimadzu System Solutions Co Ltd
Current assignee: Shimadzu System Solutions Co Ltd
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】信号変換器と制御対象である外部機器との間の信号線の断線のみならず、機器自体の調整不良等の不具合による異常を確実に検知してユーザに報知する。
【解決手段】所定の電流信号を出力した後（Ｓ１）外部機器を通り戻ってきた帰還電流を抵抗により電圧に変換し、その電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換してＣＰＵに読み込む（Ｓ２）。ＣＰＵはその電圧Ｖ１が基準電圧値メモリに保持された出力電流に対応した基準電圧値と対する許容範囲に入っているか否かを判定し（Ｓ３）、その範囲を逸脱している場合にはさらに電圧Ｖ１が所定値以下であるか否かを判定する（Ｓ６）。それら判定によって、正常、断線による異常、断線以外の出力異常を判断し（Ｓ４、Ｓ７、Ｓ８）、異常である場合に警報部により報知する（Ｓ９、Ｓ１０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロセス制御に利用される信号変換器に関し、更に詳しくは、その出力がアナログ電流信号である信号変換器に関する。

工場や発電設備、プラント等のプロセス制御システムでは、電圧、電流、熱電対、測温抵抗体などを入力として、アナログ電圧又はアナログ電流を出力とする信号変換器が広く利用されている。プロセス制御における標準的な信号出力のレベルは、電流信号ではＤＣ４〜２０ｍＡ、電圧信号ではＤＣ１〜５Ｖにほぼ統一されている。特に、信号変換器とその制御対象の外部機器（例えばメータやバルブ、ポンプ、モータなど）との距離が比較的離れている場合には、エネルギーの減衰が少なくノイズの影響を受けにくい電流出力が利用されることが多い。

こうした信号変換器により外部機器を制御・駆動する回路系において、従来、信号変換器と外部機器とを接続する電流信号線の断線異常を検知するものとして特許文献１に記載の装置が知られている。この装置では、外部機器に供給する電流信号を流すライン上に抵抗を設け、ＣＰＵがこの抵抗の両端に発生する電圧を監視する。外部機器に問題なく電流が流れているときに抵抗の両端にはその電流値と抵抗値とで決まる所定の電圧が発生するが、何らかの原因で外部機器への信号線が切れると抵抗の両端の電圧はゼロになる。そこで、ＣＰＵは監視している電圧値が所定値以下になったときに異常があったと判断する。

特許文献１では上記回路系でのトラブルとして断線が想定されているが、実際には断線以外にも様々なトラブル、例えば信号変換器の不具合や調整不良、或いは外部機器の不具合などが発生し得る。こうした不具合の場合、信号変換器からの出力電流が遮断されるとは限らないため、上記従来の技術では異常であることを検知できないことがあった。

特開平６−１６５２６０号公報（段落０００４〜０００８及び図２）

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、信号線の断線以外の機器自体の故障や調整不良などの不具合を確実に検知してユーザ（操作者、作業者など）に知らせることができるプロセス制御用信号変換器を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、電圧、電流、抵抗、熱電対、測温抵抗体等、各種形態の信号を入力とし電流信号を出力するプロセス制御用の信号変換器において、
a)電流信号出力に対し外部機器を通り戻って来た帰還電流を電圧値に変換する電流／電圧変換手段と、
b)出力した電流信号に対応した電圧値を基準電圧値として記憶しておく記憶手段と、
c)前記電流／電圧変換手段により得られた電圧実測値を読み込んで前記記憶手段に記憶してある基準電圧値と比較し、電圧実測値が基準電圧値に対して設定される許容範囲を逸脱している場合に異常状態であると判定する異常検知手段と、
d)異常状態と判定されたときに異常報知を行う警報手段と、
を備えることを特徴としている。

また本発明に係るプロセス制御用信号変換器の好ましい一実施態様として、前記異常検知手段は、前記電圧実測値が前記許容範囲を逸脱していて異常状態であると判定したときに、さらに該電圧実測値が該許容範囲よりも低い所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下である場合に断線異常、他方、該所定値を超えている場合に断線以外の出力異常であると判断する構成とするとよい。

本発明に係るプロセス制御用信号変換器では、外部機器を駆動若しくは制御するため、又は外部機器に何らかの情報を伝達するために所定の電流値の電流信号を出力するとき、その電流信号に対応した電圧値が基準電圧値として記憶手段に記憶される。一方、電流／電圧変換手段は、外部機器を通り戻って来た帰還電流を電圧信号に変換し、異常検知手段はその電圧実測値を読み込む。その後、この電圧実測値と記憶手段に記憶してある基準電圧値とを比較し、電圧実測値が基準電圧値に対して設定されている許容範囲を外れている場合には、流れるべき適切な電流値が外部機器に流れていない異常状態であると判断する。そして警報手段は、異常検知手段により異常状態と判定されたときに異常報知を行うことによって、ユーザの注意を喚起する。

したがって、本発明に係るプロセス制御用信号変換器によれば、信号変換器と外部機器との間の信号線の断線による異常を検知することができるのみならず、例えば、信号変換器自体の不具合や調整不良による出力異常も確実に検知することができる。また、信号変換器から出力される電流ではなく外部機器を通って戻って来た帰還電流に基づいて異常の有無を判断しているので、例えば外部機器の不具合等によって出力電流は流れるものの帰還電流が適切に戻って来ないような場合に、これを異常として確実に検知することができる。それによって、ユーザは信号変換器と外部機器とを含む回路系の異常を迅速に認識でき、修理や再調整を行う等、適切な処置を採ることができる。

なお、電圧実測値を判定するために基準電圧値に対して設定される許容範囲は、使用条件（例えば信号変換器と外部機器との間を接続する信号線の長さなど）等を考慮して予め適宜の値に定めておくとよい。

また、上記好ましい一実施態様の構成によれば、電圧実測値が許容範囲を逸脱しているか否かを判定することにより正常であるか異常であるかの判断を下すだけでなく、電圧実測値が殆どゼロとみなし得るような所定値以下であるか否かを判定することで、その異常が断線によるものか或いはそれ以外のものであるのかも判断することができる。そして、その異常の種類の判断結果を識別可能であるように警報手段が異常報知を行えば、ユーザはその異常の箇所を特定し易くなるので、適切な処置を一層迅速に採ることができる。

以下、本発明の一実施例であるプロセス制御用信号変換器について、図面を参照して説明する。図１は本実施例の信号変換器の要部の概略構成図、図２はこの信号変換器における異常検知処理の動作を示すフローチャートである。

本実施例の信号変換器１は供給信号線１２を通してメータ、電磁バルブ、ポンプ、モータ等の外部機器１０に電流信号を供給し、外部機器１０を通った電流は帰還信号線１３を通して信号変換器１に戻って来る。電流信号は外部機器１０内で負荷抵抗１１を通過し、その際に例えばメータの指針を移動させたり電磁バルブを開閉したりするといった仕事を行う。出力される電流信号は、プロセス制御における標準的な範囲であるＤＣ４〜２０ｍＡに設定される。

信号変換器１は、制御や演算処理を司るＣＰＵ２と、ＣＰＵ２から出力されるデジタル電圧値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器３と、アナログ電圧をアナログ電流に変換するＶ／Ｉ変換器５、及び帰還信号線１３を経て戻って来る帰還電流の負荷となってその電流に応じた電圧を発生する抵抗６を含む電圧／電流変換回路４と、抵抗６の両端電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器７と、ＣＰＵ２からの駆動信号により駆動されて警報を音、表示、又はその両方として出力する警報部８と、を備える。

上記構成を有する信号変換器１の特徴である異常検知処理について、図２を参照して説明する。
異常検知処理が開始されると、ＣＰＵ２は出力電流の上限値（２０ｍＡ）の５０％（ここでの％は上限値２０ｍＡを１００％、下限値４ｍＡを０％として規定する）となる１２ｍＡの出力電流が得られるようなデジタル値をＤ／Ａ変換器３に出力する。このデジタル値はＤ／Ａ変換器３、Ｖ／Ｉ変換器５を通して上記電流値の電流信号に変換されて信号変換器１から供給信号線１２に出力される（ステップＳ１）。同時にＣＰＵ２はそのときの出力電流に対応した電圧値（以下５０％値という）を内部の基準電圧値メモリ２ａに保持しておく。

出力された電流信号は外部機器１０内の抵抗１１を通り帰還信号線１３を経て戻って来るから、抵抗６の両端には帰還電流によって電圧Ｖ１が発生する筈である。そこで、ＣＰＵ２はこの電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換器７によりデジタル化して実測電圧値として読み込む（ステップＳ２）。その後、ＣＰＵ２は基準電圧値メモリ２ａに保持されている５０％値に適宜の許容値α（例えば５％）を見込んだ許容範囲５０％±αを設定し、電圧Ｖ１がその許容範囲に入っているか否かを判定する（ステップＳ３）。ここでαはそのときの供給信号線１２及び帰還信号線１３の長さ、周囲環境、外部機器の種類などに応じて誤差や信号の変動を予め見込んで、適宜に決めておけばよい。

ステップＳ３で電圧Ｖ１が許容範囲に入っていると判定された場合には、正常であると判断して（ステップＳ４）処理を終了する。他方、電圧Ｖ１が許容範囲を逸脱していると判定された場合には、まず異常であると判断し（ステップＳ５）、次に電圧Ｖ１が−１２．５％（２ｍＡ）に相当する電圧値以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。電圧Ｖ１が２ｍＡに相当する電圧値以下であると判定された場合には、断線であると判断し（ステップＳ７）、警報部８を駆動して断線であることを示す警報を出力する（ステップＳ９）。他方、電圧Ｖ１が２ｍＡに相当する電圧値を超えていると判定された場合には、断線であるとは考えにくいので、断線以外の出力異常であると判断し（ステップＳ８）、警報部８を駆動して断線以外の出力異常であることを示す警報を出力する（ステップＳ１０）。

以上のようにして、本実施例の信号変換器では、任意の時点で断線を含む出力電流信号の異常の有無を容易に検知することができ、異常が有る場合に、断線による異常とそうでない異常とを区別してユーザに知らせることができる。

なお、上記構成において、Ｄ／Ａ変換器３は高精度の電流信号を供給するために高い変換精度（分解能）が要求されるが、Ａ／Ｄ変換器７は正常／異常の判断のために用いられるものであるから低い分解能で十分である。もちろん、こうしたＡ／Ｄ変換器７による変換誤差も上記許容値αで見込んでおけばよい。また、アナログ入力信号（電流又は電圧）をデジタル値に変換して処理するために多チャンネルのＡ／Ｄ変換器を搭載しているような信号変換器では、その多チャンネルのＡ／Ｄ変換器のうちの１チャンネルを上記Ａ／Ｄ変換器７として使用するようにしてもよい。

さらにまた、上記実施例では、ＣＰＵ２において基準電圧値と帰還電流により抵抗６の両端に発生する電圧実測値とをデジタル値として比較・判定していたが、抵抗６の両端に発生するアナログ電圧を例えばウインドウコンパレータのような電圧範囲識別手段に導入することで、電圧実測値が基準電圧値に対する許容範囲に入っているか否かを判定する構成とすることもできる。

また、それ以外の点においても、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正、追加を行っても本願発明に包含されることは明らかである。

本発明の一実施例による信号変換器の要部の概略構成図。本実施例の信号変換器における異常検知処理の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１…信号変換器
２…ＣＰＵ
２ａ…基準電圧値メモリ
３…Ｄ／Ａ変換器
４…電圧／電流変換回路
５…Ｖ／Ｉ変換器
６…抵抗
７…Ａ／Ｄ変換器
８…警報部
１０…外部機器
１１…負荷抵抗
１２…供給信号線
１３…帰還信号線

Claims

電圧、電流、抵抗、熱電対、測温抵抗体等、各種形態の信号を入力とし電流信号を出力するプロセス制御用の信号変換器において、
a)電流信号出力に対し外部機器を通り戻って来た帰還電流を電圧値に変換する電流／電圧変換手段と、
b)出力した電流信号に対応した電圧値を基準電圧値として記憶しておく記憶手段と、
c)前記電流／電圧変換手段により得られた電圧実測値を読み込んで前記記憶手段に記憶してある基準電圧値と比較し、電圧実測値が基準電圧値に対して設定される許容範囲を逸脱している場合に異常状態であると判定する異常検知手段と、
d)異常状態と判定されたときに異常報知を行う警報手段と、
を備えることを特徴とするプロセス制御用信号変換器。
前記異常検知手段は、前記電圧実測値が前記許容範囲を逸脱していて異常状態であると判定したときに、さらに該電圧実測値が該許容範囲よりも低い所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下である場合に断線異常、他方、該所定値を超えている場合に断線以外の出力異常であると判断することを特徴とする請求項１に記載のプロセス制御用信号変換器。