JP2008304203A - Analog input module and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度センサやその他のセンサなどからのアナログ信号が入力されるアナログ入力モジュールおよびそれを備える機器に関する。 The present invention relates to an analog input module to which an analog signal from a temperature sensor, other sensors, or the like is input, and a device including the analog input module.
従来、温度を検出する熱電対や測温抵抗体などのセンサに加えて、圧力や流量といった他の物理量を検出する電流出力や電圧出力のセンサを接続できるようにしたアナログ入力回路がある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来のアナログ入力回路では、同じ3端子であるにも拘らず、電圧レベルが相違するために、3線式の測温抵抗体およびポテンショメータを選択的に接続できるようにしたものがない。 However, in the conventional analog input circuit, although the same three terminals are used, the voltage level is different, so that there is no one that can selectively connect a three-wire temperature measuring resistor and a potentiometer.
更に、アプリケーションによっては、3線式の測温抵抗体よりも高精度な温度検出が可能な4線式の測温抵抗体を接続できるようにすることが望まれる。 Furthermore, depending on the application, it is desirable to be able to connect a 4-wire resistance thermometer capable of detecting temperature with higher accuracy than a 3-wire resistance thermometer.
本発明は、以上のような点に鑑みて為されたものであって、熱電対、3線式または4線式の測温抵抗体、電流出力、電圧出力のセンサに加えてポテンショメータを接続可能としたアナログ入力モジュールおよびそれを備える機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can be connected to a potentiometer in addition to a thermocouple, three-wire or four-wire temperature measuring resistor, current output, and voltage output sensor. It is an object of the present invention to provide an analog input module and a device including the analog input module.
(1)本発明のアナログ入力モジュールは、熱電対、3線式または4線式の測温抵抗体、電流出力または電圧出力のいずれかによるセンサが選択的に接続される4つの入力端子を備え、前記センサからのアナログ入力をデジタル信号に変換するアナログ入力モジュールであって、前記センサとして、ポテンショメータを前記入力端子に選択的に接続可能とし、前記入力端子に、3線式の前記測温抵抗体が接続されているか、前記ポテンショメータが接続されているかに応じて、対応する入力処理を行なうようにしている。 (1) The analog input module of the present invention includes four input terminals to which a thermocouple, a three-wire type or a four-wire type resistance temperature detector, and a sensor based on any one of a current output and a voltage output are selectively connected. An analog input module for converting an analog input from the sensor into a digital signal, wherein the potentiometer can be selectively connected to the input terminal as the sensor, and the three-wire temperature measuring resistor is connected to the input terminal. Depending on whether a body is connected or the potentiometer is connected, a corresponding input process is performed.
本発明のアナログ入力モジュールによると、3線式の測温抵抗体が接続されたか、あるいは、ポテンショメータが接続されたかに応じて、対応する入力処理を行なうので、同じ3端子の3線式の測温抵抗体またはポテンショメータを選択的に接続することが可能となり、更に、温度検出に高い精度が要求される場合には、4線式の測温抵抗体を接続することも可能である。 According to the analog input module of the present invention, since the corresponding input processing is performed depending on whether a three-wire resistance thermometer is connected or a potentiometer is connected, the same three-terminal three-wire measurement is performed. It is possible to selectively connect a temperature resistor or a potentiometer. Further, when high accuracy is required for temperature detection, it is also possible to connect a four-wire temperature measuring resistor.
(2)本発明のアナログ入力モジュールの他の実施形態では、前記4つの入力端子を、複数組備えている。 (2) In another embodiment of the analog input module of the present invention, a plurality of sets of the four input terminals are provided.
この実施形態によると、各種のセンサを接続するための4つの入力端子を、複数組備えているので、異なる種類の複数のセンサを接続することが可能である。 According to this embodiment, since a plurality of sets of four input terminals for connecting various sensors are provided, a plurality of different types of sensors can be connected.
(3)本発明の機器は、上記(1)または(2)のアナログ入力モジュールを備え、前記デジルタ信号を、プログラマブルコントローラを構成するCPUユニットに送出するものである。 (3) A device according to the present invention includes the analog input module according to (1) or (2), and sends the digital signal to a CPU unit constituting a programmable controller.
本発明によると、プログラマブルコントローラを構成するアナログ入力ユニットとして好適である。 According to this invention, it is suitable as an analog input unit which comprises a programmable controller.
(4)本発明の機器は、上記(1)または(2)のアナログ入力モジュールを備え、前記アナログ入力モジュールからの前記熱電対または前記測温抵抗体による検出温度と、目標温度とに基づいて、前記検出温度が前記目標温度になるように制御出力を与えるものである。 (4) The device of the present invention includes the analog input module according to (1) or (2), and is based on a temperature detected by the thermocouple or the resistance temperature detector from the analog input module and a target temperature. The control output is given so that the detected temperature becomes the target temperature.
本発明によると、温度調節器として好適である。 According to the present invention, it is suitable as a temperature controller.
本発明によれば、3線式の測温抵抗体またはポテンショメータを選択的に接続することが可能となり、更に、温度検出に高い精度が要求される場合には、4線式の測温抵抗体を接続することも可能である。 According to the present invention, it becomes possible to selectively connect a three-wire resistance thermometer or a potentiometer, and when high accuracy is required for temperature detection, a four-wire resistance thermometer Can also be connected.
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1および図2は、本発明の一つの実施の形態に係るアナログ入力モジュールを備える機器としてのアナログ入力ユニットを示す正面図および側面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 and FIG. 2 are a front view and a side view showing an analog input unit as a device including an analog input module according to one embodiment of the present invention.
このアナログ入力ユニット1は、図示しないCPUユニット、出力ユニット、電源ユニットなど共にPLC(プログラマブルコントローラ)を構成するものであり、図 3の概略構成図に示すように、本発明に係るアナログ入力モジュール2と、CPU3と、カスタムIC4と、バスコネクタ5とを備えている。
This
このアナログ入力ユニット1の正面には、図1および図2に示すように、アナログ入力モジュール2の端子台6が装備されており、背面には、図2に示すように、他のユニットとの接続用のコネクタ部7が装備されている。
アナログ入力モジュールは、基板に電子部品およびコネクタが実装されるとともに、端子台が装備されてモジュール基板として構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The analog input module is configured as a module board with electronic parts and connectors mounted on a board and a terminal block.
端子台6の複数の端子は、図1に示すように、左右2列の配列となっており、右側のA列に11個の端子が、左側のB列に10個の端子が装備されており、各種のセンサが接続される。
As shown in FIG. 1, the plurality of terminals of the
図4は、この端子台6の各端子と各種のセンサとの接続関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a connection relationship between each terminal of the
この実施形態では、各種のセンサを接続するための4つの端子を4組備えた4チャンネル(CH)の構成となっており、右側のA列の4つの端子A2〜A5が、チャンネル1(入力1)の第1〜第4の端子1−A〜1−Dとなり、左側のB列の4つの端子B2〜B5が、チャンネル2(入力2)の第1〜第4の端子2−A〜2−Dとなり、右側のA列の4つの端子A6〜A9が、チャンネル3(入力3)の第1〜第4の端子3−A〜3−Dとなり、左側のB列の4つの端子B6〜B9が、チャンネル4(入力4)の第1〜第4の端子4−A〜4−Dとなる。 In this embodiment, it has a 4-channel (CH) configuration with four sets of four terminals for connecting various sensors, and the four terminals A2 to A5 in the right A row are connected to channel 1 (input). 1) to the first to fourth terminals 1-A to 1-D, and the four terminals B2 to B5 in the left B row are the first to fourth terminals 2-A to 2 of the channel 2 (input 2). 2-D, the four terminals A6 to A9 in the right A column become the first to fourth terminals 3-A to 3-D of the channel 3 (input 3), and the four terminals B6 in the left B column To B9 are the first to fourth terminals 4-A to 4-D of the channel 4 (input 4).
各チャンネルの4つの第1〜第4の端子1−A〜1−D、2−A〜2−D、3−A〜3−D、4−A〜4−Dには、後述のように、3線式の測温抵抗体8、4線式の測温抵抗体9、熱電対10、直流電流を出力する電流出力センサ11、直流電圧を出力する電圧出力センサ12、ポテンショメータ13のいずれかを選択的に接続可能である。
The four first to fourth terminals 1-A to 1-D, 2-A to 2-D, 3-A to 3-D, and 4-A to 4-D of each channel are as described later. One of a three-wire
なお、上端側の端子A1,B1および下端側の端子A10,B10は、冷接点補償用の感温素子がそれぞれ接続される端子CJ2+,CJ2−,CJ1+,CJ1−となっている。 The upper end side terminals A1 and B1 and the lower end side terminals A10 and B10 are terminals CJ2 +, CJ2-, CJ1 +, CJ1- to which temperature sensing elements for cold junction compensation are respectively connected.
このように4チャンネルの入力が可能な構成であるので、例えば、図5に示すように、入力1(1CH)〜入力4(4CH)の各入力毎に、異なるセンサ、例えば、入力1には熱電対10を、入力2にはポテンショメータ13を、入力3には3線式または4線式の測温抵抗体8,9を、入力4には電流出力センサ11を、それぞれ接続することも可能である。
Since the input of 4 channels is possible in this way, for example, as shown in FIG. 5, a different sensor, for example,
図6は、アナログ入力モジュール2の概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the
この実施形態のアナログ入力モジュール2は、上述の図3のCPU3に接続するためのコネクタ14と、各チャンネルを切り替えるチャンネル切り替え回路15と、当該モジュールが、アナログ入力モジュールであるか、あるいは、他のモジュールであるかを認識するためのモジュール認識回路22と、各チャンネルに対応する入力処理部16とを備えている。各チャンネル(CH1〜CH4)の入力処理部16は、各種センサからの入力が与えられる入力回路17と、この入力回路17からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ18と、絶縁回路19とを備えており、絶縁回路19は、電源回路20および定電圧回路21を有している。
The
図7は、図6の入力処理部16の要部の回路図であり、一つのチャンネルの構成を代表的に示している。
FIG. 7 is a circuit diagram of a main part of the
この入力処理部16は、上述のA/Dコンバータ18を構成するA/Dコンバータ23およびA/Dコンバータ24を備えている。
The
A/Dコンバータ23は、接続されるセンサの種別に対応するスイッチ切替信号を出力して、第1,第2のアナログスイッチ25,26の切替えを制御するとともに、光MOSFET27のオンオフを制御し、入力される各種センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換してカプラ28を介して上述のCPU3に送出する一方、CPU3からの入力に応じて、上述のスイッチ切替信号や第1,第2の電流源29,30などの各部の制御を行なう。
The A /
A/Dコンバータ24は、熱電対10による温度検出の際の冷接点補償用の感温素子31からのアナログ入力をデジタル信号に変換してカプラ28を介してCPU3に送出する。
The A /
次に、各種のセンサが接続された各場合について、チャンネル1を例にとって説明する。
Next, each case where various sensors are connected will be described by taking
(a)4線式の測温抵抗体
4線式の測温抵抗体9を、図8に示すように、第1〜第4の端子1−A〜1−Dに接続し、センサの種別を、ユーザが、図示しないCPUユニットに対して設定入力し、CPUユニットから当該アナログ入力ユニット1に対して4線式の測温抵抗体9が接続されたことを示すデータが入力されることになる。
(A) 4-wire RTD As shown in FIG. 8, the 4-
これによって、A/Dコンバータ23の出力端子PSWからハイレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、第1のアナログスイッチ25の切替接点が第1の電流源29側に切り替わり、第2のアナログスイッチ26の切替接点がオープン側となり、更に、光MOSFET27がオンする。
As a result, a high-level switch switching signal is output from the output terminal PSW of the A /
これによって、第1の電流源29からの電流が、第1のアナログスイッチ25を介して測温抵抗体9、光MOSFET27および基準電圧検出抵抗32を介してグランドに流れる。
As a result, the current from the first
測温抵抗体9による電圧を、A/Dコンバータ23のアナログ入力端子AIN2+,AIN2−で取り込むとともに、基準電圧を、基準電圧入力端子REFIN2+,REFIN2−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ27を介して上述のCPU3に与え、CPU3によって計測処理等が行われる。
The voltage from the
なお、第2の端子1−Bには、二つのダイオード33,34が順方向に接続されているが、順方向電圧の和が大きいために、第1の電流源29からの電流が流れるのを阻止することができる。
Note that the two
(b)3線式の測温抵抗体
3線式の測温抵抗体8を、図9に示すように、第1,第3,第4の端子1−A,1−C,1−Dに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
(B) Three-wire RTD As shown in FIG. 9, the three-
これによって、A/Dコンバータ23の出力端子PSWからハイレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、上述の4線式の場合と同様に、第1のアナログスイッチ25の切替接点が第1の電流源29側の切り替わり、第2のアナログスイッチ26の切替接点がオープン側となり、更に、光MOSFET27がオンする。
As a result, a high-level switch switching signal is output from the output terminal PSW of the A /
この3線式の測温抵抗体8では、第3,第4の端子1−C,1−Dに接続されている導線抵抗の影響をキャンセルするために、第1の電流源29からの電流を、アナログスイッチ25、測温抵抗体8、光MOSFET27および基準電圧検出抵抗32を介してグランドに流す一方、第2の電流源30からの電流を、導線、光MOSFET27および基準電圧検出抵抗32を介してグランドに流す。
In the three-
測温抵抗体8による電圧を、A/Dコンバータ23のアナログ入力端子AIN1+,AIN1−で取り込むとともに、基準電圧を、基準電圧入力端子REFIN2+,REFIN2−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ28を介してCPU3に与え、CPU3によって計測処理等が行われる。
The voltage from the
このCPU3による計測処理は、後述のように、3線式の測温抵抗体8に対応した処理である。
The measurement process by the
(c)ポテンショメータ
ポテンショメータ13を、図10に示すように、第1,第3,第4第の端子1−A,1−C,1−Dに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
(C) Potentiometer As shown in FIG. 10, the
これによって、A/Dコンバータ23の出力端子PSWからハイレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、上述の3線式の測温抵抗体8の場合と同様に、第1のアナログスイッチ25の切替接点が第1の電流源29側へ切り替わり、第2のアナログスイッチ26の切替接点がオープン側となり、更に、光MOSFET27がオンする。
As a result, a high-level switch switching signal is output from the output terminal PSW of the A /
第1の電流源29からの電流を、アナログスイッチ25、ポテンショメータ13、光MOSFET27および基準電圧検出抵抗32を介してグランドに流す一方、第2の電流源30からの電流を、ポテンショメータ13、光MOSFET27および基準電圧検出抵抗32を介してグランドに流す。
The current from the first
ポテンショメータ13による電圧を、A/Dコンバータ23のアナログ入力端子AIN1+,AIN1−で取り込むとともに、基準電圧を、基準電圧入力端子REFIN2+,REFIN2−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ28を介してCPU3に与え、CPU3によって計測処理等が行われる。
The voltage from the
このポテンショメータ13は、上述の3線式の測温抵抗体8と同じ接続となるので、CPU3では、ポテンショメータ13が接続されているか、3線式の測温抵抗体8が接続されているかに応じて、対応する計測処理を行なうようにしている。
Since the
図11 は、このCPU3による計測処理を説明するためのフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart for explaining measurement processing by the
先ず、ユーザの入力種別の設定に応じて、ポテンショメータ13であるのか、3線式の測温抵抗体8であるのかを判断し(ステップn1)、ポテンショメータ13であるときには、ポテンショメータ用の入力仕様の校正値、傾き、オフセットとし(ステップn2)、その仕様で、A/Dカウント値を演算する(ステップn3)。また、ステップn1において、3線式の測温抵抗体8であるときには、3線式の測温抵抗体用の入力仕様の校正値、傾き、オフセットとし(ステップn4)、その仕様で、A/Dカウント値を演算する(ステップn5)。
First, it is determined whether it is a
このように、ポテンショメータ13および3線式の測温抵抗体8に応じた仕様で処理を行なうので、同じ入力回路を、電圧レベルの異なるポテンショメータおよび3線式の測温抵抗体に共用することができる。
As described above, since the processing is performed in accordance with the specifications according to the
(d)熱電対
熱電対10を、図12に示すように、第1,第3の端子1−A,1−Cに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
(D) Thermocouple As shown in FIG. 12, the
これによって、A/Dコンバータ23の出力端子PSWからローレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、第1のアナログスイッチ25の切替接点が電源電圧AVDD側に切り替わる。このように、電源電圧AVDDに接続するのは、熱電対10が断線したときにそれを検出できるようにするためである。
As a result, a low-level switch switching signal is output from the output terminal PSW of the A /
熱電対10に生じる電圧を、A/Dコンバータ23のアナログ入力端子AIN1+,AIN1−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ28を介してCPU3に与え、CPU3によって計測処理等が行われる。
The voltage generated in the
なお、冷接点補償は、二つの感温素子31からの入力を、A/Dコンバータ24によってデジタル信号に変換し、カプラ28を介してCPU3に与えるようにしている。
In the cold junction compensation, the input from the two
(e)電圧出力センサ
電圧出力センサ12を、図13に示すように、第3,第4の端子1−C,1−D間に接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
(E) Voltage output sensor As shown in FIG. 13, the
これによって、A/Dコンバータ23の出力端子PSWからローレベルのスイッチ切替信号が出力され、このスイッチ切替信号によって、第2のアナログスイッチ26の切替接点がオープン側からA/Dコンバータ23の入力端子側に切替わり、更に、光MOSFET27がオフする。
As a result, a low-level switch switching signal is output from the output terminal PSW of the A /
電圧出力センサ12の電圧を、電圧検出抵抗35,36を介してA/Dコンバータ23のアナログ入力端子AIN3+,AIN3−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ28を介してCPU3に与え、CPU3によって計測処理等が行われる。
The voltage of the
(f)電流出力センサ
電流出力センサ11を、図14に示すように、第2,第3の端子間1−B,1−Cに接続し、センサの種別を、ユーザが設定入力する。
(F) Current output sensor As shown in FIG. 14, the
電流出力センサ11の出力電流を、電流検出抵抗37を介してA/Dコンバータ23のアナログ入力端子AIN6+,AIN6−で取り込み、デジタル信号に変換し、カプラ28を介してCPU3に与え、CPU3によって計測処理等が行われる。
The output current of the
以上のようにして、第1〜第4の4つの端子によって、熱電対、3線式または4線式の測温抵抗体、ポテンショメータ、電流出力センサ、電圧出力センサおよびポテンショメータのいずれの入力も取り込むことが可能となる。 As described above, any of the inputs of the thermocouple, the 3-wire type or the 4-wire type resistance temperature detector, the potentiometer, the current output sensor, the voltage output sensor, and the potentiometer is taken in by the first to fourth terminals. It becomes possible.
(その他の実施の形態)
上述の実施形態では、プログラマブルコントローラを構成するアナログ入力ユニットに適用して説明したけれども、本発明は、アナログ入力ユニットに限らず、他の機器、例えば、温度調節器のアナログ入力部に、本発明のアナログ入力モジュールを用いてもよい。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the analog input unit that constitutes the programmable controller. However, the present invention is not limited to the analog input unit, and the present invention is not limited to the analog input unit of the temperature controller. The analog input module may be used.
本発明は、プログラマブルコントローラを構成するアナログ入力ユニットなどに有用である。 The present invention is useful for an analog input unit constituting a programmable controller.
1 アナログ入力ユニット
2 アナログ入力モジュール
6 端子台
8 3線式測温抵抗体
9 4線式測温抵抗体
10 熱電対
11 電流出力センサ
12 電圧出力センサ
13 ポテンショメータ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記センサとして、ポテンショメータを前記入力端子に選択的に接続可能とし、前記入力端子に、3線式の前記測温抵抗体が接続されているか、前記ポテンショメータが接続されているかに応じて、対応する入力処理を行なうことを特徴とするアナログ入力モジュール。 It has four input terminals to which a thermocouple, a three-wire type or a four-wire type resistance temperature detector, a sensor with either current output or voltage output is selectively connected, and the analog input from the sensor is converted into a digital signal An analog input module to convert,
As the sensor, a potentiometer can be selectively connected to the input terminal, and the input terminal corresponds to whether the three-wire resistance thermometer or the potentiometer is connected to the input terminal. An analog input module that performs input processing.
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