JP2009100551A

JP2009100551A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2009100551A
Application number: JP2007269624A
Authority: JP
Inventors: Kimihide Aoyama; 公英青山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: JP5212887B2

Abstract

【課題】検出の信頼性を高めることができる電流検出装置を提供する。
【解決手段】電流検出装置３では、判定手段３１において２つの電流検出回路４Ａおよび電流検出回路４Ｂにより得られた検出結果を比較することで、電源１と負荷２を結ぶ電流経路の電流値が異常なのか、あるいは、電流検出回路４Ａまたは電流検出回路４Ｂに異常が発生したのかを判定することが可能となる。例えば、電流検出回路４Ａおよび電流検出回路４Ｂにおける検出結果が矛盾する場合には、電流検出回路４Ａまたは電流検出回路４Ｂに異常が発生したものと判定できる。また、矛盾がなければ、電流が正しく検出されていると判定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流の経路に挿入され、前記経路の電流を検出する電流検出装置に関する。

プロセス制御関連のシステムでは、短絡や断線などの異常を検出する電流検出装置が電流の経路中に挿入されている。電流検出装置が過電流などの異常を検出した場合、スイッチにより回路を遮断し、あるいは上位システムへ通知するなどの制御を実行することで、回路や負荷を保護するとともに、必要な処理を実行している。
特開２００６−２１１７３７号公報

しかし、電流検出装置自体において異常が発生した場合、回路の状態を検出不能となり、回路の異常等を認識できなくなる。例えば、以下のような状況を発生させる。
（１）実際は、電流値は正常であるにもかかわらず、過電流あるいは電流が流れていないと判断する状況。
（２）負荷側での短絡などによる過電流の異常が発生しているにもかかわらず、過電流を検出できず正常と判断する状況。
（３）負荷側での断線などによる軽負荷の異常が発生しているにもかかわらず、電流値を正常と判断する状況。

本発明の目的は、検出の信頼性を高めることができる電流検出装置を提供することにある。

本発明の電流検出装置は、電流の経路に挿入され、前記経路の電流を検出する電流検出装置において、電流の経路に挿入され、当該経路の電流を互いに独立して検出する第１の検出手段および第２の検出手段と、前記第１の検出手段および前記第２の検出手段による両者の検出結果に基づいて、当該回路の動作状態を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
この電流検出装置によれば、第１の検出手段および第２の検出手段による両者の検出結果に基づいて当該回路の動作状態を判定するので、電流検出装置自体の異常と電流値の異常とを切り分けて検出できるため、検出の信頼性を高めることができる。

前記第１の検出手段および前記第２の検出手段は、互いに直列に接続されてもよい。

前記第１の検出手段および前記第２の検出手段は、同一検出位置において互いに並列に接続されてもよい。

前記第１の検出手段および前記第２の検出手段への電流を選択的に与えるスイッチを備え、前記判定手段は、前記スイッチの状態に応じた判定を行ってもよい。

前記第１の検出手段および前記第２の検出手段は、前記経路に挿入される抵抗に発生する電圧に基づいて電流を検出してもよい。

本発明の電流検出装置によれば、第１の検出手段および第２の検出手段による両者の検出結果に基づいて当該回路の動作状態を判定するので、電流検出装置自体の異常と電流値の異常とを切り分けて検出できるため、検出の信頼性を高めることができる。

以下、図１〜図３を参照して、本発明による電流検出装置の実施形態について説明する。

図１（ａ）は、本発明による電流検出装置の一実施形態の構成を示すブロック図、図１（ｂ）は電流検出回路の構成を示すブロック図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の電流検出装置３は、電源１と負荷２を結ぶ電流経路に挿入される。

電流検出装置３は、互いに直列に接続される検出手段としての電流検出回路４Ａおよび電流検出回路４Ｂと、電流検出回路４Ａおよび電流検出回路４Ｂからの信号を受ける判定手段３１と、電流経路に挿入される遮断スイッチ３２と、を備える。

図１（ｂ）に示すように、電流検出回路４Ａは、電源１と負荷２を結ぶ電流経路に挿入される検出抵抗４１と、検出抵抗４１の両端の電圧値をデジタル値に変換するＡＤ変換器４２とを備える。ＡＤ変換器４２からの信号（デジタル値）は、判定手段３１に与えられる。電流検出回路４Ｂも電流検出回路４Ａと同一構成とされている。

電流検出装置３の判定手段３１では、電流検出回路４Ａおよび電流検出回路４Ｂからの信号に基づいて、異常を検出し、例えば、過電流と判定される場合には、遮断スイッチ３２をオフすることで、電源１から負荷２への電流を遮断することができる。また、上位システムに対して異常を通知することができる。

本実施形態の電流検出装置３では、判定手段３１において２つの電流検出回路４Ａおよび電流検出回路４Ｂにより得られた検出結果を比較することで、電源１と負荷２を結ぶ電流経路の電流値が異常なのか、あるいは、電流検出回路４Ａまたは電流検出回路４Ｂに異常が発生したのかを判定することが可能となる。

例えば、電流検出回路４Ａおよび電流検出回路４Ｂにおける検出結果が矛盾する場合には、電流検出回路４Ａまたは電流検出回路４Ｂに異常が発生したものと判定できる。また、矛盾がなければ、電流が正しく検出されていると判定できる。例えば、両者で同時に負荷２の過電流が検出されれば、電流検出装置３の異常ではなく、実際に過電流が流れていると判定される。

この場合、異常の状態に応じた動作を予め定めておくことで、状況に応じた適切な動作を確保することができる。

図２は、電流検出装置を二重化した構成例を示すブロック図である。判定手段３１間で二重化制御信号をやりとりすることで、スイッチ３２を操作して稼動側、制御側の切り替えを行うことができる。

図２の例では、２つの電流検出装置３を並列接続し、一方を稼動側装置、他方を待機側装置として使用する。この場合、稼動側装置に異常が発生したと判定される場合には、速やかに待機側に制御権を切り替えることで継続した制御を実行できる。また、稼動側で過電流などの異常が検出されれば、二重化の制御権を切り替えることなく、判定手段３１により上位システムに通知を上げ、あるいは稼動側装置のスイッチ３２をオフするなどの動作を実行する。

このように、電流検出装置を二重化することにより、異常部位を明確に判断でき、高信頼、高安定でより稼働率の高い安全なシステムを構築できる。また、保守性を向上させることができる。

図３（ａ）は、電流検出回路を並列に接続した構成例を示すブロック図である。電流検出回路４Ｃおよび電流検出回路４Ｄは、電流検出回路４Ａ（図１（ａ））と同様に構成されている。

図３（ａ）に示すように、電流検出回路４Ｃにはスイッチ３５が、電流検出回路４Ｄにはスイッチ３６が、それぞれ直列に接続されている。スイッチ３５およびスイッチ３６は判定手段３１により制御され、スイッチ３５およびスイッチ３６の状態により電流経路を選択することができる。また、電流検出回路４Ｃおよび電流検出回路４Ｄを経由する共通の電流経路には、判定手段３１により制御されるスイッチ３４が挿入されている。なお、スイッチ３５およびスイッチ３６によりスイッチ３４の代替とすることができるため、スイッチ３４を省略してもよい。

図３（ｂ）は図３（ａ）の電流検出装置の正常時における動作状態を示す図である。ここに示す各状態ではスイッチ３４はオンしており、電源１から負荷２への電流経路に流れる電流値（電流検出回路４Ｃおよび電流検出回路４Ｄに流れる電流値の和）を「Ｉ」としている。

図３（ｂ）の「状態１」では、スイッチ３５およびスイッチ３６はともにオンしており、電流検出回路４Ｃおよび電流検出回路４Ｄには、それぞれ電流値０．５Ｉずつの電流が流れる。

「状態２」では、スイッチ３５のみがオンしており、電流検出回路４Ｃには、電流値Ｉの電流が流れ、電流検出回路４Ｄには、電流が流れない。

「状態３」では、スイッチ３６のみがオンしており、電流検出回路４Ｄには、電流値Ｉの電流が流れ、電流検出回路４Ｃには、電流が流れない。

「状態４」では、スイッチ３５およびスイッチ３６がオフしており、電流検出回路４Ｃおよび電流検出回路４Ｄのいずれにも電流が流れない。

通常の稼動状態では、状態１〜３のいずれかの状態をとる。また、異常発生時や待機中に電流を遮断する場合には、状態４とすることができる。

図３（ａ）の構成では、状態１〜３を適宜切り替えることで、例えば、以下のような診断が可能となる。
（１）状態２と状態３で検出される電流値が一致しているか。
（２）状態１において電流検出回路４Ｃおよび電流検出回路４Ｄで検出される電流が一致しているか。
（３）状態２または状態３で検出した電流値が、状態１で検出した電流値（電流値の和）と一致しているか。

これらの診断により、電流検出回路４Ｃまたは電流検出回路４Ｄの異常を発見することができる。また、上記（１）〜（３）の診断により、スイッチ３５およびスイッチ３６が正しく切り替えられているかどうかの診断も可能となる。

また、電流検出回路を直列接続する場合（図１、図２）の場合には、片方の電流検出回路が断線に相当する故障を起こした場合に、両者で電流経路の断線として誤検出されてしまう。しかし、図３（ａ）のように、電流検出回路を並列接続する場合には、個々の電流検出回路の断線故障を確実に検出できる。

さらに、並列接続の場合には、直列接続に比べ検出抵抗での電圧降下を小さくすることが可能となり、電源に対する出力電圧のロスを低減でき、内部発熱も抑制できる。

以上説明したように、本発明の電流検出装置によれば、第１の検出手段および第２の検出手段による両者の検出結果に基づいて当該回路の動作状態を判定するので、電流検出装置自体の異常と電流値の異常とを切り分けて検出できるため、検出の信頼性を高めることができる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、電流の経路に挿入され、前記経路の電流を検出する電流検出装置に対し、広く適用することができる。

本発明による電流検出装置の一実施形態の構成を示す図であり、（ａ）は、電流検出装置の一実施形態の構成を示すブロック図、図１（ｂ）は電流検出回路の構成を示すブロック図。電流検出装置を二重化した構成例を示すブロック図。電流検出回路を並列に接続した構成例を示す図であり、（ａ）は、電流検出回路を並列に接続した構成例を示すブロック図、（ｂ）は、正常時における動作状態を示す図。

符号の説明

３電流検出装置
３１判定手段
４Ａ〜４Ｄ電流検出回路（検出手段）

Claims

電流の経路に挿入され、前記経路の電流を検出する電流検出装置において、
電流の経路に挿入され、当該経路の電流を互いに独立して検出する第１の検出手段および第２の検出手段と、
前記第１の検出手段および前記第２の検出手段による両者の検出結果に基づいて、当該回路の動作状態を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする電流検出装置。
前記第１の検出手段および前記第２の検出手段は、互いに直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
前記第１の検出手段および前記第２の検出手段は、同一検出位置において互いに並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
前記第１の検出手段および前記第２の検出手段への電流を選択的に与えるスイッチを備え、
前記判定手段は、前記スイッチの状態に応じた判定を行うことを特徴とする請求項３に記載の電流検出装置。
前記第１の検出手段および前記第２の検出手段は、前記経路に挿入される抵抗に発生する電圧に基づいて電流を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流検出装置。