JP2009170993A - アナログ出力端末器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電圧制御型及び電流制御型それぞれの外部機器に対応可能であるとともに、装置の小型化及び低消費電力化が実現できるアナログ出力端末器を提案することを目的とする。
【解決手段】入力電圧信号生成部２によって、出力信号生成部３に設けたアナログスイッチの切換が、外部機器５の制御方式に応じて行われる。又、入力電圧信号生成部２は、外部からの操作信号から入力電圧信号に変換する際、外部機器５の制御方式に応じたダイナミックレンジの入力電圧信号に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部機器を操作するためのアナログ信号を出力するアナログ出力端末器に関するもので、特に、デジタル信号として入力される外部機器の操作量をアナログ信号に変換して外部機器に出力するアナログ出力端末器に関する。

１台のコントローラで複数の検知装置からの検知結果に基づいた複数の外部機器の動作を中央制御する各種制御システムとして、コントローラにおいてコンピュータによるデジタル処理を行うものが提供されている。しかしながら、外部機器は、その操作量としてアナログ入力を要求するものが多いため、このような制御システムにおいて、コントローラから出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するアナログ出力端末器が、コントローラと外部機器との間に設置される。

このような制御システムとして、本出願人が特許文献１で提案する、冷水又は温水を熱媒とする空気調和機に対する制御を行う空調制御システムなどがある。この空調制御システムについて、図５に示すブロック図を参照して、以下に簡単に説明する。

図５に示す空調制御システムは、供給される外気の温度を調節する空調機器１０１と、この空調機器１０１から室内に供給する空気流量を決定する送風機１０２と、空調機器１０１内部に配管されるとともに熱媒となる温水又は冷水が流れる熱交換機１０３，１０４と、熱交換機１０３，１０４を流れる熱媒の流量を決定する流量制御弁１０５，１０６と、送風機１０２を回転駆動するインバータ１０７と、室内温度が所望の温度となるように流量制御弁１０５，１０６の弁開度やインバータ１０７による回転数を算出するコントローラ１０８と、コントローラ１０８から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するアナログ出力端末器１０９ａ〜１０９ｃとを備える。

このように構成される空調制御システムにおいて、空調機器１０１は、外気ダクトより取り入れた外気に対して、熱交換機１０３，１０４で熱交換を行うことにより、外気の加熱又は冷却する。このとき、流量制御弁１０５，１０６の弁開度で決定する熱媒の流量によって、外気の加熱温度又は冷却温度が設定される。そして、インバータ１０７によって回転駆動される送風機１０２での回転数によって、室内に排気する風量が設定される。

よって、空調機器１０１内部の熱交換機１０３，１０４により加熱又は冷却された空気は、送風機１０２で決定される流量で室内に供給される。これらの動作を行うことで、図５に示す空調制御システムが、流量制御弁１０５を開いて温水による熱交換を行う場合は、暖房設備として動作し、流量制御弁１０６を開いて冷水による熱交換を行う場合は、冷房設備として動作する。

又、コントローラ１０８には、不図示の温度測定器によって測定された温度情報と、送風機１０２における実際の回転数とが入力される。そして、入力された温度情報に基づいて、室内温度が所望の値とするために、流量制御弁１０５，１０６の弁開度に対応させた操作量を算出するとともに、送風機１０２の回転数を所望の回転数とするために、送風機１０２を回転駆動するインバータ１０７に対する操作量を算出する。このとき、コントローラ１０８内でデジタル演算がなされるため、流量制御弁１０５，１０６及びインバータ１０７に対する操作量は、デジタル信号となる操作信号として出力される。

このようにして、流量制御弁１０５，１０６及びインバータ１０７に対する操作量を表す操作信号がコントローラ１０８より出力されるが、流量制御弁１０５，１０６及びインバータ１０７などの外部機器は、アナログ信号となる電圧値や電流値によって、その動作が制御されるものがある。そのため、コントローラ１０８より出力されるデジタル信号による操作信号は、アナログ出力端末器１０９ａ〜１０９ｃに入力されて、電圧値や電流値によるアナログ信号に変換された後、流量制御弁１０５，１０６及びインバータ１０７それぞれに入力される。
特開２００２−０１３７８３号公報

図５の空調制御システムに代表されるように、デジタル演算処理を行うコントローラにより外部機器を中央制御する各種制御システムにおいては、その動作がアナログ信号により制御される外部機器に対して、アナログ信号となる操作信号に変換するためのアナログ出力端末器が使用される。しかしながら、外部機器によっては、アナログ電流信号により制御される電流制御型の機器と、アナログ電圧信号により制御される電圧制御型の機器とが存在する。

そのため、電流制御型となる外部機器には、アナログ電流信号に変換できる電流制御用のアナログ出力端末器を採用し、電圧制御型となる外部機器には、アナログ電圧信号に変換できる電圧制御用のアナログ出力端末器を採用するというように、従来は、外部機器の制御方式に応じたアナログ出力端末器を採用しなければならなかった。しかしながら、この場合、外部機器の制御方式に対応していないアナログ出力端末器であれば、外部機器の制御が不可能となり、制御システム自体が機能しないという問題が発生する。

よって、電流制御型及び電圧制御型の外部機器それぞれに対して適用することが可能とするため、接続される外部機器の制御方式に応じて、デジタル−アナログ変換動作（以下、単に「ＤＡ変換動作」と呼ぶ）を切り換えることができるアナログ出力端末器も提案されている。しかしながら、このＤＡ変換動作を電流方式と電圧方式の間で切換可能としたアナログ出力端末器であっても、その切換のための手段として、ジャンパーピンなどが使用されるため、切換作業が煩雑であった。

更に、電圧制御型の外部機器に入力されるアナログ電圧信号によるダイナミックレンジが、０〜１０［Ｖ］又は０〜５［Ｖ］であり、オフセットのない範囲となるのに対して、電流制御型の外部機器に入力されるアナログ電流信号によるダイナミックレンジが、４〜２０［ｍＡ］であり、オフセットが含まれた範囲となる。そのため、アナログ出力端末器においては、アナログ電圧信号に変換するための電圧増幅器と、アナログ電流信号に変換するための電圧電流変換器とを備える必要があり、装置の小型化の妨げとなっていた。

又、接続される外部機器の制御方式に応じて、動作する演算器として、電圧増幅器及び電圧電流変換器のいずれか一方のみが選択される。このとき、電圧増幅器及び電圧電流変換器それぞれがオペアンプを有する回路構成となるため、選択されない不要な演算器において、例えば、オペアンプへのバイアスが禁止されていない構造などのように、無駄に電力消費がなされる場合がある。

このような問題に鑑みて、本発明は、電圧制御型及び電流制御型それぞれの外部機器に対応可能であるとともに、装置の小型化及び低消費電力化が実現できるアナログ出力端末器を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアナログ出力端末器は、外部機器の操作量に応じたデジタルの操作信号をアナログ信号に変換して、出力端子より前記外部機器に対して出力するアナログ出力端末器であって、電圧制御となる第１外部機器が前記出力端子に接続されたときはアナログ電圧信号を前記アナログ信号として生成する一方、電流制御となる第２外部機器が前記出力端子に接続されたときはアナログ電流信号を前記アナログ信号として生成し、生成した前記アナログ電圧信号又は前記アナログ電流信号を前記出力端子に供給する出力信号生成部と、電圧制御となる第１外部機器が前記出力端子に接続されたときは第１の電圧範囲において前記操作信号の信号値に応じた入力電圧信号を生成する一方で、電流制御となる第２外部機器が前記出力端子に接続されたときは第１の電圧範囲と異なる第２の電圧範囲において前記操作信号の信号値に応じた入力電圧信号を生成し、生成した前記入力電圧信号を前記出力信号生成部に供給する入力電圧信号生成部と、を備え、前記出力信号生成部内に設けられたアナログスイッチの電気的な接離を切り換えることで、前記出力端子から前記アナログ電圧信号と前記アナログ電流信号とを選択的に出力することを特徴とする。

このように構成するアナログ出力端末器において、前記出力信号生成部が、前記入力電圧信号生成部からの前記入力電圧信号が一方の入力端子に入力される２入力１出力となる第１オペアンプと、前記第１オペアンプの前記一方の入力端子と出力端子との間を接続する第１帰還回路と、前記第１オペアンプの他方の入力端子と出力端子との間を接続する第２帰還回路と、を有し、前記アナログスイッチによって、前記第１帰還回路の電気的な接離と、前記第２帰還回路の回路構成とが切り換えられ、前記アナログ電圧信号を出力するときには、前記第１帰還回路が電気的に切断されて前記出力信号生成部が電圧増幅器として動作し、前記アナログ電流信号を出力するときには、前記第１帰還回路が電気的に接続されて前記出力信号生成部が電圧電流変換器として動作する。

このように構成する際、前記第１オペアンプを両電源により動作するものとしてもよいし、前記第１オペアンプの前記他方の入力端子にオフセット電圧を与えるとともに、前記第１オペアンプが片電源で動作するものとしてもよい。又、このように構成することで、出力信号生成部について電圧増幅器及び電圧電流変換器のいずれの動作を行わせる場合であっても、第１オペアンプを共通に利用可能とできる。これにより、電圧増幅器及び電圧電流変換器それぞれに対して複数のオペアンプを準備する必要がなく、装置の小型化を図ることができる。

又、前記第１帰還回路は、前記第１オペアンプの前記一方の入力端子に一端が接続された第１抵抗と、該第１抵抗の他端に出力側が接続されたアンプと、該アンプの入力側に一端が接続された第２抵抗とを有するものとしてもよい。このとき、前記アンプの出力側と前記第１抵抗との間に、前記アナログスイッチが設けられる。そして、前記アンプを、前記第１オペアンプを両電源とするときは、両電源により動作する第２オペアンプとしてもよいし、前記第１オペアンプを片電源とするときは、片電源で動作する第２オペアンプとしてもよい。

又、前記第２帰還回路は、前記第１オペアンプの前記他方の入力端子に一端が接続された第３抵抗と、該第３抵抗の他端に一端が接続された第４抵抗と、該第４抵抗の他端と前記第１オペアンプの出力端子との間に接続される第５抵抗と、を有するとともに、前記アナログスイッチによって、前記第３及び第５抵抗を直列に接続する第１状態と、前記第３及び第４抵抗による直列回路と前記第５抵抗とを並列に接続する第２状態とで切り換えるものとしてもよい。

更に、上述のいずれかのアナログ出力端末器において、外部と通信を行う通信インターフェースを備え、該通信インターフェースによって受信した前記操作信号が前記入力電圧信号生成部に与えられるものとしてもよい。

本発明によると、出力信号生成部にアナログスイッチを設け、当該アナログスイッチの電気的な接離に基づいて、アナログ電圧信号とアナログ電流信号とを選択的に出力できる構成としたので、電圧制御型及び電流制御型それぞれの外部機器いずれにも対応することができる。又、従来のジャンパスイッチなどのように、作業者により直接操作されるスイッチではなく、電気的な作用により操作されるアナログスイッチとすることで、装置の小型化だけではなく、操作性を向上させることができる。

＜基本構成＞
本発明のアナログ出力端末器の基本構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明のアナログ出力端末器の内部構成を示すブロック図である。

図１に示すアナログ出力端末器１は、入力されるデジタル信号による操作信号の値を電圧値に変換して入力電圧信号を生成する入力電圧信号生成部２と、入力電圧信号生成部２から出力される入力電圧信号によりアナログ電圧信号又はアナログ電流信号を生成する出力信号生成部３と、出力信号生成部３で生成されたアナログ電圧信号又はアナログ電流信号を外部機器５に出力する出力端子４とを備える。

このように構成するアナログ出力端末器１は、例えば、図５に示すコントローラ１０８より出力される操作信号が入力電圧信号生成部２に入力されると、入力電圧信号生成部２において、出力端子４より出力するアナログ信号に応じた入力電圧信号に変換される。又、出力信号生成部３が、外部機器５の制御方式に対応したアナログ信号の生成処理を行うために、入力電圧信号生成部２が、出力信号生成部３の変換動作を指定する切換指示信号を、出力信号生成部３に出力する。

尚、外部機器５の制御方式の検知については、不図示の操作スイッチなどが操作されることで、入力電圧信号生成部２に電気的に報知されることで検知するものとしてもよいし、又、コントローラ１０８（図５参照）などとの通信により報知されることで検知するものとしてもよい。更に、出力端子４より外部機器５の制御方式を検知するための試験信号を出力し、その試験信号に対する応答結果に基づいて、外部機器５の制御方式を検知するものとしてもよい。

よって、外部機器５の制御方式が電圧制御型である場合は、外部機器５に対して、オフセットのないアナログ電圧信号を出力するため、入力電圧信号生成部２が出力信号生成部３に対して切換指示信号を与えて、アナログ電圧信号への変換を行うことを指示する。そして、出力信号生成部３に入力する入力電圧信号として、ダイナミックレンジが０〜Ｖ１［Ｖ］（例えば、０〜２［Ｖ］）となる電圧信号が、入力電圧信号生成部２から出力される。

一方、外部機器５の制御方式が電流制御型である場合は、外部機器５に対して、オフセットのあるアナログ電流信号を出力するため、入力電圧信号生成部２が出力信号生成部３に対して切換指示信号を与えて、アナログ電流信号への変換を行うことを指示する。そして、出力信号生成部３に入力する入力電圧信号として、ダイナミックレンジがＶof〜Ｖ１［Ｖ］（例えば、０．４〜２［Ｖ］）となる電圧信号が、入力電圧信号生成部２から出力される。

このように動作することで、外部機器５の制御方式に応じて、出力信号生成部３の変換動作を切り換えるとともに、出力信号生成部３への入力電圧信号のダイナミックレンジの切換を行われ、外部機器５の制御方式に応じたアナログ信号を出力端子４より出力することができる。これにより、外部機器５の制御方式が電圧制御型である場合は、例えば、０〜１０［Ｖ］又は、０〜５［Ｖ］のアナログ電圧信号を出力し、外部機器５の制御方式が電流制御型である場合は、例えば、４〜２０［ｍＡ］のアナログ電流信号を出力することができる。

＜実施形態における共通の構成＞
この図１のような基本構成を備えるアナログ出力端末器の詳細について、以下の各実施形態で説明する。又、以下の各実施形態では、図２に示すブロック構成を共通に備える。よって、この図２のブロック図によるアナログ出力端末器の内部構成について、簡単に説明する。尚、図２に示すアナログ出力端末器において、図１に示す基本構成のものと同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２に示すアナログ出力端末器１は、外部機器５（図１参照）と接続する出力端子４と、図５に示すコントローラ１０８と相互に通信を行う通信インターフェース１１と、通信インターフェース１１での通信などの各動作を制御するためのデジタル処理を行う制御回路１２と、制御回路１２により演算処理によって得られて出力される各信号を光信号によって後段に送出するフォトカプラ１３ａ，１３ｂと、フォトカプラ１３ａに接続されるＤＡ変換を行うＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１４と、フォトカプラ１３ｂに接続される切換回路１５と、ＤＡＣ１４からの電圧信号を出力端子４より出力するアナログ信号に変換する出力信生成回路３０と、通信インターフェース１１及び制御回路１２に電力供給を行う電源回路１６ａと、ＤＡＣ１４、切換回路１５、及び出力信号生成回路３０に電力供給を行う電源回路１６ｂとを備える。

このアナログ出力端末器１は、通信インターフェース１１、制御回路１２、フォトカプラ１３ａ，１３ｂの発光ダイオードＬＤ１，ＬＤ２、及び電源回路１６ａにより、コントローラ１０８に対する動作電圧Ｖｘ（例えば、３．３［Ｖ］）と同等の電圧により動作させるデジタル処理ブロック１０ｘを構成する。一方、図２の一点鎖線部分で絶縁することで、出力端子４、フォトカプラ１３ａ，１３ｂのフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２、ＤＡＣ１４、切換回路１５、電源回路１６ｂ、及び出力信号生成回路３０により、デジタル処理ブロック１０ｘとの電気的に乖離されたアナログ処理ブロック１０ｙを構成する。尚、この電気的な乖離を行うために、例えば、デジタル処理ブロック１０ｘとアナログ処理ブロック１０ｙとを別の基板上に構成するなどすることで実現できる。

このように、絶縁などによりデジタル処理ブロック１０ｘとアナログ処理ブロック１０ｙとを電気的に乖離することで、アナログ処理ブロック１０ｙにおける過電圧又は過電流などの発生により、デジタル処理ブロック１０ｘを構成する各回路や素子が破壊されることを防ぐことができる。これにより、コントローラ１０８に対しても、アナログ処理ブロック１０ｙ側から与えられる電気的な影響を防ぐことができる。尚、図２に示す構成例においては、デジタル処理ブロック１０ｘとアナログ処理ブロック１０ｙとの間が絶縁された構成としたが、このような絶縁がなされないものとしてもよい。

そして、電源回路１６ａ，１６ｂはそれぞれ、電圧Ｖ（例えば、＋２４［Ｖ］）となる外部電源が入力されると、デジタル処理ブロック１０ｘにおいて、電源回路１６ａが動作電圧Ｖｘ（例えば、＋３．３［Ｖ］）に変換して出力し、アナログ処理ブロック１０ｙにおいて、電源回路１６ｂが動作電圧Ｖｘより高い動作電圧±Ｖｙ又は＋Ｖｙ（例えば、±１５［Ｖ］又は＋１５［Ｖ］）に変換して出力する。尚、切換回路１５に対して、電源回路１６ｂで電圧変換動作が行われて、Ｖｙよりも低い電圧Ｖｚ（例えば、＋５［Ｖ］）を与えるものとしてよい。又、通信インターフェース１１、制御回路１２、フォトカプラ１３ａ，１３ｂ、ＤＡＣ１４、及び切換回路１５によって、図１の基本構成における入力電圧信号生成部２を構成するとともに、出力信号生成回路３０が、図１の基本構成における出力信号生成部３に相当する。

このような構成のアナログ出力端末器１の動作について、以下に説明する。通信インターフェース１１で受信したコントローラ１０８からの操作信号が、制御回路１２に与えられると、制御回路１２において、ＤＡＣ１４で処理するためのデジタル信号に変換し、フォトカプラ１３ａに出力する。又、制御回路１２は、外部機器５（図１参照）の制御方式に応じたデジタル信号となる切換制御信号を生成し、フォトカプラ１３ｂに出力する。

フォトカプラ１３ａでは、制御回路１２より出力されたデジタル信号に応じて発光ダイオードＬＤ１の発光が制御され、発光ダイオードＬＤ１の発光動作に応じてフォトトランジスタＰＴ１が動作する。これにより、制御回路１２より出力されたデジタル信号に応じて、フォトカプラ１３ａのフォトトランジスタＰＴ１が導通／非道通となり、制御回路１２からのデジタル信号がＤＡＣ１４に入力される。

尚、フォトカプラ１３ａは、デジタル信号のビット数に応じた複数のフォトカプラ群により構成する。そして、制御回路１２より出力するデジタル信号において１となる桁に相当するフォトカプラの発光ダイオードのみを発光させ、この発光ダイオードとフォトカプラを形成するフォトトランジスタを導通させる。このデジタル信号のビット数に応じた複数のフォトカプラ群によるフォトカプラ１３ａを用いることで、複数ビットによるデジタル信号を制御回路１２からＤＡＣ１４に伝達することができる。

一方、フォトカプラ１３ｂでは、制御回路１２より出力された切換指示信号に応じて発光ダイオードＬＤ２の発光が制御され、発光ダイオードＬＤ２の発光動作に応じてフォトトランジスタＰＴ２が動作する。これにより、制御回路１２より出力された切換指示信号に応じて、フォトカプラ１３ｂのフォトトランジスタＰＴ２が導通／非道通となり、制御回路１２からの切換指示信号が切換回路１５に入力される。このとき、例えば、電圧制御方式である場合に、発光ダイオードＬＤ２を発光させ、電流制御方式である場合に、発光ダイオードＬＤ２の発光を停止させるものとしてもよい。

又、制御回路１２では、通信インターフェース１１から入力される操作信号を、フォトカプラ１３ａに出力するデジタル信号に変換する際、その変換したデジタル信号のダイナミックレンジを、外部機器５（図１参照）の制御方式に応じて変更する。即ち、オフセットのないアナログ電圧信号を出力する場合は、デジタル信号のダイナミックレンジを０〜Ｌの範囲とし、オフセットのあるアナログ電流信号を出力する場合は、デジタル信号のダイナミックレンジをＬｏ〜Ｌの範囲とする。

よって、制御回路１２に入力される操作信号のダイナミックレンジを０〜Ｌｘの範囲としたとき、制御回路１２は、値Ｌ１となる操作信号に対して、アナログ電圧信号を出力する場合は、値（Ｌ１×Ｌ／Ｌｘ）となるデジタル信号を出力し、アナログ電流信号を出力する場合は、値（Ｌｏ＋Ｌ１×（Ｌ−Ｌｏ）／Ｌｘ）となるデジタル信号を出力する。このようにして外部機器５（図１参照）の制御方式に応じたダイナミックレンジとなるデジタル信号が、フォトカプラ１３ａを介して、ＤＡＣ１４に入力される。

ＤＡＣ１４では、フォトカプラ１３ａを介して入力されるデジタル信号に対して、ＤＡ変換処理を行い、ＤＡ変換後に得られたアナログ信号を、入力電圧信号として出力信号生成回路３０に出力する。即ち、ＤＡＣ１４では、デジタル信号の値に応じた電圧値によるアナログ電圧信号を生成し、このアナログ電圧信号を、入力電圧信号として出力信号生成回路３０に出力する。このＤＡＣ１４のＤＡ変換処理により、出力端子４よりアナログ電圧信号を出力する場合は、ダイナミックレンジが０〜Ｖ１［Ｖ］（例えば、０〜２［Ｖ］）となる入力電圧信号が出力信号生成回路３０に入力される一方で、出力端子４よりアナログ電流信号を出力する場合は、ダイナミックレンジがＶof〜Ｖ１［Ｖ］（例えば、０．４〜２［Ｖ］）となる入力電圧信号が出力信号生成回路３０に入力される。

即ち、アナログ電圧信号の出力を行う場合であって、値（Ｌ１×Ｌ／Ｌｘ）となるデジタル信号が入力されるときは、値（Ｌ１×Ｖ１／Ｌｘ）となるアナログ電圧信号を、入力電圧信号として出力する。一方、アナログ電流信号の出力を行う場合であって、値（Ｌｏ＋Ｌ１×（Ｌ−Ｌｏ）／Ｌｘ）となるデジタル信号が入力されるときは、値（Ｖof＋Ｌ１×（Ｖ１−Ｖof）／Ｌｘ）となるアナログ電圧信号を、入力電圧信号として出力する。

又、切換回路１５は、フォトカプラ１３ｂを介して制御回路１２から入力される切換指示信号に基づいて、出力信号生成回路３０内のアナログスイッチ（第１及び第２の実施形態で後述する）の電気的な接離を切り換えることで、出力信号生成回路３０の回路構成を指定する。即ち、入力された切換指示信号により、出力端子４からアナログ電圧信号を出力することを指示されたときは、出力信号生成回路３０を電圧増幅器となる回路構成に切り換える一方で、入力された切換指示信号により、出力端子４からアナログ電流信号を出力することを指示されたときは、出力信号生成回路３０を電圧電流変換器となる回路構成に切り換える。

これにより、出力信号生成回路３０は、切換回路１５によって指定された回路構成に基づいて動作を行い、ＤＡＣ１４から出力される入力電圧信号に対して電圧増幅又は電流電圧変換を行い、出力端子４を介して外部機器５（図１参照）に対して、アナログ電圧信号又はアナログ電流信号を出力する。以上の構成及び動作を共通のものとして備えたアナログ出力端末器の第１及び第２の実施形態について、それぞれの実施形態における特徴となる出力信号生成回路に関し、その詳細を説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施の形態について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態のアナログ出力端末器に内蔵された出力信号生成回路の構成を示す回路図である。

本実施形態のアナログ出力端末器に備えられた出力信号生成回路３０ａ（図２の出力信号生成回路３０に相当）は、図３に示すように、ＤＡＣ１４からの入力電圧信号が入力される入力端子ＩＮと、一端が接地された抵抗Ｒ６と、入力端子ＩＮに一端が接続された抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ６，Ｒ７それぞれの他端に反転入力端子（−）及び非反転入力端子（＋）のそれぞれが接続されるとともに両電源で動作するオペアンプＡ１と、オペアンプＡ１の出力端子にベースが接続されたｎｐｎ型のトランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ１のエミッタに一端が接続された抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ５の他端とオペアンプＡ１の非反転入力端子との間の第１帰還回路を構成する抵抗Ｒ１，Ｒ２及びオペアンプＡ２と、抵抗Ｒ５の他端とオペアンプＡ１の反転入力端子（−）との間の第２帰還回路を構成する抵抗Ｒ３，Ｒ４と、切換回路１５により電気的な接離が制御されるアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷ３とを備える。

そして、第１帰還回路では、一端がオペアンプＡ１の非反転入力端子に接続された抵抗Ｒ１の他端に、アナログスイッチＳＷ１の一端が接続されるとともに、抵抗Ｒ５の他端に一端が接続された抵抗Ｒ２の他端に、出力端子と反転入力端子（−）とがアナログスイッチＳＷ１の他端に接続されたオペアンプＡ２の非反転入力端子（＋）が接続される。このとき、オペアンプＡ２は、オペアンプＡ１と同様、両電源で動作するとともに、出力端子と反転入力端子が接続されることで増幅器として働く。

又、第２帰還回路では、一端がオペアンプＡ１の反転入力端子に接続された抵抗Ｒ３の他端に、抵抗Ｒ４及びアナログスイッチＳＷ２それぞれの一端が接続されるとともに、抵抗Ｒ５の他端に一端が接続されたアナログスイッチＳＷ３の他端に、抵抗Ｒ３とアナログスイッチＳＷ２との接続ノードに一端が接続された抵抗Ｒ４の他端が接続される。更に、アナログスイッチＳＷ２の他端が、抵抗Ｒ５とトランジスタＴｒ１のエミッタとの接続ノードに接続される。

そして、上述の両電源で動作するオペアンプＡ１，Ａ２のそれぞれには、電源回路１６ｂ（図２参照）より±Ｖｙ（例えば、±１５Ｖ）がバイアス電圧として供給される。又、出力信号生成回路３０ａにおける抵抗Ｒ２，Ｒ５の接続ノードとの接点と接地点とにより、出力端子４が形成される。

このように構成されるとき、外部機器５（図１参照）が電圧制御により動作する場合、切換回路１５により、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２それぞれがＯＦＦとなり、且つ、アナログスイッチＳＷ３がＯＮとなる。即ち、アナログスイッチＳＷ１のＯＦＦにより、第１帰還回路の接続が切断され、アナログスイッチＳＷ２のＯＦＦ及びアナログスイッチＳＷ３のＯＮにより、第２帰還回路が、抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路によって構成される。よって、出力信号生成回路３０ａが電圧増幅器として働く。

これにより、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６それぞれの抵抗値ｒ３，ｒ４，ｒ６により、入力電圧信号の電圧値Ｖｉｎに対して、電圧値（Ｖｉｎ×｛１＋（ｒ３＋ｒ４）／ｒ６｝）となるアナログ電圧信号を出力することができる。よって、例えば、入力電圧信号のダイナミックレンジが０〜２［Ｖ］であり、アナログ電圧信号のダイナミックレンジが０〜１０［Ｖ］である場合、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６それぞれの抵抗値ｒ３，ｒ４，ｒ６について、以下の（１）式の関係を満たす値に設定すればよい。
１＋（ｒ３＋ｒ４）／ｒ６＝５ …（１）

一方、外部機器５（図１参照）が電流制御により動作する場合、切換回路１５により、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２それぞれがＯＮとなり、且つ、アナログスイッチＳＷ３がＯＦＦとなる。即ち、アナログスイッチＳＷ１のＯＮにより、第１帰還回路が電気的に接続され、アナログスイッチＳＷ２のＯＮ及びアナログスイッチＳＷ３のＯＦＦにより、第２帰還回路における抵抗Ｒ３が抵抗Ｒ５との直列回路を構成する。よって、出力信号生成回路３０ａが電圧電流変換器として働く。

これにより、抵抗Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６それぞれの抵抗値ｒ３，ｒ５，ｒ６により、入力電圧信号の電圧値Ｖｉｎに対して、電流値（｛Ｖｉｎ×（１＋ｒ３／ｒ６）｝／ｒ５）となるアナログ電流信号を出力することができる。よって、例えば、入力電圧信号のダイナミックレンジが０．４〜２［Ｖ］であり、アナログ電流信号のダイナミックレンジが０．４〜２［ｍＡ］である場合、抵抗Ｒ５の抵抗値を１００［Ω］に設定するとともに、抵抗Ｒ６の抵抗値ｒ６を抵抗Ｒ３の抵抗値ｒ３に比べて十分に大きな値に設定すればよい。

このように、本実施形態では、アナログスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を設けることにより、その回路構成を電流増幅器又は電圧電流変換器に切り換えることができる出力信号生成回路３０ａを、２つのオペアンプＡ１，Ａ２によって構成することができるため、出力信号生成回路３０ａの小型化を実現することができる。又、抵抗Ｒ３〜Ｒ６の抵抗値を所定の値に設定することで、ＤＡＣ１４より入力される入力電圧信号を、所望のアナログ電圧信号又はアナログ電流信号に変換して、出力端子４に出力することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施の形態について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態のアナログ出力端末器に内蔵された出力信号生成回路の構成を示す回路図である。尚、図４に示す出力信号生成回路において、図３に示す出力信号生成回路と同一の目的で使用する素子又は部品については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態のアナログ出力端末器に備えられた出力信号生成回路３０ｂ（図２の出力信号生成回路３０に相当）は、第１の出力信号生成回路３０ａ（図３参照）と異なり、図３の回路構成において接地されていた抵抗Ｒ６の一端に、電圧Ｖｋを印加する構成とすることで、オペアンプＡ１，Ａ２を、電圧＋Ｖｙ（例えば、＋１５Ｖ）によりバイアスする片電源により動作させる。その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、その詳細については省略する。

第１の実施形態のように、抵抗Ｒ６の一端を接地した状態では、オペアンプＡ１を両電源で動作させなければ、出力端子４に接続された抵抗Ｒ５の他端には、０［Ｖ］となる入力電圧信号に対応した０［Ｖ］となる電圧値を出力することができない。そこで、本実施形態においては、上述のように、抵抗Ｒ６にオフセットとなる電圧Ｖｋを印加することで、オペアンプＡ１を片電源で動作させても、出力端子４に接続された抵抗Ｒ５の他端には、０［Ｖ］となる入力電圧信号に対応した０［Ｖ］となる電圧値を出力することができる構成とした。

よって、第１の実施形態において、電源回路１６ｂより正負の電圧±Ｖｙをそれぞれ供給するため、電源回路１６ｂが、外部から供給される電源より正負の電圧±Ｖｙを生成する回路構成となり、その回路規模が大きいものとなるが、本実施形態においては、電源回路１６ｂより正の電圧＋Ｖｙの供給でよくなるため、第１の実施形態に比べて、電源回路１６ｂの回路規模を小さくできる。尚、電圧Ｖｋを生成するためには、変圧回路を構成するだけでよく、負の電圧−Ｖｙを生成する電源回路の回路規模よりも小さくなる。

本発明は、空調制御システムに限らず、中央管理を行うコントローラによって外部機器が操作される制御システムであれば、他の制御システムにおいても適用することが可能である。

は、本発明のアナログ出力端末器の基本構成を示すブロック図である。 は、本発明の第１及び第２の実施形態におけるアナログ出力端末器の構成を示すブロック図である。 は、本発明の第１の実施形態におけるアナログ出力端末器の出力信号生成回路の回路構成を示す回路図である。 は、本発明の第２の実施形態におけるアナログ出力端末器の出力信号生成回路の回路構成を示す回路図である。 は、アナログ出力端末器を用いた空調制御システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ アナログ出力端末器
２ 入力電圧信号生成部
３ 出力信号生成部
４ 出力端子
５ 外部機器
１０ｘ デジタル処理ブロック
１０ｙ アナログ処理ブロック
１１ 通信インターフェース
１２ 制御回路
１３ａ，１３ｂ フォトカプラ
１４ ＤＡＣ
１５ 切換回路
１６ａ，１６ｂ 電源回路
３０，３０ａ，３０ｂ 出力信号生成回路
Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗
Ａ１，Ａ２ オペアンプ
ＳＷ１〜ＳＷ３ アナログスイッチ
Ｔｒ１ トランジスタ

Claims (4)

1. 外部機器の操作量に応じたデジタルの操作信号をアナログ信号に変換して、出力端子より前記外部機器に対して出力するアナログ出力端末器であって、
   電圧制御となる第１外部機器が前記出力端子に接続されたときはアナログ電圧信号を前記アナログ信号として生成する一方、電流制御となる第２外部機器が前記出力端子に接続されたときはアナログ電流信号を前記アナログ信号として生成し、生成した前記アナログ電圧信号又は前記アナログ電流信号を前記出力端子に供給する出力信号生成部と、
   電圧制御となる第１外部機器が前記出力端子に接続されたときは第１の電圧範囲において前記操作信号の信号値に応じた入力電圧信号を生成する一方で、電流制御となる第２外部機器が前記出力端子に接続されたときは第１の電圧範囲と異なる第２の電圧範囲において前記操作信号の信号値に応じた入力電圧信号を生成し、生成した前記入力電圧信号を前記出力信号生成部に供給する入力電圧信号生成部と、
   を備え、
   前記出力信号生成部内に設けられたアナログスイッチの電気的な接離を切り換えることで、前記出力端子から前記アナログ電圧信号と前記アナログ電流信号とを選択的に出力することを特徴とするアナログ出力端末器。
2. 請求項１において、
   前記出力信号生成部が、
   前記入力電圧信号生成部からの前記入力電圧信号が一方の入力端子に入力される２入力１出力となる第１オペアンプと、
   前記第１オペアンプの前記一方の入力端子と出力端子との間を接続する第１帰還回路と、
   前記第１オペアンプの他方の入力端子と出力端子との間を接続する第２帰還回路と、
   を有し、
   前記アナログスイッチによって、前記第１帰還回路の電気的な接離と、前記第２帰還回路の回路構成とが切り換えられ、
   前記アナログ電圧信号を出力するときには、前記第１帰還回路が電気的に切断されて前記出力信号生成部が電圧増幅器として動作し、
   前記アナログ電流信号を出力するときには、前記第１帰還回路が電気的に接続されて前記出力信号生成部が電圧電流変換器として動作することを特徴とするアナログ出力端末器。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記第１オペアンプの前記他方の入力端子にオフセット電圧を与えるとともに、前記第１オペアンプが片電源で動作することを特徴とするアナログ出力端末器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   外部と通信を行う通信インターフェースを備え、
   該通信インターフェースによって受信した前記操作信号が前記入力電圧信号生成部に与えられることを特徴とするアナログ出力端末器。

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