JP2009266066A - フィールド機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】本来の処理機能の性能を低下させることなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるようにする。
【解決手段】電圧レギュレータ6からの電圧レギュレータ7への電流の供給通路LAに電流制御素子(可変抵抗素子)12を設ける。電圧レギュレータ6からの電圧レギュレータ7への電流の分流通路LBにアラーム駆動回路8を設ける。アラーム駆動回路8を作動させる必要がある場合、電流制御素子制御部3−3は、電流制御素子12の抵抗値を制御し、供給通路LBを流れている電流IAを分流通路LBに分流させる。この際、分流通路LBへ分流する電流IBは、アラーム駆動回路8の動作に必要な量とする。この場合、電圧レギュレータ7には電流IAとIBとの合流電流が供給され、アラーム駆動回路8を作動させる前と同じであるので、CPU3への供給電力が不足することはない。
【選択図】 図1

Description

この発明は、2線式の伝送路を流れる電流の値を計測値に応じて調整するフィールド機器に関するものである。
従来より、差圧・圧力発信器、電磁流量計、ポジショナなどの2線式の伝送路を用いるフィールド機器にはCPUを搭載して、機器本来の計測機能や制御機能の他に外部へ自己の動作状態(正常/異常)の出力やパルス出力といった副次的な機能を有するものも存在する。
なお、本来の計測機能や制御機能は通常、連続して行われるのに対して、副次的な機能はCPUからの指令で定周期もしくは非定周期で動作し、それ以外は動作させないようにしている。すなわち、CPUからの指令により、副次的な機能を必要な時にだけ動作させるようにしている。
2線式のフィールド機器では、電源専用の供給ラインではなく、2線式の伝送路から送られてくる4〜20mAの電流を利用して自己の動作電源を生成しなければならない。すなわち、4〜20mAの電流は計測値を出力する際の調整範囲の電流として使用されるので、4mA以下の電流を利用して、本来の計測機能や制御機能を行わなければならない。ここで、上述した副次的な機能を常時働かせていると、本来の計測機能や制御機能の動作に支障が生じる。このため、副次的な機能については、必要な時にだけ動作させるようにしている(例えば、特許文献1参照)。
図4に従来の2線式のフィールド機器の要部の構成を示す。同図において、100はフィールド機器、200はこのフィールド機器100に2線式の伝送路L(L1,L2)を介して接続された上位装置(監視装置)である。この例では、フィールド機器100は差圧・圧力発信器とされている。
フィールド機器100は、圧力や差圧を受けるとその大きさに応じたアナログ信号を生じるセンサ部1と、このセンサ部1からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器2と、このA/D変換器2から出力されるデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めるCPU3と、このCPU3が求めたデジタルの計測値を対応する所定の電流範囲(4〜20mA)のアナログ信号に変換するD/A変換器4と、このD/A変換器4から出力されるアナログ信号を2線式の伝送路Lに出力する通信部5と、2線式の伝送路Lから得られる4〜20mAの電流に基づいて安定した直流電圧V1(DC6.5V)を第1の電源として生成する電圧レギュレータ(第1の電源部)6と、この電圧レギュレータ6からの電源の供給を受けて安定した直流電圧V2(DC3V)を第2の電源として生成する電圧レギュレータ7と、アラーム駆動回路8と、電圧レギュレータ7とアラーム駆動回路8との間に設けられた切換スイッチ9と、ROM10と、RAM11とを備えている。
このフィールド機器100において、CPU3は、電圧レギュレータ7からの電源の供給を受けて動作し、RAM11にアクセスしながら、ROM10に格納されたプログラムに従って動作する。ROM10には、A/D変換器2からのデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めて監視装置200へ通知する計測値処理プログラムに加え、自己の機器内で生じる異常を検出して切換スイッチ9をオンとする切換スイッチ制御プログラムが格納されている。
なお、図4では、CPU3における機能ブロックとして、計測値演算部3−1,切換スイッチ制御部3−2を示しているが、この計測値演算部3−1,切換スイッチ制御部3−2はCPU3でのプログラムに従う処理機能として実現される。
また、この例において、アラーム駆動回路8は発光部と受光部とを備えたフォトカプラによる接点出力回路とされている。この場合、切換スイッチ9がオンとされると、電圧レギュレータ7からの電流がドライブ電流としてアラーム駆動回路(フォトカプラ)8の発光部に流れ、このドライブ電流を受けて発光する発光部からの光が受光部で受光され、受光部側の接点出力がオンとなって、外部に設けられているアラーム回路300が作動する。
なお、アラーム駆動回路8をフォトカプラとする理由は、入出力の電気的な絶縁性を確保し、CPU3の処理動作に影響を与えるようなノイズが生じないようにするためである。
特開平11−183575号公報
しかしながら、上述したフィールド機器100において、アラーム駆動回路8ではフォトカプラの発光部へのドライブ電流として1mA以上の電流を必要とするため、CPU3として高性能のCPUを用いようとした場合、CPU3を駆動する電力が不足してしまう。
このため、従来のフィールド機器100では、CPU3として高性能のCPUを用いたい場合、アラーム駆動回路8を搭載することを断念しなければならないことがあった。または、CPUの性能の低下(本来の処理機能の性能の低下)を甘受して、CPUが必要とする電力を低下させ、アラーム駆動回路8を搭載するしかなかった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、本来の処理機能の性能を低下させることなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるフィールド機器を提供することにある。
このような目的を達成するために本発明は、2線式の伝送路を流れる電流の値を計測値に応じて調整するフィールド機器において、伝送路を流れる電流から第1の電源を生成する第1の電源部と、この第1の電源部からの電源の供給を受けて第2の電源を生成する第2の電源部と、この第2の電源部からの電源の供給を受けて所定の処理動作を行う処理部と、第1の電源部からの第2の電源部への電流の供給通路に設けられた電流制御素子と、第1の電源部からの第2の電源部への電流の分流通路に設けられた負荷回路とを設け、処理部に、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第2の電源部への電流を負荷回路の動作に必要な量だけ分流通路に分流させる電流制御素子制御手段を設けたものである。
この発明において、電流制御素子としては、例えば、MOS−FET、J型FET、バイポーラトランジスタ、可変抵抗素子など、その素子状態を制御することによってそこを流れる電流を外部から調整することが可能な素子を用いる。また、この発明において、負荷回路とは、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせるための回路として設けられ、フォトカプラなどそれを動作させるために電流を必要とする回路のことを指す。また、この発明において、処理部としては、伝送路に流れる電流の値を計測値に応じて調整する処理動作を含む処理を行う中央演算処理装置(CPU)を想定しているが、必ずしもCPUでなくてもよく、同様の処理機能を有するハード回路とすることも考えられる。
この発明において、処理部は、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第2の電源部への電流を、負荷回路の動作に必要な量だけ分流通路に分流させる。すなわち、副次的な機能を働かせる必要がない場合、供給通路を流れている電流は、分流通路に分流されずに、第2の電源部に送られている。副次的な機能を働かせる必要がある場合、処理部は、電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている電流を分流通路に分流させる。この際、分流通路へ分流する電流は、負荷回路の動作に必要な量とする。この分流通路に分流された電流は、負荷回路を通って、第2の電源部に送られる。これにより、第2の電源部には、供給通路からの電流と分流通路からの電流との合流電流が供給される。この場合、第2の電源部に供給される電流の量は、副次的な機能を働かせる必要がない場合と同じであるので、処理部への供給電力が不足するということがない。これにより、本来の処理機能の性能を低下させることなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるようになる。
本発明において、処理部は、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第2の電源部への電流を分流通路に分流させるが、この際、供給通路を流れている第2の電源部への電流を分流通路に分流させても自己の処理動作に影響がないと判断した場合に、電流制御素子の素子状態の制御を許可するようにしてもよい。例えば、供給通路を流れている第2の電源部への電流を分流通路に分流させて負荷回路を作動させた場合、電源変動が生じるなどして処理部での処理動作に影響を及ぼす虞れがあるような場合、それを事前に察知して電流制御素子の素子状態の制御を禁止するようにする。これにより、本来の処理機能に影響を及ぼすことなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるようになる。
本発明によれば、第1の電源部からの第2の電源部への電流の供給通路に電流制御素子を設け、第1の電源部からの第2の電源部への電流の分流通路に負荷回路を設け、処理部に、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第2の電源部への電流を負荷回路の動作に必要な量だけ分流通路に分流させる電流制御素子制御手段を設けたので、副次的な機能を働かせる必要がある場合、供給通路からの電流と分流通路からの電流との合流電流を第2の電源部に供給するようにして、第2の電源部に供給される電流の量を副次的な機能を働かせる必要がない場合と同じとし、処理部への供給電力が不足するということをなくし、本来の処理機能の性能を低下させることなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるようになる。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図1はこの発明に係るフィールド機器の一実施の形態の要部を示すブロック図である。同図において、101は本発明に係るフィールド機器、200はこのフィールド機器101に2線式の伝送路L(L1,L2)を介して接続された上位装置(監視装置)である。この例では、フィールド機器101は差圧・圧力発信器とされている。
フィールド機器101は、圧力や差圧を受けるとその大きさに応じたアナログ信号を生じるセンサ部1と、このセンサ部1からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器2と、このA/D変換器2から出力されるデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めるCPU3と、このCPU3が求めたデジタルの計測値を対応する所定の電流範囲(4〜20mA)のアナログ信号に変換するD/A変換器4と、このD/A変換器4から出力されるアナログ信号を2線式の伝送路Lに出力する通信部5と、2線式の伝送路Lから得られる4〜20mAの電流に基づいて安定した直流電圧V1(DC6.5V)を第1の電源として生成する電圧レギュレータ(第1の電源部)6と、この電圧レギュレータ6からの電源の供給を受けて安定した直流電圧V2(DC3V)を第2の電源として生成する電圧レギュレータ7と、アラーム駆動回路8と、ROM10と、RAM11と、電流制御素子12とを備えている。
このフィールド機器101の従来のフィールド機器100と大きく異なる点は、電圧レギュレータ6からの電圧レギュレータ7への電流の供給通路LAに電流制御素子12を設けている点、電圧レギュレータ6からの電圧レギュレータ7への電流の分流通路LBにアラーム駆動回路8を設けている点、CPU3によって必要に応じて電流制御素子12の素子状態を制御する点にある。
なお、電流制御素子12としては、例えば、MOS−FET、J型FET、バイポーラトランジスタ、可変抵抗素子などを使用する。この実施の形態では、説明を分かり易くするために、電流制御素子12として可変抵抗素子を用いた場合を示している。この場合、CPU3は、電流制御素子12の素子状態として、電流制御素子12の抵抗値を制御する。
このフィールド機器101において、CPU3は、電圧レギュレータ7からの電源の供給を受けて動作し、RAM11にアクセスしながら、ROM10に格納されたプログラムに従って動作する。ROM10には、A/D変換器2からのデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めて監視装置200へ通知する計測値処理プログラムに加え、本実施の形態特有のプログラムとして自己の機器内で生じる異常を検出して電流制御素子12の抵抗値を制御する電流制御素子制御プログラムが格納されている。
なお、図1では、CPU3における機能ブロックとして、計測値演算部3−1,電流制御素子制御部3−3を示しているが、この計測値演算部3−1,電流制御素子制御部3−3はCPU3でのプログラムに従う処理機能として実現される。また、アラーム駆動回路8は、発光部と受光部とを備えたフォトカプラによる接点出力回路とされている。
〔副次的な機能を働かせる必要がない場合〕
副次的な機能を働かせる必要がない場合、すなわちアラーム駆動回路8を作動させる必要がない場合、電流制御素子制御部3−3は、電流制御素子12の抵抗値を0とする。これにより、供給通路LAを流れている電流IAは、分流通路LBに分流されずに、電圧レギュレータ7に送られる。ここで、分流通路LBを流れる電流をIBとすると、IB=0とされる。
〔副次的な機能を働かせる必要がある場合〕
副次的な機能を働かせる必要がある場合、すなわちアラーム駆動回路8を作動させる必要がある場合、電流制御素子制御部3−3は、電流制御素子12の抵抗値を制御し、供給通路LBを流れている電流を分流通路LBに分流させる。この際、分流通路LBへ分流する電流IBは、アラーム駆動回路8の動作に必要な量とする。
アラーム駆動回路8ではフォトカプラの発光部へのドライブ電流として1mA以上の電流を必要とする。電流制御素子制御部3−3は、電流制御素子12の抵抗値を調整することによって供給通路LAを流れる電流IAを絞り、それまで供給通路LAを流れていた電流IAの一部を分流通路LBへ分流させ、アラーム駆動回路8の動作に必要なドライブ電流を分流電流IBとして確保する。
これにより、分流電流IBがアラーム駆動回路(フォトカプラ)8の発光部にドライブ電流として流れ、このドライブ電流を受けて発光する発光部からの光が受光部で受光され、受光部側の接点出力がオンとなって、外部に設けられているアラーム回路300が作動する。
アラーム駆動回路8に供給された分流電流IBは、アラーム駆動回路8の発光部を通って、電圧レギュレータ7へ送られる。これにより、電圧レギュレータ7には、供給通路LAからの電流IAと分流通路LBからの電流IBとの合流電流が供給される。この場合、電圧レギュレータ7に供給される電流の量は、アラーム駆動回路8を作動させる必要がない場合と同じであるので、CPU3への供給電力が不足するということがない。これにより、CPU3の性能を低下させることなく(本来の処理機能の性能を低下させることなく)、アラーム駆動回路8を作動させることがことができるようになる。
この実施の形態において、CPU3は、必要に応じて電流制御素子12の抵抗値を制御し、供給通路LAを流れている電圧レギュレータ7への電流IAを分流通路LBに分流させるが、この際、供給通路LAを流れている電圧レギュレータ7への電流IAを分流通路LBに分流させても自己の処理動作に影響がないと判断した場合に、電流制御素子12の抵抗値の制御を許可するようにしてもよい。
例えば、供給通路LAを流れている電圧レギュレータ7への電流IAを分流通路LBに分流させてアラーム駆動回路8を作動させた場合、電源変動が生じるなどしてCPU3での処理動作に影響を及ぼす虞れがあるような場合、それを事前に察知して電流制御素子12の抵抗値の制御を禁止するようにする。これにより、CPU3の本来の処理機能に影響を及ぼすことなく、アラーム駆動回路8を作動させることができるようになる。
なお、上述した実施の形態では、説明を分かり易くするために、電流制御素子12として可変抵抗素子を用いた場合を示したが、前述したようにJ型FET、バイポーラトランジスタなどの素子を用いるようにしてもよい。図2に電流制御素子12としてFETを用いた場合の回路例の要部を示す。同図において、D1はアラーム駆動回路8の発光部として設けられた発光ダイオード、FT1はアラーム駆動回路8の受光部として設けられたフォトトランジスタであり、フォトトランジスタFT1はアラーム回路300の電源301と警報ランプなどの負荷302とを結ぶ直列回路中に挿入接続されている。
また、上述した実施の形態では、アラーム駆動回路8をフォトカプラとしたが、フォトカプラに限られるもでないことは言うまでもない。アラーム駆動回路8として、分流通路LBからの電流IBの供給を受けて動作する入力部と、この入力部の動作によってオンとされる出力部とを備え、入力部と出力部とが電気的に絶縁された絶縁型スイッチを用いることにより、入出力の電気的な絶縁性を確保し、CPU3の処理動作に影響を与えるようなノイズが生じないようにすることができる。
また、上述した実施の形態では、アラーム回路300の接点出力回路としてアラーム駆動回路8を用いたが、図3に示すように、カウンタ401を備えたカウンタ回路400のパルス出力回路としてアラーム駆動回路8を用いるようにしてもよい。また、アラーム駆動回路8に代えて警報ランプを設けるようにしたり、警報ブザーを設けるようにしたりしてもよい。
また、上述した実施の形態では、電圧レギュレータ7からの電源の供給を受けて所定の動作を行う処理部をCPU3としたが、必ずしもCPUでなくてもよく、同様の処理機能を有するハード回路としてもよい。
本発明に係るフィールド機器の一実施の形態の要部を示すブロック図である。 このフィールド機器において電流制御素子としてFETを用いた場合の回路例の要部を示す図である。 このフィールド機器においてカウンタ回路のパルス出力回路としてアラーム駆動回路を用いるようにした場合の回路例の要部を示す図である。 従来の2線式のフィールド機器の要部の構成を示すブロック図である。
符号の説明
1…センサ部、2…A/D変換器、3…CPU、3−1…計測値演算部、3−3…電流制御素子制御部、4…D/A変換器、5…通信部、6…電圧レギュレータ(第1の電源部)、7…電圧レギュレータ(第2の電源部)、8…アラーム駆動回路、10…ROM、11…RAM、12…電流制御素子、101…フィールド機器(差圧・圧力発信器)、200…上位装置(監視装置)、300…アラーム回路、400…カウンタ回路、D1…発光ダイオード、FT1…フォトトランジスタ、L(L1,L2)…2線式の伝送路、LA…供給通路、LB…分流通路。

Claims (4)

  1. 2線式の伝送路を流れる電流の値を計測値に応じて調整するフィールド機器において、
    前記伝送路を流れる電流から第1の電源を生成する第1の電源部と、
    この第1の電源部からの電源の供給を受けて第2の電源を生成する第2の電源部と、
    この第2の電源部からの電源の供給を受けて所定の処理動作を行う処理部と、
    前記第1の電源部からの前記第2の電源部への電流の供給通路に設けられた電流制御素子と、
    前記第1の電源部からの前記第2の電源部への電流の分流通路に設けられた負荷回路とを備え、
    前記処理部は、
    必要に応じて前記電流制御素子の素子状態を制御し、前記供給通路を流れている前記第2の電源部への電流を前記負荷回路の動作に必要な量だけ前記分流通路に分流させる電流制御素子制御手段
    を備えることを特徴とするフィールド機器。
  2. 請求項1に記載されたフィールド機器において、
    前記処理部は、
    前記所定の処理動作として前記伝送路に流れる電流の値を計測値に応じて調整する処理動作を含む処理を行う中央演算処理装置である
    ことを特徴とするフィールド機器。
  3. 請求項1又は2に記載されたフィールド機器において、
    前記処理部は、
    前記供給通路を流れている前記第2の電源部への電流を前記分流通路に分流させても自己の処理動作に影響がないと判断した場合に前記電流制御素子の素子状態の制御を許可する手段
    を備えることを特徴とするフィールド機器。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載されたフィールド機器において、
    前記負荷回路は、
    前記分流通路からの電流の供給を受けて動作する入力部と、この入力部の動作によってオンとされる出力部とを備え、前記入力部と前記出力部とが電気的に絶縁された絶縁型スイッチである
    ことを特徴とするフィールド機器。
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