JP2010152596A - Current input and output device - Google Patents
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Description
本発明は、制御手段からの電流指令値に基づき、接続される機器に所定値の動作電流を出力し、または接続される機器からの動作電流を入力する電流入出力装置に関するものである。 The present invention relates to a current input / output device that outputs an operating current of a predetermined value to a connected device or inputs an operating current from a connected device based on a current command value from a control means.
図5は、特許文献1に開示されている、従来の電流入出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。図5(A)は電流出力動作時の構成、図5(B)は電流入力動作時の構成を示している。
FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional current input / output device disclosed in
図5(A)の電流出力動作において、入出力端子T1,T2間には、端子T1から供給される電流出力信号Ioutで操作されるバルブ等の負荷Lが接続されている。負荷Lを流れる電流は、端子T2を介して電流検出抵抗R1を流れ、フィードバック電圧Voを発生している。 In the current output operation of FIG. 5A, a load L such as a valve operated by a current output signal Iout supplied from the terminal T1 is connected between the input / output terminals T1 and T2. The current flowing through the load L flows through the current detection resistor R1 via the terminal T2, and generates the feedback voltage Vo.
切り替えスイッチSWは、接点S1側を選択し、フィードバック電圧Voを差動増幅器A1のマイナス入力端子に与える。差動増幅器A1のプラス入力端子には、電流設定手段(図示せず)からの設定電圧値Viが与えられている。 The changeover switch SW selects the contact S1 side and applies the feedback voltage Vo to the negative input terminal of the differential amplifier A1. A set voltage value Vi from a current setting means (not shown) is given to the plus input terminal of the differential amplifier A1.
差動増幅器A1の出力は、電流制御トランジスタQ1のベースに与えられている。電流制御トランジスタQ1のコレクタは、直流電源Vccに接続され、エミッタは入出力端子T1に接続されている。 The output of the differential amplifier A1 is given to the base of the current control transistor Q1. The collector of the current control transistor Q1 is connected to the DC power supply Vcc, and the emitter is connected to the input / output terminal T1.
このような回路構成では、フィードバック電圧Voが、設定電圧値Viと等しくなるように電流出力信号Ioutが制御される定電流回路が形成され、設定値Viを変化させることにより、負荷Lに所定の動作範囲(例:4〜20mA)の電流を出力させることができる。 In such a circuit configuration, a constant current circuit is formed in which the current output signal Iout is controlled so that the feedback voltage Vo becomes equal to the set voltage value Vi. By changing the set value Vi, a predetermined value is applied to the load L. A current in an operating range (eg, 4 to 20 mA) can be output.
図5(B)の電流入力動作において、入出力端子T1,T2間には、端子T1から供給される電源電圧Voutで駆動され、物理量Pの測定スパンに対応した電流(例:4〜20mA)Iinを出力する差圧伝送器等の負荷Lが接続される。負荷Lからの電流Iinは、端子T2を介して入力され、アンサーバック抵抗R1を流れてアンサーバック電圧Vaを発生させる。 In the current input operation of FIG. 5B, the current corresponding to the measurement span of the physical quantity P (eg, 4 to 20 mA) is driven between the input / output terminals T1 and T2 by the power supply voltage Vout supplied from the terminal T1. A load L such as a differential pressure transmitter that outputs Iin is connected. The current Iin from the load L is input via the terminal T2, and flows through the answerback resistor R1 to generate the answerback voltage Va.
切り替えスイッチSWは、接点S2側を選択し、端子T1の電圧を抵抗R2,R3で分圧した電圧Vfを差動増幅器A1のマイナス入力端子に与える。差動増幅器A1のプラス入力端子には、電圧設定手段(図示せず)からの設定電圧値Vsが与えられている。 The changeover switch SW selects the contact S2 side, and applies a voltage Vf obtained by dividing the voltage of the terminal T1 by the resistors R2 and R3 to the negative input terminal of the differential amplifier A1. A set voltage value Vs from a voltage setting means (not shown) is given to the plus input terminal of the differential amplifier A1.
このような回路構成では、電圧Vfが、設定電圧値Vsと等しくなるように端子T1,T2間の電圧Voutが制御される定電圧回路が形成され、設定電圧値Vsに基づいて端子T1,T2間の電源電圧Voutを所定値に保持することができる。 In such a circuit configuration, a constant voltage circuit is formed in which the voltage Vout between the terminals T1 and T2 is controlled so that the voltage Vf is equal to the set voltage value Vs. Based on the set voltage value Vs, the terminals T1 and T2 are formed. The power supply voltage Vout between them can be held at a predetermined value.
従来構成による電流入出力装置の動作切り替え手法では、次のような問題がある。
(1)電流出力動作と電流入力動作の動作切り替えのために、切り替えスイッチSW等の可動部品を必要とし、回路構成が煩雑になる。
The operation switching method of the current input / output device according to the conventional configuration has the following problems.
(1) In order to switch between the current output operation and the current input operation, a movable part such as a changeover switch SW is required, and the circuit configuration becomes complicated.
(2)図5(B)の電流入力動作時に、負荷Lまたは伝送ラインの故障等で動作スパンを超える過電流が流れた場合に、その電流を所定の安全電流に制限する過電流保護回路を別途追加する必要があり、構成が煩雑となると共に、コストアップの要因となる。 (2) When an overcurrent exceeding the operating span flows due to a failure of the load L or transmission line during the current input operation of FIG. It is necessary to add it separately, which makes the configuration complicated and increases the cost.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、可動部品を持たない共通の電圧/電流変換手段により、電流出力動作と電流入力動作の切り替え機能並びに過電流保護機能を備えた電流入出力装置の実現を目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a function of switching between current output operation and current input operation and an overcurrent protection function by a common voltage / current conversion means having no moving parts. The purpose is to realize a current input / output device.
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
(1)制御手段からの電流指令値に基づき、接続される機器に所定値の動作電流を出力し、または接続される機器からの動作電流を入力する電流入出力装置において、
前記制御手段からの電流指令値を、DA変換器を介して入力すると共に、前記機器の動作電流に比例した電圧値を、AD変換器を介して前記制御手段にアンサーバックする電圧/電流変換手段を備え、
電流出力動作時には、前記電圧/電流変換手段は、前記制御手段からの電流指令値に比例した動作電流を前記機器に出力すると共に、
電流入力動作時には、前記電圧/電流変換手段は、前記機器から入力される電流を前記制御手段からの電流指令値にリミットする、
ことを特徴とする電流入出力装置。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) In a current input / output device that outputs an operating current of a predetermined value to a connected device based on a current command value from a control means, or inputs an operating current from a connected device,
Voltage / current conversion means for inputting a current command value from the control means via a DA converter and answering back to the control means via the AD converter a voltage value proportional to the operating current of the device With
At the time of current output operation, the voltage / current conversion means outputs an operation current proportional to the current command value from the control means to the device,
During the current input operation, the voltage / current conversion means limits the current input from the device to a current command value from the control means,
A current input / output device characterized by that.
(2)前記電圧/電流変換手段は、前記DA変換器の出力電圧と前記機器の電流検出抵抗の電圧を入力する差動増幅器と、この差動増幅器の出力をゲートに入力し、前記電流検出抵抗をソースに接続し、ドレインを前記機器に接続するFETと、を備えることを特徴とする(1)に記載の電流入出力装置。 (2) The voltage / current conversion means includes a differential amplifier that inputs an output voltage of the DA converter and a voltage of a current detection resistor of the device, and an output of the differential amplifier is input to a gate to detect the current. The current input / output device according to (1), further comprising: an FET having a resistor connected to a source and a drain connected to the device.
(3)電流出力動作時には、前記制御手段は、前記機器の動作電流範囲に対応した範囲の電流指令値を前記電圧/電流変換手段に与えることを特徴とする(1)または(2)に記載の電流入出力装置。 (3) In the current output operation, the control unit provides the voltage / current conversion unit with a current command value in a range corresponding to the operating current range of the device. Current input / output device.
(4)電流入力動作時には、前記制御手段は、前記機器の動作電流範囲を所定値超えたリミット電流値に対応した電流指令値を前記電圧/電流変換手段に与えることを特徴とする(1)または(2)に記載の電流入出力装置。 (4) In the current input operation, the control means provides the voltage / current conversion means with a current command value corresponding to a limit current value exceeding a predetermined value of the operating current range of the device (1). Or the current input / output device according to (2).
(5)前記制御手段は、前記電流指令値とアンサーバック電圧を監視し、電流出力動作時または電流入力動作時に接続される前記機器の誤接続をチェックする誤接続監視手段を備えることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の電流入出力装置。 (5) The control unit includes an erroneous connection monitoring unit that monitors the current command value and the answerback voltage and checks an erroneous connection of the device connected during a current output operation or a current input operation. The current input / output device according to any one of (1) to (4).
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
(1)制御手段から電流指令値を与えるDA変換器の出力値を変更するだけで、可動部品を持たない共通の回路構成で、電流出力動作と電流入力動作の機能を切り替えることができる。
According to the configuration of the present invention, the following effects can be expected.
(1) The function of the current output operation and the current input operation can be switched with a common circuit configuration having no moving parts by simply changing the output value of the DA converter that gives the current command value from the control means.
(2)過電流保護機構を特別に設けることなく、電流入力動作時の過電流保護機能を実現することができる。 (2) An overcurrent protection function during a current input operation can be realized without specially providing an overcurrent protection mechanism.
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明を適用した電流入出力装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。本発明を適用した電流入出力装置100は、入出力端子101,102を備え、この入出力端子間に電流入出力の負荷となる機器200が接続される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a current input / output device to which the present invention is applied. The current input /
電流入出力装置100において、入出力端子の一方101は、直流電源103に接続され、他方102は、電圧/電流変換手段104の電流出力用FETQ2のドレインに接続されている。FETQ2のソースは、フィードバック抵抗Rfを介して基準電位に接続されている。
In the current input /
電圧/電流変換手段104内の差動増幅器Q2の出力が、FETQ1のドレインに接続され、フィードバック抵抗Rfに発生する電圧Vfが差動増幅器Q2のマイナス入力端子に与えられている。 The output of the differential amplifier Q2 in the voltage / current conversion means 104 is connected to the drain of the FET Q1, and the voltage Vf generated in the feedback resistor Rf is applied to the negative input terminal of the differential amplifier Q2.
差動増幅器Q2のプラス入力端子には、制御手段105からのディジタル値の電流指令値DiをDA変換器106でアナログ値に変換した電圧Viが入力される。フィードバック抵抗Rfに発生するアンサーバック電圧Vfは、AD変換器107でディジタル値Dfに変換されて制御手段105に渡される。
A voltage Vi obtained by converting the digital current command value Di from the control means 105 into an analog value by the
図2は、電流出力動作を説明する機能ブロック図である。入出力端子101,102間には、出力電流Ioの所定の電流スパン(4〜20mA)で操作されるバルブ300が接続されている。
FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the current output operation. Connected between the input /
制御手段105は、DA変換器106を介して、出力電流Ioのスパンが4〜20mAとなる電圧Viを差動増幅器Q2に入力する。フィードバック抵抗Rfの値を250Ωとすれば、Viは1〜5Vのスパンを有する。この電流出力動作時の構成は、図5(A)に示した定電流回路の構成と基本的に同一である。
The control means 105 inputs the voltage Vi at which the output current Io span is 4 to 20 mA to the differential amplifier Q2 via the
図3は、電流入力動作を説明する機能ブロック図である。入出力端子101,102間には、2線式の差圧伝送器400が接続され、圧力Pの測定スパンに対応するスパン4〜20mAを持つ出力電流Ioが電流入出力装置100に流入する。
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining the current input operation. A two-wire
制御手段105は、DA変換器106を介して、出力電流Ioのスパンが4〜20mAとなるスパン1〜5Vの電圧よりは高い電圧、例えば6Vの固定電圧Viを差動増幅器Q2のプラス入力端子に与える。
The control means 105 supplies, via the
差圧伝送器400が正常動作し、その出力電流スパンが4〜20mAであれば、フィードバック抵抗Rf(250Ω)に発生するアンサーバック電圧Vfのスパンは1〜5Vである。従って、6Vがプラス入力端子に与えられた差動増幅器Q2の出力はプラス側に飽和し、FETQ1のドレイン・ソース間は導通状態となり、出力電流IoがそのままFETQ1のドレイン・ソース間を通過する。
When the
出力電流Ioの上限が、差圧伝送器400またはリード線等の短絡故障により20mAを超える過電流状態になれば、フィードバック抵抗Rf(250Ω)に発生するアンサーバック電圧Vfは、5Vを超えて増加するが、出力電流Ioが24mA(Vf=6V)以上になろうとした時に、差動増幅器Q2の差動増幅機能が復帰し、定電流回路が機能して出力電流Ioが24mAに維持されるので、過電流保護が実現される。
If the upper limit of the output current Io exceeds 20 mA due to a short circuit fault such as the
図4は、本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図1との相違点は、制御手段105内に、誤接続監視手段108を設けた構成にある。制御手段105は、電流出力動作時及び電流入力動作時におけるAD変換器107からのアンサーバック電圧Dfを監視することで、入出力端子101,102間に接続される機器の異常接続をチェックすることができ、オペレータに警報することが可能である。
FIG. 4 is a functional block diagram showing another embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 lies in the configuration in which the erroneous connection monitoring means 108 is provided in the control means 105. The control means 105 checks the abnormal connection of the devices connected between the input /
例えば、図2の電流出力動作時に、入出力端子101,102間に差圧伝送器400が誤って接続された場合には、定電流回路が機能せず、制御手段105は、設定電圧値Viに等しいアンサーバック電圧Vfを取得することができないことで、異常を検出することができる。
For example, when the
また、図3の電流入力動作時に、入出力端子101,102間にバルブ300が誤って接続された場合には、固定の設定電圧値Vi(6V)に相当する電流24mAが流れ、VfがViに等しく6Vになることで、異常を検出することができる。
Further, when the
100 電流入出力装置
101,102 入出力端子
103 電源
104 電圧/電流変換手段
105 制御手段
106 DA変換器
107 AD変換器
200 機器
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記制御手段からの電流指令値を、DA変換器を介して入力すると共に、前記機器の動作電流に比例した電圧値を、AD変換器を介して前記制御手段にアンサーバックする電圧/電流変換手段を備え、
電流出力動作時には、前記電圧/電流変換手段は、前記制御手段からの電流指令値に比例した動作電流を前記機器に出力すると共に、
電流入力動作時には、前記電圧/電流変換手段は、前記機器から入力される電流を前記制御手段からの電流指令値にリミットする、
ことを特徴とする電流入出力装置。 Based on the current command value from the control means, in the current input / output device that outputs the operating current of a predetermined value to the connected device or inputs the operating current from the connected device,
Voltage / current conversion means for inputting a current command value from the control means via a DA converter and answering back to the control means via the AD converter a voltage value proportional to the operating current of the device With
At the time of current output operation, the voltage / current conversion means outputs an operation current proportional to the current command value from the control means to the device,
During the current input operation, the voltage / current conversion means limits the current input from the device to a current command value from the control means,
A current input / output device characterized by that.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2016143283A (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-08 | 横河電機株式会社 | Input/output module |
CN108107965A (en) * | 2018-02-27 | 2018-06-01 | 华中科技大学 | A kind of digital linear voltage-stablizer based on double loop analog-to-digital conversion module |
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CN108107965A (en) * | 2018-02-27 | 2018-06-01 | 华中科技大学 | A kind of digital linear voltage-stablizer based on double loop analog-to-digital conversion module |
CN108107965B (en) * | 2018-02-27 | 2019-06-07 | 华中科技大学 | A kind of digital linear voltage-stablizer based on double loop analog-to-digital conversion module |
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