JP2011154508A - デジタル出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、チャネルにおける電圧の経時変化を検出することで、チャネル間の短絡の有無を精度良く診断することのできるデジタル出力装置を実現することにある。
【解決手段】本発明は、複数チャネルのそれぞれに被制御機器を接続し、駆動電圧を供給する電源と各被制御機器との接続をスイッチにより制御し、前記電源を前記被制御機器に接続したときのチャネル信号線の電圧を検出し、検出結果に基づいて前記チャネル信号線を診断する診断機能を有するデジタル出力装置において、前記チャネル信号線における電圧の経時変化を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出した電圧の経時変化をもとに前記チャネル信号線の状態を診断する診断手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールド機器等の被制御機器を接続したチャネルの状態を診断する機能を有するデジタル出力装置に関する。

チャネルの状態を診断する機能を有した従来のデジタル出力装置の例を、図面を用いて説明する。
図３は、従来のデジタル出力装置の構成例を示した図である。図３において、デジタル出力装置１は、スイッチ１１と、スイッチ１１のＯＮおよびＯＦＦを制御する出力制御部１２と、電圧レベル比較器１３と、診断手段１４とを備えている。
外部の外部電源２は、一端をグランドに接続されて接地され、他端を電源端子Ａと接続されている。

電源端子Ａは、出力端子Ｂとスイッチ１１を介して接続されている。
被制御機器３は、フィールド機器等で、一端がグランドに接続されて接地され、他端が出力端子Ｂと接続されている。この電源端子Ａ、スイッチ１１、出力端子Ｂ、および被制御機器３に至る経路をチャネルと呼ぶ。図示はしていないが、デジタル出力装置１には、このようなチャネルが複数用意されており、それぞれ別々の被制御機器３と接続されている。

電圧レベル比較器１３は、出力端子Ｂの電圧と、比較電圧を比較し、比較結果を出力する。
診断手段１４は、電圧レベル比較器１３の比較結果を入力し、チャネルの状態を診断し、診断結果を出力する。
出力制御部１２は、診断手段１４と接続され、診断手段が出力する診断結果に基づいて予め定められた処理を行う。

このような従来の装置が行う診断の動作例を、図面を用いて説明する。
図３において、２つの被制御機器３がそれぞれ２つのチャネルにより接続されている場合を考える。
出力制御部１２は、１方のチャネル（自チャネル）にテスト波形（テストパルス）を出力するために、両チャネルのスイッチ１１がＯＦＦ状態であるときに、自チャネルのスイッチ１１を一定時間ＯＮ状態にし、再度ＯＦＦ状態にする。ここで前記一定時間は、被制御機器３に影響のない短い時間とする。自チャネルのスイッチ制御により、一定時間の幅を有するテストパルスが自チャネルに伝達される。

このときに、もう一方のチャネル（他チャネル）はこのテストパルスの影響を受ける。
まず、自チャネルと多チャネルが短絡されている場合には、他チャネルには自チャネルと同様のパルスが伝達される。
また、他チャネルが自チャネルと短絡されていない場合でも、チャネル間が隣接している場合にはその間の静電容量によって、他チャネルにクロストーク等のノイズが発生することがある。
電圧レベル比較器１３は、あらかじめ定められた１つの比較電圧Ｖと、１つの比較タイミングＴで、出力端Ｂの電圧と比較電圧と比較し、その結果を出力する。

これらの様子を、図４を用いて説明する。図４は、図３の装置で検出される波形のタイムチャートである。自チャネルで発生したパルスと、このパルスによって他チャネルに発生する波形例を示しており、縦軸は電圧レベル、横軸は経過時間を表す。また破線Ｖは比較電圧、破線Ｔは比較タイミングを示す。
図４において、（ａ）は自チャネルの波形、（ｂ）は自チャネルと短絡された他チャネルの波形、（ｃ）は正常な（自チャネル等との短絡はないが、自チャネルと静電容量のある）他チャネルの波形であり、以下の特徴を有する。

（ａ）初期状態はＯＦＦレベル（Ｌレベル）であるが、自チャネルのスイッチＯＮとともに、ＯＮレベル（Ｈレベル）を一定時間保持する。そして自チャネルのスイッチのＯＦＦとともに、ＯＦＦレベルに戻る。
（ｂ）自チャネルと短絡されているので、（ａ）と同一波形となる。
（ｃ）初期状態はＯＦＦレベルであるが、自チャネルの電圧がＯＮレベルに立ち上がると、自チャネルのとのクロストーク等のために、一旦あるレベルのピークを迎え、そこから徐々にＯＦＦレベルに戻る。
（ｂ）、（ｃ）ともに、出力端Ｂの電圧と比較電圧と比較検出ポイントは、図４の破線Ｖと、破線Ｔが交わった点である。

診断手段１４は、比較タイミングＴにおいて出力端Ｂの電圧が比較電圧Ｖを超えていれば、他チャネルと自チャネル間が短絡されてると診断する。出力制御部１２は、診断手段１４が出力する診断結果に基づいて、予め定められた処理を行う。

特許文献１には、このように、チャネルの電圧を電圧レベル比較器を用いて診断するデジタル出力装置の構成が記載されている。

特開２００６−２０９６１８号公報

従来の装置では、１つの比較電圧Ｖと１つの比較タイミングＴのみで出力端Ｂの電圧を検出している。このため、図３の（ｃ）の波形のように、自チャネルにパルスが発生した時にクロストーク等によって他チャネルに発生する短時間のピーク等のノイズも、短絡と誤診断してしまうことがあった。しかしながら、このような短時間のピークは、他チャネルに接続された被制御機器３に影響を与えるわけではなく、本来ならば正常と判断されるべきである。
このように従来の装置では、チャネル間の短絡による波形と、チャネル間のクロストーク等のノイズによる波形を区別することができない場合があることが課題となっていた。

そこで、本発明の目的は、診断対象のチャネルの電圧の経時変化を検出することで、チャネル間の短絡の有無を精度良く診断することのできるデジタル出力装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数チャネルのそれぞれに被制御機器を接続し、駆動電圧を供給する電源と各被制御機器との接続をスイッチにより制御し、前記電源を前記被制御機器に接続したときのチャネル信号線の電圧を検出し、検出結果に基づいて前記チャネル信号線を診断する診断機能を有するデジタル出力装置において、
前記チャネル信号線における電圧の経時変化を検出する電圧検出手段と、
この電圧検出手段で検出した電圧の経時変化をもとに前記チャネル信号線の状態を診断する診断手段と、
を有することを特徴とするデジタル出力装置。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、
前記電圧検出手段は、少なくとも２種の比較タイミングで比較を行う比較器を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、
前記比較器は、少なくとも２種の比較電圧値で比較を行うことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明であって、
前記被制御機器はフィールド機器であることを特徴とする。

本発明によれば、電圧検出手段はタイミング発生器と比較器とを有し、タイミング発生器は少なくとも２種の比較タイミングを発生し、比較器は、チャネル電圧と、自身が有する少なくとも２種の比較電圧とを、タイミング発生器の発生する比較タイミングで比較して出力し、診断手段は比較器の出力結果に基づいてチャネルの状態を診断するので、診断対象のチャネルの電圧の経時変化を検出することができ、チャネル間の短絡の有無を精度良く診断することのできるデジタル出力装置を実現することができる。

本発明の一実施例の構成を示した図である。 図１の装置で検出される波形のタイムチャートである。 従来の装置の構成例を示した図である。 図３の装置で検出される波形のタイムチャートである。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の構成を示した図である。ここで、図３と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。
電圧検出手段４１は、タイミング発生器４１１、比較器４１２とを有し、出力端子Ｂの電圧を入力する。診断手段４２は、電圧検出手段４１の出力を入力し、チャネルの状態を診断し、診断結果を出力する。出力制御部４３は、スイッチ１１のＯＮおよびＯＦＦを制御し、電圧検出手段４１にスイッチ制御のタイミングを出力し、また、診断手段４２の出力に基づいて予め定められた処理を行う。

電圧検出手段４１のタイミング発生器４１１は、出力制御部４３からのスイッチ制御のタイミングに基づいて、予め定められた３つの比較タイミング（Ｔ１〜Ｔ３）を発生する。比較器４１２は、自身に予め定められた３つの比較電圧（Ｖ１〜Ｖ３）を備え、タイミング発生器４１１が発生する比較タイミング（Ｔ１〜Ｔ３）に基づき、出力端子Ｂと比較電圧（Ｖ１〜Ｖ３）との比較を行い、比較結果を出力する。
診断手段４２は、電圧検出手段４１の出力結果を入力し、チャネルの状態を診断する。出力制御部４３は、診断手段４２の診断結果に基づき、予め定められた処理を行う。

このような装置が行う診断の動作例を、図面を用いて説明する。
従来例と同様に、自チャネルと他チャネルのスイッチがＯＦＦ状態であるときに、出力制御部４３は、自チャネルにテスト波形を出力するために、自チャネルのスイッチ１１を一定時間ＯＮ状態にし、再度ＯＦＦ状態とする。

これらの様子を、図２を用いて説明する。図２は、図１の装置で検出される波形のタイムチャートである。自チャネルで発生したパルスと、このパルスによって他チャネルに発生する波形例を示しており、縦軸は電圧レベル、横軸は経過時間を表す。また、破線Ｖ１〜Ｖ３は比較電圧、破線Ｔ１〜Ｔ３は比較タイミングを示す。（つまり、（ｅ）、（ｆ）ともに検出ポイントは、Ｖ１〜Ｖ３の破線と、Ｔ１〜Ｔ３の破線が交わったそれぞれ９つの点である。）なお、図２の（ｄ）〜（ｆ）の波形自体は、それぞれ、図４の（ａ）〜（ｃ）の波形と同一である。

図２において、
（ｅ）短絡された他チャネルの波形では、Ｔ１〜Ｔ３のすべて比較タイミングで、出力端Ｂの電圧がＶ１〜Ｖ３の比較電圧を上回っており、想定される自チャネルの波形と同様である。診断手段は、この状態を自チャネルとの短絡と診断する。
（ｆ）正常な他チャネルの波形（ただし、隣接する自チャネルとの間に静電容量を持つ）では、出力端Ｂの電圧が比較電圧（Ｖ１〜Ｖ３）を上回るのは、Ｔ１の比較タイミングではＶ１〜Ｖ３、Ｔ２ではＶ１のみ、また、Ｔ３では出力端Ｂの電圧はすべての比較電圧Ｖ１〜Ｖ３を下回る。このような場合診断手段は、一旦はある電圧ピークに達するものの、時間が経過するにつれＯＦＦレベルに戻っていく波形と判断し、正常と診断する。

ノイズのレベル、ＯＦＦレベルに到達するまでの時間は、自チャネルの電圧レベルや想定される静電容量によって変わってくるが、比較タイミングや比較電圧を適切に設定することにより、様々な波形に対して波形の経時的な変化を検出することが可能である。したがって、（ｅ）のような、自チャネルとの短絡と、（ｆ）のようなクロストークと考えられるノイズ波形との区別を容易に行う診断を行うことができる。

このように、電圧検出手段４１はタイミング発生器４１１と比較器４１２とを有し、タイミング発生器４１１は３つの比較タイミングを発生し、比較器４１２は、チャネル電圧と自身が有する３つの比較電圧とを、タイミング発生器４１１の発生する３つの比較タイミングで比較して出力し、診断手段４２は比較器４１２の出力結果に基づいてチャネルの状態を診断するので、診断対象のチャネルの電圧の経時変化を検出することができ、チャネル間の短絡の有無を精度良く診断することのできるデジタル出力装置４を実現することができる。

なお、本実施例では比較器が３つの比較電圧（Ｖ１〜Ｖ３）を有し、タイミング発生器が３つの比較タイミング（Ｔ１〜Ｔ３）を発生する構成を示したが、これに限定されるものではなく、少なくとも２つ以上の比較電圧と、少なくとも２つ以上の比較タイミングであればよい。

２ 外部電源
３ 被制御機器
４ デジタル出力装置
１１ スイッチ
４１ 電圧検出手段
４１１ タイミング発生器
４１２ 比較器
４２ 診断手段

Claims (4)

1. 複数チャネルのそれぞれに被制御機器を接続し、駆動電圧を供給する電源と各被制御機器との接続をスイッチにより制御し、前記電源を前記被制御機器に接続したときのチャネル信号線の電圧を検出し、検出結果に基づいて前記チャネル信号線を診断する診断機能を有するデジタル出力装置において、
   前記チャネル信号線における電圧の経時変化を検出する電圧検出手段と、
   この電圧検出手段で検出した電圧の経時変化をもとに前記チャネル信号線の状態を診断する診断手段と、
   を有することを特徴とするデジタル出力装置。
2. 前記電圧検出手段は、少なくとも２種の比較タイミングで比較を行う比較器を有することを特徴とする請求項１に記載のデジタル出力装置。
3. 前記比較器は、少なくとも２種の比較電圧値で比較を行うことを特徴とする請求項２に記載のデジタル出力装置。
4. 前記被制御機器はフィールド機器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデジタル出力装置。

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