JP2011170801A

JP2011170801A - 入出力ユニットの試験装置

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Publication number: JP2011170801A
Application number: JP2010036501A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Yamaguchi; 安春山口; Takeshi Kurimoto; 武司栗本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-22
Also published as: JP5253436B2

Abstract

【課題】入出力ユニットの試験がコネクタ接続のみで行うことができるようにした入出力ユニットの試験装置を提供することを目的とする。
【解決手段】入出力ユニットの試験装置は、入出力ユニット１と、複数の同一回路のいずれか１つの回路の入出力信号を、外部からの選択制御信号で選択して前記入出力ユニットに送るスキャナユニット２と、入出力ユニットを装着する第１のコネクタ３１と、バスコネクタ３ｂと、マザーボードバス３ａとを備えるマザーボード３と、第１のコネクタに挿入しマザーボードと対向する一方の面に設ける第２のコネクタ４１と、他方の面にスキャナユニットを取り付ける第３のコネクタ４２と、更に、入出力ユニットを取り付ける第４のコネクタ４３とを備え、配線パターンを有するインタフェースボード４と、入力信号の生成及び入出力信号を測定する測定器５１及び測定条件を設定する試験ツール５２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントやその現場に設けられるフィールド機器を監視・制御する制御装置のデジタル入出力ユニット、アナログ入出力ユニットの試験に係り、特に、これらの入出力ユニットの試験装置に関する。

制御装置では、プラントを監視・制御するための多様な入出力信号に対応するための信号形態に応じた入出力ユニットがある。例えば、代表的なものにデジタル信号用として接点入力／接点出力などを処理するデジタル入出力ユニット、アナログ信号用として電圧入力／電圧出力などを処理するアナログ入出力ユニットなどがある。

入出力ユニットには、印刷基板上に電子部品を実装した基板ユニットとして構成されたものや、箱体内に電子部品を実装したボックス型として構成されたものなどがあるが、ここでは、センサなどの入力信号及びバルブなどのアクチュエータへの出力信号を制御装置の演算処理部との間で授受するインタフェースユニットを総称して入出力ユニットと呼ぶことにする。

これらの入出力ユニットの試験項目には、アナログ入力ユニットでは、アナログ入力信号の変換精度が規定値以内に有ることを確認するアナログ入力試験、アナログ出力ユニットでは、デジタル入力信号に対する変換精度が規定値以内に有ることを確認するアナログ出力試験、デジタル入力ユニットでは、その入力接点信号の読み込み動作を確認するデジタル入力試験、及びデジタル出力ユニットでは、その接点信号の出力動作を確認するデジタル出力試験などがある。

これらの入出力ユニットの試験について、例えば、アナログ入力ユニットのアナログ入力試験について図４を参照して説明する。図４は、アナログ入力ユニットの試験装置の構成を示す図である。アナログ入力ユニットは制御装置１０１が通常運転されている場合、外部ケーブル１０２を通して電圧信号を入力し、外部ケーブル１０２は端子台１０３を介して基板用配線１０４に接続し、この基板用配線１０４はアナログ入力ユニット１０５へ接続されている。

アナログ入力ユニット１０５のアナログ入力試験は、ここで実行する入出力機能や、Ａ／Ｄ変換の精度を確認するために行うもので、この試験は、予め組み立てられた入力用配線１０４をアナログ入力ユニット１０５より取り外し、代りに入力ケーブル１０７をアナログ入力ユニット１０５に接続して行う。

そして、試験用端子台１０８を介して電圧電流発生器１０９が模擬して出力する試験信号がアナログ入力ユニット１０５に入力する。この試験信号の電圧はデジタルマルチメータ１１０等で確認する。

さらに、ロジック処理ユニット１０６はデータ入出力ケーブル１１１を接続して、保守ツール１１２と結合し、アナログ入力ユニット１０５において試験信号をＡ／Ｄ変換したカウント値を読み取り、精度の良否を判定する。

一方、アナログ出力ユニットに対するアナログ出力試験は、図４に示したアナログ入力ユニット１０５を、アナログ出力ユニットに置き換えた構成として実施する。図示しないアナログ出力ユニットは、デジタル信号であるカウント値をデジタル値に相当するアナログ電気信号に変換するもので、この試験は、出力ケーブル１０１でロジック処理ユニット１０６と保守ツール１１２を接続して試験信号のカウント値を出力し、これをアナログ出力ユニットでＤ／Ａ変換したアナログの電気信号を、デジタルマルチメータ１１０等を用いて測定し、精度の良否を判定する（例えば、特許文献１参照。）。

アナログ入力ユニットの場合と同様に、図示しないデジタル入力ユニットの場合には、図示しない入力ケーブルを制御装置１０１に組み込まれるデジタル入力ユニットに接続する。

そして、図示しないデジタル試験用端子台を介して、試験用のデジタル出力ユニットが予め模擬して出力する接点入力信号をこのアナログ入力ユニットに入力する。

さらに、ロジック処理ユニット１０６はデータ入出力ケーブル１１１を接続して、保守ツール１１２と結合し、デジタル入力ユニットにおいて読み込んだ接点信号を予め模試した信号と比較してその機能の良否を確認する。

また、図示しないデジタル出力ユニットの場合には、図示しない入力ケーブルを制御装置１０１に組み込まれるデジタル出力ユニットに接続する。

そして、ロジック処理ユニット１０６はデータ入出力ケーブル１１１を接続して、保守ツール１１２と結合し、予め模試したデジタル出力信号をロジック処理ユニット１０６から試験されるデジタル出力ユニットに送る。

そして、図示しないデジタル試験用端子台を介して、デジタル出力ユニットが出力した信号を試験用のデジタル入力ユニットで読み込み、保守ツールで模試した信号と比較してその機能の良否を確認する。

特許第３３３８１８４号公報

一般に、制御装置においては、上述したような入出力ユニットの種類やその入出力点数は、制御装置が対象とするシステムと、その規模によって多様に変化する。そのため、特許文献１に記載したような制御装置の場合、試験に際して、模試信号と実際の入力信号とを変更するための配線作業は、その規模が多くなると多大な時間を要するだけでなく、人為作業による誤配線等により後戻り作業が発生し、試験の効率が低下する問題があった。

また、プラント現場において、稼動中の制御装置に設けられる入出力ユニットを短時間に試験しようとする場合、試験用の模試信号と実際の入力信号とを変更するための配線作業が簡単に行えないため、緊急な試験が困難と成る問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、制御装置の入出力ユニットの試験装置であって、特に、入出力ユニットの試験のための接続変更をコネクタ接続のみで行うことができるようにした入出力ユニットの試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による入出力ユニットの試験装置は、入出力ユニットの試験装置であって、複数の同一回路を有する入出力ユニットと、前記複数の同一回路のいずれか１つの回路の入出力信号を、外部からの選択制御信号で選択して前記入出力ユニットに送るスキャナユニットと、前記入出力ユニットを装着する第１のコネクタと、当該入出力ユニットを動作させるためのマザーボード信号を外部から供給するバスコネクタと、当該バスコネクタと前記第１のコネクタと接続されたマザーボードバスとを備えるマザーボードと、前記第１のコネクタに挿入し当該マザーボードと対向する一方の面に設ける第２のコネクタと、他方の面に前記スキャナユニットを取り付ける第３のコネクタと、更に、前記入出力ユニットを取り付ける第４のコネクタとを備え、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタを介して、前記第１のコネクタと前記第３のコネクタ及び前記第４のコネクタとを接続する配線パターンを有するインタフェースボードと、前記バスコネクタに接続され、前記入出力ユニットの入力信号の生成及び入出力信号を測定する測定器及び測定条件を設定する試験ツールとを備え、前記マザーボードバスは、前記スキャナユニット及び前記入出力ユニットに電源を供給する電源バスと、前記スキャナユニット送る前記選択制御信号を送る制御信号バス及び前記入出力ユニットの入出力信号を授受する入出力信号バスとを備え、通常時には、前記第１のコネクタに前記入出力ユニットを挿入して使用し、試験時には、前記入出力ユニットを引き抜いて、前記第１のコネクタに前記第２のコネクタを挿入して前記インタフェースボードを固定し、更に、前記インタフェースボードの前記第３のコネクタにスキャナユニットを、前記第４のコネクタに試験する前記入出力ユニットを夫々固定して、前記入出力ユニットは、前記第１のコネクタと前記第４のコネクタとを介して自身の電源とその入出力信号を、更に、前記スキャナユニットは、前記第１のコネクタと前記第３のコネクタとを介して自身の電源と前記選択制御信号とを授受し、前記入出力ユニットの試験がコネクタ接続のみで行えるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、制御装置の入出力ユニットの試験装置であって、特に、入出力ユニットの試験がコネクタ接続のみで行うことができるようにした入出力ユニットの試験装置を提供することができる。

本発明の入出力ユニットの試験装置の構造と構成とを説明する図。本発明の入出力ユニットを備える制御装置の概観図。本発明の入出力ユニットの試験装置の接続図。従来の入出力ユニットの試験装置の接続図。

以下、図１乃至図３を参照して、本実施例について説明する。先ず、図２を参照して、入出力ユニットの実装例を説明する。図２（ａ）は、制御装置１００の筺体１００ａに演算装置１０と入出力装置３０とを実装した外観図で、図２（ｂ）はその側面図である。

演算装置１０に内装される演算ユニット１０ａと、入出力装置３０に内装されると複数の入出力ユニット１とを備える。夫々のユニットは、筺体１００ａの前面から着脱可能にガイドレール等を備えた箱型のシャーシ筺体に並置して実装され、演算ユニット１０ａと入出力ユニット１とは、その前面及びその後面に設けるコネクタ付ケーブル１０ｂで接続される。

次に、この入出力ユニットの試験装置の構成について図１を参照して説明する。本発明による入出力ユニット１の試験装置の構成は、複数の同一回路を有する入出力ユニット１と、複数の同一回路系統のいずれか１つの回路系統の入出力信号を、外部からの選択制御信号で選択して入出力ユニット１に送るスキャナユニット２と、入出力ユニット１を装着する第１のコネクタ３１（〜３ｎ）と、当該入出力ユニット１を動作させるためのマザーボード信号を外部から供給するバスコネクタ３ｂと、このバスコネクタ３ｂと第１のコネクタ３１（〜３ｎ）と接続されたマザーボードバス３ａとを備えるマザーボード３とを備える。

さらに、第１のコネクタ３１（〜３ｎ）に挿入し当該マザーボード３と対向する一方の面に設ける第２のコネクタ４１と、他方の面にスキャナユニット２を取り付ける第３のコネクタ４２と、更に、入出力ユニット１を取り付ける第４のコネクタ４３と、さらに、第１のコネクタ３１（〜３ｎ）と第２のコネクタ４１を介して、第１のコネクタ３１（〜３ｎ）と第３のコネクタ４２及び第４のコネクタ４３とを接続する配線パターンを有するインタフェースボード４とを備える。

さらに、バスコネクタ３ｂに接続され、入出力ユニット１の入力信号の生成及び入出力信号を測定する測定器５２及び測定条件を設定する試験ツール５１を備える。

次に、各部の詳細な構成について図３を参照して説明する。図３は、入出力ユニット１がアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ入出力ユニットの場合について示したものである。

先ず、試験される入出力ユニット１の構成について説明する。アナログ入力信号と模試アナログ入力信号を切り替える第１の制御回路１ａと、複数のアナログ入力信号を夫々独立してデジタル信号に変換し出力する入力回路１ｂと、この入力ユニット１への入出力信号を中継するコネクタ１１とを備える。

また、スキャナユニット２は、入出力ユニット１の回路系統を絶縁された状態で順次切り替えるスイッチで構成される選択回路２ｂと、制御信号バス３ａ３を介して外部から送られる選択制御信号を受け取り、この選択回路２ｂを切り替える第２の制御回路２ａと、このスキャナユニット２へ入出力信号を中継するコネクタ２１とを備える。

次に、マザーボード３の詳細構成について説明する。先ず、マザーボードバス３ａは、スキャナユニット２及び入出力ユニット１に電源を供給する図示しない電源バス３ａ１と、入出力ユニット１の入出力信号を授受する入出力信号バス３ａ２と、スキャナユニット２に試験する回路系統を選択する選択制御信号を授受する制御信号バス３ａ３とを備える。

更に詳細には、入出力信号バス３ａ２は、アナログ入力信号を系統ごとに絶縁して供給するＡｂｕｓと、模試アナログ入力信号を共通のバスから供給するＢｂｕｓと、変換されたデジタル出力信号を送るＣｂｕｓとを備える。

これらのバスの構造は、電源バス３ａ１については、入出力ユニット１とスキャナユニット２の数量とで定まる負荷容量を所定の電源インピーダンス以下で供給できるバスパターンの構造をとしておく。

また、Ａｂｕｓ、Ｂｂｕｓは、使用するアナログ信号のレベルと、周波数帯域とから適合するバスパターン構造を選択する。

また、制御信号バス３ａ３は、デジタル信号を送るので、その信号の周波数帯域とクロストークノイズを考慮したバスパターンの構造としておく。

このマザーボードバス３ａは、通常、入出力ユニット１の種類毎に設けるが、異なる種類の入出力ユニットを実装できるようなバス構造とするが、このマザーボードバスの構造を入出力ユニット１の構成に合わせて異なる種類に適合するバス構成とすることも可能である。

次に、マザーボード３のコネクタについて説明する。マザーボード３の第１のコネクタ３１（〜３ｎ）〜と第４のコネクタ４３は、使用する信号の特性と固定する機械的な強度を確保できるものであれば、その形式はいずれでも良いが、図２で説明したような自立型の筺体に入出力ユニットを１を設ける場合には、前面から保守しやすく、ワンタッチで固定できる形式のものが望ましい。

マザーボード３の端部に設けるマザーボードコネクタ３ｂは、使用する信号の形態に最適なコネクタを選択する。パソコンなどで構成される試験ツール５１や測定器５２は、夫々、標準規格のコネクタ形式を選択する。

また、マザーボード３は、複数の第１のコネクタ３１を備え、インタフェースボード４は、複数の入出力ユニット１を装着する複数の第２乃至前記第４のコネクタ４１〜、４３を備える用に構成することもできし、複数の異なる種類の入出力ユニットで構成することも可能である。

次に、インタフェースボード４について、同じく図３を参照して説明する。インタフェースボード４は、入出力ユニット１とスキャナユニット２との入出力信号を、マザーボード３のコネクタ３１に挿入して授受する第２のコネクタ４１と、スキャナユニット２と接続するための第３のコネクタ４２と、入出力ユニット１と接続するための第４のコネクタ４３と、インタフェースボード４上には、これらのコネクタ間の信号を授受する配線パターンとを備える。

更に、入出力ユニット１とスキャナユニット２を固定する図示しない保持部品を設ける。

次に、このように構成された入出力ユニットの試験装置の接続と動作について、図３を参照して説明する。

入出力ユニット１は、制御装置１に実装され、通常運転時には第１のコネクタ３１に入出力ユニット１のコネクタ１１を挿入して使用する。この場合、入出力ユニット１の入力信号は、マザーボードバス３ａのＡｂｕｓに太い破線で示したようにダイレクトに接続して入力される。

試験時には、第１のコネクタ３１から入出力ユニット１を引き抜いて、第１のコネクタ３１にインタフェースボード４の第２のコネクタ４１を挿入してインタフェースボード４を固定し、更に、インタフェースボード４の第３のコネクタ４２にスキャナユニットを、第４のコネクタ４３に試験する入出力ユニット１を挿入して固定する。

そして、入出力ユニット１は、第１のコネクタ３１と第４のコネクタ４３とを介して自身の電源とその入出力信号を、更に、スキャナユニット２は、第１のコネクタ３１と第３のコネクタ４２とを介して自身の電源と選択制御信号とを授受し、入力信号をスキャナユニット２で切り替え、複数の回路系統を備える入出力ユニット１の試験がコネクタ接続のみで行えるようにしておく。

このように構成された入出力ユニット１の試験装置は、外部の試験ツール５１と測定器５２とをマザーボードコネクタ３ｂに接続し、マザーボード３の第１のコネクタにインタフェースボード４を差し込み、さらに、このインタフェースボード４にスキャナユニット２と試験される入出力ユニット１とを固定することで、配線を行うことなく試験を行うことができる。

また、入出力ユニット１が複数実装された入出力装置の場合でも、その特定の１つの入出力ユニット１の試験が、１枚のインタフェースボードを挿入し、外部から入出力試験信号を、マザーボードコネクタ３ｂを介して授受することで、コンパクトな構成で行える。

したがって、プラント現場での緊急な点検も可能なコンパクトな試験装置を提供することができる。

本発明は上述したような実施例に何ら限定されるものではなく、マザーボードとインタフェースボードとをコネクタで接続し、このインタフェースボードを介してスキャナユニットと試験される入出力ユニット接続し、コネクタ接続して試験が可能であるものであれば良く、コネクタの形式やバスの構造とその構成、ユニットの固定方法は適宜変更することが可能である。

１入出力ユニット
１ａ第１の制御回路
１ｂ入力回路
２スキャナユニット
２ａ第２の制御回路
２ｂ選択回路
３マザーボード
３ａマザーボードバス
３ａ１電源バス
３ａ２入出力信号バス
３ａ３制御信号バス
３ｂ、３ｂ１〜３ｂ５マザーボードコネクタ
４インタフェースボード
１０演算装置
１０ａＣＰＵユニット
１１コネクタ
２１コネクタ
３０入出力装置
３１、３２〜３ｎ第１のコネクタ
４１第２のコネクタ
４２第３のコネクタ
４３第４のコネクタ
５１試験ツール
５２測定器
１００、１０１制御装置
１０２外部ケーブル
１０３端子台
１０４入力用配線
１０５入力ユニット
１０６ロジック処理ユニット
１０７入力ケーブル
１０８試験用端子台
１０９電圧電流発生器
１１０マルチメータ
１１１入出力ケーブル
１１２保守ツール

Claims

入出力ユニットの試験装置であって、
複数の同一回路を有する入出力ユニットと、
前記複数の同一回路のいずれか１つの回路の入出力信号を、外部からの選択制御信号で選択して前記入出力ユニットに送るスキャナユニットと、
前記入出力ユニットを装着する第１のコネクタと、当該入出力ユニットを動作させるためのマザーボード信号を外部から供給するバスコネクタと、当該バスコネクタと前記第１のコネクタと接続されたマザーボードバスとを備えるマザーボードと、
前記第１のコネクタに挿入し当該マザーボードと対向する一方の面に設ける第２のコネクタと、他方の面に前記スキャナユニットを取り付ける第３のコネクタと、更に、前記入出力ユニットを取り付ける第４のコネクタとを備え、前記第１のコネクタと前記第２のコネクタを介して、前記第１のコネクタと前記第３のコネクタ及び前記第４のコネクタとを接続する配線パターンを有するインタフェースボードと、
前記バスコネクタに接続され、前記入出力ユニットの入力信号の生成及び入出力信号を測定する測定器及び測定条件を設定する試験ツールと
を備え、
前記マザーボードバスは、前記スキャナユニット及び前記入出力ユニットに電源を供給する電源バスと、前記スキャナユニット送る前記選択制御信号を送る制御信号バス及び前記入出力ユニットの入出力信号を授受する入出力信号バスとを備え、
通常時には、前記第１のコネクタに前記入出力ユニットを挿入して使用し、
試験時には、前記入出力ユニットを引き抜いて、前記第１のコネクタに前記第２のコネクタを挿入して前記インタフェースボードを固定し、更に、前記インタフェースボードの前記第３のコネクタにスキャナユニットを、前記第４のコネクタに試験する前記入出力ユニットを夫々固定して、
前記入出力ユニットは、前記第１のコネクタと前記第４のコネクタとを介して自身の電源とその入出力信号を、更に、前記スキャナユニットは、前記第１のコネクタと前記第３のコネクタとを介して自身の電源と前記選択制御信号とを授受し、
前記入出力ユニットの試験がコネクタ接続のみで行えるようにしたことを特徴とする入出力ユニットの試験装置。
前記マザーボードは、複数の第１のコネクタを備え、前記インタフェースボードは、複数の前記入出力ユニットを装着する複数の前記第２乃至前記第４のコネクタを備える請求項１に入出力ユニットの試験装置。