JP2013222370A

JP2013222370A - フィールド機器

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Publication number: JP2013222370A
Application number: JP2012094494A
Authority: JP
Inventors: Koji Okuda; 浩二奥田; Kentaro Oya; 健太郎大矢; Hiroaki Nagoya; 博昭名古屋
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: CN103375625A; CN103375625B; JP5945149B2; US9280170B2; US20130282191A1

Abstract

【課題】演算処理部や各種機能回路部が不安定な状態で動作することによる不具合の発生を防止する。
【解決手段】主電源生成回路部４が生成する主電源Ｖｓより本体回路３へ供給することが可能な電流を供給電流Ｉｓとして監視する供給電流監視回路５を設ける。供給電流監視回路５は、供給電流ＩｓがＣＰＵ１の起動に必要な電流値以上となった場合、スイッチＳＷ７〜ＳＷ９をオンとし、ＣＰＵ１への動作電源電流の供給を開始するとともに、監視中の供給電流Ｉｓの電流値をＣＰＵ１へ出力する。ＣＰＵ１は、動作電源電流の供給を受けて起動すると、自己のリセット動作を解除し、その後、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６およびＳＷ１０のオン／オフを制御することにより、各種機能回路部（Ａ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４）のそれぞれに対する動作電源電流の供給を所定の順序で順次指示する。
【選択図】図２

Description

この発明は、上位側システムより一対の電線を介して供給される電流から主電源を生成して動作するポジショナなどのフィールド機器に関するものである。

従来より、調節弁の弁開度制御を担うフィールド機器であるポジショナは、上位側システムより一対の電線を介して送られてくる４〜２０ｍＡの電流で動作するように設計されている。例えば、上位側システムより４ｍＡの電流が送られてきた場合には調節弁の開度を０％とし、２０ｍＡの電流が送られてきた場合には調節弁の開度を１００％とする。

この場合、上位側システムからの供給電流は４ｍＡから２０ｍＡの範囲で変化するので、ポジショナの内部回路は上位側システムから供給される電流値として常に確保することの可能な４ｍＡ以下の電流より自己の動作電源（主電源）を生成する（例えば、特許文献１参照）。

図５に従来のポジショナの要部の構成を示す。このポジショナ１００は、上位側システム２００より一対の電線Ｌ１，Ｌ２を介して電流Ｉの供給を受け、この供給電流Ｉから主電源を生成する一方、供給電流Ｉの値に応じて図示されていない調節弁の開度を制御する。

ポジショナ１００は、ＣＰＵ（演算処理部）１や各種機能回路部（Ａ／Ｄ変換器、ＥＰＭ（電空変換器）の駆動回路、センサ回路、デジタル回路など）２を含む本体回路３と、ツェナーダイオードＤ１を含む主電源生成回路部４とを備えている。このポジショナ１００において、主電源生成回路部４は、上位側システム２００からの供給電流Ｉより定電圧Ｖｓを生成し、この生成した定電圧Ｖｓを主電源として本体回路３に供給する。

特開２００４−１５１９４１号公報特開平３−２１２７９９号公報（特許第２７５３５９２号）

しかしながら、図５に示した回路構成では、正常動作が可能である供給電流Ｉの電流範囲をポジショナ１００の仕様として規定しているが、上位側システム２００からの電源供給の立ち上がり時など、供給電流Ｉが素早く正常動作が可能な電流範囲まで上昇すれば問題はないが（図６に示す特性Ｉ参照）、供給電流Ｉがゆっくり変化するような場合（図６に示す特性II参照）、ＣＰＵ１や各種機能回路部２を含む本体回路３が主電源生成回路部４が生成する不充分な電圧で起動してしまい、中途半端な起動状態となり、意に反して調節弁が開かれてしまうなど、誤動作が生じる虞があった。

なお、特許文献２には、２線の伝送線を介して電源（電圧）の供給を受けて流量などの物理量を測定して、その測定値に応じて電流信号を伝送する２線式計器が示されている。この２線式計器では、端子電圧の低下を監視し、端子電圧の低下を検出した場合、マイクロプロセッサに初期化と警報を指示する。しかし、この特許文献２に示された技術を適用して上述したポジショナでの問題を解決しようとしても、次のような事情があり、容易にその問題を解決することはできない。

〔事情１〕
特許文献２に示された２線式計器は、電圧入力型機器であって、ポジショナは電流入力型機器という動作形式の違いがある。
〔事情２〕
特許文献２に示された技術では、２線式計器が正常に起動した状態から電源電圧の低下のような異常が発生した場合には対処できるが、正常に起動したかどうかは検知できない。

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、演算処理部や各種機能回路部が不安定な状態で動作することによる不具合の発生を防止することが可能な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、上位側システムより一対の電線を介して供給される電流から主電源を生成する主電源生成回路部と、主電源より生成される動作電源電流の供給を受けて動作する演算処理部および各種機能回路部とを備えたフィールド機器において、演算処理部に最優先で動作電源電流を供給する動作電源電流供給手段を備え、演算処理部は、最優先で供給される動作電源電流を受けて、自己が起動した後に自己のリセット動作を解除し、その後、各種機能回路部のそれぞれに対する動作電源電流の供給を所定の順序で順次指示することを特徴とする。

この発明によれば、上位側システムより一対の電線を介して供給される電流から主電源生成回路部が主電源を生成し、この主電源より生成される動作電源電流が最優先で演算処理部に供給される。演算処理部は、この最優先で供給される動作電源電流を受けて、自己が起動した後に自己のリセット動作を解除し、その後、各種機能回路部のそれぞれに対する動作電源電流の供給を所定の順序で順次指示する。これにより、電源起動時、最初に演算処理部が起動され、この演算処理部が起動した後に、演算処理部からの指示に従って、各種機能回路部が所定の順序で順次起動されて行く。

本発明によれば、電源起動時、最初に演算処理部が起動され、この演算処理部が起動した後に、演算処理部からの指示に従って、各種機能回路部が所定の順序で順次起動されて行くものとなり、電源起動時に一斉に演算処理部や各種機能回路部が起動することがなくなり、演算処理部や各種機能回路部が不安定な状態で動作することによる不具合の発生を防止することが可能となる。

本発明に係るフィールド機器の一実施の形態の要部の構成図である。このフィールド機器（ポジショナ）において最優先でＣＰＵに動作電源電流が供給される様子を示す図である。このフィールド機器（ポジショナ）のＣＰＵに対して定められた各種機能回路部の起動順序および起動条件を示す図である。このフィールド機器（ポジショナ）の供給電流監視回路によって監視される供給電流Ｉｓの電流値と起動される各種機能回路部との関係を示す図である。従来のポジショナの要部の構成を示す図である。電源供給の立ち上がり時の供給電流Ｉの変化例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態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の構成図である。同図において、図５と同一符号は図５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態において、ポジショナ１００は、本体回路３における各種機能回路部として、Ａ／Ｄ変換器２１、ＥＰＭ（電空変換器）の駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４を備えている。

また、動作電源電流供給手段として、主電源生成回路部４が生成する主電源Ｖｓを入力とし、この主電源Ｖｓによって本体回路３へ供給可能な主電源生成回路部４からの電流を供給電流Ｉｓとして監視する供給電流監視回路５を備えている。なお、供給電流監視回路５は、本体回路３で必要な消費電流よりも格段に低い電流で動作する。

このポジショナ１００において、ＣＰＵ１およびデジタル回路２４の前段には、主電源生成回路部４からの主電源ＶｓをＣＰＵ１およびデジタル回路２４に適した電圧Ｖｄに変換する電源回路６１が設けられている。また、Ａ／Ｄ変換器２１およびセンサ回路２３の前段には、主電源生成回路部４からの主電源ＶｓをＡ／Ｄ変換器２１およびセンサ回路２３に適した電圧Ｖａに変換する電源回路６２が設けられている。また、駆動回路２２の前段には、主電源生成回路部４からの主電源Ｖｓを駆動回路２２に適した電圧Ｖｄｒに変換する電源回路６３が設けられている。

また、このポジショナ１００において、電源回路６１からのＣＰＵ１への電源の供給ラインには直列に接続されたスイッチＳＷ８とＳＷ９が設けられており、電源回路６１からのスイッチＳＷ８を介するデジタル回路２４への電源の供給ラインにはスイッチＳＷ１０が設けられている。

また、電源回路６２からのＡ／Ｄ変換器２１への電源の供給ラインには直列に接続されたスイッチＳＷ４とＳＷ５が設けられており、電源回路６２からのスイッチＳＷ４を介するセンサ回路２３への電源の供給ラインにはスイッチＳＷ６が設けられている。

また、電源回路６３からの駆動回路２２への電源の供給ラインにはスイッチＳＷ２が設けられており、主電源生成回路部４からの電源回路６１，６２，６３への電源の供給ラインにはスイッチＳＷ７，ＳＷ３，ＳＷ１が設けられている。

このポジショナ１００において、供給電流監視回路５は、スイッチＳＷ７〜ＳＷ９のオン／オフを制御し、ＣＰＵ１はスイッチＳＷ１〜ＳＷ６およびＳＷ１０のオン／オフを制御する。なお、これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ１０は、主電源Ｖｓが生成されていない電源オフの状態では、全てオフとされている。以下、供給電流監視回路５およびＣＰＵ１が有する本実施の形態特有の機能について、その動作を交えながら説明する。

上位側システム２００からの電源供給の立ち上がり時、すなわち主電源生成回路部４が生成する主電源Ｖｓの立ち上がり時（電源起動時）、供給電流監視回路５は、主電源生成回路部４が生成する主電源Ｖｓにより本体回路３へ供給可能な供給電流ＩｓがＣＰＵ１の起動に必要な電流値（Ｉｓ１）以上となると（図４に示すｔ１点）、スイッチＳＷ７〜ＳＷ９をオンとするとともに、その供給電流Ｉｓの電流値をＣＰＵ１へ送る（図２参照）。

これにより、ＣＰＵ１に最優先で主電源生成回路部４が生成する主電源Ｖｓより生成される動作電源電流が供給され、この動作電源電流の供給を受けてＣＰＵ１が起動する。

ＣＰＵ１は、自己が起動した後、自己のリセットを解除する。そして、この後、供給電流監視回路５からの供給電流Ｉｓの電流値に基づいて、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６およびＳＷ１０のオン／オフの制御を開始する。

ＣＰＵ１に対しては、Ａ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３およびデジタル回路２４に対して、図３に示すような起動順序と起動条件が定められている。この例では、優先度の高い順に起動順序が定められ、例えばＡ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４の順とされている。また、供給電流Ｉｓの電流値により起動条件が定められ、Ｉｓ１＜Ｉｓ２＜Ｉｓ３＜Ｉｓ４＜Ｉｓ５であることを前提とし、Ａ／Ｄ変換器２１の起動条件がＩｓ２以上とされ、駆動回路２２の起動条件がＩｓ３以上とされ、センサ回路２３の起動条件がＩｓ４以上とされ、デジタル回路２４の起動条件がＩｓ５以上とされている。

この起動順序と起動条件に従って、ＣＰＵ１は供給電流Ｉｓの電流値がＩｓ２以上となった場合（図４に示すｔ２点）、スイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５をオンとし、Ａ／Ｄ変換器２１への主電源生成回路部４からの動作電源電流の供給を開始させる。

また、ＣＰＵ１は、その後、供給電流Ｉｓの電流値がＩｓ３以上となった場合（図４に示すｔ３点）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとし、駆動回路２２への主電源生成回路部４からの動作電源電流の供給を開始させる。

以下同様にして、ＣＰＵ１は、供給電流Ｉｓの電流値がＩｓ４以上となった場合（図４に示すｔ４点）、スイッチＳＷ６をオンとし、センサ回路２３への主電源生成回路部４からの動作電源電流の供給を開始させ、供給電流Ｉｓの電流値がＩｓ５以上となった場合（図４に示すｔ５点）、スイッチＳＷ１０をオンとし、デジタル回路２４への主電源生成回路部４からの動作電源電流の供給を開始させる。

このようにして、本実施の形態では、主電源生成回路部４が生成する主電源Ｖｓの立ち上がり時（電源起動時）、先ず最初にＣＰＵ１が起動され、ＣＰＵ１が起動した後に、ＣＰＵ１からの指示に従って、各種機能回路部（Ａ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４）が所定の順序で順次起動されて行く。

これにより、本実施の形態では、電源起動時に一斉にＣＰＵ１や各種機能回路部（Ａ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４）が起動することがなくなり、ＣＰＵ１や各種機能回路部（Ａ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４）が不安定な状態で動作することによる不具合の発生が防止されるものとなる。

なお、上述した実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４の順番に起動させて行くものとしたが、あくまでもその順番は一例であり、この順番に限られるものでないことは言うまでもない。また、各種機能回路部もその一例として、Ａ／Ｄ変換器２１、駆動回路２２、センサ回路２３、デジタル回路２４を挙げたに過ぎず、これらに限られるものでもない。

また、各種機能回路部への電源の供給は、上述した実施の形態で示したように電源自体の供給をオン／オフしてもよいが、スリープ機能端子があったり、プログラマブル設定で、パワーダウン機能のような動作を停止する（電流消費が極めて小さい）機能などを備えるものは、その機能を使用することが可能である。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…ＣＰＵ、３…本体回路、４…主電源生成回路、５…供給電流監視回路、２１…ＡＤ変換器、２２…駆動回路、２３…センサ回路、２４…デジタル回路、６１，６２，６３…電源回路、ＳＷ１〜ＳＷ１０…スイッチ、Ｌ１，Ｌ２…一対の電線、１００…ポジショナ、２００…上位側システム。

Claims

上位側システムより一対の電線を介して供給される電流から主電源を生成する主電源生成回路部と、前記主電源より生成される動作電源電流の供給を受けて動作する演算処理部および各種機能回路部とを備えたフィールド機器において、
前記演算処理部に最優先で前記動作電源電流を供給する動作電源電流供給手段を備え、
前記演算処理部は、
前記最優先で供給される動作電源電流を受けて、自己が起動した後に自己のリセット動作を解除し、その後、前記各種機能回路部のそれぞれに対する前記動作電源電流の供給を所定の順序で順次指示する
ことを特徴とするフィールド機器。
請求項１に記載されたフィールド機器において、
前記演算処理部は、
前記各種機能回路部毎に定められている起動順序と起動条件に従って、起動条件が成立し起動される順番となった各種機能回路部に対して、前記動作電源電流の供給を指示する
ことを特徴とするフィールド機器。
請求項２に記載されたフィールド機器において、
前記動作電源電流供給手段は、
前記主電源より供給することが可能な電流を供給電流として監視し、この供給電流が前記演算処理部の起動に必要な電流値以上となった場合に、前記演算処理部への前記動作電源電流の供給を開始するとともに、監視中の供給電流の電流値を前記演算処理部へ出力する供給電流監視回路であり、
前記演算処理部は、
前記供給電流監視回路からの前記供給電流の電流値に基づいて前記各種機能回路部の起動条件が成立しているか否かを判断する
ことを特徴とするフィールド機器。