JP2016008932A

JP2016008932A - コントローラの接地機構

Info

Publication number: JP2016008932A
Application number: JP2014131030A
Authority: JP
Inventors: 準一赤尾; Junichi Akao
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-18

Abstract

【課題】接地電流を検知して、接地線の切り離しを行うことでコントローラの安定化を図る。【解決手段】本願発明は、コントローラの接地機構であって、内部回路のＧＮＤと接地端子の間に設ける第1の電流センサと第1のスイッチと、前記内部回路のＧＮＤとケースの間に設ける第２の電流センサと第２のスイッチと前記各電流センサからの接地電流を読み込み前記各スイッチをオンオフ切り替える接地切り替え回路と、を備え、前記接地電流が最小になるように前記スイッチを切り替えることを特徴とするコントローラの接地機構である。【選択図】図２

Description

この発明は、コントローラその他の制御機器の接地（アース・グラウンディング）処置の電気、機械的な構成にかかる発明である。

ケースが板金で作られたコントローラ類では、内部回路の安定化のために接地を取る必要がある。通常コントローラは制御盤（キャビネット）に実装されるので、板金ケースを通じて内部回路の信号コモン（以下「ＧＮＤ」と称す）が制御盤に接続される。

特許文献１に示された発明では、電路に介在し，該電路に異常電流が発生した場合には電路を遮断する回路遮断器に関するものであり，経年的に接地系統が正常に機能する状態であるか否かを簡易に確認することができる回路遮断器の発明である。対象とする機器の違いはあっても、基本的に電路ならびに接地系統との間に流れる電流を検出する電流検出部と，該接地線と保護接地導体とを分離／接続するスイッチ部とが開示されている。

特開２００９−２３８５７３号公報

特許文献１にある発明では、該電流検出部により電流が検出された場合には前記接地系統の接続が為されていると判断し，前記電流が検出されない場合には前記接地系統の接続が為されていないと判断する判断部を備える。スイッチ手段により，前記保護接地導体と前記接地線とを分離／接続制御することにより，接地状態及び非接地状態を作り出し，それぞれの状態における電流値もしくは電圧値を比較することにより，より正確に接地系統の接続が為されているか否かを判断することを趣旨とする。

しかし、本願発明で対象とするコントローラは、プロセス制御等にかかるもののため、冗長化構成をとることがあり、また機能分散のために多モジュール連装構成をとることがある。そのため、モジュール同士で絶縁せずに接地が共通にされることがある。そのような場合、ＧＮＤが多点で接続されて複雑に接地電流が流れることになり、コントローラのＧＮＤが安定せず、誤動作の要因になる。本願発明では、接地電流を検知したうえで、自己診断機能により、接地線の適宜切り離しを行うことで接地電流の最小化を図り、コントローラの安定化を目的とする。

本願発明は、コントローラの接地機構であって、
内部回路のＧＮＤと接地端子の間に設ける第1の電流センサと第1のスイッチと、
前記内部回路のＧＮＤとケースの間に設ける第２の電流センサと第２のスイッチと
前記各電流センサからの接地電流を取り込み、前記各スイッチをオンオフ切り替える接地切り替え回路と、を備え、
前記接地電流が最小になるように前記スイッチを切り替えることを特徴とするコントローラの接地機構である。

さらに、前記接地切り替え回路は、
前記第1のスイッチをオン、かつ第２のスイッチをオフにする第1のモードと、
前記第１のスイッチをオフ、かつ第２のスイッチをオンにする第２のモードと、
前記第1のスイッチおよび第２のスイッチの両方をオンにする第３のモードと、
の３つのモードの中から最適なモードを選択して、前記２つのスイッチを切り替えることを特徴とするコントローラの接地機構である。

さらにこのコントローラは、
前記各接地電流の一つまたは総和が所定のしきい値を超える場合にはアラーム出力を発信する機能を有するコントローラの接地機構を特徴とする。

接地線に流れる電流をコントローラ自身でチェックするようにして、最もその電流が少なくなる組み合わせを選択するので、内部回路のＧＮＤに流れる電流を最小に抑えて、電源等ノイズを低減した接地機構を備えるコントローラが実現できる。

従来技術であるコントローラの接地機構の概略を示す。本願発明の実施形態にかかるコントローラの接地機構を示す。

従来型のコントローラでの接地概況を、図1に示す。コントローラ１００は板金製のケース１で覆われている。内部回路のＧＮＤ（導体）６からアース端子(図外、ケースとは絶縁される)を介して外部アースへ接地線４が設けられる。

一方、内部回路のＧＮＤ６は金属スタッドなどを通じてケース１に接地線５が接続され、さらに、ケース１はキャビネット２の筐体にネジ３で取り付け設置される。

すると、ＧＮＤ６へはアースからの接地線４に接地電流Ｉ１が流れ込む（または流れ出る）。さらに、ＧＮＤ６からケース１、ネジ３を通じて接地線５に接地電流Ｉ２が流れ出る（または流れ込む）ことになる。特に、アースとキャビネット２筐体の間に過電流により電位が発生すると、ループが形成されて、接地電流Ｉ１および接地電流Ｉ２に電流ループが生じるのである。

その他、他の機器との間でＧＮＤ６が接続されることもあり、その場合には接地電流Ｉ３の存在もあるが、本願発明では接地電流Ｉ１とＩ２を説明するに留める。

図２に本願発明の実施例である接地機構を示す。
上述のＧＮＤ６とアース間の接地線４に、第1の電流センサ２０と第1のスイッチ１０を直列に設ける。また、ＧＮＤ６とケース1間の接地線５に、第２の電流センサ２１と第２のスイッチ１１を直列に設ける。

コントローラの内部回路の図示は省略するが、一般的マイコン利用の機器であり、ＣＰＵ、メモリ、各種入出力部によって構成される。本願発明の特徴である接地切り替え回路は、電流センサ２０および２１からの接地電流値Ｉ１およびＩ２を読み取り、スイッチ１０、１１をディジタル出力によりリレーでオンオフする手段であって、マイコンの応用的実現によればよい。

その接地切り替え回路は、本例では、接地電流Ｉ１と接地電流Ｉ２が最小となるように動作する。最小の意味は、接地電流がそれぞれ最小であること、および／または各接地電流の総和で判断する。ただし、極性は不定ゆえ電流の絶対値で評価する。なお、上述のようなループの場合には、接地電流それぞれおよび総和がともに大きくなるので、これは最低限排除することになる。

実際の切り替え手段はスイッチのオンオフとなるので、次のモードに分けられる。そのモードとは、少なくとも下記の３モードであり、第１のスイッチ１０と第２のスイッチ１１のオンオフで規定される：
（１）第１のモード：第１のスイッチ（オン）、第２のスイッチ(オフ)
（２）第２のモード：第１のスイッチ（オフ）、第２のスイッチ(オン)
（３）第３のモード：第１のスイッチ（オン）、第２のスイッチ(オン)
通常は、第１、第２のスイッチをどちらもオフにすることはない。

こうして、接地切り替え回路は適当なタイミングで、接地電流Ｉ１と接地電流Ｉ２を読み、モードを切り替える判断をする。このタイミングは、初期的な制御動作の立ち上がり時に試して最小となるモードを選ぶことでもよいし、ランタイムに逐次得られた接地電流Ｉ１と接地電流Ｉ２、および接地電流の相関関係をメモリに保存しておいて、それにより最適なモードを選択することでもよい。どのようなロジックでモードを選択するかは設計事項であるので、これ以上の説明は割愛する。

次に、そうして求めた接地電流Ｉ１，Ｉ２の其々または総和接地電流値は０ｍＡが理想であるが、実際には幾らかの電流は流れる。その電流値がノイズマージンから見て許容できないレベルであるかどうかを判断するために、メモリに保存されたしきい値と比べる。しきい値以下なら問題はないが、超える場合には正常な動作が保証できないため、外部にアラーム（警報）出力することも考えられる。出力先は、アナンシエータ、または上位システムへの通報発信でもよい。

本願発明ではコントローラにかかる接地機構の構成を示したが、これは単体機器に限らず、分散型制御システムにおいても、本願発明の応用は可能である。

１ケース
２キャビネット
３ネジ
４第１の接地線
５第２の接地線
６内部回路ＧＮＤ
１０第１のスイッチ
１１第２のスイッチ
２０第１の電流センサ
２１第２の電流センサ
１００コントローラ
Ｉ１第１の接地電流
Ｉ２第２の接地電流

Claims

コントローラの接地機構であって、
内部回路のＧＮＤと外部アースの間に設ける第1の電流センサと第1のスイッチと、
前記内部回路のＧＮＤとケースの間に設ける第２の電流センサと第２のスイッチと
前記各電流センサからの接地電流を読み込み、前記各スイッチをオンオフ切り替える接地切り替え回路と、を備え、
前記接地切り替え回路は前記接地電流が最小になるように前記スイッチを切り替えることを特徴とするコントローラの接地機構。
請求項1に記載のコントローラの接地機構において、
前記接地切り替え回路は、
前記第1のスイッチをオン、かつ第２のスイッチをオフにする第1のモードと、
前記第１のスイッチをオフ、かつ第２のスイッチをオンにする第２のモードと、
前記第1のスイッチおよび第２のスイッチの両方をオンにする第３のモードと、
の３つのモードの中から最適なモードを選択して、前記２つのスイッチを切り替えることを特徴とするコントローラの接地機構。
請求項1また請求項２に記載のコントローラの接地機構において、
前記接地電流の一つまたは総和が所定のしきい値を超える場合にはアラーム出力を発信することを特徴とするコントローラの接地機構。