JP2016014648A

JP2016014648A - 信号変換装置

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Publication number: JP2016014648A
Application number: JP2014258308A
Authority: JP
Inventors: 信宏金谷; Nobuhiro Kanaya
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: JP6476835B2

Abstract

【課題】無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムにおいて、電磁弁を駆動する制御信号が流れる制御信号線の開路故障を検出できるようにする。【解決手段】バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、電磁弁に電力を供給する電池と、制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、電池と制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、接点信号に基づいて、接点スイッチを制御する接点情報制御部と、防爆バリアが出力する電流を検出する電流検出部と、接点スイッチがオンのときの電流検出部の検出結果に基づいて、制御信号線の開路故障を検出する診断部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置に係り、特に、危険場所に設置される信号変換装置に関する。

図１１は、危険場所に設置されたバルブを、ソレノイド型電磁弁３００を用いて遠隔操作するシステムの構成例を示している。ここでは、「危険場所」は、工場電気設備防爆指針で特別危険箇所、第１類危険箇所、第２類危険箇所に分類される危険場所を意味するものとするが、他の指針、規格等により定められる「危険場所」としてもよい。

本図において、ソレノイド型電磁弁３００、空気圧開閉器３０１、バルブ３０２が危険場所に配置され、接点情報制御部３１０、接点スイッチ３２０、電源３３０、防爆バリア３４０、電流測定器３６０が安全場所に設置されている。防爆バリア３４０とソレノイド型電磁弁３００とは、制御信号線３５０で接続されている。

オペレータが接点情報制御部３１０にバルブ動作を指示すると、接点スイッチ３２０がオンになり、電源３３０から防爆バリア３４０および制御信号線３５０を介してソレノイド型電磁弁３００に電力が供給され、ソレノイド型電磁弁３００を駆動する。ソレノイド型電磁弁３００が駆動すると空気圧開閉器３０１によりバルブ３０２が動作することになる。なお、防爆バリア３４０は、危険場所に設置されたソレノイド型電磁弁３００に制御信号線３５０を介して出力される電圧と電流を制限するために用いられている。

制御信号線３５０は有線であるため、断線等の開路故障が発生する場合がある。この開路故障を検出するため、電源３３０と接点スイッチ３２０との間に電流測定器３６０が配置され、電流測定器３６０の測定結果が接点情報制御部３１０の診断部３１１に入力されるようになっている。

制御信号線３５０に開路故障が発生していない場合には、接点スイッチ３２０がオンになったときに制御信号線３５０に電源３３０から電流が流れる。一方、制御信号線３５０に開路故障が発生している場合には、接点スイッチ３２０がオンになっても制御信号線３５０には電流が流れない。

このため、診断部３１１は、接点スイッチ３２０をオンに切り替えたときの電流測定器３６０の測定結果に基づいて、開路故障の診断を行なうようにしている。具体的には、接点スイッチ３２０をオンにしたときに、電流測定器３６０が電流を検出した場合には開路故障は発生していないと診断し、接点スイッチ３２０をオンにしたときに、電流測定器３６０が電流を検出しない場合には開路故障が発生したと診断する。

特表２００３−５２８２６９

制御信号線３５０による有線でのバルブ遠隔操作は、制御信号線３５０を安全場所から危険場所まで敷設する必要があるが、近年、無線でバルブ遠隔操作を行なうことが提案されている。無線でバルブ遠隔操作を行なうようにすれば、安全場所から危険場所まで制御信号線３５０を敷設する必要がなくなる。

図１２は、無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムの構成例を示す図である。本図において、安全場所に、操作を行なう端末装置４１０と端末側無線通信装置４２０とが設置され、危険場所に、バルブ側無線通信装置４３０と信号変換装置４４０とソレノイド型電磁弁３００と空気圧開閉器３０１とバルブ３０２とが設置されている。

オペレータが端末装置４１０でバルブ動作を指示すると、端末装置４１０に接続された端末側無線通信装置４２０からバルブ側無線通信装置４３０に動作指示が無線で伝送される。バルブ側無線通信装置４３０は、この動作指示を接点信号として信号変換装置４４０に出力する。

本質安全防爆機器である信号変換装置４４０は、接点情報制御部４４１、電池４４２、防爆バリア４４３、接点スイッチ４４４を備えている。接点スイッチ４４４とソレノイド型電磁弁３００とは、制御信号線４５０で接続されている。接点情報制御部４４１は、バルブ側無線通信装置４３０からの接点信号にしたがって、接点スイッチ４４４のオンオフを切り替える。

接点スイッチ４４４がオンになると、制御信号線４５０に制御信号が流れ、電池４４２から供給される電力によりソレノイド型電磁弁３００を駆動する。ソレノイド型電磁弁３００が動作すると空気圧開閉器３０１によりバルブ３０２が動作することになる。

防爆バリア４４３は、ソレノイド型電磁弁３００に制御信号線４５０を介して出力される制御信号の電圧と電流を制限するために用いられている。図１３は、防爆バリア４４３の構成例を示す図である。本図に示すように、防爆バリア４４３は、電流を制限する電流制限部と電圧を制限する電圧制限部とを備えている。ここでは、電流制限部は、抵抗Ｒ１１で構成し、電圧制限部はツェナーダイオードＺＤ１１、ＺＤ１２で構成している。

無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムでは、安全場所から危険場所まで有線を敷設する必要はないが、危険場所で信号変換装置４４０からソレノイド型電磁弁３００まで有線で制御信号線４５０を敷設することになる。

このため、制御信号線４５０の開路故障検出を行ないたい場合がある。制御信号線４５０の開路故障検出を行なうためには、例えば、図１４に示すように、信号変換装置４４０とソレノイド型電磁弁３００との間に電流測定器４６０を接続し、接点信号がオンのときに流れる電流を検出することが考えられる。

しかしながら、本質安全防爆機器である信号変換装置４４０の外部に電流測定器４６０を接続するためには、電流測定器４６０が以下の３つの条件を満たす必要がある。
１）本質安全防爆認定を受けた機器であること
２）制御信号線４５０に印加された電圧および電流を電気的に受けることができる機器であること
３）制限された電流および電圧をソレノイド型電磁弁３００に供給できる機器であること
ところが、これらの条件を満たす電流測定器４６０は一般的ではない。また、本質安全防爆機器の運用方法として、本質安全防爆機器の並列接続は認められておらず、危険場所においてこのような接続を実現することはできない。このため、危険場所に敷設された制御信号線の開路故障を検出することは容易ではない。

そこで、本発明は、無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムにおいて、電磁弁を駆動する制御信号が流れる制御信号線の開路故障を検出できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である信号変換装置は、バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、前記電磁弁に電力を供給する電池と、前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、前記電池と前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、前記接点信号に基づいて、前記接点スイッチを制御する接点情報制御部と、前記防爆バリアが出力する電流を検出する電流検出部と、前記接点スイッチがオンのときの前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記診断部は、前記接点スイッチがオンのとき、前記防爆バリアが出力する電流を検出しない場合に、前記制御信号線が開路故障であると診断することができる。
また、前記診断部は、さらに、前記接点スイッチがオンのとき、前記防爆バリアが出力する電流が所定の値以上であることを検出した場合には、前記制御信号線が短絡故障であると診断するようにしてもよい。
また、前記防爆バリアは、電流を制限する抵抗を含み、前記電流検出部は、前記抵抗の両端の電圧に比例する値を取得することで前記防爆バリアが出力する電流を検出するようにしてもよい。
このとき、前記電流検出部は、前記抵抗の両端の電圧に比例する値を、スイッチを切り替えることで順次取得するようにしてもよい。
また、前記診断部は、前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記防爆バリアが出力する電流値を算出し、算出された電流値の履歴を記録してもよい。
このとき、前記診断部は、前記電流値の履歴に基づいて、前記電池の消耗診断を行なうことができる。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である信号変換装置は、バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、前記電磁弁に電力を供給する電池と、前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、前記防爆バリアと前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、前記電池と前記防爆バリアとの間に設けられた第２接点スイッチと、前記接点信号に基づいて、前記接点スイッチおよび前記第２接点スイッチを制御する接点情報制御部と、前記防爆バリアが出力する電流を検出する電流検出部と、前記接点スイッチおよび前記第２接点スイッチがオンのときの前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記第２接点スイッチと並列にプルアップ抵抗を接続してもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様である信号変換装置は、バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、前記電磁弁に電力を供給する電池と、前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、前記防爆バリアと前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、前記電池と前記防爆バリアとの間に設けられた第２接点スイッチと、前記第２接点スイッチと並列に接続されたプルアップ抵抗と、前記プルアップ抵抗の前記電池側の電圧を検出する電圧検出部と、前記接点信号に基づいて、前記第２接点スイッチをオンにした後、前記接点スイッチをオンに切り替える接点情報制御部と、前記第２接点スイッチのみがオンのときの前記電圧検出部の検出電圧と、前記第２接点スイッチおよび前記接点スイッチがオンのときの前記電圧検出部の検出電圧との差に基づいて前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、を備えたことを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第４の態様である信号変換装置は、バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、前記電磁弁に電力を供給する電池と、前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、前記防爆バリアと前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、前記電池に接続された短絡電流制限用抵抗と、前記短絡電流制限用抵抗と前記防爆バリアとの間に設けられた第２接点スイッチと、前記第２接点スイッチと並列に接続されたプルアップ抵抗と、前記短絡電流制限用抵抗を流れる電流を検出する電流検出部と、前記接点信号に基づいて、前記第２接点スイッチをオンにした後、前記接点スイッチをオンに切り替える接点情報制御部と、前記第２接点スイッチのみがオンのときの前記電流検出部の検出電流と、前記第２接点スイッチおよび前記接点スイッチがオンのときの前記電流検出部の検出電流との差に基づいて前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムにおいて、電磁弁を駆動する制御信号が流れる制御信号線の開路故障を検出できるようになる。

本実施形態における無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムの構成例を示す図である。電流検出部の第１実施例を示す図である。電流検出部の第１実施例の変形例を示す図である。電流検出部の第２実施例を示す図である。電流検出部の第３実施例を示す図である。電池の消費を抑えるための信号変換装置の別例を示す図である。ソレノイド型電磁弁の誤動作を防ぐための信号変換装置の別例を示す図である。ソレノイド型電磁弁の誤動作を防ぎ、電池の消費を抑えるための信号変換装置のさらなる別例を示す図である。電圧検出部に換えて電流検出部を用いた場合の例を示す図である。短絡判定用の基準負荷を用いた構成例を示す図である。危険場所に設置されたバルブを、ソレノイド型電磁弁を用いて遠隔操作するシステムの構成例を示す図である。無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムの構成例を示す図である。防爆バリアの構成例を示す図である。無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムにおいて、制御信号線の開路故障を検出する構成例を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における無線でバルブ遠隔操作を行なうシステムの構成例を示す図である。本システムにおいて、安全場所に、操作を行なう端末装置２１０と端末側無線通信装置２２０とが設置され、危険場所に、バルブ側無線通信装置２３０と信号変換装置１００とソレノイド型電磁弁２００と空気圧開閉器２０１とバルブ２０２とが設置されている。ソレノイド型電磁弁２００等は、複数台設置してもよい。

オペレータが端末装置２１０でバルブ動作を指示すると、端末装置２１０に接続された端末側無線通信装置２２０からバルブ側無線通信装置２３０に動作指示が無線で伝送される。バルブ側無線通信装置２３０は、この動作指示を接点信号として信号変換装置１００に出力する。

本質安全防爆機器である信号変換装置１００は、接点情報制御部１１０、接点スイッチ１２０、電池１３０、防爆バリア１４０、電流検出部１５０を備えており、耐圧防爆型の筐体に収められている。接点スイッチ１２０とソレノイド型電磁弁２００とは、制御信号線２４０で接続されている。接点情報制御部１１０は、バルブ側無線通信装置２３０からの接点信号にしたがって、接点スイッチ１２０のオンオフを切り替える。

接点スイッチ１２０がオンになると、制御信号線２４０に制御信号が流れ、電池１３０から供給される電力によりソレノイド型電磁弁２００を駆動する。ソレノイド型電磁弁２００が動作すると空気圧開閉器２０１によりバルブ２０２が動作することになる。

防爆バリア１４０は、ソレノイド型電磁弁２００に制御信号線２４０を介して出力される制御信号の電圧と電流を制限するために用いられている。本図に示すように、防爆バリア１４０は、電流を制限する電流制限部１４１と電圧を制限する電圧制限部１４２とを備えている。

危険場所に敷設された制御信号線２４０は有線であるため、断線等の開路故障が発生する場合がある。この開路故障を検出するため、電流検出部１５０が設けられている。電流検出部１５０は、防爆バリア１４０が出力する電流を検出し、電流検出部１５０の検出結果が接点情報制御部１１０の診断部１１１に入力されるようになっている。

制御信号線２４０に開路故障が発生していない場合には、接点スイッチ１２０がオンになったときに制御信号線２４０に電池１３０から電流が流れる。一方、制御信号線２４０に開路故障が発生している場合には、接点スイッチ１２０がオンになっても制御信号線２４０には電流が流れない。

このため、診断部１１１は、接点スイッチ１２０をオンに切り替えたときの電流検出部１５０の検出結果に基づいて、開路故障の診断を行なうようにしている。具体的には、接点スイッチ１２０をオンにしたときに、電流検出部１５０が電流を検出した場合には開路故障は発生していないと診断し、接点スイッチ１２０をオンにしたときに、電流検出部１５０が電流を検出しない場合には開路故障が発生したと診断する。

診断部１１１は、開路故障が発生したと診断した場合には、例えば、バルブ側無線通信装置２３０、端末側無線通信装置２２０を介して、端末装置２１０に警報を出力する。

本実施形態の信号変換装置１００は、本質安全防爆機器内で電流を検出するため、外部に電流測定器を接続する必要はなく、直接ソレノイド型電磁弁２００を接続することができる。このため、危険場所において使用することが認められ、危険場所に敷設された制御信号線２４０の開路故障を検出することができるようになる。

信号変換装置１００の電流検出部１５０の具体的な構成例について説明する。図２は、電流検出部１５０の第１実施例を示す図である。なお、防爆バリア１４０は、抵抗Ｒ１で電流制限部１４１を構成し、並列に接続されたツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２で電圧制限部１４２を構成している。そして、接点スイッチ１２０がオフのときに電流制限部１４１に電流が流れないように電流制限部１４１を電圧制限部よりも接点スイッチ１２０側に配置している。もちろん、他の部品により防爆バリア１４０を構成してもよい。例えば、複数個の抵抗で電流制限部１４１を構成したり、ツェナーダイオードを別の組み合わせとしてもよい。

第１実施例では、電流検出部１５０を分圧器１５１ａ、分圧器１５１ｂ、ＡＤ変換器１５２ａ、ＡＤ変換器１５２ｂで構成し、電流制限部１４１である抵抗Ｒ１の両端の電圧に比例する値を取得して診断部１１１に入力する。なお、電流制限用の抵抗Ｒ１に加え、電流検出用の抵抗を別途直列に接続するようにしてもよい。この場合、信号変換装置１００内の電圧制限部１４２の後段に接続すればよく、防爆バリア１４０外であってもよい。

ここで、分圧器１５１ａ、分圧器１５１ｂは、ＡＤ変換器１５２ａ、ＡＤ変換器１５２ｂに入力される電圧が、ＡＤ変換器１５２ａ、ＡＤ変換器１５２ｂの耐電圧より小さくなるように制限するために設けられており、その分圧比は既知である。

分圧器１５１ａの出力値はＡＤ変換器１５２ａでディジタル変換され、分圧器１５１ｂの出力値はＡＤ変換器１５２ｂでディジタル変換され、それぞれ、抵抗Ｒ１の両端の電圧に比例する値となる。

診断部１１１は、分圧器１５１ａ、分圧器１５１ｂの分圧比、抵抗Ｒ１の値に基づいて、防爆バリア１４０が出力する電流の値を算出することができる。すなわち、抵抗Ｒ１における電圧降下値を抵抗Ｒ１の値で割ることにより、防爆バリア１４０が出力する電流の値が得られる。診断部１１１は、接点スイッチ１２０をオンに切り替えたときに、防爆バリア１４０が電流を出力している場合には開路故障は発生していないと診断し、防爆バリア１４０が電流を出力していない場合には開路故障が発生したと診断する。

また、本実施例では、ＡＤ変換器１５２ａとＡＤ変換器１５２ｂの出力に基づいて抵抗Ｒ１に流れる電流の値自体を取得することができるため、取得した電流が所定の値以上であれば制御信号線２４０で短絡故障が発生したと診断するようにしてもよい。ここで、所定の値は、ソレノイド型電磁弁２００の動作電流を基準に定めることができる。

また、診断部１１１は、抵抗Ｒ１に流れる電流の値を所定間隔で記録するようにしてもよい。この場合、電流値の変化傾向を取得できるため、電池１３０の消耗度や制御信号線２４０の経時劣化等を診断できるようになる。例えば、電流値が徐々に低くなる傾向であれば、電池１３０が徐々に消耗している状況が把握でき、電流値が急激に変化した場合には、制御信号線２４０に何らかの異常が発生したと診断することができる。

図３は、電流検出部１５０の第１実施例の変形例を示す図である。上述の第１実施例では、２個のＡＤ変換器１５２ａ、１５２ｂを用いていたが、変形例では、１個のＡＤ変換器１５２としている。そして、分圧器１５１ａ、分圧器１５１ｂの出力を、切り替えスイッチ１５３により切り替えて順番にＡＤ変換器１５２に導くようにしている。切り替えスイッチ１５３の切り替えは、診断部１１１が制御する。

診断部１１１は、接点スイッチ１２０がオンの間に、切り替えスイッチ１５３を順番に切り替えることで、抵抗Ｒ１の両端の電圧に比例する値を順次取得することができる。

第１実施例の変形例においても、防爆バリア１４０が出力する電流値を取得することができるため、診断部１１１は、接点スイッチ１２０をオンに切り替えたときに、防爆バリア１４０が電流を出力している場合には開路故障は発生していないと診断し、防爆バリア１４０が電流を出力していない場合には開路故障が発生したと診断する。また、取得した電流が所定の値以上であれば制御信号線２４０で短絡故障が発生したと診断するようにしてもよい。

図４は、電流検出部１５０の第２実施例を示す図である。第２実施例では、電流検出部１５０を差分検出装置１５４で構成し、電流制限部１４１である抵抗Ｒ１の両端における電圧差の有無の検出結果を診断部１１１に入力する。ここで、抵抗Ｒ１の両端で電圧差が生じた場合は、防爆バリア１４０が電流を出力していることを示し、抵抗Ｒ１の両端で電圧差が生じない場合は、防爆バリア１４０が電流を出力していないことを示している。

診断部１１１は、接点スイッチ１２０をオンに切り替えたときに、防爆バリア１４０が電流を出力している場合には開路故障は発生していないと診断し、防爆バリア１４０が電流を出力していない場合には開路故障が発生したと診断する。

なお、差分検出装置１５４が抵抗Ｒ１の両端の電圧差に応じた大きさのアナログ値を出力する構成とした場合には、抵抗Ｒ１に流れる電流の値自体を取得することができるようになる。この場合、取得した電流が所定の値以上であれば制御信号線２４０で短絡故障が発生したと診断するようにしてもよい。

図５は、電流検出部１５０の第３実施例を示す図である。第３実施例では、電流検出部１５０を発光素子と光検出素子で構成し、光検出素子の検出結果を診断部１１１に入力する。ここで、発光素子は、発光ダイオード等を用いることができ、信号変換装置１００内の電圧制限部１４２の後段で抵抗Ｒ１に直列に接続する。光検出素子は、フォトダイオード、フォトトランジスタ等を用いることができ、発光素子の光を検出できるように配置する。

光検出素子が光を検出した場合は、防爆バリア１４０が電流を出力していることを示し、光検出素子が光を検出しない場合は、防爆バリア１４０が電流を出力していないことを示している。

なお、発光素子が電流値に応じた輝度で発光し、光検出素子が検出した光の輝度に応じた信号を出力する構成とした場合には、抵抗Ｒ１に流れる電流の値自体を取得することができるようになる。この場合、取得した電流が所定の値以上であれば制御信号線２４０で短絡故障が発生したと診断するようにしてもよい。

次に、信号変換装置１００の別例について説明する。図２に示した信号変換装置１００は、接点スイッチ１２０のオンオフにかかわらず、電池１３０から電圧制限部１４２に電流が流れ、電池１３０が消費される。すなわち、ソレノイド型電磁弁２００を駆動しない期間でも電池１３０を消費する。信号変換装置１００の別例は、この点に着目して、接点スイッチ１２０のオフ時の電池１３０の消費を抑える構成としている。なお、以下に示す別例についても、診断部１１１の開路故障の診断基準や短絡故障の診断基準等は同様とすることができる。また、上述の変形例を適宜適用することができる。

図６に示す信号変換装置１００は、別例の基本形であり、電池１３０と電圧制限部１４２との間に第２接点スイッチ１６０を設けている。第２接点スイッチ１６０は、接点スイッチ１２０と同様に、バルブ側無線通信装置２３０からの接点信号にしたがって、接点情報制御部１１０によりオンオフが切り替えられる。本例では、接点情報制御部１１０は、接点スイッチ１２０と第２接点スイッチ１６０とを同時に切り替えるものとする。

なお、第２接点スイッチ１６０と電池１３０との間には、抵抗Ｒ２が接続されている。この抵抗Ｒ２は、上述の実施例では記載を省略していたが、電池１３０からの配線が短絡した場合の短絡電流を制限したり、電池１３０と電圧制限部１４２との電位差を吸収する抵抗である。第２接点スイッチ１６０は、防爆バリア１４０内に設けてもよい。抵抗Ｒ２は、電池１３０からの配線が短絡したときの短絡電流を制限できるように、電池１３０からの配線の手前に配置する。

図６に示した信号変換装置１００では、第２接点スイッチ１６０がオフのとき、電池１３０から電圧制限部１４２に電流は流れない。第２接点スイッチ１６０のオンオフは、設定スイッチ１２０のオンオフと同様に切り替えられるため、ソレノイド型電磁弁２００を駆動するとき以外は、第２接点スイッチ１６０はオフとなる。このため、接点スイッチ１２０のオフ時の電池１３０の消費を抑えることができる。

ところで、一般に、接点スイッチ１２０、第２接点スイッチ１６０は、図６に示したように、ＦＥＴが用いられる。また、分圧器１５１は、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとを直列に接続して一端を接地し、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの接続点の電圧を取り出すことで分圧電圧を生成する。本図では、分圧器１５１ｂのみで示しているが、分圧器１５１ａについても同様である。

この構成において、接点スイッチ１２０および第２接点スイッチ１６０がオフのとき、電圧制限部１４２には電圧は印加されない。そして、第２接点スイッチ１６０がオンになると電圧制限部１４２は０Ｖから制限電圧に一瞬で上昇する。このとき、接点スイッチ１２０を構成するＦＥＴのソースとドレイン間に存在する寄生容量に充電電流が流れる。この電流は制御信号線２４０を流れるため、ソレノイド型電磁弁２００を誤動作させるおそれがある。

そこで、図７に示すように、第２接点スイッチ１６０と並列にプルアップ抵抗Ｒ３を接続する。プルアップ抵抗Ｒ３によって、第２接点スイッチ１６０がオフのときに電圧制限部１４２の電圧がプルアップされるため、第２接点スイッチ１６０がオンになったときの電圧制限部１４２の急激な電圧上昇を抑えることができる。このため、接点スイッチ１２０を構成するＦＥＴの寄生容量に充電電流は流れず、ソレノイド型電磁弁２００の誤動作を防ぐことができる。

本図において、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２は、一般に小さい値が選択されるため、第２接点スイッチ１６０オフ時に、電圧制限部１４２に印加される電圧は、電池１３０の電圧を、プルアップ抵抗Ｒ３、分圧器１５１ａと分圧器１５２ｂとの合成抵抗により分圧したものとなる。すなわち、電池１３０の電圧から抵抗Ｒ３の電圧降下分を引いた値が電圧制限部１４２に印加される。

第２接点スイッチ１６０のオン切り替え時に、充電電流が流れないように電圧制限部１４２の印加電圧の変化を抑えるためには、第２接点スイッチ１６０のオフ時にも電圧制限部１４２の印加電圧が制限電圧にほぼ達している必要がある。このため、プルアップ抵抗Ｒ３を大きくすることができない。

しかしながら、プルアップ抵抗Ｒ３を小さくしすぎると、第２接点スイッチ１６０のオフ時にプルアップ抵抗Ｒ３を流れる電流が大きくなり、電池１３０の消費を十分抑えることができなくなってしまう。このため、プルアップ抵抗Ｒ３は、適切な値に設定する必要があるが、分圧器１５１の合成抵抗は用いる部品により異なるため、プルアップ抵抗Ｒ３の調整が煩雑となる。なお、分圧器１５１ａ、分圧器１５１ｂに接点スイッチを設けて、第２接点スイッチ１６０のオンオフと連動させることにより、第２接点スイッチ１６０のオン時の電圧制限部１４２の印加電圧の変化を抑えることができるが、構造がやや複雑になる。

そこで、信号変換装置１００のさらなる別例について図８を参照して説明する。図８に示した信号変換装置１００は、接点情報制御部１１０、接点スイッチ１２０、電池１３０、防爆バリア１４０、電圧検出部１５５、第２接点スイッチ、抵抗Ｒ２、プルアップ抵抗Ｒ３を備えている。

電池１３０には、抵抗Ｒ２を介して、第２接点スイッチ１６０とプルアップ抵抗Ｒ３が並列に接続されており、さらに防爆バリア１４０、接点スイッチ１２０が接続されている。防爆バリア１４０は、上述の例と同様に、電流制限部１４１と電圧制限部１４２とを備えている。抵抗Ｒ２、プルアップ抵抗Ｒ３を防爆バリア１４０に含めてもよい。

本例では、電圧検出部１５５を一組の分圧器１５１とＡＤＣ１５２で構成しており、プルアップ抵抗Ｒ３よりも電池１３０側に配置している。そして、接点情報制御部１１０は、接点スイッチ１２０のオンオフを信号Ｓ１で切り替え、第２接点スイッチ１６０のオンオフを信号Ｓ２で切り替える。

このとき、バルブ側無線通信装置２３０からの接点信号がオンになると、まず、信号Ｓ２をオンにしてから信号Ｓ１をオンにする。すなわち、第２接点スイッチ１６０を先にオンにする。オフにするときは同時でよい。

接点スイッチ１２０、第２接点スイッチ１６０がオフのとき、電圧制限部１４２に印加される電圧は、分圧器１５１やプルアップ抵抗Ｒ３によって分圧されないため、プルアップ抵抗Ｒ３を大きな値としても、制限電圧まで上昇することができる。

このため、第２接点スイッチ１６０をオンにしたときにも電圧は上昇せず、充電電流が流れるのを防ぐことができる。このため、ソレノイド型電磁弁２００の誤動作のおそれはない。また、プルアップ抵抗Ｒ３を大きな値とすることで、第２接点スイッチ１６０のオフ時における電池１３０の消費を抑えることができる。

接点情報制御部１１０の診断部１１１は、本構成において以下のような手順で開路故障の診断を行なう。すなわち、バルブ側無線通信装置２３０からの接点信号により時刻ｔ１に信号Ｓ２がオンになり第２接点スイッチ１６０がオンになると、電圧検出部１５５の測定値を取得して電圧Ｖ１とする。そして、時刻ｔ２に信号Ｓ１がオンになり接点スイッチ１２０がオンになると、電圧検出部１５５の測定値を再度取得して電圧Ｖ２とする。

診断部１１１は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差に基づいて開路故障の診断を行なう。開路故障が発生していない場合には、接点スイッチ１２０がオンになると、ソレノイド型電磁弁２００に電流を出力するため、電圧Ｖ１よりも電圧Ｖ２が低くなる。このため、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定の基準値ｄＶ以上であれば開路故障は発生していないと診断し、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定の基準値ｄＶ未満であれば開路故障が発生したと診断する。

また、制御信号線２４０で短絡故障が発生した場合には、接点スイッチ１２０がオンになると電圧Ｖ２が大きく低下する。このため、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差が所定の値ｄＳ（＞ｄＶ）以上であれば、制御信号線２４０で短絡故障が発生したと診断するようにしてもよい。

なお、図９に示すように、電圧検出部１５５に換えて電流検出部１５０を用いて、電池１３０と第２接点スイッチ１６０との間に接続された短絡電流制限用の抵抗Ｒ２を流れる電流を検出し、開路故障を検出するようにしてもよい。このとき、電池１３０と電流検出部１５０との接続箇所においても短絡電流制限用の抵抗Ｒ４を接続する。

この場合、診断部１１１は、以下のような手順で開路故障の診断を行なう。すなわち、バルブ側無線通信装置２３０からの接点信号により時刻ｔ１に信号Ｓ２がオンになり第２接点スイッチ１６０がオンになると、抵抗Ｒ２を流れる電流を算出してＩ１とする。そして、時刻ｔ２に信号Ｓ１がオンになり接点スイッチ１２０がオンになると、抵抗Ｒ２を流れる電流を再度算出して電流Ｉ２とする。なお、電流の算出法は、上述の通りである。

診断部１１１は、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差に基づいて開路故障の診断を行なう。開路故障が発生していない場合には、接点スイッチ１２０がオンになると、ソレノイド型電磁弁２００に電流を出力するため、電流Ｉ１よりも電流Ｉ２が大きくなる。このため、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差が所定の基準値ｄＩ以上であれば開路故障は発生していないと診断し、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差が所定の基準値ｄＩ未満であれば開路故障が発生したと診断する。

また、制御信号線２４０で短絡故障が発生した場合には、接点スイッチ１２０がオンになると電流Ｉ２が大きく上昇する。このため、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差が所定の値ｄＴ（＞ｄＩ）以上であれば、制御信号線２４０で短絡故障が発生したと診断するようにしてもよい。

短絡故障判定に用いる値ｄＳ、ｄＴは、例えば、図１０に示す構成により、例えば、湿度等の影響によって徐々に短絡状態になっていくような使用環境に対応した値を定めることができる。なお、本図は、電圧検出部１５５を用いてｄＳを定める場合の例であるが、電流検出部１５０を用いてｄＴを定めるようにしてもよい。本構成では、防爆バリア１４０の出力を、第３接点スイッチ１７０を介して基準負荷１８０にも接続する。基準負荷１８０は、例えば、使用するソレノイド型電磁弁２００のインピーダンスより少し小さい程度とする。

そして、接点スイッチ１２０はオフを保ちながら、第２接点スイッチ１６０をオンにして電圧Ｖ１を測定し、次に第３接点スイッチ１７０をオンにして電圧Ｖ２を測定する。このときの電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差を短絡故障判定用の値ｄＳと定めることにより、使用環境に対応した値ｄＳを定めることができる。通常の使用においては、第３接点スイッチ１７０はオフを保つようにする。電流検出部１５０を用いてｄＴを定める場合には、第３接点スイッチ１７０のオンオフにより電流Ｉ１と電流Ｉ２とを測定し、電流Ｉ１と電流Ｉ２との差を短絡故障判定用の値ｄＴと定めればよい。

１００…信号変換装置、１１０…接点情報制御部、１１１…診断部、１２０…接点スイッチ、１３０…電池、１４０…防爆バリア、１４１…電流制限部、１４２…電圧制限部、１５０…電流検出部、１５１…分圧器、１５２…ＡＤ変換器、１５３…切り替えスイッチ、１５４…差分検出装置、１５５…電圧検出部、１６０…第２接点スイッチ、１７０…第３接点スイッチ、１８０…基準負荷、２００…ソレノイド型電磁弁、２０１…空気圧開閉器、２０２…バルブ、２１０…端末装置、２２０…端末側無線通信装置、２３０…バルブ側無線通信装置、２４０…制御信号線

Claims

バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、
前記電磁弁に電力を供給する電池と、
前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、
前記電池と前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、
前記接点信号に基づいて、前記接点スイッチを制御する接点情報制御部と、
前記防爆バリアが出力する電流を検出する電流検出部と、
前記接点スイッチがオンのときの前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、
を備えたことを特徴とする信号変換装置。
前記診断部は、前記接点スイッチがオンのとき、前記防爆バリアが出力する電流を検出しない場合に、前記制御信号線が開路故障であると診断することを特徴とする請求項１に記載の信号変換装置。
前記診断部は、さらに、前記接点スイッチがオンのとき、前記防爆バリアが出力する電流が所定の値以上であることを検出した場合には、前記制御信号線が短絡故障であると診断することを特徴とする請求項１または２に記載の信号変換装置。
前記防爆バリアは、電流を制限する抵抗を含み、
前記電流検出部は、前記抵抗の両端の電圧に比例する値を取得することで前記防爆バリアが出力する電流を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記電流検出部は、前記抵抗の両端の電圧に比例する値を、スイッチを切り替えることで順次取得することを特徴とする請求項４に記載の信号変換装置。
前記診断部は、前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記防爆バリアが出力する電流値を算出し、算出された電流値の履歴を記録することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の信号変換装置。
前記診断部は、前記電流値の履歴に基づいて、前記電池の消耗診断を行なうことを特徴とする請求項６に記載の信号変換装置。
バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、
前記電磁弁に電力を供給する電池と、
前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、
前記防爆バリアと前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、
前記電池と前記防爆バリアとの間に設けられた第２接点スイッチと、
前記接点信号に基づいて、前記接点スイッチおよび前記第２接点スイッチを制御する接点情報制御部と、
前記防爆バリアが出力する電流を検出する電流検出部と、
前記接点スイッチおよび前記第２接点スイッチがオンのときの前記電流検出部の検出結果に基づいて、前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、
を備えたことを特徴とする信号変換装置。
前記第２接点スイッチと並列にプルアップ抵抗を接続したことを特徴とする請求項８に記載の信号変換装置。
バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、
前記電磁弁に電力を供給する電池と、
前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、
前記防爆バリアと前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、
前記電池と前記防爆バリアとの間に設けられた第２接点スイッチと、
前記第２接点スイッチと並列に接続されたプルアップ抵抗と、
前記プルアップ抵抗の前記電池側の電圧を検出する電圧検出部と、
前記接点信号に基づいて、前記第２接点スイッチをオンにした後、前記接点スイッチをオンに切り替える接点情報制御部と、
前記第２接点スイッチのみがオンのときの前記電圧検出部の検出電圧と、前記第２接点スイッチおよび前記接点スイッチがオンのときの前記電圧検出部の検出電圧との差に基づいて前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、
を備えたことを特徴とする信号変換装置。
バルブ動作を指示する接点信号を受け付けて、前記バルブ動作を制御する電磁弁を駆動する制御信号に変換して、前記電磁弁と接続する制御信号線に出力する信号変換装置であって、
前記電磁弁に電力を供給する電池と、
前記制御信号線に出力する電圧と電流とを制限する防爆バリアと、
前記防爆バリアと前記制御信号線との間に設けられた接点スイッチと、
前記電池に接続された短絡電流制限用抵抗と、
前記短絡電流制限用抵抗と前記防爆バリアとの間に設けられた第２接点スイッチと、
前記第２接点スイッチと並列に接続されたプルアップ抵抗と、
前記短絡電流制限用抵抗を流れる電流を検出する電流検出部と、
前記接点信号に基づいて、前記第２接点スイッチをオンにした後、前記接点スイッチをオンに切り替える接点情報制御部と、
前記第２接点スイッチのみがオンのときの前記電流検出部の検出電流と、前記第２接点スイッチおよび前記接点スイッチがオンのときの前記電流検出部の検出電流との差に基づいて前記制御信号線の開路故障を検出する診断部と、
を備えたことを特徴とする信号変換装置。