JP2017021456A - アナログデジタル信号混合伝送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
１対の電線を用いて複数の正確なアナログ信号とデジタル信号を時分割で伝送できる装置を供給する。
【解決手段】
親装置１に複数の端末装置３を接続して端末のアナログ電圧を計測するもので親装置１が供給するクロックの隙間にクロックとは逆極性の電圧で基準電圧６と計測電圧７を順次切り替えて接続する。これにより端末装置３の基準電圧６と計測電圧７がダイレクトに接続される。この仕組みにより多点のアナログ計測信号の測定が１対の電線で可能になるもので計測電圧７の伝送路２による電圧降下による誤差はあらかじめ電圧の分かっている基準電圧６の計測により補正されて正確なアナログ計測ができるものである。また一定の計測電圧７と基準電圧６のＯＮ／ＯＦＦを端末装置側の接点信号で行うことによりアナログ信号と接点や積算値のデジタル信号を混在して伝送できるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は１対の通信線を利用して多くＤＣ１〜５Ｖや０〜１０Ｖ等のアナログ信号の 伝送やＯＮ／ＯＦＦの接点信号とカウンターの積算値のデジタル信号を混在して伝送できる省配線の伝送装置に関するものである。
少ない電線を利用して複数の信号を送る省配線の伝送方式は特許文献１の様にアナログ信号をデジタル信号に変えるＡ／Ｄ変換をして本来のデジタル信号と混在して送る方法が知られている。
あるいは特許文献２の様な周波数偏移変調方式を用いて４〜２０ｍＡのアナログ信号に変調したデジタル信号を重畳して伝送する方式等で実現している。
特開平１１−３４２８０５ 特許第４１２９７２５号
ところでＡ／Ｄ変換してアナログ信号を伝送するこれらの伝送方法で重要なのはＡ／Ｄ変換の精度に大きく関連する分解能である。しかし一つのアナログ信号を伝送するのに１０点とか２４点とかの複数のデジタル信号を利用して伝送するために使用するビット数を多くすればするほど精度と分解能は上がるが逆にその分、信号の伝送効率が悪くなるものである。またデジタル信号と混在して伝送する場合はその分デジタル信号の伝送量が減ってくる。このようにアナログ信号をＡ／Ｄ変換して精度よく伝送する場合はアナログ信号の点数が多くなれば多くなるほどデジタル変換した情報量が多くなり伝送の遅延が大きくなるものである。
また周波数偏移変調方式を用いて４〜２０ｍＡのアナログ信号にデジタル信号を重畳して伝送する方式は信号伝送の基本が汎用のアナログ信号をベースに考えてデジタル信号を変調して乗せる方式のため伝送できるアナログ信号は1種類のみである。
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、その目的は省配線で精度の良い多くのアナログ信号をＡ／Ｄ変換せずにそのまま時分割で伝送し、多点のアナログ信号の計測値を大きな遅延無く伝送する仕組みである。更にこの仕組みは同一伝送路、同一電子回路を用いてアナログ信号とデジタル信号を混在させて伝送することが可能な機能を持つ発明である。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。図１はこの発明の全体機器構成(Ａ)と伝送波形(Ｂ)で親装置１と伝送路２と複数の端末装置３とで構成される。親装置１は伝送路２経由ですべての端末装置３にプラス電位の(Ｂ)のＮまでのクロック８をくり返し供給している。１対の電線を利用して複数のアナログ信号を伝送する方法としてクロック８の隙間の位置に個々の端末装置３で測定したアナログの信号電圧を負極性で結合することにより(Ｂ)の全体波形で表示されるような、時分割で複数のアナログ信号の伝送を行うことができる。
更に一部のビットを接点信号の伝送領域として使用し、同一伝送路でアナログ電圧信号とＯＮ／ＯＦＦの接点信号を混在した伝送も可能になる。またＯＮ／ＯＦＦのデジタル信号を伝送する仕組みを利用して電力使用量等のパルスカウントの積算値をバイナリーデータに変換して伝送することで積算信号の伝送を行うことも可能になる。
本発明は、１対の電線を利用して多くのアナログ信号をそのまま時分割の仕組みを用いて伝送するところにあり、更に計測電圧と基準電圧と一緒に伝送することで未知の配線抵抗がある伝送路でも精度良くアナログ信号の計測値を長距離伝送できるところにある。またこの仕組みは同一電子回路、同一伝送路を用いて複数のアナログ信号と複数の、接点信号情報と積算信号情報を持つデジタル信号を混在させて伝送することが可能なもので、機器の簡素化、省配線の効果により多点の計測監視システムの大きなコストダウンを可能にする発明である。
全体機器構成と伝送路の伝送クロックのタイミングと伝送の波形。 親装置の内部構成と伝送路のクロックの装置別管轄時間の説明。 アナログ入力とデジタル入力の場合の端末装置の構成概要。 アナログ入力とデジタル入力が混在した時の伝送波形。
図１〜図４を参照して、本発明の多くのアナログ信号を伝送する仕組み及びアナログ信号と接点信号とカウンター等の積算値を混在して伝送できる省配線の伝送装置の構成を具体化した実施形態について説明する。
本発明の伝送装置の基本的な構成は図１のような構成で親装置１と伝送路２と複数の端末装置３とで構成されるものであり、親装置から供給されるクロックに端末装置が応呼してアナログ信号、デジタル信号の情報を伝送路に送出する装置である。
親装置１は図２のクロック生成装置１３から供給クロック１４を図１の(Ｂ)のＮまでの数のＯＮとＯＦＦをくり返し生成して連続的に伝送路２へ供給している。このクロックは各アナログ入力端末装置に２クロックずつ、図１の(Ａ)の占有クロック５の１，２等として自己データーアドレス用に常時占有している。
図３の各端末装置３は、設定器２６で自己装置用データーアドレスとして設定される図１の(Ｂ)のクロック８のくり返し基準１０より数えた立下り位置のユニークな時間エリアを、図３の計測タイミング制御回路２５で制御する電子スイッチ２７及び２８の順次ＯＮにより２クロックずつ、データー領域として占有する。クロックの隙間のこのエリアが個々の端末装置３のデーター送出のタイミングエリアとなる。
計測電圧は上記の図３の端末装置３の電子スイッチの２７，２８のＯＮにより基準電圧６や計測電圧７がダイオード２４、伝送路、図２の親装置１のダイオード１８経由でアナログ計測回路１６と直接接続されることによりアナログ計測回路１６は端末装置３の各電圧をダイレクトに計測することができる。
端末装置３はアナログ用の図３の(Ａ)とデジタル用の図３の(Ｂ)のような接続構成が有り、基準電圧６の値及び電圧印加の箇所が異なる。個々の動作モードは端末装置３の占有する奇数クロックに供給される基準電圧６の値によりアナログ用、デジタル用の端末装置として区別される。
端末装置３の動作モードの識別に使う電圧値は。例えばアナログ計測の場合は基準電圧６を１０Ｖとしの接点信号入力の場合の基準電圧６は５Ｖとして伝送路の電圧降下の影響を受けないで明確な違いが分かるような差異に設定する。更に積算値のバイナリーデータであれば１５Ｖとかの設定とする。
図１の(Ｂ)はアナログ計測用の端末装置のみを接続した時の伝送路の電圧波形である。アナログ計測の場合の基準電圧の値は補正の基準となるので正確なものを使う。クロックの隙間のデーター領域はそれぞれの端末３が２ビットずつ使用する。
図３の(Ａ)の設定器２６でＮｏ１と設定された端末装置３は図1の(Ｂ)のクロック順９の一番目で図３の(Ａ)の電子スイッチ２７をＯＮにすると伝送路２に図１の(Ｂ)のクロック順９の一番目のタイミングに設定された端末装置３の基準電圧６が印加され、図２のアナログ計測回路１６でその数値を計測する。
端末装置３は続いて図１の(Ｂ)のクロック順９の一番目＋１のタイミングで図３の(Ａ)の電子スイッチ２８をＯＮにして伝送路２に、図１の(Ｂ)のクロック順９の一番目＋１のタイミングで端末装置３接続された計測電圧７が印加されるので、図２のアナログ計測回路１６はその数値を計測する。
図２の計測監視上位装置１２はこの一番目のビットの基準電圧の値により基準電圧の伝送路の電圧降下を計算して一番目＋１のビットの計測値に補正をかけてＮｏ１と設定された端末装置３の正確な計測電圧７の値を測定する。
同様に伝送路に２に接続されているそれぞれの各アナログ入力の端末装置は個々に２クロックずつ占有しそれぞれ奇数ビットで基準電圧６を、偶数ビットで計測電圧７を伝送路２に印加することで個々の端末装置の電圧を図２の１９、２０、２１の様に独立した計測情報として伝送し、図２の計測監視上位装置１２で測定することができる。
この方法により計測できるアナログ計測の点数はクロックの最大値のＮ÷２まで可能となる。このように親装置から供給されたクロックの隙間を利用して基準電圧をもとに個々に補正しながら計測する仕組みは広域に拡がる多くのアナログ信号の正確な計測を１対の電線で行うことを可能にするものである。
図１の(Ｂ)はアナログ計測用の端末装置のみを接続した時の伝送路の電圧波形である。アナログ計測の場合の基準電圧の値は補正の基準となるので正確なものを使う。クロックの隙間のデーター領域はそれぞれの端末３が２ビットずつ使用する。あるいは伝送路の電圧降下が計測値に比べて無視できるような太さの電線や伝送距離であればクロックの最大値Ｎまでの計測が１対の電線を使用して可能となるものである。
図３の(Ｂ)は接点入力用の端末装置３の接続構成で基準電圧６は１，０の接点情報を伝送するためのものでアナログ計測用の端末装置とは基準電圧の値が明確に異なる。この基準電圧６は接点情報の元となるスイッチ入力３２，３３のＯＮ／ＯＦＦを識別するために、伝送路にタイミングを計り印加するマイナス極性の電源である。
図４は図３の(Ｂ)の接点入力用の端末装置３を２台接続して９のクロック順５〜８を接点領域として設定した時の伝送路の電圧波形で、２台の端末装置の４点のＯＮ／ＯＦＦ信号は伝送波形の３４，３５，３６，３７の位置に反映されそれぞれＯＮ，ＯＦＦ，ＯＮ，ＯＮの状態を表しているものである。
図３の端末装置は計測タイミング制御回路２５から制御する電子スイッチ２８と３３と占有クロックを増設することにより端末装置１台で多くのアナログ計測や接点信号を伝送することができる。
電力使用量等のパルスカウントの積算値をバイナリーデータとして伝送する場合は上記と異なる電圧の電源を使い図３の(Ｂ)の２８と３３と占有クロックを増設することにより積算値の情報を伝送することができる。
本発明の、複数のアナログ計測情報が１対の電線で伝送できる仕組みは例えばコンビーナートや石化プラント等の多くの計測が必要な用途に使用できる。また工場等の接点系の監視信号や制御信号あるいは電力、蒸気流量等の使用量等を一元的に管理できる機能は多くの用途に利用できる可能性を秘めている。従来のこの方式を用いないで個別に端末装置から多くの配線を行ってアナログ計測や接点信号監視、積算値計測等を行う方法に比べて大幅な電線使用量、配線工事の費用が低減できる。この効果は最大クロック数Ｎを多くすればするほど経済的なシステムとなるものである。
１…親装置、２…伝送路、３…端末装置、４…端末装置番号、５…占有クロック、６…基準電圧、７…計測電圧、８…クロック、９…クロック順、１０…くり返し基準、１１…端末装置番号、１２…計測監視上位装置、１３…クロック生成装置、１４…供給クロック、１５…ダイオード、１６…アナログ計測回路、１７…アナログ電圧、１８…ダイオード、１９…端末装置(1)のデーター、２０…端末装置(2)のデーター、２１…端末装置(3)のデーター、２２…伝送路端子台、２３…ダイオード、２４…ダイオード、２５…計測タイミング制御回路、２６…設定器、２７…電子スイッチ、２８…電子スイッチ、３２…入力スイッチ、３３…入力スイッチ、３４〜３７…接点入力の伝送波形
特開平１１−３４２８０５ 特開２００１−１５９９１３

Claims (3)

  1. １対の電線で複数の情報を伝送する装置において、親装置の正極性のクロックの隙間の位置に個々に計測する端末装置より、数値が特定されている正確な基準電圧と端末装置で測定したアナログの信号電圧をクロックとは逆極性でクロックの隙間に結合して時分割により複数のアナログ計測信号を伝送する信号伝送装置。
  2. 前記端末装置の伝送する信号がアナログ信号かデジタル信号かに応じて、前記基準電圧の大きさを異なるように設定することでその直後に伝送するアナログ信号と接点信号の識別目印とし、同一ケーブルを用いてアナログ信号と接点信号とを混在して伝送する機能をもつ（請求項１）の信号伝送装置。
  3. 前記基準電圧を（請求項２）とは異なる値としてその基準電圧の直後にパルスカウントの積算値をバイナリーデータとしたものを伝送することで同一のケーブルを用いて積算値信号と前記のアナログ信号と接点信号とを混在して伝送する機能をもつ（請求項１）の信号伝送装置。
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