JP2791148B2

JP2791148B2 - ２線式信号伝送装置

Info

Publication number: JP2791148B2
Application number: JP1295054A
Authority: JP
Inventors: 誠小暮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH03156700A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、フイールド計器、コミユニケータなどの２
線式信号伝送装置に係り、特に消費電力を低くおさえる
のに好適な２線式信号伝送装置の通信回路に関する。

〔従来の技術〕

いわゆるフイールド計器と称される２線式信号伝送装
置は、各種プラントの圧力・温度・流量などの物理量を
検出し、その値を電気信号に変換し、２線式伝送線を介
して上位計器へ伝送しているのが通常である。

そして、該電気信号の伝送は、規格化されており、２
線式信号伝送装置が伝送線に、４〜20mAのアナログ電流
信号を出力して、上位計器が、そのアナログ電流信号を
受信するものとなつている。また、一般的には２線式信
号伝送装置から上位計器へのアナログ信号の一方向通信
が行われていたものであった。

しかし、近年、半導体集積回路技術の向上により、マ
イクロプロセツサ内蔵の２線式信号伝送装置が開発され
て実用化されてきている。これによれば、前記伝送線上
で一方向のアナログ信号の通信のほかに、双方向のデイ
ジタル信号の通信を行い、２線式信号伝送装置のレンジ
設定，自己診断などを遠隔に操作できるようになつてき
ている。たとえば、この種の装置に関するものとして、
特開昭58−48198号公報，特開昭59−201535号公報など
が知られている。

具体的な例を第４図を用いて説明する。同図は、外部
電源を必要とする２線式信号伝送装置に関する装置構成
例を示している。２線式信号伝送装置１は外部電源４か
ら供給される電力により動作し、検出した物理量に対応
した電流を伝送線に流す定電流源としてアナログ信号を
出力し、上位受信計器３は、伝送線に直列に挿入された
抵抗を流れるアナログ電流信号を抵抗の両端の電位差の
検出により受信し、２線式信号伝送装置１の指示値とし
て使用している。コミユニケータ２も、一種の２線式信
号伝送装置であり、２線式信号伝送装置１と上位受信計
器3,外部電源４との間の任意の伝送線上に接続され、２
線式信号伝送装置１とデイジタル信号で双方向の通信を
行つている。

この伝送線上で信号を伝送する方式としては、アナロ
グ信号上にデイジタル信号をのせて、アナログ信号値に
影響を与えないようにデイジタル信号の通信を行う方
式、アナログ信号とデイジタル信号を切換えて信号伝送
する方式、および、デイジタル信号のみによる信号伝送
方式、とが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来技術にあつては、２線式信号伝
送装置が伝送線より供給される電流が、アナログ出力信
号の中に含まれる。よつて、このアナログ出力信号は、
４〜20mAの範囲の値に制限されているので、装置全体で
消費する電流は、4mA以下にしなければならないもので
あつた。

それ故、装置全体の消費電流は、定常状態の消費電流
だけでなく、例えば、通信中の消費電流なども4mA以下
にしなければ、アナログ出力信号を乱すことが考えられ
る。このため、通信時において通信速度が速い程、通信
回路の消費電流が増大するため、通信速度を速くできな
いという欠点があつた。

本発明は、以上の欠点を解決し、消費電流が少なく、
かつ、通信速度の速い、２線式信号伝送装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、２線式信号伝
送装置の通信回路において、変調回路の動作中に、復調
回路の動作を停止する手段を備えることにより、変調回
路と復調回路が同時に動作することがなくなり、通信時
の消費電流の増大を必要最小限にしたことを特徴とする
ものである。

〔作用〕

このような２線式信号伝送装置の変調回路、復調回路
の消費電流は、前述の通り、通信速度が速い程、増大
し、また、回路動作時に比らべ、動作していないとき
は、問題とならない消費電流が少なく省略できる。

そのため、信号伝送時は、伝送線を介して自らの送信
信号が復調回路に入力されるが、復調回路の動作は停止
されているので、消費電流の増分は、変調回路の消費電
流のみとなる。

また、信号受信時は、復調回路のみが動作するので、
消費電流の増分は、復調回路の消費電流のみとなる。

これによつて、変調回路と復調回路が同時に動作する
ことがなくなるので、通信による消費電力の増分を少な
くすることができる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。

第１図は、２線式信号伝送装置の出力が４〜20mAのア
ナログ電流信号からなり、このアナログ電流信号に重畳
されたデイジタル信号によつて、上位受信計器、また
は、コミユニケータとの間で通信を行う場合の構成図を
示す。

同図において、概略を示すと、２線式信号伝送装置１
には、複合センサ108を有し、このセンサ108は各種プラ
ントにおける圧力，温度，流量などの物理量を検出し、
外部電源４から供給される電力によって動作するように
なつている。そして、前記センサ108からの出力は、２
線式信号伝送装置１内で種々の処理が行われ、その処理
された信号は、伝送線５を介して、上位受信計器３に出
力されるようになつている。前記上位受信計器３は前記
伝送線５の間に抵抗30を備え、この抵抗30の間の電圧を
検知することにより、前記２線式信号伝送装置１からの
物理量を受信するようになつている。そして、さらに通
信器32を内蔵しており、前記デイジタル信号によつて前
記２線式信号伝送装置１との間で通信を行い、例えば、
自己診断、レンジ値の変更等の処理を行うようになつて
いる。また、前記伝送線５上の２線式信号伝送装置１と
外部電源４との間にコミユニケータ２が接続され、この
コミユニケータ２は、前記デイジタル信号によつて、前
記２線式信号伝送装置１と通信を行い、例えば、２線式
信号伝送装置１の入出力信号のモニタ、校正等の処理を
行うようになつている。

次に、前記２線式信号伝送装置１の構成を示す。複合
センサ108からの各出力は、マルチプレクサ109に入力さ
れるようになつている。前記マルチプレクサ109には、I
/Oインターフエイス106からの入力切換信号が入力さ
れ、その出力はA/D変換器105に入力されるようになつて
いる。さらに、マイクロプロセツサ101があり、このマ
イクロプロセツサ101は前記A/D変換器105から、順次、
送り込まれる出力と、ROM103,RAM102に格納されている
種々の係数から、補正演算を行い、これにより真値を求
め、予めRAM102に設定されている出力レンジによつて正
規化した出力値をA/D変換器107へ出力するようになつて
いる。このD/A変換器107の出力は、加算器110を介してV
/I変換器111へ入力され、このV/I変換器111の出力は、
前記伝送線５を介して、上位受信計器３へ伝えられるよ
うになつている。なお、このV/I変換器111は、入力信号
に見合つた電流（４〜20mA）が伝送線５を流れるように
制御されるようになつている。

前記加算器110には通信用のデイジタル信号が加算さ
れるようになつており、V/I変換器111を介して出力され
る信号は、アナログ信号に前記デイジタル信号が重畳さ
れたものとなつている。前記デイジタル信号は、変調回
路112から入力されるようになつており、前記変調回路1
12は送受信回路104からの出力を変調するようになつて
いる。前記変調回路112からの信号は、例えば周波数変
調のようにデイジタル信号の“1",“0"に対応する２種
類の周波数信号のほか、振幅変調のように信号の大きさ
で“1",“0"に対応するもの、位相変調のように２種類
の位相が“1",“0"に対応するもの等が用いられてい
る。

ここで、変調回路112の出力信号は、正負の方向に同
じ振幅の方形波、またはサイン波の小信号であれば、デ
イジタル信号を出力して通信を行つても、前記V/I変換
器111の出力電流値は瞬時的な変化が生じるだけで、ア
ナログ信号を検出する上位受信計器３側の指示値には影
響を与えないものとなる。

さらに、伝送線５には、前記上位受信計器３、あるい
はコミユニケータ２から送信信号を送られるようになつ
ており、この送信信号は前述したように変調された電流
信号と同様なデイジタル信号となつている。

なお、ここで、伝送線５に電圧を供給するための外部
電源４の電圧値は常に一定であることから、伝送線５に
流れる電流値が変化すると、上位受信計器３のアナログ
信号検出器である抵抗30の両端の電圧もこれに応じて変
化するため、２線式信号伝送装置１に加えられる電圧
（伝送線５の線間電圧）は、前記電圧変化と逆の極性の
電圧変化が生じる。

２線式信号伝送装置１内の復調回路113では、前記線
間電圧の変化をとらえて、復調することにより“1",
“0"のデイジタル信号とし、送受信回路104でこの信号
を受信することができる。この場合、前記２線式信号伝
送装置１の変調回路112より送信するデイジタル信号も
同様に、伝送線５を流れる電流を変化させるため、伝送
線５の線間電圧が変化し、復調回路113には、同様な信
号が入力される。なお、この場合においては、変調回路
112より復調回路113へリセツト信号も同時に入力される
ため、復調回路113は動作しないようになつている。

これらの２線式信号伝送装置１内の内部回路は電源回
路114を介して、伝送線５から供給される電力により動
作するようになつている。電源回路114は、伝送線５の
線間電圧から、前記各回路が動作可能な電圧（V_DD）を
作り出し、各回路へ供給している。

前述の通り、この各回路で消費する電流の合計値を4m
A以下にする必要がある。通信時においても同様に、消
費電流が4mAを超えてしまうと２線式信号伝送装置１か
らのアナログ出力信号が乱れるとともに、デイジタル通
信の信頼性を低下させる要因となる。

第３図に変調回路、および復調回路が動作したときの
消費する電流値の例を示す。各々の回路は、入力信号が
無く動作しないときには、動作時と比べ、無視できるく
らいに消費する電流が少なく、また、動作時は図に示す
ように、各回路の電源電圧（V_DD）の大きさに関係した
消費電流になつている。なお、この消費電流は、通信速
度が速く、信号の変調周波数が大きいほど大きな値とな
る。そのため、通信速度が速い装置になるほど、この変
調回路、復調回路が装置全体に対して占める消費電流の
割合が高くなつている。

前述の通り、第１図において２線式信号伝送装置１が
デイジタル信号を送信する場合、他の装置が信号を送信
したのと同様に、伝送線５の線間電圧が変動し、２線式
信号伝送装置自身の復調回路113に、その信号が入力さ
れるようになつている。

よつて、本発明によれば、変調回路112が動作時にリ
セツト信号を達調回路113に入力し、復調回路113の動作
を停止するので、変調回路と復調回路が同時に動作する
ことがなくなり、通信時、特にデイジタル信号送信時に
装置の消費電流が増大するのを防ぐことができるという
効果がある。

なお、本実施例では、変調回路112からのリセツト信
号で復調回路113の動作を停止させた例を用いたがこの
信号は、I/Oインターフエイス106からの信号を使用して
も問題なく、同様の効果が得られる。

また、前記コミユニケータ２も、一種の２線式信号伝
送装置であり、内部に電池などの電源が内蔵されてお
り、長時間使用するためには、消費電力を低くする必要
があり、本発明を適用すると、長時間使用できるという
効果がある。

第２図は本発明の他の実施例を示す構成図である。同
図は、２線式信号伝送装置１の設定数を複数個とし、各
２線式信号伝送装置の出力が、すべてデイジタル信号で
ある場合を示す。第１図と比らべ、４〜20mAのアナログ
信号で伝送される指示値もデイジタル信号の通信により
伝送される点と、２線式信号伝送装置１の設置数が複数
になるという点以外は、すべての装置での動作は、同じ
である。本実施例においては、接続方式が伝送線５に対
して、バス構成になつているが、これが、マルチドロツ
プ構成になつても、各装置の動作は同じで、２線式信号
伝送装置１が伝送線５上の任意の場所に接続できる。各
２線式信号伝送装置は、通常、一定量の電流（i₁,i₂,
i₃,…,i_n）を消費しており、上位受信計器の負荷抵抗R_L
を流れる電流は、各２線式信号伝送装置で消費する電流
の合計値となる。このため、例えば、２線式信号伝送装
置１の設置台数が多くなると、負荷抵抗R_Lを流れる電流
と負荷抵抗R_Lの両端の電圧もそれにつれて増大し、外部
電源４の電圧が一定であるため、逆に、伝送線５の線間
電圧が低くなる。

この線間電圧が、ある一定値以下に低くなると、２線
式信号伝送装置１が動作できなくなるので、各２線式信
号伝送装置の消費電流値により、設置台数が限定されて
いる。また、防爆上の制限からも、伝送線５を流れる電
流値などを、ある一定値以下にする必要があるので、同
様に、設置台数の制限がある。

よつて、本実施例によれば、装置の消費電流を低くす
ることができるので、同一伝送線上に接続できる設置台
数を増やすことができるという別の効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなように、本発明による
２線式信号伝送装置によれば、消費電流を少なくするこ
とができるとともに、高速通信を行うことができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による２線式信号伝装装置の一実施例を
示す構成図、第２図は本発明による２線式信号伝送装置
の他の実施例を示す構成図、第３図（ａ），（ｂ）は本
発明の変調回路・復調回路の消費電流を示すための説明
図、第４図は従来の２線式信号伝送装置の一例を示す構
成図である。１……２線式信号伝送装置、２……コミユニケータ、３
……上位受信計器、４……外部電源、５……伝送線、30
……抵抗、112……変調回路、113……復調回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２線式伝送線に接続された少なくとも１台
の２線式信号伝送装置と他の通信装置からなる通信シス
テムにおいて、前記２線式信号伝送装置の通信回路が、
送信動作しているときに、復調動作を停止する手段を備
えたことを特徴とする２線式信号伝送装置。
【請求項２】請求項１記載の２線式信号伝送装置におい
て、変調動作を検出する手段を備え、その検出信号で、
復調動作を停止したことを特徴とする２線式信号伝送装
置。
【請求項３】請求項１または２記載の２線式信号伝送装
置において、２線式信号線を介して外部から供給される
電力により動作することを特徴とする２線式信号伝送装
置。