JP3054459B2 - 供給される量に対応する電流を発生する装置 - Google Patents

供給される量に対応する電流を発生する装置

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JP3054459B2
JP3054459B2 JP3107154A JP10715491A JP3054459B2 JP 3054459 B2 JP3054459 B2 JP 3054459B2 JP 3107154 A JP3107154 A JP 3107154A JP 10715491 A JP10715491 A JP 10715491A JP 3054459 B2 JP3054459 B2 JP 3054459B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は供給される量に対応する
電流を発生する装置、例えばディジタル方式で動作する
プロセス制御システムに関する。本装置は冗長回路によ
り構成され、装置の機能をモニタし制御するように設計
されている。
【０００２】
【従来の技術】工業用プロセスに影響を及ぼすアクチュ
エーターは、アクチュエーターの位置がアクチュエータ
ーへ饋電される電流の関数となるように設計されること
が多い。したがって、プロセスの制御用システムとこの
プロセスのアクチュエーターの間には、制御システムに
より生成される制御信号をこれらの信号に対応する電流
に変換するために必要な各種要素があるのが普通であ
る。
【０００３】このような変換要素の中で故障が起こる
と、プロセスを制御するための制御システムの容量が減
少したりまったくなくなってしまう結果となる。これは
経済的に重大な結果をもたらすかもしれないし、また安
全性にも影響するかもしれない。制御機能が特に決定的
に重要な機能となっている場合、変換要素は二重化され
ることが多く、この場合は通常これら要素のひとつだけ
がアクチュエーターに接続される。接続された変換要素
内に誤動作が表示されているとき、この要素は切り放さ
れて、代わりに他方の変換要素が接続されるよう切り替
えが実行される。一般にこの切り替えは電磁リレーによ
りおこなわれるが、工場設備のうち制御システムとアク
チュエーターの間にある部分の故障率にたいして電磁リ
レー自体が無視しえない程度の故障率を占めている。
【０００４】
【発明の目的と要約】本発明の目的は、その装置に供給
される量に対応する電流を発生するための装置、すなわ
ち冗長機能を備える一方、誤動作が表示された場合、低
故障率の構成部品によって冗長回路の間で切り替えをお
こなう装置を提供することである。
【０００５】本発明により、この目的は次の装置により
実現される。すなわち装置は並列動作するふたつの電流
発生要素により構成され、各電流発生要素は自身の機能
並びに他方の電流発生要素の機能の双方を監視できる。
電流発生要素内で誤動作が表示されると電流加算接続回
路内の受動素子により本装置の機能は他方の電流発生要
素だけに引き継がれる。
【０００６】さらに発展させた本発明によれば、各電流
発生要素に配置された発生電流用予備回路を接続するこ
とにより、表示される誤動作が電流発生要素の内部故障
に起因するものか、電流発生要素に接続される発生電流
用回路で、電流発生要素の外側部分で起こった一時停電
のような外部故障によるものかを検出するように本装置
を設計することができる。
【０００７】
【実施例】次に本発明を実施例を参照して更に詳細に説
明する。
【０００８】図１に示す第１および第２電流発生要素は
上位の要素から、例えばディジタル方式あるいはアナロ
グ方式で動作するプロセス制御システムから量Ａが供給
される。各電流発生要素１，２はこの量Ａに比例する電
流Ｉ１，Ｉ２を発生するのに使用される。
【０００９】Ｉ１およびＩ２は次の関係により決定され
る。
【００１０】
【数１】 Ｉ１＝ｋ１・Ａ （１）
【００１１】
【数２】 Ｉ２＝ｋ２・Ａ （２）
【００１２】電流Ｉ１およびＩ２は電流加算要素３の中
で加算され総電流Ｉとなる。このＩに対して次の関係が
適用される。
【００１３】
【数３】 Ｉ＝（ｋ１＋ｋ２）・Ａ （３）
【００１４】さらに、正常動作している場合、各電流発
生要素１，２は、状態信号Ｓ１，Ｓ２を形成し、この信
号の有無を検出し、図１の点数に示すごとく他方の電流
発生要素により形成される状態信号Ｓ２およびＳ１の有
無を検出するのに使用される。さらに、電流発生要素
１，２は、状態信号Ｓ１，Ｓ２の有無に依存して、あら
かじめ決められた基準に従って、供給される量Ａと発生
電流Ｉ１，Ｉ２の比例関係を変化させるのに使用され
る。これらの基準は、電流発生要素１に関連する図２ａ
および電流発生要素２に関連す図２ｂに示される原理に
より形成される。状態信号Ｓ１，Ｓ２がともに存在する
場合、式１および式２の中で定義される比例因数ｋ１，
ｋ２はあらかじめ決定される値ｋ１＝ｋ１１およびｋ２
＝ｋ２１となる。状態信号Ｓ１，Ｓ２が存在しない場
合、比例因数ｋ１，ｋ２はゼロの値となるものとし、他
方の状態信号Ｓ２，Ｓ１が存在する場合、他の電流発生
要素２，１に属する比例因数ｋ２，ｋ１は２個のあらか
じめ決められた数ｋ１１およびｋ２１の合計に等しい値
となるものとする。これから明らかとなることは、ふた
つの電流発生要素の双方あるいは少なくともひとつが正
常動作している場合は式３は次式となり、
【００１５】
【数４】 Ｉ＝（ｋ１１＋ｋ２１）・Ａ （４）
【００１６】電流発生要素１，２の少なくともひとつが
正常動作している限り、量Ａと本装置により発生される
総電流Ｉの比例関係は変化しないということである。
【００１７】図３は各電流発生要素１，２に含まれ発生
電流Ｉ１，Ｉ２を測定するのに使用される電流測定要素
４，５と、同様に各電流発生要素１，２に含まれ、電流
発生要素１，２の影響を受けてこの要素内部の発生電流
Ｉ１，Ｉ２に対する代替回路を閉じるのに使用される開
閉要素６，７を示す。さらに電流発生要素１，２はユニ
ット８，９により構成される。このユニット８，９は、
量Ａと比例因数ｋ１，ｋ２の積をあらわす基準値ＩＣ
１，ＩＣ２を形成し、電流Ｉ１，Ｉ２を発生させ、電流
測定要素４，５により測定された発生電流Ｉ１，Ｉ２の
値をあらわす現在値ＩＲ１，ＩＲ２を形成し、基準値Ｉ
Ｃ１，ＩＣ２と現在値ＩＲ１，ＩＲ２の差Ｄ１，Ｄ２を
形成し、基準値ＩＣ１，ＩＣ２、現在値ＩＲ１，ＩＲ２
および差Ｄ１，Ｄ２に依存して、あらかじめ決められた
基準により状態信号Ｓ１，Ｓ２を形成し、さらに、電流
発生要素１，２に接続される発生電流用外部回路に於け
る一時停電のごとき故障の場合、故障信号Ｆ１，Ｆ２を
形成するのに使用される。
【００１８】上に説明した基準は、電流発生要素１に関
連する図４ａおよび電流発生要素２に関連する図４ｂに
示される原理に従ってつくられる。差Ｄ１，Ｄ２の絶対
値は第１チェック値ＤＣと比較され、前記絶対値が第１
チェック値ＤＣより小さければ状態信号Ｓ１，Ｓ２が形
成される。さらに、基準値ＩＣ１，ＩＣ２は第２チェッ
ク値ＩＣＭと比較され現在値ＩＲ１，ＩＲ２は第３チェ
ック値ＩＲＭと比較される。外部故障があることを高度
な確実さで決定できるようにするためには、前記チェッ
ク値に適当な値を選び、第２チェック値ＩＣＭは第３チ
ェック値に対応する電流Ｉ１，Ｉ２よりも大きい電流Ｉ
１，Ｉ２に対応し、第１チェック値ＤＣは第２チェック
値ＩＣＭと第３チェック値ＩＲＭの差よりも小さいよう
にすることが必要である。基準値ＩＣ１，ＩＣ２が第２
チェック値ＩＣＭより大きく、同時に現在値ＩＲ１，Ｉ
Ｒ２が第３チェック値ＩＲＭより小さければ、開閉要素
６，７により発生電流用代替回路が閉じられ、これによ
り差Ｄ１，Ｄ２の絶対値が第１チェック値ＤＣと比較さ
れる。今、前記絶対値が第１チェック値ＤＣより小さい
場合、周辺装置、例えばプロセス制御システム、から検
出されるために故障信号Ｆ１，Ｆ２が形成される。
【００１９】図５は電流発生要素１の内部に配置される
制御要素１０、ディジタル／アナログ変換器１２および
電流増幅要素１４と、同様に電流発生要素２の内部に配
置される制御要素１１、ディジタル／アナログ変換器１
３および電流増幅要素１５を示す。各電流測定要素４，
５は電流／電圧変換要素１６，１７およびアナログ／デ
ィジタル変換器１８を含んでいる。電流加算要素３は２
個のダイオード２０，２１により構成される。この各ダ
イオードの一方の極は共通接続点２２に接続される。
【００２０】図５にディジタル符号による量の伝送を二
重線で、アナログ電流あるいはアナログ電圧の伝送を単
線で示す。状態信号および故障信号の伝送は点線で示
す。
【００２１】制御要素１０，１１は、（図示されていな
い）インターフェースユニットを介してディジタル形式
の量Ａを検出するマイクロプロセッサーにより構成され
る。このマイクロプロセッサーは図２ａ，２ｂおよび図
４ａ，４ｂに示し先に説明したフローチャートで示され
る原理に従ってそれぞれプログラミングされる。電流／
電圧変換要素１６，１７は発生電流Ｉ１，Ｉ２が通過す
る分路を構成する。
【００２２】本発明は本実施例に限るものではなく、む
しろ多くの実施態様が実現可能である。すなわち、制御
要素１０，１１は本目的に提供されるハードウエア配線
回路により構成することができるし、状態信号Ｓ１，Ｓ
２の形成と検出並びに故障信号の形成は周期的に行うこ
ともできるし連続的に行うこともできる。電流発生要素
１，２は状態並びに故障信号の有無を示す表示装置を備
え、周辺装置からこれら信号が検出されるようにするこ
とができる。適切であると認められれば、各電流増幅要
素１４，１５はこれに接続されているディジタル／アナ
ログ変換器１２，１３とともに統合されることができ
る。特にユニット８，９および制御要素１０，１１がそ
れぞれディジタルモードで動作するとき、比例因数ｋ
１，ｋ２の値ｋ１１，ｋ２１が等しく選ばれていれば簡
単な解が得られるが、それらが等しくないように選べる
ことももちろん可能である。本装置では、２個のダイオ
ード２０，２１の接続点２２は電流発生要素の外部に配
置されているけれども、ダイオード２０，２１をそれぞ
れの電流発生要素１，２の内部に配置することも可能で
ある。このことから電流発生要素１，２は、冗長接続と
して接続点２２に各２要素づつ接続して使用すること
も、あるいは冗長性が不必要な場合、各電流発生要素を
それぞれの外部回路に接続して使用することもできる。
後者の場合、電流測定要素４，５を利用して、電流発生
要素１，２に供給される電流Ｉ１，Ｉ２に対応する量Ａ
を形成するように設計することもできる。このように、
電流発生要素は例えばプロセス制御システムのアナログ
電流入力装置として利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本装置の概略図。
【図２】本装置の冗長回路の動作基準フローチャート。
【図３】さらに発展させた本装置の概略図。
【図４】状態信号および故障信号を形成する基準のフロ
ーチャート。
【図５】本装置実施例のブロック図。
【符号の説明】
１，２ 電流発生要素 ３ 電流加算要素 ４，５ 電流測定要素 ６，７ 開閉要素 ８，９ ユニット １０，１１ 制御要素 １２，１３ ディジタル／アナログ変換器 １４，１５ 電流増幅要素 １６，１７ 電流／電圧変換器 １８，１９ アナログ／ディジタル変換器 ２０，２１ ダイオード ２２ 接続点 Ａ 上位要素から供給される量 Ｉ 本装置の総発生電流 Ｉ１ 電流発生要素１の発生電流 Ｉ２ 電流発生要素２の発生電流 ＩＣ１ 電流発生要素１の基準値 ＩＣ２ 電流発生要素２の基準値 ＩＲ１ 電流発生要素１の発生電流の現在値 ＩＲ２ 電流発生要素２の発生電流の現在値 Ｄ１ ＩＲ１とＩＣ１の差 Ｄ２ ＩＲ２とＩＣ２の差 ＤＣ 第１チェック値 ＩＣＭ 第２チェック値 ＩＲＭ 第３チェック値 ｋ１ 電流発生要素１の比例因数 ｋ２ 電流発生要素２の比例因数 ｋ１１ ｋ１の値 ｋ２１ ｋ２の値 Ｓ１ 電流発生要素１の状態信号 Ｓ２ 電流発生要素２の状態信号 Ｆ１ 電流発生要素１の故障信号 Ｆ２ 電流発生要素２の故障信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラルス ストランドベルグ スウェーデン国ベステルオース，スター ルベルクスガタン 140 (56)参考文献 特開 昭54−104364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−134402（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−76999（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−114198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−163699（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−125901（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G08C 25/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 当該装置に供給される量（Ａ）に対応す
    る電流（Ｉ）を発生する装置であって、電流加算要素
    （３）にそれぞれ接続される第１および第２の電流発生
    要素（１，２）により構成され、この各電流発生要素
    （１，２）が、変化し得る比例因数（ｋ１，ｋ２）で決
    まる比例関係により量（Ａ）に比例する電流（Ｉ１，Ｉ
    ２）を発生し、電流発生要素（１，２）が正常動作して
    いることを示す自要素の状態信号（Ｓ１，Ｓ２）を形成
    しかつその有無を検出し、第２の電流発生要素（２，
    １）により形成される状態信号（Ｓ２，Ｓ１）を検出す
    るのに使用され、さらに比例因数（ｋ１，ｋ２）を電流
    発生要素（１，２）の中でａ） 関連する電流発生要素
    により形成される状態信号（Ｓ１，Ｓ２）が存在しなけ
    れば、比例因数（ｋ１，ｋ２）の値をゼロとし、ｂ）
    関連する電流発生要素により形成される状態信号（Ｓ
    １，Ｓ２）が存在しかつ他方の電流発生要素（２，１）
    により形成される状態信号（Ｓ２，Ｓ１）が存在すれ
    ば、比例因数（ｋ１，ｋ２）の値を、あらかじめ決定さ
    れるゼロではない値（ｋ１１，ｋ２１）とし、ｃ）関連
    する電流発生要素により形成される状態信号（Ｓ１，Ｓ
    ２）が存在しかつ他方の電流発生要素（２，１）により
    形成される状態信号（Ｓ２，Ｓ１）が存在しなければ、
    比例因数（ｋ１，ｋ２）の値を、あらかじめ決定される
    値ｋ１１およびｋ２１の和に等しい値とする、ことを特
    徴とする前記装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、各電流
    発生要素（１，２）が発生電流（Ｉ１，Ｉ２）を測定す
    るための電流測定要素（４，５）を含み、量（Ａ）と比
    例因数（ｋ１，ｋ２）の積を示す基準値（ＩＣ１，ＩＣ
    ２）と電流測定要素（４，５）により測定された現在値
    （ＩＲ１，ＩＲ２）の差（Ｄ１，Ｄ２）をつくり、この
    差（Ｄ１，Ｄ２）を第１チェック値（ＤＣ）と比較し
    て、差（Ｄ１，Ｄ２）の絶対値が第１チェック値（Ｄ
    Ｃ）より小さければ状態信号（Ｓ１，Ｓ２）を形成する
    ことを特徴とする前記装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、各電流
    発生要素（１，２）が発生電流（Ｉ１，Ｉ２）用の代替
    回路を閉じるための開閉要素（６，７）を含み、基準値
    （ＩＣ１，ＩＣ２）が第２チェック値（ＩＣＭ）より大
    きく、同時に第３チェック値（ＩＲＭ）よりも小さいこ
    とを検出し、もしその通りであれば、まず開閉要素
    （６，７）に前記代替回路を閉じさせ、ついで差（Ｄ
    １，Ｄ２）を検出し、差（Ｄ１，Ｄ２）の絶対値が第１
    チェック値（ＤＣ）より小さければ故障信号（Ｆ１，Ｆ
    ２）を形成することを特徴とする前記装置。
  4. 【請求項４】 前記請求項すべてに記載の装置におい
    て、電流加算要素（３）が、発生電流（Ｉ１，Ｉ２）を
    共通接続点（２２）に導くふたつのダイオード（２０，
    ２１）から構成されていることを特徴とする前記装置。
  5. 【請求項５】 前記請求項すべてに記載の装置におい
    て、各状態信号（Ｓ１，Ｓ２）が存在する場合、ふたつ
    の電流発生要素（１，２）により発生される電流（Ｉ
    １，Ｉ２）が等しいことを特徴とする前記装置。
  6. 【請求項６】 前記請求項すべてに記載の装置におい
    て、各電流発生要素（１，２）が制御要素（１１，１
    ２）、ディジタル／アナログ変換器（１２，１３）、電
    流増幅要素（１４，１５）を含み、この各制御要素（１
    ０，１１）が量（Ａ）を検出し、自制御要素の状態信号
    （Ｓ１，Ｓ２）を形成し、この状態信号（Ｓ１，Ｓ２）
    および他方の制御要素（１１，１０）により形成される
    状態信号（Ｓ２，Ｓ１）の有無を検出し、電流発生要素
    （１，２）と共同動作して比例因数（ｋ１，ｋ２）を形
    成し、変化させ、基準値（ＩＣ１，ＩＣ２）を形成しこ
    れをディジタル／アナログ変換器に使用可能とすること
    を特徴とする前記装置。
  7. 【請求項７】 請求項３および請求項６に記載の装置に
    おいて、各電流発生要素（１，２）に配置された制御要
    素（１０，１１）が同じ電流発生要素（１，２）に配置
    された開閉要素（６，７）を動作させ、故障信号（Ｆ
    １，Ｆ２）を形成することを特徴とする前記装置。
  8. 【請求項８】 請求項２および請求項６のいずれにも記
    載の装置において、各電流測定要素（４，５）が制御要
    素（１０，１１）に接続される電流／電圧変換要素（１
    ６，１７）とアナログ／ディジタル変換器（１８，１
    ９）を含むことを特徴とする前記装置。
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