JP3695234B2 - Analog signal output device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラント制御システム等に設けられ、4〜20mA,1〜5V等の信号形態をとったアナログ信号をバルブ等の操作端へ出力するアナログ信号出力装置に関するものである。更に詳しくは、出力信号線の断線検出機能を持ったアナログ信号出力装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
プラントに存在するバルブには、4〜20mA,1〜5V等のアナログ信号で開閉されるものがある。アナログ信号出力装置は、プラント制御システム内から与えられた操作量信号をアナログ信号に変換しバルブに与える。これによって、バルブの開閉が制御される。アナログ信号出力装置には断線検出回路を備えたものがある。
【0003】
図2は断線検出回路を備えたアナログ信号出力装置の従来例の構成図である。
図2で、出力端子11,12間に操作端13が接続されている。操作端13は例えばバルブである。出力端子12は接地電位GNDに接続されている。
トランジスタ素子14は、一端(エミッタ)が出力端子11に接続されている。
電流検出抵抗15は、一端に駆動電圧VDDが印加され、他端はトランジスタ素子14の他端(コレクタ)に接続されている。
演算増幅器16は、出力電流値を電流検出抵抗15に印加される電圧によりリードバックする。
【0004】
演算増幅器17は、出力電流の設定値と演算増幅器16でリードバックした出力電流値の偏差に応じた電圧を出力し、この出力電圧をトランジスタ素子14の制御端子に与えて出力電流値をフィードバック制御する。
コンデンサ18は出力電流の設定値をサンプルホールドする。
マルチプレクサ19,20は、アナログ信号を出力する操作端を切り換える。前述した出力端子、11,12、操作端13、トランジスタ素子14、電流検出抵抗15、演算増幅器16,17及びコンデンサ18からなる回路がマルチプレクサ19,20のチャネル数だけ設けられている。
【0005】
A/D変換器21は、リードバックした出力電流値をデジタル信号に変換してプロセッサ22に与える。
D/A変換器23は、プロセッサ22から出力された出力電流の設定値信号をアナログ信号に変換してマルチプレクサ20に与える。
プロセッサ22は、出力電流の設定値を出力するとともに、演算増幅器16でリードバックした出力電流値から断線の有無を判断する。
【0006】
図2のアナログ信号出力装置では、出力電流値を演算増幅器16でリードバックし、プロセッサ22はリードバックした出力電流値が所定の基準値、例えば0.65mAよりも小さい場合は、出力信号線24が断線したと判断していた。
【0007】
しかし、図2の従来例では次の問題点があった。
図2の従来例では、電流検出抵抗15に流れる電流をリードバックすることによって断線の有無を検出しているため、リードバックした出力電流値が0.65mAよりも小さくなったときに、本当に出力信号線24の断線によるものなのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障によるものなのかを識別できない。
【0008】
プラント制御システムにアナログ信号出力装置を設置するときに、信頼性を高くするために1つの出力チャネルについてアナログ信号出力装置を二重化して設けることがある。図2の従来例を二重化アナログ信号出力装置に適用すると次の問題が生じる。
リードバックした出力電流値が0.65mAよりも小さくなったときに、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因である場合は、信号出力を行なうアナログ信号出力装置を切り換えると正常な信号出力が保証される。ところが、出力信号線の断線が原因である場合は、信号出力を行なうアナログ信号出力装置を切り換えても正常な信号出力は行われない。
【0009】
図2の従来例では、リードバックした出力電流値が0.65mAよりも小さくなったときに、出力信号線の断線が原因なのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因なのかを識別できないため、二重化したアナログ信号出力装置の切換を行なうことが適切なのかどうかを判断できない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、リードバックした出力電流値が基準値よりも小さくなったときに、出力信号線の断線が原因なのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因なのかを識別することによって、二重化アナログ信号出力装置に適用したときに二重化の切換を適切に行なうことができるアナログ信号出力装置を実現することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になったアナログ信号出力装置である。
【0012】
(1)アナログ信号を操作端へ出力するアナログ信号出力装置において、
一端が出力端子に接続されたトランジスタ素子と、
一端に駆動電圧が印加され、他端は前記トランジスタ素子の他端に接続された電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗に印加される電圧から出力電流値をリードバックする第1の演算増幅器と、
出力電流の設定値と前記第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値の偏差に応じた電圧を出力し、この出力電圧を前記トランジスタ素子の制御端子に与えて出力電流値をフィードバック制御する第2の演算増幅器と、
この第2の演算増幅器の出力電圧値を検出する電圧検出回路と、
前記第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が所定の基準値以上である場合は、アナログ信号の出力線に断線が生じていると判断し、前記第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値が設定値と一致せず、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が正常範囲内である場合は、リードバック経路にあるハードウェアに故障が発生したと判断するプロセッサと、
を有することを特徴とするアナログ信号出力装置。
【0013】
(2)前記プロセッサは、1制御周期の間に複数回にわたって前記第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値及び電圧検出回路の検出電圧値を読み込み、各回の読み込みにおいていずれも前記出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記検出電圧値が所定の基準値以上である場合はアナログ信号の出力線に断線が生じていると判断することを特徴とする(1)記載のアナログ信号出力装置。
【0014】
(3)前記プロセッサは、第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が所定の基準値以上である状態が複数回の制御周期にわたって持続した場合に断線を通達することを特徴とする(1)記載のアナログ信号出力装置。
【0015】
(4)前記第2の演算増幅器の出力電圧を分圧する分圧回路と、
この分圧回路で得た分圧を所定の基準値と比較し、比較結果に応じた2値信号を前記プロセッサに与える比較器と、
を具備したことを特徴とする(1)記載のアナログ信号出力装置。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。図1で図2と同一のものは同一符号を付ける。
図1で、ダイオード31及び抵抗32,33は演算増幅器17の出力端子と接地電位GNDとの間に直列接続されている。演算増幅器17の出力電圧は、抵抗32,33で分圧され、マルチプレクサ34を介して比較器35に与えられる。比較器35は、マルチプレクサ34を介して与えられた電圧値を所定の基準値と比較し、比較結果に応じた2値信号を出力する。
ダイオード31及び抵抗32,33により電圧検出回路を構成している。
【0017】
プロセッサ36は、演算増幅器16でリードバックした出力電流値、比較器35の2値信号及び出力電流の設定値をもとに、出力信号線の断線、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障等を判断する。
出力端子、11,12、操作端13、トランジスタ素子14、電流検出抵抗15、演算増幅器16,17、コンデンサ18、ダイオード31及び抵抗32,33からなる回路がマルチプレクサ19,20,34のチャネル数だけ設けられている。
【0018】
図1の実施例の動作を説明する。
図1のアナログ信号出力装置は多チャネルの出力回路で使用しているため、信号出力を行なうときには、出力電流値をリードバックするためのマルチプレクサ19と、演算増幅器17の出力電圧値を検出するためのマルチプレクサ34とを同期して切り換える。例えば、3番目のチャネルに信号出力を行なうときは、マルチプレクサ19と34を3番目のチャネルに同期して切り換える。同期切換はプロセッサ36が行う。
【0019】
出力信号線24が断線しているときは、電流検出抵抗15に電流が流れないため、演算増幅器16でリードバックした出力電流値は基準値よりも小さくなる。また、演算増幅器17は出力電流値が設定値になるようにフィードバック制御するため、演算増幅器17の出力電圧は高電圧側に振り切れる。
プロセッサ36は、演算増幅器16でリードバックした出力電流値と演算増幅器17の出力電圧値を読み込む。そして、演算増幅器16でリードバックした出力電流値が基準値以下で、しかも演算増幅器17の出力電圧が基準値を超えていることが示されている場合にのみ、プロセッサ36は出力信号線24が断線していると判断する。
【0020】
図1のアナログ信号出力装置は多チャネルの出力回路で使用しているため、1チャネル当りの処理時間をできる限り短くする必要がある。これを実現するために、演算増幅器17の出力電圧を抵抗32と33で分圧し、分圧を比較器35で基準値と比較し、2値のステータス信号としてプロセッサ36に入力している。すなわち、演算増幅器17の出力電圧値が基準値よりも高いかどうかの判断結果を直接プロセッサ36に与えている。
ダイオード31は、演算増幅器17の出力電圧が負になったときに、マルチプレクサ34に負の電圧が入力されることを防ぐために設けられている。
【0021】
プロセッサ36は、1制御周期の間に複数回、演算増幅器16でリードバックした出力電流値及び演算増幅器17の出力電圧値を読み込み、各回の読み込みにおいていずれも出力電流値が所定の基準値以下で、しかも出力電圧値が所定の基準値以上である場合は出力信号線24に断線が生じていると判断する。これにより、突発的なノイズなどの影響で誤検出することを防止できる。
【0022】
プロセッサ36は、演算増幅器16でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも演算増幅器17の出力電圧値が所定の基準値以上である状態が複数回の制御周期にわたって持続した場合に断線を上位側ホストコンピュータ等に通達する。
【0023】
演算増幅器17の出力電圧値が正常範囲内で、演算増幅器16でリードバックした出力電流値が出力電流値の設定値と一致しない場合は、プロセッサ36はリードバック経路にあるハードウェアに故障が発生したと判断する。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【0025】
請求項1の発明によれば、リードバックした出力電流値に加えて、出力電流値をフィードバック制御する演算増幅器の出力電圧値をもとに異常を判断している。このため、異常が発生したときに、出力信号線の断線が原因なのか、アナログ信号出力装置のハードウェアの故障が原因なのかを識別できる。これによって、二重化したアナログ信号出力装置に適用したときに、異常原因に応じて二重化切換の要否を判断でき、二重化の切換を適切に行なうことができる。
【0026】
請求項2の発明によれば、1制御周期の間に複数回にわたって出力信号線が断線したかどうかを判断しているため、突発的なノイズなどの影響で断線を誤検出することを防止できる。
【0027】
請求項3の発明によれば、出力信号線が断線したと判断された状態が複数回の周期にわたって持続している場合は、断線を通達しているため、上位のホストコンピュータ等は断線を知ることができる。
【0028】
請求項4の発明によれば、出力電流値をフィードバック制御する演算増幅器の出力電圧値が基準値を超えているかどうかを2値信号のステータス情報で直接プロセッサに与えている。これによって、プロセッサは出力電圧値と基準値の比較をする必要がないため、処理時間を短縮できる。アナログ信号出力装置を多チャネルの出力回路で使用したときは、1チャネル当りの処理時間が短縮されるため、メリットが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】アナログ信号出力装置の従来例の構成図である。
【符号の説明】
11,12 出力端子
13 操作端
14 トランジスタ素子
15 電流検出用抵抗
16,17 演算増幅器
24 出力信号線
32,33 抵抗
35 比較器
36 プロセッサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an analog signal output device that is provided in a plant control system or the like and outputs an analog signal having a signal form of 4 to 20 mA, 1 to 5 V or the like to an operation end such as a valve. More specifically, the present invention relates to an improvement in an analog signal output device having a function of detecting disconnection of an output signal line.
[0002]
[Prior art]
Some valves present in the plant are opened and closed by analog signals of 4 to 20 mA, 1 to 5 V, and the like. The analog signal output device converts an operation amount signal given from within the plant control system into an analog signal and gives it to the valve. This controls the opening and closing of the valve. Some analog signal output devices include a disconnection detection circuit.
[0003]
FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional example of an analog signal output device provided with a disconnection detection circuit.
In FIG. 2, the
One end (emitter) of the transistor element 14 is connected to the output terminal 11.
A drive voltage VDD is applied to one end of the current detection resistor 15, and the other end is connected to the other end (collector) of the transistor element 14.
The operational amplifier 16 reads back the output current value with the voltage applied to the current detection resistor 15.
[0004]
The operational amplifier 17 outputs a voltage corresponding to the deviation between the set value of the output current and the output current value read back by the operational amplifier 16, and applies this output voltage to the control terminal of the transistor element 14 to feedback control the output current value. To do.
The capacitor 18 samples and holds the set value of the output current.
The
[0005]
The A /
The D / A converter 23 converts the set value signal of the output current output from the
The
[0006]
In the analog signal output device of FIG. 2, the output current value is read back by the operational amplifier 16, and the
[0007]
However, the conventional example of FIG. 2 has the following problems.
In the conventional example of FIG. 2, since the presence or absence of disconnection is detected by reading back the current flowing through the current detection resistor 15, the output is actually performed when the read-back output current value becomes smaller than 0.65 mA. Whether the signal line 24 is due to disconnection or the analog signal output device hardware failure cannot be identified.
[0008]
When an analog signal output device is installed in a plant control system, the analog signal output device may be duplicated for one output channel in order to increase reliability. When the conventional example of FIG. 2 is applied to a duplexed analog signal output device, the following problems arise.
When the read-back output current value is smaller than 0.65 mA and the cause is a hardware failure of the analog signal output device, switching the analog signal output device that performs signal output switches the normal signal output. Guaranteed. However, when the disconnection of the output signal line is the cause, normal signal output is not performed even if the analog signal output device that performs signal output is switched.
[0009]
In the conventional example of FIG. 2, when the output current value read back becomes smaller than 0.65 mA, it is identified whether the output signal line is broken or the analog signal output device hardware is broken. Therefore, it cannot be determined whether it is appropriate to switch the duplex analog signal output device.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems. When the output current value read back becomes smaller than the reference value, the disconnection of the output signal line is the cause. It is an object of the present invention to realize an analog signal output device capable of appropriately switching the duplex when applied to the duplex analog signal output device by identifying whether the failure is caused by hardware.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an analog signal output device configured as follows.
[0012]
(1) In an analog signal output device that outputs an analog signal to an operation end,
A transistor element having one end connected to the output terminal;
A drive voltage is applied to one end, and the other end is a current detection resistor connected to the other end of the transistor element;
A first operational amplifier that reads back an output current value from a voltage applied to the current detection resistor;
A voltage corresponding to the deviation between the set value of the output current and the output current value read back by the first operational amplifier is output, and this output voltage is applied to the control terminal of the transistor element to feedback control the output current value. Two operational amplifiers;
A voltage detection circuit for detecting an output voltage value of the second operational amplifier;
When the output current value read back by the first operational amplifier is equal to or less than a predetermined reference value and the detected voltage value of the voltage detection circuit is equal to or greater than the predetermined reference value, the analog signal output line is disconnected. When the output current value read back by the first operational amplifier does not match the set value and the detected voltage value of the voltage detection circuit is within the normal range, the output current value is in the read back path. A processor that determines that a hardware failure has occurred ;
An analog signal output device comprising:
[0013]
(2) The processor reads the output current value read back by the first operational amplifier a plurality of times during one control period and the detection voltage value of the voltage detection circuit, and the output current value is read at each reading. The analog signal output described in (1) is characterized in that it is determined that a disconnection has occurred in the analog signal output line when the detected voltage value is equal to or greater than a predetermined reference value. apparatus.
[0014]
(3) The processor performs control a plurality of times when the output current value read back by the first operational amplifier is equal to or smaller than a predetermined reference value and the detected voltage value of the voltage detection circuit is equal to or larger than the predetermined reference value. (1) The analog signal output device according to (1), wherein the disconnection is passed when the cycle continues for a period.
[0015]
(4) a voltage dividing circuit for dividing the output voltage of the second operational amplifier;
A comparator that compares the partial pressure obtained by the voltage dividing circuit with a predetermined reference value and supplies a binary signal corresponding to the comparison result to the processor;
(1) The analog signal output device according to (1).
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG.
In FIG. 1, the
The
[0017]
Based on the output current value read back by the operational amplifier 16, the binary signal of the comparator 35, and the set value of the output current, the
A circuit comprising
[0018]
The operation of the embodiment of FIG. 1 will be described.
Since the analog signal output device of FIG. 1 is used in a multi-channel output circuit, when performing signal output, the
[0019]
When the output signal line 24 is disconnected, no current flows through the current detection resistor 15, so the output current value read back by the operational amplifier 16 is smaller than the reference value. Further, since the operational amplifier 17 performs feedback control so that the output current value becomes the set value, the output voltage of the operational amplifier 17 is swung out to the high voltage side.
The
[0020]
Since the analog signal output device of FIG. 1 is used in a multi-channel output circuit, it is necessary to shorten the processing time per channel as much as possible. In order to realize this, the output voltage of the operational amplifier 17 is divided by resistors 32 and 33, the divided voltage is compared with a reference value by a comparator 35, and is input to the
The
[0021]
The
[0022]
When the output current value read back by the operational amplifier 16 is equal to or smaller than a predetermined reference value and the output voltage value of the operational amplifier 17 is equal to or higher than the predetermined reference value, the
[0023]
If the output voltage value of the operational amplifier 17 is within the normal range and the output current value read back by the operational amplifier 16 does not match the set value of the output current value, the
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0025]
According to the first aspect of the present invention, the abnormality is determined based on the output voltage value of the operational amplifier that feedback-controls the output current value in addition to the read back output current value. Therefore, when an abnormality occurs, it is possible to identify whether the output signal line is broken or whether the analog signal output device hardware is faulty. As a result, when applied to a duplex analog signal output device, it is possible to determine whether or not duplex switching is necessary according to the cause of the abnormality, and duplex switching can be performed appropriately.
[0026]
According to the invention of claim 2, since it is determined whether or not the output signal line is disconnected a plurality of times during one control cycle, it is possible to prevent erroneous detection of disconnection due to sudden noise or the like. .
[0027]
According to the third aspect of the present invention, when the state in which the output signal line is determined to have been disconnected continues for a plurality of cycles, the disconnection is informed so that the host computer or the like of the host knows the disconnection. be able to.
[0028]
According to the invention of claim 4, whether or not the output voltage value of the operational amplifier for feedback control of the output current value exceeds the reference value is directly given to the processor by the status information of the binary signal. This eliminates the need for the processor to compare the output voltage value with the reference value, thereby shortening the processing time. When the analog signal output device is used in a multi-channel output circuit, the processing time per channel is shortened, which is very advantageous.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional example of an analog signal output device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
一端が出力端子に接続されたトランジスタ素子と、
一端に駆動電圧が印加され、他端は前記トランジスタ素子の他端に接続された電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗に印加される電圧から出力電流値をリードバックする第1の演算増幅器と、
出力電流の設定値と前記第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値の偏差に応じた電圧を出力し、この出力電圧を前記トランジスタ素子の制御端子に与えて出力電流値をフィードバック制御する第2の演算増幅器と、
この第2の演算増幅器の出力電圧値を検出する電圧検出回路と、
前記第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値が所定の基準値以下で、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が所定の基準値以上である場合は、アナログ信号の出力線に断線が生じていると判断し、前記第1の演算増幅器でリードバックした出力電流値が設定値と一致せず、しかも前記電圧検出回路の検出電圧値が正常範囲内である場合は、リードバック経路にあるハードウェアに故障が発生したと判断するプロセッサと、
を有することを特徴とするアナログ信号出力装置。In an analog signal output device that outputs an analog signal to the operation end,
A transistor element having one end connected to the output terminal;
A drive voltage is applied to one end, and the other end is a current detection resistor connected to the other end of the transistor element;
A first operational amplifier that reads back an output current value from a voltage applied to the current detection resistor;
A voltage corresponding to the deviation between the set value of the output current and the output current value read back by the first operational amplifier is output, and this output voltage is applied to the control terminal of the transistor element to feedback control the output current value. Two operational amplifiers;
A voltage detection circuit for detecting an output voltage value of the second operational amplifier;
When the output current value read back by the first operational amplifier is equal to or less than a predetermined reference value and the detected voltage value of the voltage detection circuit is equal to or greater than the predetermined reference value, the analog signal output line is disconnected. When the output current value read back by the first operational amplifier does not match the set value and the detected voltage value of the voltage detection circuit is within the normal range, the output current value is in the read back path. A processor that determines that a hardware failure has occurred ;
An analog signal output device comprising:
この分圧回路で得た分圧を所定の基準値と比較し、比較結果に応じた2値信号を前記プロセッサに与える比較器と、
を具備したことを特徴とする請求項1記載のアナログ信号出力装置。A voltage dividing circuit for dividing the output voltage of the second operational amplifier;
A comparator that compares the partial pressure obtained by the voltage divider circuit with a predetermined reference value and provides a binary signal corresponding to the comparison result to the processor;
The analog signal output device according to claim 1, further comprising:
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