JP4007148B2

JP4007148B2 - AS-i analog current input slave

Info

Publication number: JP4007148B2
Application number: JP2002300357A
Authority: JP
Inventors: 悟中村; 孝宏鈴木
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-10-15
Also published as: JP2004133862A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力・流量・温度等のプロセス変量の検出量を電流ループ上に電流信号として出力するセンサ機器から入力された電流信号をデジタルのＡＳ−ｉ信号（但しＡＳ−ｉはActuator Sensor-interface の略）に変換し、電源線とデジタル伝送路を兼ねるＡＳ−ｉラインを介してＡＳ−ｉマスタへ送信するＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブに関するもので、特にＡＳ−ｉマスタとＡＳ−ｉスレーブとをＡＳ−ｉラインで結合してなるＡＳ−ｉネットワークの構成の変化により前記電流ループの全抵抗値が変化しようとする場合にも、全抵抗値を容易に適正範囲に調整できるようにしたＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブに関する。
【０００２】
なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
【０００３】
【従来の技術】
ＡＳ−ｉは、主としてＦＡ (Factory Automation) ネットワークにおいて、センサやアクチュエータを接続するためのビットレベルの信号を取り扱う、ＥＮ規格（非特許文献１参照）で規定された、フィールドネットワークの中では最下位層に位置する省配線化オープンネットワーク、またはこれに関連して用いられる機器をいう。
【０００４】
図９は近年拡張された規格仕様に基づくＡＳ−ｉネットワークの一般的な構成を示す。このＡＳ−ｉネットワークは、通常、電源線とデジタル伝送路を兼ねた２本の電線からなるＡＳ−ｉライン０３にＡＳ−ｉ電源０４、ＡＳ−ｉマスタ０１、各種のＡＳ−ｉスレーブ０２（０２Ａｉ，０２Ａｏ，０２Ｄ，０２Ｄ’）を接続して構成される。
【０００５】
ここでＡＳ−ｉ電源０４は、ＡＳ−ｉマスタ０１及び各ＡＳ−ｉスレーブ０２（０２Ａｉ，０２Ａｏ，０２Ｄ，０２Ｄ’）への電源供給を行う。なお、このＡＳ−ｉ電源０４にはＡＳ−ｉ通信信号を減衰させないためのデカップリング回路が内蔵されている。また、ＡＳ−ｉスレーブ０２（０２Ａｉ，０２Ａｏ，０２Ｄ，０２Ｄ’）には必要に応じてＡＳ−ｉ電源０４の他に補助電源０５を接続することが認められている。
【０００６】
図中のＡＳ−ｉスレーブ０２のうち、ＡＳ−ｉスレーブ０２Ｄは規格仕様の拡張前から規定されているＡＳ−ｉデジタルスレーブで、外部のビット出力機器（センサ等）またはビット入力機器（負荷、アクチュエータ等）との間で１台当り最大４ビットの入力または（および）出力を行う。
【０００７】
従って図では細分して示してはいないが、このＡＳ−ｉデジタルスレーブ０２Ｄには４ビットまでの入力のみを行うもの、４ビットまでの出力のみを行うもの、４ビットまでの入力および出力を行うものが存在する。
【０００８】
次にＡＳ−ｉスレーブ０２Ａｉと０２Ａｏは拡張された規格仕様で追加されたＡＳ−ｉアナログスレーブで、アナログ入力スレーブ０２Ａｉは外部のアナログ出力機器（センサ等）から１台当り最大４チャネルのアナログ信号（例えば、電流、電圧、温度等）を入力し、アナログ出力スレーブ０２Ａｏは外部のアナログ入力機器へ１台当り最大４チャネルのアナログ信号を出力することができる。但し、入・出力混在のアナログスレーブは認められていない。
【０００９】
また、ＡＳ−ｉスレーブ０２Ｄ’も規格仕様の拡張によって追加されたＡＳ−ｉ拡張アドレスデジタルスレーブで、通常の５ビットのアドレスの他に出力データの１ビットを拡張アドレスとして扱うＡＳ−ｉデジタルスレーブである。
【００１０】
従って図では細分して示してはいないが、このＡＳ−ｉ拡張アドレスデジタルスレーブ０２Ｄ’にも３ビットまでの出力のみを行うもの、４ビットまでの入力および３ビットまでの出力を行うものが存在する。
【００１１】
ＡＳ−ｉマスタ０１は、上位のプログラムコントローラ（ＰＬＣ）等に対する下位機器として動作し得るようになっている。そして予めＡＳ−ｉマスタ０１に必要なプログラムを組込むことによって、ＡＳ−ｉマスタ０１はＡＳ−ｉ通信によりＡＳ−ｉライン０３に接続されている各ＡＳ−ｉスレーブ０２を制御し、例えばＡＳ−ｉスレーブ０２に外部のセンサ等からの入力を行わせたり、この入力によって要求される外部の負荷、アクチュエータ等への出力を行わせたりするようにしている。
【００１２】
ＡＳ−ｉスレーブ０２は、５ビットのアドレスメモリを持ち、通常はこのアドレスメモリによって１〜３１のアドレスをオフラインで設定できる。これにより、ＡＳ−ｉ通信の識別を行う。従って通常は、ＡＳ−ｉマスタ０１の１台当りＡＳ−ｉスレーブ０２を最大３１台接続することができる。
【００１３】
しかし、前述した規格仕様の拡張によってビット信号を扱うＡＳ−ｉデジタルスレーブに関しては、５ビットのアドレスの他に出力データの１ビットを拡張アドレスとして扱うことができるようになり、前記した拡張アドレスを持ったＡＳ−ｉデジタルスレーブ０２Ｄ’は、ＡＳ−ｉマスタ１台当り最大６２台を接続できるようになった。
【００１４】
従つて、ＡＳ−ｉマスタ１台に接続できるＡＳ−ｉスレーブ０２の台数は、
（アナログスレーブ０２Ａｉおよび０２Ａｏの台数）
＋（通常のデジタルスレーブ０２Ｄの台数）
＋（（拡張アドレスデジタルスレーブ０２Ｄ’の台数）／２）≦３１
の条件で定まる。
【００１５】
図８は外部のセンサ機器である電流出力センサ１２から１チャネルのアナログ信号としての電流信号を入力するＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブ０２Ａｉ−０の構成例を示す。この電流入力スレーブ０２Ａｉ−０は図外のＡＳ−ｉマスタ０１から延びるＡＳ−ｉライン０３に接続されており、図９のＡＳ−ｉアナログ入力スレーブ０２Ａｉの一形態に相当する。
【００１６】
図８において、電流出力センサ１２は圧力・流量・温度等のプロセス変量を検出してその検出量に対応する電流信号を、本例では抵抗器３０、スレーブ０２Ａｉ−０の外部端子９、抵抗器６、スレーブ０２Ａｉ−０の外部端子１０、抵抗器３１を連ねた電流ループに出力する。
【００１７】
コミュニケータ１３は図外のモニタ（数値等の表示手段）を内蔵して電流出力センサ１２の両端に接続され、電流出力センサ１２と例えばＨＡＲＴ等の通信機能によって通信を行い、電流出力センサ１２に対する設定や較正を行う。
【００１８】
また、Ｉ／Ｖ変換器５は電流出力センサ１２の電流信号を抵抗器６の両端電圧として受取って電圧信号に変換し、Ａ／Ｄ変換器４はＩ／Ｖ変換器５の出力信号（電圧信号）をデジタル値に変換する。
【００１９】
マイコン３は常時、所定周期でＡ／Ｄ変換器４、Ｉ／Ｖ変換器５を介しセンサ１２の電流信号のデジタル値（電流信号データ）を検出している。そして次に述べるＡＳ−ｉスレーブＩＣ２の要求に応じて最新の電流信号データを制御ビット１ビットを含む４ビットづつのデータに加工し、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２から順次、出力される４ビットデータ（Ｄ３〜Ｄ０）に従い、そのつど対応する４ビットの前記加工データをＡＳ−ｉスレーブＩＣ２に返す。
【００２０】
ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２は、ＡＳ−ｉライン０３に接続され、電流入力スレーブ内の機器への電源供給を行うと共にＡＳ−ｉライン０３を介してＡＳ−ｉマスタ０１とＡＳ−ｉ通信を行う。
【００２１】
即ち、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２は、このＡＳ−ｉ通信によってＡＳ−ｉマスタ０１から与えられる指令に応じて上記のようにマイコン３から電流出力センサ１２の最新の電流信号についての４ビットづつの加工データを順次入力し、そのつど入力した４ビットデータ分をＡＳ−ｉマスタ０１へ送信する。
【００２２】
なお、３２、３３はそれぞれ電流出力センサ１２からの電流信号を抵抗３０、３１の両端電圧によって受信する計器である。
【００２３】
また、図７はＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブ０２Ａｉ−０への電流信号の入力回路の別の構成例を示す。図７においては図８の受信計器３２、３３が省略され、電流出力センサ１２の電流ループ内の電流入力スレーブ０２Ａｉ−０の外側に、この電流入力スレーブの電流検出用抵抗器６とは別に抵抗器７が挿入されている。
【００２４】
このように電流出力センサ１２の電流ループに別の抵抗器７を挿入する理由はコミュニケータ１３の通信機能を生かすには電流ループ内の全抵抗値が所定の下限値（本例では２５０Ω）以上でなければならないためである。
【００２５】
このように、従来のＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブ０２Ａｉ−０は入力電流ループ内に一定値以上の抵抗を有し、外部に接続された電流出力センサ１２の出力電流（電流信号）を検出している。
【００２６】
【非特許文献１】
ＥＮ５０２９５
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブには次のような問題がある。
【００２８】
▲１▼ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブに電流信号を入力する電流出力センサ１２に通信機能（例えばＨＡＲＴ）を持つコミュニケータ１３のような手段を接続し、センサ１２とコミュニケータ１３との間で通信を行わせる場合、電流ループ内の全抵抗値が通信を行うために最小限必要な値（本例では２５０Ω）より小さいときには図７のように電流入力スレーブの電流ループ内に、このＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブの利用者側で負荷抵抗を追加しなければならない。
【００２９】
▲２▼他方、図８のような構成で電流ループ内の全抵抗値が上述の通信を行うために必要な値以上の場合、上述の負荷抵抗の追加は不要であるが、電流ループ内に接続できる負荷の抵抗、例えば受信計器３２，３３用の抵抗器３０，３１に関する制約が多くなる。
【００３０】
図８において、例えば上述の通信を行うために必要な電流ループ内の許容最小抵抗値が２５０Ωで、電流ループ内の抵抗器３０，３１以外の抵抗値がこれに等しいと仮定し、４〜２０ｍＡ仕様の電流出力センサ１２を接続し、各々、２５０Ωの抵抗器３０，３１を介して電流ループ内の２箇所で受信計器３２，３３のための１〜５Ｖの電圧出力を得たいという場合、電流出力センサ１２は全抵抗値７５０Ωの電流ループに電流信号を流し得るものでなければならない。このためには電流信号を出力する電源の電圧を高めた特別仕様の電流出力センサ１２が必要になる場合があって煩わしい。
【００３１】
本発明はこのような問題を解消し、ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブが入力する電流出力センサ１２からの電流信号の電流ループ内に電流入力スレーブの利用者側で負荷抵抗を挿入したり、電流信号用の電源電圧を高めた特別仕様の電流出力センサ１２を用いたりする必要がなく、電流ループの全抵抗値を容易に許容範囲内に調整することができるＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブを提供することを課題とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１のＡＳ − ｉアナログ電流入力スレーブは、ＡＳ − ｉマスタ（０１）によって電源線とデジタル伝送路を兼ねるＡＳ − ｉライン（０３）を介し制御されるＡＳ − ｉスレーブであって、
圧力・流量・温度等のプロセス変量の検出量を電流ループに電流信号として出力するセンサ機器（電流出力センサ１２）からの該電流信号を、該電流ループに挿入され、且つ自身に内蔵する所定値の抵抗器（６）の両端電圧として入力し、前記ＡＳ − ｉマスタの要求に応じて少なくとも前記のように入力した電流信号の（Ｉ／Ｖ変換器５、Ａ／Ｄ変換器４、マイコン３もしくは３Ａまたは３Ｂを介して得られる）デジタル変換値を含むデジタル信号を（ＡＳ − ｉスレーブＩＣ２を介し）前記ＡＳ − ｉマスタへ送信する前記ＡＳ − ｉスレーブとしてのＡＳ − ｉアナログ電流入力スレーブにおいて、
前記電流ループに前記抵抗器とは別に挿入され、該電流ループ内の全抵抗値を所定幅で調整する、抵抗値調整手段を備え（アナログ電流入力スレーブ０２Ａｉ − １ないし０２Ａｉ − ５）、前記抵抗値調整手段は、前記ＡＳ−ｉマスタの制御のもとで調整を行うものである（アナログスイッチ８に並列接続された抵抗器７、デジタルポテンショメータ７Ｂなど）ことを特徴とする。
【００３５】
本発明の作用は、最近、ヨーロッパで省配線化を実現したビットレベルの信号を取り扱うオープンネットワークとしてデファクトスタンダードとなっているＡＳ−ｉ（Actuator Sensor-interface）のネットワーク、即ちＡＳ−ｉマスタが電源線とデジタル伝送路を兼ねたＡＳ−ｉラインを介してこのＡＳ−ｉライン上にマルチドロップ状に接続されたＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブを含むＡＳ−ｉスレーブを制御するネットワークをより利用しやすくするために、特に、
電流出力センサ１２が出力しＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブが入力する電流信号のループのＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブの内側部分に電流信号検出用の抵抗器６とは別に、電流出力センサ１２とコミュニケータ１３との通信を可能とするために電流ループの全抵抗値として最小限必要な抵抗値が得られる抵抗値変更手段を挿入し、
電流ループに受信計器３２，３３用の抵抗器３０，３１などが挿入されることによって、電流ループ内の全抵抗値が電流出力センサ１２の電源電圧から定まる許容最大値を越える場合にも、抵抗値調整手段による抵抗値の調整によって電流ループ内の全抵抗値を許容最大値以内に納めることができるようにするものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例としての構成を示し、この図は図７に対応している。図１においては図７と比較して、ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブが０２Ａｉ−１に、マイコンが３Ａにそれぞれ置き換わると共に、電流出力センサ１２からの電流信号のループの電流入力スレーブ０２Ａｉ−１の内側部分に、この電流入力スレーブ０２Ａｉ−１の電流検出用抵抗器６とは別に抵抗器７が挿入され、且つ抵抗器７とマイコン３Ａによって開閉されるアナログスイッチ８とが並列に接続されている。
【００３７】
ここで、抵抗器６及び７の合計の抵抗値は、コミュニケータ１３と電流出力センサ１２との通信を行うために必要な下限値（本例では２５０Ω）となっている。これにより、電流信号のループに（電流入力スレーブ０２Ａｉ−１の外部で）負荷抵抗を追加することなくコミュニケータ１３と電流出力センサ１２との通信が可能となっている。
【００３８】
ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２は、図外のＤ３〜Ｄ０の４つ（４ビット）のデータポートと、Ｐ３〜Ｐ０の４つ（４ビット）のパラメータポートと、データポート，パラメータポートのそれぞれを指定する２つのストローブ信号出力用ポートとを持ち、予め出力するストローブ信号によってデータポートの入出力を行うか、パラメータポートの入出力を行うかを指定する。
【００３９】
そして、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２がその相手となる制御対象（本例ではマイコン）に所定の処理を行わせたい場合は、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２はパラメータポートを指定するストローブ信号に続き、その処理を指定する４ビットパラメータ（Ｐ３〜Ｐ０）を相手に出力する。そして、相手から対応する４ビット信号をパラメータポートで受取り相手がその処理を実行することを承知したことを認識する。
【００４０】
また、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２がその相手となる制御対象（本例ではマイコン）からデータを受取ろうとする場合は、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２はデータポートを指定するストローブ信号に続き、受取るべきデータを指定する４ビットデータ（Ｄ３〜Ｄ０）を相手に出力する。そして、相手から対応する４ビットデータをデータポートで受取る。
【００４１】
ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２がマイコン３Ａから電流出力センサ１２の電流信号データを受取るときは、従来技術で述べたように電流信号データの全ビット長に応じてこの動作が繰り返されることになる。
【００４２】
次に図１の動作を述べる。図１の場合、電流出力センサ１２からの電流信号のルーブ内には抵抗器６，７以外の負荷抵抗は挿入されておらず、また抵抗器７の非短絡時の電流ルーブの全抵抗値が電流出力センサ１２の電源電圧で定まる許容上限値を越えてはいないので、コミュニケータ１３と電流出力センサ１２との通信を可能とするためには常時、アナログスイッチ８を開いておく必要がある。
【００４３】
そこで、図１のＡＳ−ｉネットワークのシステムの立上がり時にＡＳ−ｉマスタ０１（図外）がこのＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブ０２Ａｉ−１に対してアナログスイッチ８を開放する指令を発するようにする。
【００４４】
これにより、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２は先ずパラメータポート指定のストローブ信号に続き、アナログスイッチ８を開放することを指定する４ビットパラメータ（Ｐ３〜Ｐ０）をマイコン３Ａに出力する。なおこの場合、４ビットパラメータ（Ｐ３〜Ｐ０）のうちの１ビット、例えばＰ０でアナログスイッチ８の開閉が指定される。
【００４５】
マイコン３Ａはこのパラメータを受け、対応する４ビットデータをパラメータポートでＡＳ−ｉスレーブＩＣ２に返し、アナログスイッチ８を開放する。
【００４６】
以後ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２は、電流ルーブ内の全抵抗値が許容上限値を越えずＡＳ−ｉマスタからアナログスイッチ８を短絡すべき旨の指令を受けないかぎり、アナログスイッチ８を開放とした状態のままＡＳ−ｉマスタ０１の指令（要求）に応じて前述のように電流出力センサ１２の電流信号データを含むデジタル信号をＡＳ−ｉマスタ０１へ送信する。
【００４７】
図２は、本発明の第２の実施例としての構成を示す。図２においては図１に対し、ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブが０２Ａｉ−２に置き換わり、さらに電流出力センサがスレーブ０２Ａｉ−２内に電源回路２０を持つ２線式電流出力センサ１２Ａに置き換わっている。
【００４８】
電源回路２０は２線式電流出力センサ１２Ａに対し、電流入力スレーブ０２Ａｉ−２の外部端子２２から電圧及び電流の供給を行う。
【００４９】
この電流は２線式電流出力センサ１２Ａにより制御され、外部端子２３に流入し、抵抗器６、抵抗器７を通ってグランド電位部Ｖｓｓに到達する。このように電流出力センサ１２Ａからの電流信号のループは図１とは異なるが、電流ループに要求される抵抗値の条件、従ってＡＳ−ｉマスタ０１（図外）の指令によりＡＳ−ｉスレーブＩＣ２がマイコン３Ａを介して行うアナログスイッチ８の開閉動作については図１と同様である。
【００５０】
図３は、本発明の第３の実施例としての構成を示す。この図３では図１と同様ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブ０２Ａｉ−１が使用されているが、電流出力センサ１２からの電流信号のループ内に図８と同様、電流信号を電圧変換する受信計器３２、３３用の抵抗器３０、３１が挿入され、且つアナログスイッチ８が閉じられている。
【００５１】
ここで、抵抗器３０，３１は各々２５０Ω、コミュニケータ１３が電流出力センサ１２と通信を行うために必要な電流ループの全抵抗値の下限を２５０Ωとする。
【００５２】
抵抗器３０及び３１が無いときにもコミュニケータ１３が通信できるようにするため、抵抗器６を５０Ω、抵抗器７を２００Ωとし、２つの抵抗値の合計を２５０Ωとする。また、電流出力センサ１２の電源電圧から定まる電流ループの全抵抗値の最大許容値を６００Ωとする。
【００５３】
アナログスイッチ８が開放されている場合、電流ループ内抵抗の合計値は７５０Ωとなり電流出力センサ１２の最大許容抵抗値６００Ωを超えてしまう。従ってこの場合、アナログスイッチ８を短絡することにより、電流ループ内抵抗の合計値が５５０Ωとなり電流出力センサ１２の最大許容抵抗値以下に抑えることができ、また、コミュニケータ１３の通信に必要な下限の抵抗値２５０Ωも満足することができる。
【００５４】
そこで図３のＡＳ−ｉネットワークではシステムの立上がり時に図外のＡＳ−ｉマスタ０１がＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブ０２Ａｉ−１へアナログスイッチ８を短絡すべき旨の指令を送信し、これによりＡＳ−ｉスレーブＩＣ２がマイコン３Ａを介してアナログスイッチ８を短絡させるようにする。
【００５５】
図４は本発明の第４の実施例としての構成を示す。図４では図１における抵抗器７及びアナログスイッチ８の代わりに手動の可変抵抗器７Ａにより電流ループ内の抵抗値を調整するようにしたものであり、これに伴いマイコンが３に、ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブが０２Ａｉ−３にそれぞれ置き換わっている。
【００５６】
この場合、マイコン３は電流ループ内の抵抗値の調整に関わることはない。
【００５７】
図５は、本発明の第５の実施例としての構成を示す。図５では図１におけるアナログスイッチ８の代わりに手動の外部スイッチ８Ａにより電流ループ内の抵抗値を調整するようにし、これに伴いマイコンが３に、ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブが０２Ａｉ−４にそれぞれ置き換わっている。
【００５８】
この場合も図４と同様に、マイコン３は電流ループ内の抵抗値の調整に関わることはない。
【００５９】
図６は、本発明の第６の実施例としての構成を示す。図６では、図１におけるアナログスイッチ８の代わりにデジタルポテンショメータ７Ｂを設け、マイコン３Ｂの制御により電流ループ内の抵抗値を調整するようにしたもので、これに伴いマイコンが３ＢにＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブが０２Ａｉ−５にそれぞれ置き換わっている。
【００６０】
図６ではＡＳ−ｉネットワークのシステムの立上がり時に図外のＡＳ−ｉマスタ０１が、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２に対してデジタルポテンショメータ７Ｂを所定の抵抗値に調整すべき旨の指令を送ることで、ＡＳ−ｉスレーブＩＣ２が例えば、マイコン３Ｂに与えるパラメータ（Ｐ３〜Ｐ０）の２ビットを使い、マイコン３Ｂにデジタルポテンショメータ７Ｂの４通りの抵抗値を選択させるようにすることが可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力・流量・温度等のプロセス変量の検出量を電流ループに電流信号として出力する電流出力センサ１２からの電流信号を、電流ループに挿入され、且つ自身が内蔵する所定値の抵抗器６の両端電圧に変えて入力し、ＡＳ−ｉマスタ０１の要求に応じて入力した電流信号のデジタル変換値を含むデジタル信号をＡＳ−ｉマスタ０１へ送信するＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブにおいて、
このＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブの内部の電流ループ上に、電流信号検出用の抵抗器６とは別に電流ループ内の全抵抗値を所定幅で調整する、抵抗値調整手段を備えるとともに、この抵抗値調整手段は、ＡＳ−ｉマスタの制御のもとで調整を行うようにしたので、
電流出力センサ１２にコミュニケータ１３を接続し、コミュニケータ１３と電流出力センサ１２との間で通信を行う場合にも、ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブの利用者側で電流ループ内にこの通信に必要な負荷抵抗を追加挿入することなく通信を行うことができる。
【００６２】
また、電流ループ内に受信計器３２，３３用の抵抗器３０，３１等の負荷抵抗を接続しようとして電流ループ内の全抵抗値が電流出力センサ１２の電源電圧から許容される最大値を越える場合にも、上記抵抗値調整手段により電流ループ内の全抵抗値の一部を調整することで、接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例としての要部の構成図
【図２】本発明の第２の実施例としての要部の構成図
【図３】本発明の第３の実施例としての要部の構成図
【図４】本発明の第４の実施例としての要部の構成図
【図５】本発明の第５の実施例としての要部の構成図
【図６】本発明の第６の実施例としての要部の構成図
【図７】図１に対応する従来の構成図
【図８】図３に対応する従来の構成図
【図９】ＡＳ−ｉネットワークの一般的な構成図
【符号の説明】
０１ＡＳ−ｉマスタ
０２ＡＳ−ｉスレーブ
０２Ａｉ（０２Ａｉ−１，〜０２Ａｉ−５）ＡＳ−ｉアナログ電流入力スレーブ
０３ＡＳ−ｉライン
２ＡＳ−ｉスレーブＩＣ
３，３Ａ，３Ｂマイコン
４Ａ／Ｄ変換器
５Ｉ／Ｖ変換器
６，７抵抗器
７Ａ可変抵抗器
７Ｂデジタルポテンショメータ
８アナログスイッチ
８Ａ外部スイッチ
９，１０アナログ電流入力スレーブの外部端子
１２電流出力センサ
１２Ａ２線式電流出力センサ
１３コミュニケータ
２０電源回路
２２，２３アナログ電流入力スレーブの外部端子
３０，３１抵抗器
３２，３３受信計器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a current signal input from a sensor device that outputs a detected amount of a process variable such as pressure, flow rate, and temperature as a current signal on a current loop is converted into a digital AS-i signal (where AS-i is an Actuator Sensor- This is related to an AS-i analog current input slave that is transmitted to an AS-i master via an AS-i line that doubles as a power supply line and a digital transmission line. In particular, the AS-i master and the AS-i When the total resistance value of the current loop is about to change due to a change in the configuration of the AS-i network formed by connecting the slave to the AS-i line, the total resistance value can be easily adjusted to an appropriate range. AS-i analog current input slave.
[0002]
In the following drawings, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.
[0003]
[Prior art]
AS-i is the lowest in the field network defined in the EN standard (see Non-Patent Document 1) that handles bit-level signals for connecting sensors and actuators mainly in FA (Factory Automation) networks. This refers to a wire-saving open network located in a layer, or a device used in connection therewith.
[0004]
FIG. 9 shows a general configuration of an AS-i network based on a recently extended standard specification. This AS-i network usually includes an AS-i power supply 04, an AS-i master 01, various AS-i slaves 02 ( 02Ai, 02Ao, 02D, 02D ′).
[0005]
Here, the AS-i power supply 04 supplies power to the AS-i master 01 and each AS-i slave 02 (02Ai, 02Ao, 02D, 02D ′). The AS-i power supply 04 includes a decoupling circuit for preventing the AS-i communication signal from being attenuated. Further, it is permitted to connect the auxiliary power supply 05 in addition to the AS-i power supply 04 to the AS-i slave 02 (02Ai, 02Ao, 02D, 02D ′) as necessary.
[0006]
Of the AS-i slaves 02 in the figure, the AS-i slave 02D is an AS-i digital slave that has been defined before the expansion of the standard specification, and is an external bit output device (sensor, etc.) or bit input device (load, Input and / or output of up to 4 bits per unit.
[0007]
Therefore, although not shown in detail in the figure, the AS-i digital slave 02D performs only input up to 4 bits, performs only output up to 4 bits, and performs input and output up to 4 bits. Things exist.
[0008]
Next, AS-i slaves 02Ai and 02Ao are AS-i analog slaves added in the expanded standard specifications. Analog input slave 02Ai is an analog signal of up to 4 channels per unit from an external analog output device (sensor, etc.). (For example, current, voltage, temperature, etc.) are input, and the analog output slave 02Ao can output analog signals of up to 4 channels per unit to an external analog input device. However, analog slaves with mixed input and output are not allowed.
[0009]
The AS-i slave 02D ′ is also an AS-i extended address digital slave added by the extension of the standard specification. The AS-i digital slave handles one bit of output data as an extended address in addition to a normal 5-bit address. It is.
[0010]
Therefore, although not shown in detail in the figure, there are some AS-i extended address digital slaves 02D 'that only output up to 3 bits and those that input up to 4 bits and output up to 3 bits. To do.
[0011]
The AS-i master 01 can operate as a lower-level device for a higher-level program controller (PLC) or the like. By incorporating a necessary program in the AS-i master 01 in advance, the AS-i master 01 controls each AS-i slave 02 connected to the AS-i line 03 by AS-i communication. The i-slave 02 is caused to input from an external sensor or the like, or to output to an external load or actuator required by this input.
[0012]
The AS-i slave 02 has a 5-bit address memory, and normally, addresses 1 to 31 can be set off-line by this address memory. Thereby, the AS-i communication is identified. Therefore, normally, a maximum of 31 AS-i slaves 02 can be connected per AS-i master 01.
[0013]
However, with respect to the AS-i digital slave that handles bit signals by extending the standard specification described above, it becomes possible to handle one bit of output data as an extended address in addition to a 5-bit address. The AS-i digital slave 02D 'that we have can now connect up to 62 units per AS-i master.
[0014]
Therefore, the number of AS-i slaves 02 that can be connected to one AS-i master is:
(Number of analog slaves 02Ai and 02Ao)
+ (Number of normal digital slaves 02D)
+ ((Number of extended address digital slaves 02D ′) / 2) ≦ 31
It depends on the conditions.
[0015]
FIG. 8 shows a configuration example of the AS-i analog current input slave 02Ai-0 that inputs a current signal as an analog signal of one channel from the current output sensor 12 that is an external sensor device. This current input slave 02Ai-0 is connected to an AS-i line 03 extending from the AS-i master 01 (not shown), and corresponds to one form of the AS-i analog input slave 02Ai of FIG.
[0016]
In FIG. 8, a current output sensor 12 detects a process variable such as pressure, flow rate, temperature, etc. and outputs a current signal corresponding to the detected amount, in this example, a resistor 30, an external terminal 9 of the slave 02Ai-0, a resistor 6. Output to the current loop in which the external terminal 10 of the slave 02Ai-0 and the resistor 31 are connected.
[0017]
The communicator 13 incorporates a monitor (numerical value display means) outside the figure and is connected to both ends of the current output sensor 12. The communicator 13 communicates with the current output sensor 12 by a communication function such as HART, for example. Set and calibrate.
[0018]
The I / V converter 5 receives the current signal of the current output sensor 12 as a voltage across the resistor 6 and converts it into a voltage signal. The A / D converter 4 outputs the output signal (voltage) of the I / V converter 5. Signal) into a digital value.
[0019]
The microcomputer 3 always detects the digital value (current signal data) of the current signal of the sensor 12 via the A / D converter 4 and the I / V converter 5 at a predetermined cycle. Then, the latest current signal data is processed into 4-bit data including 1 control bit in response to a request from the AS-i slave IC 2 described below, and 4-bit data (sequentially output from the AS-i slave IC 2) ( D3-D0), the corresponding 4-bit processed data is returned to the AS-i slave IC 2 each time.
[0020]
The AS-i slave IC 2 is connected to the AS-i line 03 and supplies power to the devices in the current input slave and performs AS-i communication with the AS-i master 01 via the AS-i line 03.
[0021]
That is, the AS-i slave IC 2 performs 4-bit processing on the latest current signal of the current output sensor 12 from the microcomputer 3 as described above according to the command given from the AS-i master 01 by this AS-i communication. Data is sequentially input, and the input 4-bit data is transmitted to the AS-i master 01 each time.
[0022]
Reference numerals 32 and 33 are meters that receive the current signal from the current output sensor 12 by the voltage across the resistors 30 and 31, respectively.
[0023]
FIG. 7 shows another configuration example of a current signal input circuit to the AS-i analog current input slave 02Ai-0. In FIG. 7, the receiving instruments 32 and 33 of FIG. 8 are omitted, and a resistor is provided outside the current input slave 02Ai-0 in the current loop of the current output sensor 12 in addition to the current detection resistor 6 of the current input slave. A vessel 7 is inserted.
[0024]
The reason why another resistor 7 is inserted into the current loop of the current output sensor 12 in this way is that the total resistance value in the current loop is greater than or equal to a predetermined lower limit (250Ω in this example) in order to make use of the communication function of the communicator 13 This is because it must be.
[0025]
As described above, the conventional AS-i analog current input slave 02Ai-0 has a resistance of a certain value or more in the input current loop, and detects the output current (current signal) of the current output sensor 12 connected to the outside. ing.
[0026]
[Non-Patent Document 1]
EN50295
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional AS-i analog current input slave has the following problems.
[0028]
(1) A means such as a communicator 13 having a communication function (for example, HART) is connected to the current output sensor 12 for inputting a current signal to the AS-i analog current input slave, and the sensor 12 and the communicator 13 are connected. When communication is performed, when the total resistance value in the current loop is smaller than the minimum necessary value for communication (250Ω in this example), this AS− is included in the current loop of the current input slave as shown in FIG. The load resistance must be added on the user side of the i analog current input slave.
[0029]
(2) On the other hand, when the total resistance value in the current loop is more than the value necessary for the above communication with the configuration as shown in FIG. There are many restrictions on the resistance of the load that can be connected, for example, the resistors 30 and 31 for the receiving instruments 32 and 33.
[0030]
In FIG. 8, for example, it is assumed that the allowable minimum resistance value in the current loop necessary for performing the above-described communication is 250Ω, and that the resistance values other than the resistors 30 and 31 in the current loop are equal to 4 to 20 mA. If you want to get a voltage output of 1-5V for the receiving instruments 32, 33 in two places in the current loop through 250Ω resistors 30, 31, respectively, via the current output sensor 12 of the specification, The output sensor 12 must be capable of passing a current signal through a current loop having a total resistance value of 750Ω. For this purpose, a special-purpose current output sensor 12 in which the voltage of the power supply for outputting a current signal is increased may be necessary, which is troublesome.
[0031]
The present invention solves such a problem and inserts a load resistor on the user side of the current input slave in the current loop of the current signal from the current output sensor 12 input by the AS-i analog current input slave, An AS-i analog current input slave that can easily adjust the total resistance value of the current loop within an allowable range without using a special-purpose current output sensor 12 with an increased power supply voltage for signals is provided. The task is to do.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the AS-i analog current input slave according to claim 1 includes an AS-i line (03) serving as a power line and a digital transmission line by the AS-i master (01). An AS-i slave controlled via
The current signal from the sensor device (current output sensor 1 2) that outputs the detected amount of the process variable such as pressure, flow rate, temperature, etc., as a current signal to the current loop is inserted into the current loop and is provided in the current loop. A voltage resistor (6) input as a voltage across the resistor, and at least as described above according to the request of the A S-i master (I / V converter 5, A / D converter 4, As the AS-i slave that transmits a digital signal including the digital conversion value (via the AS-i slave IC2) to the AS-i master (obtained via the microcomputer 3 or 3A or 3B) In the AS-i analog current input slave,
The current loop includes a resistance value adjusting unit that is inserted separately from the resistor and adjusts all resistance values in the current loop by a predetermined width (analog current input slaves 0 2 A i −1 to 0 2A i − 5), the resistance value adjusting means is characterized in that it is intended to adjust under the control of the aS-i master (resistor 7 connected in parallel to the analog switch 8, a digital potentiometer 7B) .
[0035]
The operation of the present invention is based on the AS-i (Actuator Sensor-interface) network that has recently become the de facto standard as an open network that handles bit-level signals with reduced wiring in Europe. A network for controlling AS-i slaves including AS-i analog current input slaves connected in a multi-drop manner on the AS-i line via the AS-i line serving as a line and a digital transmission line is more utilized. To make it easier, especially
In addition to the current signal detection resistor 6, the current output sensor 12 is provided inside the AS-i analog current input slave of the current signal loop output by the current output sensor 12 and input by the AS-i analog current input slave. In order to enable communication with the communicator 13, a resistance value changing means for obtaining a minimum necessary resistance value as the total resistance value of the current loop is inserted,
Even when the resistors 30 and 31 for the receiving instruments 32 and 33 are inserted into the current loop, the total resistance value in the current loop exceeds the allowable maximum value determined from the power supply voltage of the current output sensor 12. it is intended to be able to pay the total resistance in the current loop within the maximum allowed by the adjustment of the by resistance value adjusting means.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of the present invention, and this figure corresponds to FIG. 1, the AS-i analog current input slave is replaced with 02Ai-1 and the microcomputer is replaced with 3A, and the current input slave 02Ai-1 of the current signal loop of the current output sensor 12 is replaced with FIG. In addition to the current detection resistor 6 of the current input slave 02Ai-1, a resistor 7 is inserted in the inner portion, and the resistor 7 and an analog switch 8 that is opened and closed by the microcomputer 3A are connected in parallel. .
[0037]
Here, the total resistance value of the resistors 6 and 7 is a lower limit value (250Ω in this example) necessary for communication between the communicator 13 and the current output sensor 12. This enables communication between the communicator 13 and the current output sensor 12 without adding a load resistance to the current signal loop (outside of the current input slave 02Ai-1).
[0038]
The AS-i slave IC 2 designates four (4 bit) data ports D3 to D0, four parameter ports (P4 to P0) (4 bits) P3 to P0, a data port, and a parameter port, which are not shown in the figure. It has two strobe signal output ports, and specifies whether data port input / output or parameter port input / output is performed according to a strobe signal output in advance.
[0039]
Then, when the AS-i slave IC 2 wants the control target (microcomputer in this example) as its counterpart to perform a predetermined process, the AS-i slave IC 2 performs the process following the strobe signal designating the parameter port. The designated 4-bit parameters (P3 to P0) are output to the other party. Then, when the corresponding 4-bit signal is received from the partner at the parameter port, it is recognized that the partner has recognized that the processing is to be executed.
[0040]
In addition, when the AS-i slave IC 2 is to receive data from its control target (microcomputer in this example), the AS-i slave IC 2 specifies the data to be received following the strobe signal specifying the data port. 4 bits data (D3 to D0) to be output to the other party. Then, the corresponding 4-bit data is received from the partner at the data port.
[0041]
When the AS-i slave IC 2 receives the current signal data of the current output sensor 12 from the microcomputer 3A, this operation is repeated according to the total bit length of the current signal data as described in the prior art.
[0042]
Next, the operation of FIG. 1 will be described. In the case of FIG. 1, no load resistance other than the resistors 6 and 7 is inserted in the loop of the current signal from the current output sensor 12, and the total resistance value of the current loop when the resistor 7 is not short-circuited is Since the allowable upper limit determined by the power supply voltage of the current output sensor 12 is not exceeded, the analog switch 8 needs to be opened at all times in order to enable communication between the communicator 13 and the current output sensor 12.
[0043]
Therefore, the AS-i master 01 (not shown) issues a command to open the analog switch 8 to the AS-i analog current input slave 02Ai-1 when the system of the AS-i network of FIG. .
[0044]
As a result, the AS-i slave IC 2 first outputs a 4-bit parameter (P3 to P0) designating opening of the analog switch 8 to the microcomputer 3A following the strobe signal designated by the parameter port. In this case, the opening / closing of the analog switch 8 is designated by 1 bit of the 4-bit parameters (P3 to P0), for example, P0.
[0045]
The microcomputer 3A receives this parameter, returns corresponding 4-bit data to the AS-i slave IC 2 via the parameter port, and opens the analog switch 8.
[0046]
Thereafter, the AS-i slave IC 2 is in a state in which the analog switch 8 is opened unless the total resistance value in the current loop exceeds the allowable upper limit value and an instruction to short-circuit the analog switch 8 is received from the AS-i master. The digital signal including the current signal data of the current output sensor 12 is transmitted to the AS-i master 01 as described above according to the command (request) of the AS-i master 01 as it is.
[0047]
FIG. 2 shows a configuration of a second embodiment of the present invention. 2, the AS-i analog current input slave is replaced with 02Ai-2, and the current output sensor is replaced with a two-wire current output sensor 12A having a power supply circuit 20 in the slave 02Ai-2. .
[0048]
The power supply circuit 20 supplies voltage and current to the two-wire current output sensor 12A from the external terminal 22 of the current input slave 02Ai-2.
[0049]
This current is controlled by the two-wire current output sensor 12A, flows into the external terminal 23, reaches the ground potential portion Vss through the resistor 6 and the resistor 7. As described above, the loop of the current signal from the current output sensor 12A is different from that in FIG. The opening / closing operation of the analog switch 8 performed by the microcomputer 3A is the same as in FIG.
[0050]
FIG. 3 shows the configuration of the third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the AS-i analog current input slave 02Ai-1 is used as in FIG. 1. However, in the loop of the current signal from the current output sensor 12, a receiving instrument for converting the voltage of the current signal in the same manner as in FIG. Resistors 30 and 31 for 32 and 33 are inserted, and the analog switch 8 is closed.
[0051]
Here, the resistors 30 and 31 are each 250Ω, and the lower limit of the total resistance value of the current loop necessary for the communicator 13 to communicate with the current output sensor 12 is 250Ω.
[0052]
In order to allow the communicator 13 to communicate even without the resistors 30 and 31, the resistor 6 is 50Ω, the resistor 7 is 200Ω, and the total of the two resistance values is 250Ω. The maximum allowable value of the total resistance value of the current loop determined from the power supply voltage of the current output sensor 12 is 600Ω.
[0053]
When the analog switch 8 is opened, the total value of the resistance in the current loop is 750Ω, which exceeds the maximum allowable resistance value 600Ω of the current output sensor 12. Therefore, in this case, by short-circuiting the analog switch 8, the total value of the resistance in the current loop becomes 550Ω and can be suppressed below the maximum allowable resistance value of the current output sensor 12, and the lower limit necessary for communication of the communicator 13. The resistance value of 250Ω can also be satisfied.
[0054]
Therefore, in the AS-i network of FIG. 3, the AS-i master 01 (not shown) sends a command to the analog switch 8Ai-1 to short-circuit the analog switch 8 at the start of the system. The i slave IC 2 causes the analog switch 8 to be short-circuited via the microcomputer 3A.
[0055]
FIG. 4 shows the configuration of a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 4, the resistance value in the current loop is adjusted by a manual variable resistor 7A instead of the resistor 7 and the analog switch 8 in FIG. Analog current input slaves are replaced with 02Ai-3, respectively.
[0056]
In this case, the microcomputer 3 is not involved in adjusting the resistance value in the current loop.
[0057]
FIG. 5 shows a configuration of the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 5, the resistance value in the current loop is adjusted by a manual external switch 8A instead of the analog switch 8 in FIG. 1, and accordingly, the microcomputer becomes 3, and the AS-i analog current input slave becomes 02Ai-4. Each has been replaced.
[0058]
Also in this case, as in FIG. 4, the microcomputer 3 is not involved in adjusting the resistance value in the current loop.
[0059]
FIG. 6 shows a configuration of a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 6, a digital potentiometer 7B is provided in place of the analog switch 8 in FIG. 1, and the resistance value in the current loop is adjusted by the control of the microcomputer 3B. Each current input slave is replaced with 02Ai-5.
[0060]
In FIG. 6, when the AS-i network system starts up, an AS-i master 01 (not shown) sends a command to the AS-i slave IC 2 to adjust the digital potentiometer 7B to a predetermined resistance value. For example, it is possible to cause the microcomputer 3B to select four resistance values of the digital potentiometer 7B by using 2 bits of parameters (P3 to P0) given to the microcomputer 3B by the AS-i slave IC2.
[0061]
【The invention's effect】
According to the present invention, a current signal from the current output sensor 12 that outputs a detected amount of a process variable such as pressure, flow rate, temperature, etc., as a current signal to the current loop is inserted into the current loop and is a predetermined value built in itself. AS-i analog current input for transmitting to the AS-i master 01 a digital signal including a digital conversion value of the current signal input in response to a request from the AS-i master 01. In the slave
On the current loop inside the AS-i analog current input slave, there is provided resistance value adjusting means for adjusting the total resistance value in the current loop by a predetermined width separately from the resistor 6 for detecting the current signal. The resistance value adjusting means adjusts under the control of the AS-i master.
Even when the communicator 13 is connected to the current output sensor 12 and communication is performed between the communicator 13 and the current output sensor 12, this communication is performed in the current loop on the user side of the AS-i analog current input slave. Communication can be performed without additionally inserting a necessary load resistance.
[0062]
Further, the maximum value of total resistance value in the current loop by attempting to connect a load resistor such as the resistor 30 and 31 for receiving instrument 32, 33 in the current loop is allowed from the source voltage of the current output sensor 12 Even in the case of exceeding, connection is possible by adjusting a part of the total resistance value in the current loop by the resistance value adjusting means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a main part as a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a main section as a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of the main part as a fourth embodiment of the present invention. FIG. 5 is a block diagram of the main part as a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram of a conventional configuration corresponding to FIG. 1. FIG. 8 is a block diagram of a conventional configuration corresponding to FIG. 3. FIG. 9 is a general diagram of an AS-i network. Configuration diagram [Explanation of symbols]
01 AS-i master 02 AS-i slave 02Ai (02Ai-1,... 02Ai-5) AS-i analog current input slave 03 AS-i line 2 AS-i slave IC
3, 3A, 3B Microcomputer 4 A / D converter 5 I / V converter 6, 7 Resistor 7A Variable resistor 7B Digital potentiometer 8 Analog switch 8A External switch 9, 10 External terminal 12 of analog current input slave 12 Current output sensor 12A 2-wire current output sensor 13 Communicator 20 Power supply circuit 22, 23 Analog current input slave external terminal 30, 31 Resistor 32, 33 Receiver meter

Claims

An AS-i slave controlled by an AS-i master via an AS-i line that doubles as a power line and a digital transmission line;
The current signal from the sensor device that outputs the detected amount of the process variable such as pressure, flow rate, temperature, etc. as a current signal to the current loop is inserted into the current loop, and the voltage across the resistor of a predetermined value incorporated in itself AS-i as the AS-i slave that transmits to the AS-i master a digital signal including at least the digital conversion value of the current signal input as described above in response to the request of the AS-i master. In analog current input slave,
A resistance value adjusting unit that is inserted in the current loop separately from the resistor and adjusts all resistance values in the current loop by a predetermined width is provided. The resistance value adjusting unit controls the AS-i master. An AS-i analog current input slave characterized by adjusting itself.