JP4171260B2 - マルチドロップ配線故障検知方法およびマルチドロップ配線システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセス制御計装において用いられる、１つの制御ループに複数の信号発信器を接続するマルチドロップ配線に関し、特に、マルチドロップ配線故障検知方法およびこの故障検知方法を適用したマルチドロップ配線システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロセス制御計装に用いられる信号発信器において、従来の４−２０ｍＡのアナログデータ伝送に代わって、デジタルデータ伝送が用いられるようになったことから、１つの制御ループに複数の信号発信器を接続するマルチドロップ配線が可能となってきた。図６は、従来のマルチドロップ配線の構成を示すブロック配線図であり、１つの制御ループに５台の信号発信器が接続されている例を示す。
【０００３】
従来のマルチドロップ配線は、図６に示すように、直流電源１と、直流電源１の一方の出力端子に接続された第１の導電線２と、直流電源１の他方の出力端子に通信用抵抗（Ｒ１）３を介して接続された第２の導電線４と、これらの導電線に並列接続された複数の信号発信器１１〜１５とから構成されており、信号発信器１１〜１５が出力する一定の直流電流（Ｉ１〜Ｉ５）に所定の交流信号を重畳させることにより、これらの導電線に並列接続された図示しないホスト機器やハンドヘルドコミュニケータ（ＨＣ）５のような携帯端末へデータ伝送を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、マルチドロップ配線では１つの制御ループに複数の信号発信器が接続されるので、制御ループで異常が生じたときに故障箇所の候補が複数存在することになるため、故障箇所を特定する故障検知手段が必要となる。従来のマルチドロップ配線における故障検出方法は、マルチドロップ配線に接続されたホスト機器若しくはハンドヘルドコミュニケータのようなマルチドロップ配線用携帯端末を用いて各信号発信器との通信を試み、正常な通信が行えるか否かにより判定するものであった。
【０００５】
このため、マルチドロップ配線の故障箇所を知ることができるのは、ホスト機器の操作が可能なオペレータやハンドヘルドコミュニケータの操作ができる技術者などに限られており、誰でも簡単に故障箇所を知ることのできるマルチドロップ配線の故障検知方法が求められていた。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複数の信号発信器が接続されたマルチドロップ配線において、誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる故障検知方法および故障検知手段を備えたマルチドロップ配線システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、この発明は、２つの出力端子を有しこれらの出力端子間に所定の直流電圧を出力する直流電源と、直流電源の一方の出力端子に接続された第１の導電線と、直流電源の他方の出力端子に所定の抵抗を介して接続された第２の導電線と、これらの導電線に並列接続され、直流電源により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線を信号伝送路として用いる複数の信号発信器とからなるマルチドロップ配線システムにおけるマルチドロップ配線故障検知方法であって、第２の導電線と信号発信器の接続点を信号発信器ごとに設け、これらの接続点間をそれぞれ抵抗値の異なる抵抗で接続するように構成し、第１の導電線の終端と第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定し、測定した直流電圧をキーにして終端間の直流電圧とマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースを検索し、測定した直流電圧に対応した故障箇所を求めることによって特徴づけられる。
【０００７】
このマルチドロップ配線故障検知方法の一構成例は、第１の導電線の終端と第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定した後、さらにこの直流電圧と正常時の終端間の直流電圧との差分を算出し、算出した差分をキーにして信号発信器に係る異常発生時の終端間の直流電圧と正常時の終端間の直流電圧との差分データとマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースを検索し、算出した差分に対応した故障箇所を求める。
【０００８】
また、この発明に係るマルチドロップ配線システムは、２つの出力端子を有しこれらの出力端子間に所定の直流電圧を出力する直流電源と、直流電源の一方の出力端子に接続された第１の導電線と、直流電源の他方の出力端子に所定の抵抗を介して接続された第２の導電線と、これらの導電線に並列接続され、直流電源により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線を信号伝送路として用いる複数の信号発信器とからなるマルチドロップ配線システムであって、信号発信器ごとに設けられた第２の導電線と信号発信器との接続点の間を接続するそれぞれ抵抗値の異なる抵抗と、第１の導電線の終端と第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定する電圧測定手段と、終端間の直流電圧とこのマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースと、電圧測定手段が測定した直流電圧をキーにしてデータベースを検索し、故障箇所を読み出す検索手段と、この検索手段が読み出した故障箇所を表示する表示手段とを有することによって特徴づけられる。
【０００９】
このマルチドロップ配線システムの一構成例は、電圧測定手段が測定した直流電圧とあらかじめ測定しておいた正常時の終端間の直流電圧との差分を算出する演算手段をさらに有し、信号発信器に係る異常発生時の終端間の直流電圧と正常時の終端間の直流電圧との差分データがこのマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すようにデータベースが終端間の直流電圧に代えて構成され、検索手段は電圧測定手段が測定した直流電圧に代えて演算手段が算出した差分をキーにしてデータベースを検索し故障箇所を読み出す。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るマルチドロップ配線システムの構成を示すブロック配線図であり、本発明の一実施の形態を示す。図１において、このマルチドロップ配線システムが図６で示した従来のマルチドロップ配線と異なる点は、第２導電線４と各信号発信器（ＤＥＶ１〜ＤＥＶ５）１１〜１５との接続点の間がそれぞれ抵抗値の異なる異常検出用抵抗（Ｒ２〜Ｒ５）３２〜３５で接続され、第１導電線２の終端と第２導電線４の終端に、これらの導電線２，４の終端間電圧を監視し、信号発信器１１〜１５にかかる異常が発生するとマルチドロップ配線システムにおける故障箇所を自身の表示画面７に表示する監視装置（ＭＯＮ）６が接続されていることである。
【００１１】
ここで、直流電源１は複数の信号発信器１１〜１５を駆動する直流定電圧電源であり、＋側出力端子と−側出力端子の間に所定の直流電圧を出力する。この実施の形態の場合、直流電源１の出力電圧として２４Ｖを用いるが、出力電圧はこれに限られるものではなく、通信用抵抗（Ｒ１）３と各異常検出用抵抗（Ｒ２〜Ｒ５）３２〜３５によって生じる電圧降下分を差し引いた電圧が各信号発信器１１〜１５の動作可能な電圧範囲となる電圧であればよい。
【００１２】
この直流電源１の＋側出力端子には第１導電線２が接続されており、−側出力端子には所定の通信用抵抗３を介して第２導電線４が接続されている。第１導電線２と第２導電線４には、複数の信号発信器１１〜１５が並列接続されており、１つの制御ループが形成されている。第２導電線４と各信号発信器１１〜１５の接続点は信号発信器ごとに設けており、これらの接続点間をそれぞれ抵抗値の異なる異常検出用抵抗３２〜３５で接続している。この場合、例えば、通信用抵抗３はＲ１＝２５０Ω、異常検出用抵抗３２〜３５はＲ２＝１０Ω、Ｒ３＝１１Ω、Ｒ４＝１２Ω、Ｒ５＝１３Ωである。
【００１３】
各信号発信器１１〜１５は、第１導電線２と第２導電線４を介して接続された直流電源１により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線２，４を信号伝送路として用いるデジタルデータ伝送の可能な計測制御機器（デバイス）である。ここで、各信号発信器１１〜１５の出力する直流電流は、例えば、４ｍＡの固定値であり、重畳させる交流信号は、例えば、１０００Ｈｚと２０００Ｈｚである。
【００１４】
この場合、各信号発信器１１〜１５は１０００Ｈｚを１とし、２０００Ｈｚを０としてデジタルデータ伝送を行う。なお、デジタルデータ伝送の伝送方式はこれに限られるものではなく、２本線による直流電流出力に影響を与えない伝送方式であれば何でもよい。各信号発信器１１〜１５のデジタルデータ伝送は、これらの導電線２，４に並列接続されたホスト機器（図示せず）やハンドヘルドコミュニケータ（ＨＣ）５のようなマルチドロップ配線用携帯端末によって制御されている。
【００１５】
監視装置６は、図２に示すように、電圧測定部６１、演算処理部６２、故障箇所データベース（以後、故障箇所ＤＢと記す）６３、検索処理部６４および表示部６５から構成されている。この場合、電圧測定部６１で導電線２，４の終端間電圧が測定され、電圧値として数値データ化される。数値データ化された電圧値は演算処理部６２に入力され、あらかじめ測定しておいた正常時の電圧値との差分が計算され、検索処理部６４に入力される。
【００１６】
故障箇所ＤＢ６３は、図３に示すように、故障ラインと異常検出電圧とが関連づけられて格納されているデータベースである。ここで、故障ラインは故障箇所を信号発信器の識別番号で示す。異常検出電圧は、故障ラインに示された異常が発生したときに測定される終端間電圧と正常時の終端間電圧との差分を示す。
【００１７】
検索処理部６４は、演算処理部６２から差分データが入力されると、この差分データをキーにして故障箇所ＤＢ６３の異常検出電圧を検索し、合致した異常検出電圧に対応した故障箇所を示す故障箇所情報を故障箇所ＤＢ６３の故障ラインフィールドから読み出す。読み出された故障箇所情報は表示部６５に入力される。表示部６５は入力された故障箇所情報を自身の表示画面７に表示する。
【００１８】
この監視装置６は、例えば、マイクロコンピュータなどの演算処理手段と、半導体メモリなどの記憶手段と、Ａ／Ｄコンバータなどのアナログ入力インタフェースと、液晶表示器などの表示手段と、記憶手段に格納された上述した監視装置の機能を実現するコンピュータプログラムとから構成されている。ここで、アナログ入力インタフェースが電圧測定部６１として機能し、演算処理手段と記憶手段と記憶手段に格納されたコンピュータプログラムとが協働して演算処理部６２および検索処理部６４として機能する。また、記憶手段が故障箇所ＤＢとして機能し、演算処理手段、記憶手段、表示手段および記憶手段に格納されたコンピュータプログラムとが協働して表示部６５として機能する。
【００１９】
次に、図３で示した故障箇所ＤＢ６３に格納するデータを算出する方法について説明する。直流電源１の出力電圧をＶSとすると、監視装置６が測定する導電線２，４の終端間電圧ＶDは下記の式（１）で表される。
【００２０】
ＶD＝ＶS-R1×ΣI(1〜n)-R2×ΣI(2〜n)-R3×ΣI(3〜n)-…-Rn×In ‥(1)
【００２１】
ここで、Ｒ１は通信用抵抗の抵抗値、ｎは信号発信器の個数、Ｒ２〜Ｒｎは各異常検出用抵抗の抵抗値、Ｉ１〜Ｉｎは各信号発信器の出力する電流値である。すなわち、終端間電圧ＶDは直流電源１の出力電圧ＶSから各抵抗Ｒ１〜Ｒｎに生じる電圧降下を差し引いた値となる。このため、信号発信器の故障や断線などで電流が流れなくなると終端間電圧ＶDが変化する。この場合、各信号発信器は一定電流を出力するため、各抵抗Ｒ１〜Ｒｎの抵抗値をそれぞれ異なる値とすることにより、正常時や１つ以上の信号発信器に故障が生じたときの終端間電圧ＶDがそれぞれ異なる値となり、故障箇所を特定することが可能となる。
【００２２】
式（１）を正常時とすべての故障パターンについて計算し、データベース化することにより、故障箇所を特定することも可能であるが、この実施の形態においては、さらに式（２）によって正常時の終端間電圧ＶD0と、正常時およびすべての故障パターンについて取り得る終端間電圧ＶDとの差分を計算し、これらの故障パターンに計算した差分を異常検出電圧ＶDERRとして関連づけし、故障箇所ＤＢ６３に格納する。
【００２３】
ＶDERR＝ＶD−ＶD0 ‥(2)
【００２４】
式（２）によれば、直流電源１の出力電圧ＶSが相殺されるため、異常検出電圧ＶDERRは電源電圧によらず、信号発信器の故障パターンによって決まる値となる。このため、故障箇所ＤＢ６３に格納するデータを電源電圧ごとに設ける必要がなくなる。
【００２５】
［計算例］
以下、信号発信器の個数を５台（ｎ＝５）としたときを例に式（１）と式（２）を適用して、故障箇所ごとに導電線２，４の終端間電圧ＶDと異常検出電圧ＶDERRを計算する手順を示す。式（１）は、ｎ＝５としたときに式（３）に展開される。
【００２６】
【００２７】
次に、式（３）に各パラメータの値（ＶS＝２４Ｖ、Ｉ１〜Ｉ５＝４．０ｍＡ、Ｒ１＝２５０Ω、Ｒ２＝１０Ω、Ｒ３＝１１Ω、Ｒ４＝１２Ω、Ｒ５＝１３Ω）を代入し、すべての信号発信器が正常なときの終端間電圧ＶD0を求める。
【００２８】
【００２９】
このときの異常検出電圧ＶDERRは、式（２）から、ＶDERR＝ＶD−ＶD0＝０Ｖとなる。次に、すべての故障箇所ごとに式（３）と式（２）の計算を行う。例えば、図１のＤＥＶ１が故障又は断線し、Ｉ１＝０となったときの終端間電圧ＶDと異常検出電圧ＶDERRは以下の式（５）と式（６）に示す値となる。
【００３０】
【００３１】
ＶDERR＝19.560−18.560＝1.000 V ‥(6)
【００３２】
以下、同様に各故障箇所に対する終端間電圧ＶDと異常検出電圧ＶDERRを計算した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１から異常検出電圧ＶDERRは故障箇所ごとに異なる電圧が出力され、故障箇所の識別が可能であることが分かる。また、ここで用いた各パラメータによれば、異常検出電圧ＶDERRが故障数によって約１Ｖきざみの群をなしている。すなわち、各パラメータを所定の値とすることにより、故障数ごとに所定の電圧レベルからなるグループに分類することができる。したがって、図４に示すように、異常検出電圧ＶDERRに適当なしきい値を設けることにより、故障数を知ることができる。ここで、故障数とはマルチドロップ配線システムに接続された信号発信器で所定の出力電流を出力していない、すなわち故障あるいは配線が断線している信号発信器の数を示す。
【００３５】
［実装例］
次に、このマルチドロップ配線システムの実装例について説明する。図５は、このマルチドロップ配線システムの実装例を示すブロック配線図である。この場合、各信号発信器（ＤＥＶ１〜ＤＥＶ５）１１〜１５が異常検出用抵抗（Ｒ２〜Ｒ５）３２〜３５を内蔵したジャンクションボックス（接続箱）８に接続され、監視装置６がジャンクションボックス８の終端部に接続されている。
【００３６】
ジャンクションボックス８は、各信号発信器１１〜１５を接続する複数の接続端子８１，８２を有する。各信号発信器１１〜１５を第１導電線２に接続する接続端子８１は内部で互いに接続されるとともに、直流電源１の＋出力と監視装置６に接続されている。各信号発信器１１〜１５を第２導電線４に接続する接続端子８２はそれぞれ抵抗値の異なる異常検出用抵抗３２〜３５で接続されている。また、異常検出用抵抗（Ｒ２）３２が接続された端部の接続端子８２は通信用抵抗（Ｒ１）３を介して直流電源１の−出力と接続され、異常検出用抵抗（Ｒ５）３５が接続された終端部の接続端子８２は監視装置６に接続されている。
【００３７】
この実装例によれば、ジャンクションボックス８の接続端子８１，８２に各信号発信器１１〜１５を接続するだけでよいため、異常検出用抵抗３２〜３５を意識せずに取付けができ、従来と比べて取付け作業に余分な時間がかかることもない。また、ジャンクションボックス８を用いるときの応用例として、ジャンクションボックス８と監視装置６を１つの筐体に一体化した構成や、ジャンクションボックス８に直流電源１の−出力と直接接続する接続端子を設け監視装置６に−出力を供給する構成などが考えられる。監視装置６に−出力を供給するようにした場合、直流電源１を監視装置６の電源として用いることができる。
【００３８】
この実施の形態によれば、複数の信号発信器が接続されたマルチドロップ配線において、障害が発生したときに監視装置６が故障箇所を表示するので、誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる。また、デジタル計装の中に一部アナログ的な部分を残しておくことになるので、アナログ計装からデジタル計装への移行が現場作業者にスムーズに受け入れられる効果が得られる。
【００３９】
この実施の形態では、制御ループの終端に監視装置６を接続して故障箇所を検知するようにしたが、監視装置６の機能を制御ループの終端に接続する信号発信器に内蔵させるようにしてもよい。この場合、信号発信器に監視装置と同等の異常検知機能を設けることにより、別に監視装置を設ける必要がなくなるので、省スペース化や接続工数の削減が図れる。
【００４０】
また、この実施の形態では監視装置６が測定した終端間電圧と正常時の終端間電圧の差分に基づいて故障箇所を特定する例を説明したが、式（１）の説明で記したように、あらかじめ直流電源１の出力電圧が決められており、この出力電圧が安定化されている場合は、測定した終端間電圧のみに基づいて故障箇所を特定することも可能である。この場合、図２で示した監視装置６の機能構成から演算処理部６２を除き、電圧測定部６１の出力を検索処理部６４に入力するように変更するとともに、図３で示した故障箇所ＤＢ６３の異常検出電圧を式（１）で計算した終端間電圧とすればよい。これによっても、使用できる条件が限定されるが誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマルチドロップ配線故障検知方法およびマルチドロップ配線システムによれば、複数の信号発信器が接続されたマルチドロップ配線において、障害が発生したときに誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るマルチドロップ配線システムの構成を示すブロック配線図である。
【図２】 図１の監視装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】 図２の故障箇所ＤＢの構成を示す説明図である。
【図４】 故障ラインごとの異常検出電圧としきい値を示すグラフである。
【図５】 実施の形態に係るマルチドロップ配線システムの実装例を示すブロック配線図である。
【図６】 従来のマルチドロップ配線の構成を示すブロック配線図である。
【符号の説明】
１…直流電源、２…第１導電線、３…通信用抵抗(R1)、４…第２導電線、５…ハンドヘルドコミュニケータ(HC)、６…監視装置(MON)、７…表示画面、８…ジャンクションボックス、１１〜１５…信号発信器(DEV1〜DEV5)、３２〜３５…異常検出用抵抗(R2〜R5)、６１…電圧測定部、６２…演算処理部、６３…故障箇所データベース(DB)、６４…検索処理部、６５…表示部、８１，８２…接続端子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセス制御計装において用いられる、１つの制御ループに複数の信号発信器を接続するマルチドロップ配線に関し、特に、マルチドロップ配線故障検知方法およびこの故障検知方法を適用したマルチドロップ配線システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロセス制御計装に用いられる信号発信器において、従来の４−２０ｍＡのアナログデータ伝送に代わって、デジタルデータ伝送が用いられるようになったことから、１つの制御ループに複数の信号発信器を接続するマルチドロップ配線が可能となってきた。図６は、従来のマルチドロップ配線の構成を示すブロック配線図であり、１つの制御ループに５台の信号発信器が接続されている例を示す。
【０００３】
従来のマルチドロップ配線は、図６に示すように、直流電源１と、直流電源１の一方の出力端子に接続された第１の導電線２と、直流電源１の他方の出力端子に通信用抵抗（Ｒ１）３を介して接続された第２の導電線４と、これらの導電線に並列接続された複数の信号発信器１１〜１５とから構成されており、信号発信器１１〜１５が出力する一定の直流電流（Ｉ１〜Ｉ５）に所定の交流信号を重畳させることにより、これらの導電線に並列接続された図示しないホスト機器やハンドヘルドコミュニケータ（ＨＣ）５のような携帯端末へデータ伝送を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、マルチドロップ配線では１つの制御ループに複数の信号発信器が接続されるので、制御ループで異常が生じたときに故障箇所の候補が複数存在することになるため、故障箇所を特定する故障検知手段が必要となる。従来のマルチドロップ配線における故障検出方法は、マルチドロップ配線に接続されたホスト機器若しくはハンドヘルドコミュニケータのようなマルチドロップ配線用携帯端末を用いて各信号発信器との通信を試み、正常な通信が行えるか否かにより判定するものであった。
【０００５】
このため、マルチドロップ配線の故障箇所を知ることができるのは、ホスト機器の操作が可能なオペレータやハンドヘルドコミュニケータの操作ができる技術者などに限られており、誰でも簡単に故障箇所を知ることのできるマルチドロップ配線の故障検知方法が求められていた。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複数の信号発信器が接続されたマルチドロップ配線において、誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる故障検知方法および故障検知手段を備えたマルチドロップ配線システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、この発明は、２つの出力端子を有しこれらの出力端子間に所定の直流電圧を出力する直流電源と、直流電源の一方の出力端子に接続された第１の導電線と、直流電源の他方の出力端子に所定の抵抗を介して接続された第２の導電線と、これらの導電線に並列接続され、直流電源により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線を信号伝送路として用いる複数の信号発信器とからなるマルチドロップ配線システムにおけるマルチドロップ配線故障検知方法であって、第２の導電線と信号発信器の接続点を信号発信器ごとに設け、これらの接続点間をそれぞれ抵抗値の異なる抵抗で接続するように構成し、第１の導電線の終端と第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定し、測定した直流電圧をキーにして終端間の直流電圧とマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースを検索し、測定した直流電圧に対応した故障箇所を求めることによって特徴づけられる。
【０００７】
このマルチドロップ配線故障検知方法の一構成例は、第１の導電線の終端と第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定した後、さらにこの直流電圧と正常時の終端間の直流電圧との差分を算出し、算出した差分をキーにして信号発信器に係る異常発生時の終端間の直流電圧と正常時の終端間の直流電圧との差分データとマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースを検索し、算出した差分に対応した故障箇所を求める。
【０００８】
また、この発明に係るマルチドロップ配線システムは、２つの出力端子を有しこれらの出力端子間に所定の直流電圧を出力する直流電源と、直流電源の一方の出力端子に接続された第１の導電線と、直流電源の他方の出力端子に所定の抵抗を介して接続された第２の導電線と、これらの導電線に並列接続され、直流電源により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線を信号伝送路として用いる複数の信号発信器とからなるマルチドロップ配線システムであって、信号発信器ごとに設けられた第２の導電線と信号発信器との接続点の間を接続するそれぞれ抵抗値の異なる抵抗と、第１の導電線の終端と第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定する電圧測定手段と、終端間の直流電圧とこのマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースと、電圧測定手段が測定した直流電圧をキーにしてデータベースを検索し、故障箇所を読み出す検索手段と、この検索手段が読み出した故障箇所を表示する表示手段とを有することによって特徴づけられる。
【０００９】
このマルチドロップ配線システムの一構成例は、電圧測定手段が測定した直流電圧とあらかじめ測定しておいた正常時の終端間の直流電圧との差分を算出する演算手段をさらに有し、信号発信器に係る異常発生時の終端間の直流電圧と正常時の終端間の直流電圧との差分データがこのマルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すようにデータベースが終端間の直流電圧に代えて構成され、検索手段は電圧測定手段が測定した直流電圧に代えて演算手段が算出した差分をキーにしてデータベースを検索し故障箇所を読み出す。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係るマルチドロップ配線システムの構成を示すブロック配線図であり、本発明の一実施の形態を示す。図１において、このマルチドロップ配線システムが図６で示した従来のマルチドロップ配線と異なる点は、第２導電線４と各信号発信器（ＤＥＶ１〜ＤＥＶ５）１１〜１５との接続点の間がそれぞれ抵抗値の異なる異常検出用抵抗（Ｒ２〜Ｒ５）３２〜３５で接続され、第１導電線２の終端と第２導電線４の終端に、これらの導電線２，４の終端間電圧を監視し、信号発信器１１〜１５にかかる異常が発生するとマルチドロップ配線システムにおける故障箇所を自身の表示画面７に表示する監視装置（ＭＯＮ）６が接続されていることである。
【００１１】
ここで、直流電源１は複数の信号発信器１１〜１５を駆動する直流定電圧電源であり、＋側出力端子と−側出力端子の間に所定の直流電圧を出力する。この実施の形態の場合、直流電源１の出力電圧として２４Ｖを用いるが、出力電圧はこれに限られるものではなく、通信用抵抗（Ｒ１）３と各異常検出用抵抗（Ｒ２〜Ｒ５）３２〜３５によって生じる電圧降下分を差し引いた電圧が各信号発信器１１〜１５の動作可能な電圧範囲となる電圧であればよい。
【００１２】
この直流電源１の＋側出力端子には第１導電線２が接続されており、−側出力端子には所定の通信用抵抗３を介して第２導電線４が接続されている。第１導電線２と第２導電線４には、複数の信号発信器１１〜１５が並列接続されており、１つの制御ループが形成されている。第２導電線４と各信号発信器１１〜１５の接続点は信号発信器ごとに設けており、これらの接続点間をそれぞれ抵抗値の異なる異常検出用抵抗３２〜３５で接続している。この場合、例えば、通信用抵抗３はＲ１＝２５０Ω、異常検出用抵抗３２〜３５はＲ２＝１０Ω、Ｒ３＝１１Ω、Ｒ４＝１２Ω、Ｒ５＝１３Ωである。
【００１３】
各信号発信器１１〜１５は、第１導電線２と第２導電線４を介して接続された直流電源１により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線２，４を信号伝送路として用いるデジタルデータ伝送の可能な計測制御機器（デバイス）である。ここで、各信号発信器１１〜１５の出力する直流電流は、例えば、４ｍＡの固定値であり、重畳させる交流信号は、例えば、１０００Ｈｚと２０００Ｈｚである。
【００１４】
この場合、各信号発信器１１〜１５は１０００Ｈｚを１とし、２０００Ｈｚを０としてデジタルデータ伝送を行う。なお、デジタルデータ伝送の伝送方式はこれに限られるものではなく、２本線による直流電流出力に影響を与えない伝送方式であれば何でもよい。各信号発信器１１〜１５のデジタルデータ伝送は、これらの導電線２，４に並列接続されたホスト機器（図示せず）やハンドヘルドコミュニケータ（ＨＣ）５のようなマルチドロップ配線用携帯端末によって制御されている。
【００１５】
監視装置６は、図２に示すように、電圧測定部６１、演算処理部６２、故障箇所データベース（以後、故障箇所ＤＢと記す）６３、検索処理部６４および表示部６５から構成されている。この場合、電圧測定部６１で導電線２，４の終端間電圧が測定され、電圧値として数値データ化される。数値データ化された電圧値は演算処理部６２に入力され、あらかじめ測定しておいた正常時の電圧値との差分が計算され、検索処理部６４に入力される。
【００１６】
故障箇所ＤＢ６３は、図３に示すように、故障ラインと異常検出電圧とが関連づけられて格納されているデータベースである。ここで、故障ラインは故障箇所を信号発信器の識別番号で示す。異常検出電圧は、故障ラインに示された異常が発生したときに測定される終端間電圧と正常時の終端間電圧との差分を示す。
【００１７】
検索処理部６４は、演算処理部６２から差分データが入力されると、この差分データをキーにして故障箇所ＤＢ６３の異常検出電圧を検索し、合致した異常検出電圧に対応した故障箇所を示す故障箇所情報を故障箇所ＤＢ６３の故障ラインフィールドから読み出す。読み出された故障箇所情報は表示部６５に入力される。表示部６５は入力された故障箇所情報を自身の表示画面７に表示する。
【００１８】
この監視装置６は、例えば、マイクロコンピュータなどの演算処理手段と、半導体メモリなどの記憶手段と、Ａ／Ｄコンバータなどのアナログ入力インタフェースと、液晶表示器などの表示手段と、記憶手段に格納された上述した監視装置の機能を実現するコンピュータプログラムとから構成されている。ここで、アナログ入力インタフェースが電圧測定部６１として機能し、演算処理手段と記憶手段と記憶手段に格納されたコンピュータプログラムとが協働して演算処理部６２および検索処理部６４として機能する。また、記憶手段が故障箇所ＤＢとして機能し、演算処理手段、記憶手段、表示手段および記憶手段に格納されたコンピュータプログラムとが協働して表示部６５として機能する。
【００１９】
次に、図３で示した故障箇所ＤＢ６３に格納するデータを算出する方法について説明する。直流電源１の出力電圧をＶSとすると、監視装置６が測定する導電線２，４の終端間電圧ＶDは下記の式（１）で表される。
【００２０】
ＶD＝ＶS-R1×ΣI(1〜n)-R2×ΣI(2〜n)-R3×ΣI(3〜n)-…-Rn×In ‥(1)
【００２１】
ここで、Ｒ１は通信用抵抗の抵抗値、ｎは信号発信器の個数、Ｒ２〜Ｒｎは各異常検出用抵抗の抵抗値、Ｉ１〜Ｉｎは各信号発信器の出力する電流値である。すなわち、終端間電圧ＶDは直流電源１の出力電圧ＶSから各抵抗Ｒ１〜Ｒｎに生じる電圧降下を差し引いた値となる。このため、信号発信器の故障や断線などで電流が流れなくなると終端間電圧ＶDが変化する。この場合、各信号発信器は一定電流を出力するため、各抵抗Ｒ１〜Ｒｎの抵抗値をそれぞれ異なる値とすることにより、正常時や１つ以上の信号発信器に故障が生じたときの終端間電圧ＶDがそれぞれ異なる値となり、故障箇所を特定することが可能となる。
【００２２】
式（１）を正常時とすべての故障パターンについて計算し、データベース化することにより、故障箇所を特定することも可能であるが、この実施の形態においては、さらに式（２）によって正常時の終端間電圧ＶD0と、正常時およびすべての故障パターンについて取り得る終端間電圧ＶDとの差分を計算し、これらの故障パターンに計算した差分を異常検出電圧ＶDERRとして関連づけし、故障箇所ＤＢ６３に格納する。
【００２３】
ＶDERR＝ＶD−ＶD0 ‥(2)
【００２４】
式（２）によれば、直流電源１の出力電圧ＶSが相殺されるため、異常検出電圧ＶDERRは電源電圧によらず、信号発信器の故障パターンによって決まる値となる。このため、故障箇所ＤＢ６３に格納するデータを電源電圧ごとに設ける必要がなくなる。
【００２５】
［計算例］
以下、信号発信器の個数を５台（ｎ＝５）としたときを例に式（１）と式（２）を適用して、故障箇所ごとに導電線２，４の終端間電圧ＶDと異常検出電圧ＶDERRを計算する手順を示す。式（１）は、ｎ＝５としたときに式（３）に展開される。
【００２６】
次に、式（３）に各パラメータの値（ＶS＝２４Ｖ、Ｉ１〜Ｉ５＝４．０ｍＡ、Ｒ１＝２５０Ω、Ｒ２＝１０Ω、Ｒ３＝１１Ω、Ｒ４＝１２Ω、Ｒ５＝１３Ω）を代入し、すべての信号発信器が正常なときの終端間電圧ＶD0を求める。
【００２８】
このときの異常検出電圧ＶDERRは、式（２）から、ＶDERR＝ＶD−ＶD0＝０Ｖとなる。次に、すべての故障箇所ごとに式（３）と式（２）の計算を行う。例えば、図１のＤＥＶ１が故障又は断線し、Ｉ１＝０となったときの終端間電圧ＶDと異常検出電圧ＶDERRは以下の式（５）と式（６）に示す値となる。
【００３０】
ＶDERR＝19.560−18.560＝1.000 V ‥(6)
【００３２】
以下、同様に各故障箇所に対する終端間電圧ＶDと異常検出電圧ＶDERRを計算した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
表１から異常検出電圧ＶDERRは故障箇所ごとに異なる電圧が出力され、故障箇所の識別が可能であることが分かる。また、ここで用いた各パラメータによれば、異常検出電圧ＶDERRが故障数によって約１Ｖきざみの群をなしている。すなわち、各パラメータを所定の値とすることにより、故障数ごとに所定の電圧レベルからなるグループに分類することができる。したがって、図４に示すように、異常検出電圧ＶDERRに適当なしきい値を設けることにより、故障数を知ることができる。ここで、故障数とはマルチドロップ配線システムに接続された信号発信器で所定の出力電流を出力していない、すなわち故障あるいは配線が断線している信号発信器の数を示す。
【００３５】
［実装例］
次に、このマルチドロップ配線システムの実装例について説明する。図５は、このマルチドロップ配線システムの実装例を示すブロック配線図である。この場合、各信号発信器（ＤＥＶ１〜ＤＥＶ５）１１〜１５が異常検出用抵抗（Ｒ２〜Ｒ５）３２〜３５を内蔵したジャンクションボックス（接続箱）８に接続され、監視装置６がジャンクションボックス８の終端部に接続されている。
【００３６】
ジャンクションボックス８は、各信号発信器１１〜１５を接続する複数の接続端子８１，８２を有する。各信号発信器１１〜１５を第１導電線２に接続する接続端子８１は内部で互いに接続されるとともに、直流電源１の＋出力と監視装置６に接続されている。各信号発信器１１〜１５を第２導電線４に接続する接続端子８２はそれぞれ抵抗値の異なる異常検出用抵抗３２〜３５で接続されている。また、異常検出用抵抗（Ｒ２）３２が接続された端部の接続端子８２は通信用抵抗（Ｒ１）３を介して直流電源１の−出力と接続され、異常検出用抵抗（Ｒ５）３５が接続された終端部の接続端子８２は監視装置６に接続されている。
【００３７】
この実装例によれば、ジャンクションボックス８の接続端子８１，８２に各信号発信器１１〜１５を接続するだけでよいため、異常検出用抵抗３２〜３５を意識せずに取付けができ、従来と比べて取付け作業に余分な時間がかかることもない。また、ジャンクションボックス８を用いるときの応用例として、ジャンクションボックス８と監視装置６を１つの筐体に一体化した構成や、ジャンクションボックス８に直流電源１の−出力と直接接続する接続端子を設け監視装置６に−出力を供給する構成などが考えられる。監視装置６に−出力を供給するようにした場合、直流電源１を監視装置６の電源として用いることができる。
【００３８】
この実施の形態によれば、複数の信号発信器が接続されたマルチドロップ配線において、障害が発生したときに監視装置６が故障箇所を表示するので、誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる。また、デジタル計装の中に一部アナログ的な部分を残しておくことになるので、アナログ計装からデジタル計装への移行が現場作業者にスムーズに受け入れられる効果が得られる。
【００３９】
この実施の形態では、制御ループの終端に監視装置６を接続して故障箇所を検知するようにしたが、監視装置６の機能を制御ループの終端に接続する信号発信器に内蔵させるようにしてもよい。この場合、信号発信器に監視装置と同等の異常検知機能を設けることにより、別に監視装置を設ける必要がなくなるので、省スペース化や接続工数の削減が図れる。
【００４０】
また、この実施の形態では監視装置６が測定した終端間電圧と正常時の終端間電圧の差分に基づいて故障箇所を特定する例を説明したが、式（１）の説明で記したように、あらかじめ直流電源１の出力電圧が決められており、この出力電圧が安定化されている場合は、測定した終端間電圧のみに基づいて故障箇所を特定することも可能である。この場合、図２で示した監視装置６の機能構成から演算処理部６２を除き、電圧測定部６１の出力を検索処理部６４に入力するように変更するとともに、図３で示した故障箇所ＤＢ６３の異常検出電圧を式（１）で計算した終端間電圧とすればよい。これによっても、使用できる条件が限定されるが誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマルチドロップ配線故障検知方法およびマルチドロップ配線システムによれば、複数の信号発信器が接続されたマルチドロップ配線において、障害が発生したときに誰でも簡単に障害発生箇所を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るマルチドロップ配線システムの構成を示すブロック配線図である。
【図２】 図１の監視装置の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図３】 図２の故障箇所ＤＢの構成を示す説明図である。
【図４】 故障ラインごとの異常検出電圧としきい値を示すグラフである。
【図５】 実施の形態に係るマルチドロップ配線システムの実装例を示すブロック配線図である。
【図６】 従来のマルチドロップ配線の構成を示すブロック配線図である。
【符号の説明】
１…直流電源、２…第１導電線、３…通信用抵抗(R1)、４…第２導電線、５…ハンドヘルドコミュニケータ(HC)、６…監視装置(MON)、７…表示画面、８…ジャンクションボックス、１１〜１５…信号発信器(DEV1〜DEV5)、３２〜３５…異常検出用抵抗(R2〜R5)、６１…電圧測定部、６２…演算処理部、６３…故障箇所データベース(DB)、６４…検索処理部、６５…表示部、８１，８２…接続端子。
Claims (4)
- ２つの出力端子を有しこれらの出力端子間に所定の直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源の一方の出力端子に接続された第１の導電線と、前記直流電源の他方の出力端子に所定の抵抗を介して接続された第２の導電線と、これらの導電線に並列接続され、前記直流電源により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線を信号伝送路として用いる複数の信号発信器とからなるマルチドロップ配線システムにおけるマルチドロップ配線故障検知方法であって、
前記第２の導電線と前記信号発信器の接続点を前記信号発信器ごとに設け、これらの接続点間をそれぞれ抵抗値の異なる抵抗で接続するように構成し、
前記第１の導電線の終端と前記第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定し、測定した前記直流電圧をキーにして前記終端間の直流電圧と前記マルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースを検索し、測定した前記直流電圧に対応した故障箇所を求める
ことを特徴とするマルチドロップ配線故障検知方法。 - ２つの出力端子を有しこれらの出力端子間に所定の直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源の一方の出力端子に接続された第１の導電線と、前記直流電源の他方の出力端子に所定の抵抗を介して接続された第２の導電線と、これらの導電線に並列接続され、前記直流電源により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線を信号伝送路として用いる複数の信号発信器とからなるマルチドロップ配線システムにおけるマルチドロップ配線故障検知方法であって、
前記第２の導電線と前記信号発信器の接続点を前記信号発信器ごとに設け、これらの接続点間をそれぞれ抵抗値の異なる抵抗で接続するように構成し、
前記第１の導電線の終端と前記第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定した後、さらにこの直流電圧と正常時の前記終端間の直流電圧との差分を算出し、
算出した前記差分をキーにして前記信号発信器に係る異常発生時の前記終端間の直流電圧と正常時の前記終端間の直流電圧との差分データと前記マルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースを検索し、算出した前記差分に対応した故障箇所を求める
ことを特徴とするマルチドロップ配線故障検知方法。 - ２つの出力端子を有しこれらの出力端子間に所定の直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源の一方の出力端子に接続された第１の導電線と、前記直流電源の他方の出力端子に所定の抵抗を介して接続された第２の導電線と、これらの導電線に並列接続され、前記直流電源により駆動されるとともに一定値の直流電流を出力し、この直流電流に所定の交流信号を重畳させ、これらの導電線を信号伝送路として用いる複数の信号発信器とからなるマルチドロップ配線システムにおいて、
前記信号発信器ごとに設けられた前記第２の導電線と前記信号発信器との接続点の間を接続するそれぞれ抵抗値の異なる抵抗と、
前記第１の導電線の終端と前記第２の導電線の終端との間で直流電圧を測定する電圧測定手段と、
前記終端間の直流電圧と前記マルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すデータベースと、
前記電圧測定手段が測定した直流電圧をキーにして前記データベースを検索し、前記故障箇所を読み出す検索手段と、
この検索手段が読み出した前記故障箇所を表示する表示手段と
を有することを特徴とするマルチドロップ配線システム。 - 請求項３記載のマルチドロップ配線システムにおいて、
前記電圧測定手段が測定した直流電圧とあらかじめ測定しておいた正常時の前記終端間の直流電圧との差分を算出する演算手段をさらに有し、
前記データベースは、
前記終端間の直流電圧に代えて前記信号発信器に係る異常発生時の前記終端間の直流電圧と正常時の前記終端間の直流電圧との差分データが前記マルチドロップ配線システムにおける故障箇所との対応関係を示すように構成され、
前記検索手段は、
前記電圧測定手段が測定した直流電圧に代えて前記演算手段が算出した前記差分をキーにして前記データベースを検索し前記故障箇所を読み出す
ことを特徴とするマルチドロップ配線システム。
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