JP4350458B2 - 信号入力機器 - Google Patents

Description

本発明は、センサーや接点などの各種機器から出力される信号を入力する信号入力機器に関する。

ＤＤＣ（Direct Digital Control）やシーケンサ等においては、温度、圧力、流量などの各種センサーから出力されるアナログ信号や各種接点のオン／オフを示す接点信号など、信号形態の異なる種々の信号が取り込まれる。
例えば、特許文献１には、センサーから入力されるアナログ信号が電圧入力であるか電流入力であるかを判別し、電圧入力回路又は電流入力回路に切り替えて入力することにより、センサーなどの外部機器から電圧入力と電流入力のいずれが入力されても正しい回路接続が可能な信号入力機器が提案されている。

図３は、この提案されている信号入力機器の構成を示すブロック図である。
この図において、３１は信号入力機器、３２は信号入力機器３１にアナログ信号を出力するセンサー、３３ａ，３３ｂはセンサー３２が接続される入力端子、３４は入力端子３３ａを電流入力回路３５又は電圧入力回路３６に選択的に接続する第１の切替スイッチ、３５はセンサー３２からの電流入力により抵抗器３７の両端に発生する電圧を増幅器３８で増幅して出力する電流入力回路、３６はセンサー３２からの電圧入力を増幅器３９で増幅して出力する電圧入力回路、４０は前記電流入力回路３５又は前記電圧入力回路３６の出力を選択してアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）４１に供給する第２の切替スイッチ、４２は前記Ａ／Ｄ変換器４１の出力に基づいて前記入力端子３３ａ，３３ｂから入力されたアナログ信号が電圧入力であるか電流入力であるかを判定するとともに、前記第１の切替スイッチ３４及び第２の切替スイッチ４０の切替制御を行う制御部である。
ここで、前記センサー３２からのアナログ信号は電圧入力又は電流入力のいずれかである。前記制御部４２は、前記第１及び第２の切替スイッチ３４，４０を制御して、前記入力端子３３ａ，３３ｂに入力されたアナログ信号を前記電流入力回路３５又は前記電圧入力回路３６に切り替えて入力し、その出力をＡ／Ｄ変換器４１に供給し、Ａ／Ｄ変換された出力に基づいて、入力端子３３ａ，３３ｂに接続されたアナログ信号が電流入力であるのか電圧入力であるのかを判定し、その判定結果に従って、入力信号を電流入力回路３５又は電圧入力回路３６に接続するように制御している。

また、接点信号を入力するために接点信号用の入力回路が用いられている。図４は、接点の信号が入力される従来の信号入力機器の構成を示す図である。
この図において５１は信号入力機器、５２は信号入力機器５１に接続される接点、５３ａ，５３ｂは接点５２が接続される入力端子、５４は接点信号入力回路、５８は接点信号入力回路５４の出力が供給される入力ポートである。ここで、前記接点信号入力回路５４において、５５は絶縁素子（フォトカプラ）、５６及び５７は抵抗器である。
このような構成において、前記接点入力端子５３ａ及び５３ｂに接続される接点５２のオン／オフに応じて、前記絶縁素子５５内の発光ダイオードの発光が制御され、それに応じて、フォトトランジスタの導通が制御される。これにより、接点５２がオンのときには入力ポート５８に電源電位が供給され、オフのときには接地電位が供給されることとなる。
特開２００２−３３３９０６号公報

上述のように、従来の技術ではアナログ信号と接点信号は別々の専用入力機器で処理していたため、入力信号の種類ごとに信号入力機器を用意することが必要となり、これら入力機器を取り付ける装置が大きくなるという問題点があった。
また、信号を入力する外部機器と信号入力機器とを接続するときに、入力信号の接続を間違えないように注意して配線しなければならないという不都合があった。
そこで、本発明は、信号入力機器を取り付ける装置の小型化と、入力信号の接続を間違えることなく行うことができる信号入力機器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の信号入力機器は、所定範囲の電流信号を出力するセンサー、測温抵抗体又は接点のうちのいずれかである外部機器が接続される入力端子と、前記電流信号を入力とする電流信号入力回路と、測温抵抗体を入力とする測温抵抗体入力回路と、接点信号を入力とする接点信号入力回路と、前記入力端子を前記電流信号入力回路、前記測温抵抗体入力回路又は前記接点信号入力回路に選択的に接続する第１の切替回路と、前記電流信号入力回路、前記測温抵抗体入力回路又は前記接点信号入力回路の出力を選択的にアナログデジタル変換器に供給する第２の切替回路と、前記第１の切替回路及び前記第２の切替回路の接続状態に応じた前記アナログデジタル変換器の出力に基づいて前記入力端子に接続されている外部機器の種別を判定し、その外部機器の種別に対応する前記電流信号入力回路、前記測温抵抗体入力回路又は前記接点信号入力回路を用いるように前記第１の切替回路及び前記第２の切替回路を制御する制御部とを備えたものである。
また、前記制御部は、前記判定した外部機器の種別を記憶する記憶部を備え、電源投入時に、該記憶部の記憶内容に基づいて前記第１の切替回路及び前記第２の切替回路を制御するようにしたものである。
さらに、複数の外部機器を接続することができるように、複数の前記入力端子が備えられているものである。

上記構成をとることにより、外部からの入力信号が測温抵抗体入力信号、所定の範囲内の電流信号又は接点信号のいずれかであるのかを判定して、その入力信号に適した入力回路に自動的に接続することができる信号入力機器を提供することができる。
また、入力信号の種類ごとに異なる入力機器を必要としないため、信号入力機器を組み込む装置をコンパクトかつ安価なものとすることができる。
さらに、入力信号の種類を気にせずに配線できるため、配線の間違いが少なく、配線チェックも容易であることから、配線接続の作業性を向上させることができる。
さらにまた、信号入力機器に複数の入力端子を設けた場合には、ポイント当たりの単価を安価にすることができるとともに、ポイント当たりの変換器の容積をコンパクトにすることができる。

図１は、本発明の信号入力機器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
この図において、１は信号入力機器、２は信号入力機器１に接続される外部機器であり、ここでは、接点３、温度センサーである測温抵抗体４及び４〜２０ｍＡの電流信号を出力する各種センサー（圧力、流量、温度等のセンサー）５の３種類の機器のいずれかであるものとする。
また、６ａ，６ｂは前記外部機器２が接続される入力端子であり、端子６ａは第１の切替スイッチ（切替回路）に接続され、端子６ｂは接地されている。
図示するように、第１の切替スイッチ７は３つの接点ａ，ｂ，ｃを有しており、接点ａは電流信号入力回路８、接点ｂは測温抵抗体入力回路９、接点ｃは接点信号入力回路１０にそれぞれ接続されている。

電流信号入力回路８は、非反転入力と反転入力との間に抵抗器１１が接続された増幅器（演算増幅器）１２を有しており、センサー５から出力される４〜２０ｍＡの電流信号により抵抗器１１の両端に発生した電位差を増幅器１２で増幅して出力するようになされている。
測温抵抗体入力回路９は、外部に接続された測温抵抗体４に一定電流を供給する定電流源１３と該電流により測温抵抗体４の両端に発生した電位差を増幅して出力する増幅器（演算増幅器）１４を有している。
接点信号入力回路１０は、フォトカプラなどの絶縁素子１５と抵抗器１６及び１７を有しており、外部に接続された接点３がオフのときは、絶縁素子１５内の発光ダイオードに電流が流れないためフォトトランジスタは非導通となって出力は接地電位となり、接点３がオンのときは、発光ダイオードに電流が流れてフォトトランジスタが導通し、出力が電源電位となるものである。

前記電流信号入力回路８、前記測温抵抗体入力回路９及び前記接点信号入力回路１０の出力は、それぞれ第２の切替スイッチ（第２の切替回路）１８の接点ａ、接点ｂ及び接点ｃに接続されており、該第２の切替スイッチの出力はアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１９の入力に接続されている。
また、２０は、前記第１の切替スイッチ７と前記第２の切替スイッチ１８を切替制御するとともに、前記Ａ／Ｄ変換器１９の出力に基づいて前記入力端子６ａ，６ｂに接続された外部機器２の種別を判定する制御部、２１は該制御部２０による判定結果を記憶する記憶部である。
ここで、前記第１の切替スイッチ７の各接点と前記第２の切替スイッチ１８の各接点は、前記制御部２０により連動して切替制御されるようになされている。第１の切替スイッチ７の接点ａと第２の切替スイッチの接点ａをともにオンにしたときは、外部機器２は電流信号入力回路８に接続され、その出力はＡ／Ｄ変換器１９に出力されるので、接点ａを電流入力用の接点ということができる。同様に、接点ｂを測温抵抗体入力用の接点、接点ｃを接点信号入力用の接点ということができる。

図２は、このように構成された信号入力機器１の動作について、制御部２０の処理の流れを示す図２のフローチャートを参照して説明する。なお、外部機器２が電源が供給されるものであるときには、外部機器２に電源を供給した後に信号入力機器１に電源を投入するものとする。
電源が投入されると、まず、前記記憶部２１に前記入力端子６ａ，６ｂに接続されている外部機器２の種類に関する情報が記憶されているか否かを判定する（ステップＳ１）。
記憶部２１に情報が記憶されていないときは、第１の切替スイッチ７と第２の切替スイッチ１８の電流信号入力用の接点ａをオン、測温抵抗体入力用の接点ｂをオフ、接点信号入力用の接点ｃをオフに切り替える（ステップＳ２）。
これにより、外部機器２は電流信号入力回路８の入力に接続される。外部機器２からの電流信号が抵抗器１１に流れたとき、抵抗器１１の両端に現れる電位差は増幅器１２で増幅され、第２の切替スイッチ１８の接点ａを通ってＡ／Ｄ変換器１９に入力されることとなる。Ａ／Ｄ変換器１９の出力は制御部２０により読み取られる。

次に、ステップＳ３に進み、読み取ったＡ／Ｄ変換器１９の出力が所定の範囲内、すなわち、センサーから出力される４〜２０ｍＡの範囲の電流に対応する値であるか否かが判定される。その結果、所定の範囲内の値であるときは、外部機器２が４〜２０ｍＡの電流信号を出力するセンサー５であると判定し、そのことを示す情報を制御部２０の記憶部２１に記憶する（ステップＳ４）。

一方、Ａ／Ｄ変換器１９の出力が所定の値（例えば４ｍＡに対応する値）よりも低い値であるときは、制御部２０は、第１の切替スイッチ７と第２の切替スイッチ１８の電流入力用の接点ａをオフ、測温抵抗体入力用の接点ｂをオン、接点信号入力用の接点ｃをオフに切り替える（ステップＳ５）。
これにより、外部機器２は測温抵抗体入力回路９に接続される。測温抵抗体入力回路９の定電流源１３からの電流が測温抵抗体４に流れたときに測温抵抗体４の両端に現れる電位差が増幅器１４で増幅され、第２の切替スイッチ１８の接点ｂを通ってＡ／Ｄ変換器１９に入力されることとなる。Ａ／Ｄ変換器１９の出力は制御部２０により読み取られる。

ステップＳ６に進み、制御部２０が読み取ったＡ／Ｄ変換器１９の出力が所定の範囲内の値、すなわち、測温抵抗体４により測定される温度範囲に対応する値であるか否かが判定される。
その結果、Ａ／Ｄ変換器１９の出力が所定の範囲内（温度範囲に対応する電圧範囲内）にあるときは、外部機器２からの入力信号が測温抵抗体からの入力信号であり、入力端子６ａ，６ｂに測温抵抗体４が接続されているものと判断し、そのことを示す情報を制御部２０の記憶部２１に記憶する（ステップＳ７）。

一方、Ａ／Ｄ変換器１９の出力が所定の範囲外の値であるときは、制御部２０は、第１の切替スイッチ７と第２の切替スイッチ１８の電流入力用接点ａをオフ、測温抵抗体入力用の接点ｂをオフ、接点信号入力用の接点ｃをオンに切り替える（ステップＳ８）。
これにより、外部機器２は接点信号入力回路１０に接続される。一般に、接点３としてはリレー出力が多く用いられており、その電源が起動されるとフェールセーフの考えにより、リレーをオンとするのが一般的である。したがって、外部機器２に電源が供給されているときは、接点３はオン状態となっているものとして扱うことができる。
接点３のオン／オフの状態は接点信号入力回路１０の絶縁素子１５の２次側に伝達され、接点信号入力回路１０の出力は、接点３がオンのときは電源電位、オフのときは接地電位となる。この出力は、第２の切替スイッチ１８の接点ｃを通ってＡ／Ｄ変換器１９に入力され、Ａ／Ｄ変換器１９の出力は制御部２０により読み取られる。

ステップＳ９において、制御部２０が読み取ったＡ／Ｄ変換器１９の出力が所定の値、すなわち、接点がオンであるときに対応する電源電位に対応する値であるか否かが判定される。
その結果、Ａ／Ｄ変換器１９の出力が電源電位に対応する値であるときは、外部機器２が接点３であると判断し、そのことを示す情報を制御部２０の記憶部２１に記憶する（ステップＳ１０）。
一方、Ａ／Ｄ変換器１９の出力が所定の値（電源電位に対応する値）以外の値であるときは、制御部２０は外部機器２からの入力信号は無し、すなわち、外部機器２は未接続であると判断し、制御部２０の記憶部２１に未接続であることを示す情報を記憶する（ステップＳ１１）。

さて、前記電源投入時に実行される前記ステップＳ１において、記憶部２１に入力端子６ａ，６ｂに接続されている外部機器２の種類に関する情報が記憶されている場合には、ステップＳ１２に進み、その記憶内容を読み出す。
そして、記憶部２１に未接続であることが記憶されている場合は、前記ステップＳ２に進み、情報が記憶されていない場合と同様に、電流信号、測温抵抗体入力信号又は接点信号のいずれであるかを判定し、その結果を記憶部２１に格納する処理を行う。
また、記憶部２１に、入力端子６ａ，６ｂに接続されているのは電流信号を出力するセンサー５であることが記憶されている場合には、前記第１の切替スイッチ７と前記第２の切替スイッチ１８の電流信号入力用接点ａのみをオン状態として、外部機器２からの信号を入力するように設定する（ステップＳ１３）。
さらに、接続されているのは測温抵抗体４であることが記憶されている場合には、第１の切替スイッチ７と第２の切替スイッチ１８の測温抵抗体用接点ｂのみをオン状態とし（ステップＳ１４）、接続されているのは接点３であることが記憶されている場合には、接点信号入力用接点ｃのみをオン状態として（ステップＳ１５）、それぞれの信号を入力するように設定する。
このように、記憶部２１に入力端子６ａ，６ｂに接続されている外部機器２の種類を記憶するようにしているために、電源投入時に切替スイッチ７及び１８を適切な状態に設定し、データ収集などの処理を開始することができる。

なお、図２においては、ステップＳ１の後又はステップＳ１２で未接続であることが記憶されている場合にステップＳ２以降の処理が実行されるようになされているが、スイッチ等が操作されたときに実行するようにしてもよいし、あるいは、信号入力機器１が通信機能を備えている場合には、ネットワーク上の例えば操作部を備えた装置からの通信コマンドを契機として実行させるようにしてもよい。
また、前記記憶部２１に記憶された外部機器２の種類に関する情報は、信号入力機器１に設けた表示部に表示するようにしてもよいし、あるいは、ネットワークを通じて参照することができるようにしてもよい。

なお、図１の信号入力機器１においては、１点の外部機器を接続する実施の形態を示したが、これに限られることはなく、複数の外部機器を接続するようにしてもよい。例えば、８チャンネルのＡ／Ｄ変換器を備えて、８点のセンサーや接点信号を接続するようにしてもよい。この場合には、前記制御部２０において、各入力チャンネルにつき順次前述した判断処理を行うようにすればよい。
また、上記においてはセンサー５からの電流信号が４〜２０ｍＡであるものとして説明したが、所定範囲の電流信号を出力するものであれば、他の値の電流を出力するものであっても同様に適用することができる。
さらに、前記切替スイッチ７及び１８としてアナログスイッチを用いるようにしてもよい。

本発明の信号入力機器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の信号入力機器の制御部において実行される処理の流れを示すフローチャートである。 提案されているアナログ信号入力機器の構成を示すブロック図である。 従来の接点信号入力回路の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１：信号入力機器、２：外部機器、３：接点、４：測温抵抗体、５：センサー、６ａ，６ｂ：入力端子、７：第１の切替スイッチ、８：電流信号入力回路、９：測温抵抗体入力回路、１０：接点信号入力回路、１８：第２の切替スイッチ、１９：Ａ／Ｄ変換器、２０：制御部、２１：記憶部、１１，１６，１７：抵抗器、１２，１４：増幅器、１３：定電流源、１５：絶縁素子

Claims (3)

1. 所定範囲の電流信号を出力するセンサー、測温抵抗体又は接点のうちのいずれかである外部機器が接続される入力端子と、
   前記電流信号を入力とする電流信号入力回路と、
   測温抵抗体を入力とする測温抵抗体入力回路と、
   接点信号を入力とする接点信号入力回路と、
   前記入力端子を前記電流信号入力回路、前記測温抵抗体入力回路又は前記接点信号入力回路に選択的に接続する第１の切替回路と、
   前記電流信号入力回路、前記測温抵抗体入力回路又は前記接点信号入力回路の出力を選択的にアナログデジタル変換器に供給する第２の切替回路と、
   前記第１の切替回路及び前記第２の切替回路の接続状態に応じた前記アナログデジタル変換器の出力に基づいて前記入力端子に接続されている外部機器の種別を判定し、その外部機器の種別に対応する前記電流信号入力回路、前記測温抵抗体入力回路又は前記接点信号入力回路を用いるように前記第１の切替回路及び前記第２の切替回路を制御する制御部とを備えたことを特徴とする信号入力機器。
2. 前記制御部は、前記判定した外部機器の種別を記憶する記憶部を備え、電源投入時に、該記憶部の記憶内容に基づいて前記第１の切替回路及び前記第２の切替回路を制御することを特徴とする請求項１記載の信号入力機器。
3. 複数の外部機器を接続することができるように、複数の前記入力端子が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号入力機器。

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