JP4888705B2 - 通信システム - Google Patents

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Description

本発明は、直流電流と交流信号とを重畳した通信を行う通信システムに関する。
プロセスオートメーション用制御機器として、HART通信協会が提唱しているHART機器が各社より各種販売されている。HART機器では、古くからの業界標準であったアナログ4−20mA信号に1.2kHzおよび2.2kHzの周波数信号を重畳した信号により外部と通信を行うことができる。
図3は、伝送器などの外部機器からの直流電流信号を受ける電流入力モジュールの構成を示している。外部機器30からの直流電流信号は、通信バス31を介して電流入力モジュール40に入力され、受信抵抗43により電圧信号V0に変換される。その電圧信号V0をAD変換した値をプロセス値として取り扱う。
一方、電流入力モジュール40には、上記の周波数信号を送受信するHART送受信回路41が設けられ、直流信号を遮断するための結合コンデンサ42を介して通信バス31に接続されている。
特許文献1には、HART機器を分散型制御システムに接続するためのHART機器通信装置が記載されている。
特開2001−318837号公報
しかし、HART送受信回路41や結合コンデンサ42の故障により発生した漏洩電流により、直流電流信号に外乱が与えられた場合、外部機器30の真のプロセス値とは異なる値がプロセス値として認識される。図4は直流電流信号への外乱を例示しており、故障により生じた漏洩電流により直流電流信号がオフセットし、プロセス値が誤認される様子を示している。このような場合には、電流入力モジュール40から誤った入力値(プロセス値)が上位に伝達されてしまう。
本発明の目的は、漏洩電流による外乱を速やかに検出できる通信システムを提供することにある。
本発明の通信システムは、直流電流と交流信号とを重畳し、通信バスを介して通信を行う通信システムにおいて、前記交流信号を、前記通信バスを介して送受信する送受信回路と、前記通信バスと前記送受信回路との間に接続された、直流成分を遮断するためのコンデンサと、前記通信バスと前記送受信回路との間で、前記コンデンサと直列に接続された直流検出抵抗器と、前記直流検出抵抗器の両端間に生ずる直流電圧に基づいて前記直流検出抵抗器に流れる直流電流を漏洩電流として検出する検出手段と、備えることを特徴とする。
この通信システムによれば、送受信回路からの漏洩電流を検出するので、漏洩電流に基づく外乱を速やかに検出することができる。
前記検出手段により前記漏洩電流が検出された場合には、前記送受信回路からの前記交流信号の送信を停止してもよい。
本発明の通信システムによれば、送受信回路からの漏洩電流を検出するので、漏洩電流に基づく外乱を速やかに検出することができる。
以下、図1および図2を参照して、本発明による通信システムの一実施形態について説明する。
図1は、一実施形態の通信システムの構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施形態の通信システムは、通信バス31を介して外部機器30に接続された電流入力モジュール10を備える。
電流入力モジュール10は、1.2kHzおよび2.2kHzの周波数信号を送受信するHART送受信回路11と、HART送受信回路11および通信バス31間で直流成分を遮断する結合コンデンサ12と、直列接続された受信抵抗器13および受信抵抗器14と、受信抵抗器13および受信抵抗器14により発生する電圧信号V1および電圧信号V2に基づく演算を行う信号処理部20と、を備える。
受信抵抗器13、受信抵抗器14および信号処理部20は検出手段として機能する。
信号処理部20では、受信抵抗器13および受信抵抗器14により発生する電圧信号V2または電圧信号V1をAD変換し、プロセス値として出力する。
また、信号処理部20では、電圧信号V1および電圧信号V2に基づく演算を実行し、HART送受信回路11や結合コンデンサ12の故障により発生する漏洩電流を検出する。
漏洩電流は受信抵抗器14のみに流れ、受信抵抗器13には流れないため、受信抵抗器13の抵抗値をR2、受信抵抗器14の抵抗値をR1、外部機器30が出力する電流信号をI、漏洩電流をIaとすると、
電圧信号V1=(I+Ia)×R1
電圧信号V2=(I+Ia)×R1+I×R2
である。
したがって、漏洩電流がない場合には、電圧信号V2/電圧信号V1の値(電圧信号V1と電圧信号V2の比)が、(R1+R2)/R1となる。しかし、漏洩電流がある場合には、電圧信号V1と電圧信号V2の比に誤差が生じ、上記の値からずれる。このため、漏洩電流を速やかに検出することができる。漏洩電流が検出されるとプロセス値の出力を停止することにより、上位側への誤ったプロセス値の出力を回避できる。
図2は、別の構成例を示すブロック図である。
図2の例では、電流入力モジュール10Aは、1.2kHzおよび2.2kHzの周波数信号を送受信するHART送受信回路11と、HART送受信回路11および通信バス31間で直流成分を遮断する結合コンデンサ15と、結合コンデンサ15と直列に接続された検出抵抗器16と、直流電流を電圧に変換する受信抵抗器17と、検出抵抗器16および受信抵抗器17により発生する電圧信号V3および電圧信号V4に基づく演算を行う信号処理部20Aと、を備える。
検出抵抗器16および信号処理部20Aは検出手段として機能する。また、受信抵抗器17は検出手段として機能する。
信号処理部20Aでは、受信抵抗器17により発生する電圧信号V3をAD変換し、プロセス値として出力する。
また、信号処理部20Aでは、検出抵抗器16に発生する電圧信号V3−電圧信号V4をモニタし、漏洩電流を検出する。正常時には電圧信号V3−電圧信号V4がゼロであるため、電圧信号V3−電圧信号V4の値に基づいて漏洩電流の発生を迅速に検出することができる。漏洩電流が検出されるとプロセス値の出力を停止することにより、上位側への誤ったプロセス値の出力を回避できる。
以上説明したように、上記実施形態の通信システムによれば、漏洩電流に基づく電圧変動を検知して漏洩電流を検出しているので、故障検出に関する自己診断機能を向上させることができる。また、誤った情報の出力を防止することができる。
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、直流電流と交流信号とを重畳したバスを介して通信を行う通信システムに対し、広く適用することができる。
一実施形態の通信システムの構成を示すブロック図。 別実施形態の通信システムの構成を示すブロック図。 従来の通信システムの構成を示すブロック図。 直流電流信号への外乱を例示する図。
符号の説明
11 HART送受信回路(送受信回路)
13,14,16 受信抵抗器(受信手段、検出手段)
17 検出抵抗器(検出手段)
20 信号処理部(検出手段)
31 通信バス

Claims (2)

  1. 直流電流と交流信号とを重畳し、通信バスを介して通信を行う通信システムにおいて、
    前記交流信号を、前記通信バスを介して送受信する送受信回路と、
    前記通信バスと前記送受信回路との間に接続された、直流成分を遮断するためのコンデンサと、
    前記通信バスと前記送受信回路との間で、前記コンデンサと直列に接続された直流検出抵抗器と、
    前記直流検出抵抗器の両端間に生ずる直流電圧に基づいて前記直流検出抵抗器に流れる直流電流を漏洩電流として検出する検出手段と、
    備えることを特徴とする通信システム。
  2. 前記検出手段により前記漏洩電流が検出された場合には、前記送受信回路からの前記交流信号の送信を停止することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
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