JP5072813B2 - 出力ターミナル及び制御・監視信号伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、制御部から離れた位置にある機器の制御を行うための制御・監視信号伝送システムに関する。

ホストコンピュータやＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）などの中央制御システムから離れた位置にある被制御機器であるランプや電磁弁などを制御・監視する制御・監視信号伝送システムは、自動制御の技術分野において広く用いられている。そして、この制御・監視信号伝送システムにおいて、配線数を減らすための技術として、通信制御信号を並列信号から直列信号に変換し結合することによって、最小１端子から３２端子の適正なユニットを選択して用いる、所謂省配線技術が知られている。この省配線技術では、並列信号と直列信号の変換を行う省配線ユニットが通信制御を行い、また離れた位置にある多数のセンサ部（スイッチやフォトトランジスタなどのオン、オフの状態）からの監視信号を伝送する。

また、このような省配線技術を、更に簡素なものとするための技術も提案されており、そのような技術として、例えば、特開２００５−０８０２５６号公報に開示されている制御・監視信号伝送システムがある。この制御・監視信号伝送システムは、複数の被制御装置に対応して設けられ、共通のデータ信号線及び対応する被制御装置に接続される複数の子局と、共通のデータ信号線に接続され、所定の被制御装置から伝送された監視信号を予め対応させられた被制御装置への制御信号として伝送する仲介局とを備えるものである。そして、親局に代えて、制御部を介することなく仲介局が入力部の信号を出力部に伝えることによって、制御部が無い簡単な通信制御を可能としている。
特開２００５−０８０２５６公報

しかしながら、上記仲介局を利用した制御・監視信号伝送システムでは、従来の親局を利用した場合と比較すれば、より簡単な通信制御が可能となるものの、応答性やメンテナンスの観点から、更なる簡素化が求められる場合があった。

そこで、本発明は、制御部から離れた位置にある機器の制御を簡単に行うことができる出力ターミナル及び制御・監視信号伝送システムを提供することを目的とする。

本発明に係る出力ターミナルは、被制御装置の被制御部および前記被制御部を監視するセンサ部に接続された制御監視ターミナルの複数が共通のデータ信号線を介して連結され、前記被制御部に対する制御信号と、前記センサ部からの監視信号が、制御監視信号として前記共通のデータ信号線に伝送される制御・監視信号伝送システムにおいて用いられるものである。所定の前記制御監視ターミナルと対応付けられ、前記制御監視信号において前記所定の制御監視ターミナルに割り付けられたアドレスと一致する自局アドレス設定を行うアドレス設定手段を有し、前記共通データ信号線に接続される。そして、前記制御監視信号から抽出されたクロックの数をカウントし、前記アドレス設定手段に保持されたアドレスと一致するアドレスが抽出されたときに保持されている、自局が備える監視信号抽出手段及び監視データ信号抽出手段によって前記制御監視信号から自局で抽出した前記所定の制御監視ターミナルの前記センサ部からの前記監視信号の監視データを、自局の前記被制御部に対する制御データに即時変換する。

なお、監視信号とは、制御監視ターミナルからデータ信号線に伝送される信号、制御信号とは、データ信号線から制御監視ターミナルに取り込まれる伝送信号、制御監視信号とは制御信号と監視信号とが一連となった直列の伝送信号である。

前記自局の被制御部に対する前記制御データは、前記所定の制御監視ターミナルの前記センサ部からの監視信号から得られる監視データに論理判断が加えられて出力されてもよい。

前記論理判断に、親局の制御判断を加えてもよい。
なお、親局とは、従来の制御・監視信号伝送システムにおいて使用されているものである。すなわち、子局から入力された監視信号を取り込み、論理判断などの演算処理により得た制御情報を制御信号として出力する装置である。演算処理は、親局に接続されたホストコンピュータやＰＬＣで行われる場合もある。

本発明に係る制御・監視信号伝送システムでは、被制御装置の被制御部および前記被制御部を監視するセンサ部に接続された制御監視ターミナルの複数が共通のデータ信号線で接続される。また、前記被制御部に対する制御信号と、前記センサ部からの監視信号が、制御監視信号として前記共通のデータ信号線に伝送される。そして、前記共通データ信号線に接続された出力ターミナルが、所定の前記制御監視ターミナルと対応付けられ、前記制御監視信号において前記所定の制御監視ターミナルに割り付けられたアドレスと一致する自局アドレス設定を行うアドレス設定手段を有し、前記制御監視信号から抽出されたクロックの数をカウントし、前記アドレス設定手段に保持されたアドレスと一致するアドレスが抽出されたときに保持されている、自局が備える監視信号抽出手段及び監視データ信号抽出手段によって前記制御監視信号から自局で抽出した前記所定の制御監視ターミナルの前記センサ部からの前記監視信号の監視データを、自局の前記被制御部に対する制御データに即時変換する。

本発明に係る出力ターミナルによれば、共通のデータ信号線に伝送される制御監視信号における所定アドレス（出力ターミナルが対応付けされた所定の制御監視ターミナルに割り付けられたアドレス）の監視信号を、自局の被制御部に対する制御データに即時変換するため、親局や仲介局に拠ること無く、被制御部の制御を行うことができる。従って、親局や仲介局を利用した従来の制御・監視システムよりも簡単に、制御部から離れた位置にある機器の制御を行うことができ、しかも、制御監視ターミナルからデータ信号線へ入力された監視信号に対し速い応答が可能となる。更に、親局や仲介局が関与していない分、メンテナンスも容易となる。

自局の被制御部に対する制御信号を、所定アドレスの監視信号から得られる監視データに論理判断機能を加えて出力するものとすれば、被制御部に対し可能となる制御の幅が広がり、適応範囲を広げることができる。更に、その論理判断に、親局の制御判断を加えると、被制御部に対する一部或いは全ての制御が可能となる。例えば、複数の被制御部の一斉起動や一斉停止をすることができる。

本発明に係る制御・監視信号伝送システムは、上記本発明の出力ターミナルを含むものであるため、仲介局に拠ること無く、被制御部の制御を行うことができる。従って、仲介局を利用した従来の制御・監視システムよりも簡単に、制御部から離れた位置にある機器の制御を行うことができる。

以下に、本発明の実施形態における実施例を図によって説明する。図１は本発明の実施例である制御・監視信号伝送システムの全体の基本構成図、図２は出力ターミナルの機能ブロック図、図３は制御監視信号のデータ部分を示すタイムチャート、図４は制御監視信号のタイムチャートである。

図１に示すように、この制御・監視信号伝送システムは、被制御装置３０の被制御部３１と、被制御部３１を監視するセンサ部３２に接続された制御監視ターミナル２０の複数が、共通のデータ信号線４０を介して連結されている。そして、被制御部３１に対する制御データと、センサ部３２からの監視データが、直列のパルス状電圧信号である制御監視信号として共通のデータ信号線４０に伝送されている。

なお、被制御部３１は、被制御装置３０を構成する種々の部品、例えば、ソレノイドや、リレー、電磁弁、ランプ等からなる。また、センサ部３２は、対応する被制御部３１に応じて選択され、例えば、フォトトランジスタ、押釦スイッチ等からなり、オン、オフの状態（２値信号）を入力する。ただし、センサ部３２から入力される信号に限定はなく、２値以上の信号が入力されるものであってもよい。

データ信号線４０には、更に、出力ターミナル１が接続されている。出力ターミナル１は、ラインレシーバ２、データパルス信号抽出手段３、アドレス設定手段４、アドレス抽出手段５、監視信号抽出手段６、監視データ抽出手段７及びダイレクト出力データ部８で構成されている。

ラインレシーバ２は、データ信号線４０を構成するＤＰ信号線４１及びＤＮ信号線４２の間の電位差を検出し、これを所定の電圧信号としてデータパルス信号抽出手段３と監視信号抽出手段６に出力する。データパルス信号抽出手段３は、制御監視信号（直列のパルス状電圧信号）からクロックＣＫを抽出してアドレス抽出手段５に出力する。アドレス抽出手段５はクロックＣＫの数をカウントし、アドレス設定手段４に保持されたアドレスと一致するアドレスを抽出し、ダイレクト出力データ部８に出力する。一方、監視信号抽出手段６は、ラインレシーバ２から入力された電圧信号から監視信号を抽出し、監視データ信号抽出手段７に出力する。これを受けた監視データ信号抽出手段７では、監視信号から監視データ信号を抽出して、ダイレクト出力データ部８に出力する。なお、クロックＣＫは、図示しない親局や仲介局において、発振器（ＯＳＣ）からの発振出力を分周して所定の周期に形成された信号である。

ダイレクト出力データ部８には、被制御装置３０の被制御部３１が接続されている。そして、アドレス抽出手段５からの入力があった場合、その時点で保持している、監視データ信号抽出手段７から受けた監視データ（１又は複数のデータの値）を、被制御部３１に対する制御データ（並列のデータ）に即時変換し出力する。

アドレス設定手段４は、対応関係にある所定の制御監視ターミナル２０に割り付けられた制御監視信号における所定アドレスと一致するアドレスを保持する。そのため、出力ターミナル１は、対応関係にある所定の制御監視ターミナル２０からの監視信号を抽出し、自局の被制御部３１に対する制御データに即時変換して出力することができる。

なお、制御監視信号には、電源電圧が重量されており、出力ターミナル１には、電源電圧発生手段９が設けられている。電源電圧発生手段９はＤＣ（直流）−ＤＣコンバータであり、出力ターミナル１を構成する回路と被制御部３１を電気的に駆動する一定レベルの電源電圧Ｖｃｃを、ＤＰ信号線４１及びＤＮ信号線４２から発生する。すなわち、ＤＰ信号線４１及びＤＮ信号線４２の電圧を周知の手段により平滑し安定化することにより安定化した出力Ｖｃｃを形成する。なお、ＤＰ信号線４１及びＤＮ信号線４２上のパルス幅変調されたクロックの周期は、出力Ｖｃｃが十分な電圧を維持できるようにされる。

ＤＰ信号線４１及びＤＮ信号線４２に伝送される制御監視信号は、既述のように、シリアル（直列）信号である。そして、複数の制御監視ターミナル２０に制御信号を分配する手段として、アドレスカウント方式が用いられている。即ち、制御監視ターミナル２０に送信（分配）すべき制御データ信号のデータの総数は、予め知ることができることから、全制御監視信号のデータの各々に、１個のアドレスが割り当てられる。ただし、アドレスの数に制限はなく、０〜３２、０〜６３、１２７、２５５、などとすればよい。アドレスを０〜３１番地までとすると、３２ビットの制御信号が出力されることになる。

また、この実施例における直列のパルス状電圧信号では、クロックＣＫの１周期（ｔ０）における低電圧期間のパルス幅と電圧値により制御信号と監視信号のデータ値が表されている。図３に示す制御監視信号においては、制御データの値が「０」となるアドレス０番地及びアドレス１番地では、低電圧となる期間の幅が４分の３周期となるのに対し、制御データの値が「１」となるアドレス２番地及びアドレス３番地では、低電圧となる期間の幅が４分の１周期となる。一方、監視データの値が「０」となるアドレス０番地及びアドレス２番地では、低電圧となる期間の電圧値が最大電圧値Ｖｘの半分（１／２）Ｖｘとなるのに対し、監視データの値が「１」となるアドレス１番地及びアドレス３番地では、低電圧となる期間の電圧値が所定の最低電圧値０＋となる。

なお、制御データの値に対するパルス幅変調は、図示しない親局や仲介局で行われる。例えば、仲介局では、クロックＣＫの各々の１周期におけるｔ０／４（ｔ０の４分の１）を経過したタイミングで、制御データがオフ（データ値が０）であれば、制御信号のパルス幅を長くし、結果としてパルス幅を３ｔ０／４（ｔ０の４分の３）とする。一方、当該タイミングで、監視データがオン（データ値が１）であれば、制御信号のパルス幅を短くし、結果として、パルス幅をｔ０／４とする。

また、図４に示すように、期間Ｔｓｔ＝５ｔ０のスタート信号ＳＴの終了後にクロックＣＫに同期して制御監視信号の伝送がデータ号信線４０へ開始され、所定の数（アドレスの数）のクロックＣＫだけ伝送される。なお、クロック４ＣＫは、前記発振器の発振出力を分周することにより形成され、クロックＣＫの周波数ｔ０に対しその周波数が４倍（４ｔ０）となるものである。このクロック４ＣＫを利用することにより、上記制御信号のパルス幅を変調する際のタイミングｔ０／４を得ることができる。

ただし、制御監視信号におけるデータ表示形式に制限はなく、例えば、制御信号のデータ値はこの実施例と同様にパルス幅で表し、監視信号のデータ値を電流の有無で表してもよい。

出力ターミナル１は、所定アドレスの監視データに論理判断を加えた制御データを、被制御部３１に出力するものとしてもよい。図５は、論理判断機能を加えた出力ターミナルの機能ブロック図、図６は論理判断機能の模式図である。なお、図５において、図２の機能ブロック図と実質的に同一な部分は同符号とし、その説明を簡略化或いは省略するものとする。

図５に示す出力ターミナル１０は、図２に示す出力ターミナル１の構成に、制御信号抽出手段１１、制御データ信号抽出手段１２、出力データ部１３及び論理条件手段１４を加えた構成となっている。また、被制御装置３０の被制御部３１は、論理条件手段１４に接続されている。

制御信号抽出手段１１は、ラインレシーバ２から入力された電圧信号から制御信号を抽出し、制御データ信号抽出手段１２に出力する。これを受けた制御データ信号抽出手段１２では、制御信号から制御データ信号を抽出して、出力データ部１３に出力する。出力データ部１３は、アドレス抽出手段５からの入力があった場合、その時点で保持している、制御データ信号抽出手段１２から受けた制御データ（１又は複数のデータの値）を、論理条件手段１４に出力する。なお、この出力ターミナル１０においては、ダイレクト出力データ部８も、出力データ部１３と同様に、アドレス抽出手段５からの入力があった場合、その時点で保持している、監視データ信号抽出手段７から受けた監視データ（１又は複数のデータの値）を、論理条件手段１４に出力する。

論理条件手段１４は、出力データ部１３から入力された制御データを利用し、ダイレクト出力データ部８から入力された監視データに論理判断を加え、被制御部３１に対する制御データ（並列のデータ）に即時変換し出力する。

論理条件手段１４において加えられる論理判断は、使用条件等を考慮し適宜決めることができる。親局における制御判断を加えた場合を例として、図６を参照しながら説明する。図６は、制御データとして４ビットのデータ「００１１」が、図示しない親局から出力され、対応関係にある所定の制御監視ターミナル２０に接続されたセンサ部３２から、監視データとして４ビットのデータ「０１０１」が入力された場合が示されている。この場合、論理判断がＡＮＤであれば、被制御部３１に対する制御信号のデータ値は「０００１」と、また、論理判断がＯＲであれば、被制御部３１に対する制御信号のデータ値は「０１１１」となる。

本発明の実施例である制御・監視信号伝送システムの全体の基本構成図である。 出力ターミナルの機能ブロック図である。 制御監視信号のデータ部分を示すタイムチャートである。 制御監視信号のタイムチャートである。 論理判断機能を加えた出力ターミナルの機能ブロック図である。 論理判断機能の模式図である。

符号の説明

１、１０ 出力ターミナル
２ ラインレシーバ
３ データパルス信号抽出手段
４ アドレス設定手段
５ アドレス抽出手段
６ 監視信号抽出手段
７ 監視データ信号抽出手段
８ ダイレクト出力データ部
９ 電源電圧発生手段
１１ 制御信号抽出手段
１２ 制御データ抽出手段
１３ 出力データ部
１４ 論理条件手段
２０ 制御監視ターミナル
３０ 被制御装置
３１ 被制御部
３２ センサ部
４０ データ信号線
４１ ＤＰ信号線
４２ ＤＮ信号線

Claims (4)

1. 被制御装置の被制御部及び前記被制御部を監視するセンサ部に接続された制御監視ターミナルの複数が共通のデータ信号線を介して連結され、前記被制御部に対する制御信号と、前記センサ部からの監視信号が、制御監視信号として前記共通のデータ信号線に伝送される制御・監視信号伝送システムにおいて、
   所定の前記制御監視ターミナルと対応付けられ、前記制御監視信号において前記所定の制御監視ターミナルに割り付けられたアドレスと一致する自局アドレス設定を行うアドレス設定手段を有し、前記共通データ信号線に接続され、
   前記制御監視信号から抽出されたクロックの数をカウントし、前記アドレス設定手段に保持されたアドレスと一致するアドレスが抽出されたときに保持されている、自局が備える監視信号抽出手段及び監視データ信号抽出手段によって前記制御監視信号から自局で抽出した前記所定の制御監視ターミナルの前記センサ部からの前記監視信号の監視データを、自局の前記被制御部に対する制御データに即時変換することを特徴とする出力ターミナル。
2. 前記自局の被制御部に対する前記制御データは、前記所定の制御監視ターミナルの前記センサ部からの監視信号から得られる監視データに論理判断が加えられて出力される請求項１に記載の出力ターミナル。
3. 前記論理判断に、親局の制御判断を加える請求項２に記載の出力ターミナル。
4. 被制御装置の被制御部及び前記被制御部を監視するセンサ部に接続された制御監視ターミナルの複数が共通のデータ信号線を介して連結され、
   前記被制御部に対する制御信号と、前記センサ部からの監視信号が、制御監視信号として前記共通のデータ信号線に伝送され、
   前記共通データ信号線に接続された出力ターミナルが、所定の前記制御監視ターミナルと対応付けられ、前記制御監視信号において前記所定の制御監視ターミナルに割り付けられたアドレスと一致する自局アドレス設定を行うアドレス設定手段を有し、
   前記制御監視信号から抽出されたクロックの数をカウントし、前記アドレス設定手段に保持されたアドレスと一致するアドレスが抽出されたときに保持されている、自局が備える監視信号抽出手段及び監視データ信号抽出手段によって前記制御監視信号から自局で抽出した前記所定の制御監視ターミナルの前記センサ部からの前記監視信号の監視データを、自局の前記被制御部に対する制御データに即時変換することを特徴とする制御・監視信号伝送システム。

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