JP5216511B2 - 流量計測システム - Google Patents

Description

この発明は、多数の容器に飲料または医薬品等の流体を充填する充填機に用いて好適な流量計測システムに関するものである。

従来より、この種の流量計測システムとして、流体が注入される各容器への流体の注入量を電磁流量計を用いて監視するようにしたシステムが用いられている。

このシステムでは、複数の容器に連続的に流体を充填する必要があるので、流体を容器に注入するための各注入管および注入管毎に設けられる各電磁流量計は互いに近接して配置されている。特に、容器が小型の場合は、各注入管の密着度が高くなる。

このシステムにおいて、各電磁流量計は、各注入管内の流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力（信号電極間に生じる起電力）に基づいて、各注入管内を流れる流体の流量を計測する。この場合、各注入管の密着度が高くなると、矩形波励磁の切替時（交番磁界の切替時）に発生する微分ノイズが、励磁コイルからの漏れ磁束として、隣り合う電磁流量計相互で影響を及ぼし合う。

電磁流量計では個別のクロック信号を基に励磁タイミングを決定している。このため、各電磁流量計では、励磁周波数に微小なばらつきが生じてしまう。このような場合、当初各電磁流量計における励磁タイミングが一致していたとしても、時間経過と共に励磁タイミングにずれが生じてくる。そして、信号電極間に生じる起電力のサンプリング期間に隣接する電磁流量計で矩形波励磁の切り替えが行われると、その起電力から得られる流量の計測値に誤差が含まれることになる。すなわち、隣りの電磁流量計からの微分ノイズの影響で交流流速信号にスパイクが発生し、このスパイクがサンプリングされてしまうのである。このため、複数の容器の間で流体の充填量が変化してしまい、充填量に関する再現性が悪化する。

そこで、特許文献１では、各注入管毎に設けられた電磁流量計の何れか１つをマスタ電磁流量計、他の電磁流量計をスレーブ電磁流量計とし、マスタ電磁流量計とスレーブ電磁流量計との間を直列に同期信号線で接続し、マスタ電磁流量計において生成される同期信号をマスタ同期信号として、全てのスレーブ電磁流量計へ送るようにしている。

この特許文献１に示されたシステムにおいて、マスタ電磁流量計は、自己の同期信号生成部で生成される同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計測を行う。スレーブ電磁流量計は、マスタ電磁流量計から直接的あるいは間接的に送られてくる同期信号（マスタ同期信号）に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計測を行う。これにより、全ての電磁流量計で、同じ励磁タイミングで磁界を発生させて、流量計測が行われるものとなる。

特開２００１−３４８０９２号公報

しかしながら、特許文献１に示されたシステムでは、マスタ電磁流量計が故障したり、マスタ電磁流量計とスレーブ電磁流量計との間の同期信号線が断線したり、スレーブ電磁流量計間の同期信号線が断線したり、スレーブ電磁流量計の同期信号の受信回路が故障したり、同期信号線にノイズが重畳するなどの異常通信が発生したような場合、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を受信することができないスレーブ電磁流量計が生じることになる。この場合、マスタ同期信号を受信できなくなったスレーブ電磁流量計では流量計測を行うことができず、このスレーブ電磁流量計が設けられた注入管からの容器への流体の充填作業が中断されてしまい、生産性が低下する。

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、その目的とするところは、通信異常などによってマスタ電磁流量計からの同期信号（マスタ同期信号）が途絶えても、スレーブ電磁流量計において流量計測を続行させることができる流量計測システムを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、所定の周波数の同期信号を生成する同期信号生成手段を備えた複数の電磁流量計を備え、複数の電磁流量計の何れか１つをマスタ電磁流量計、他の電磁流量計をスレーブ電磁流量計とし、マスタ電磁流量計において自己の同期信号生成手段が生成する同期信号をマスタ同期信号としこのマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計測を行うと共に、スレーブ電磁流量計においてマスタ電磁流量計から直接又は間接的に送られてくるマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計側を行う流量計側システムにおいて、スレーブ電磁流量計に、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなった場合、流量計測に使用する同期信号を自己の同期信号生成手段が生成する同期信号に切り替えると共に、その切り替えた同期信号を次段のスレーブ電磁流量計へのマスタ同期信号とする同期信号監視手段を設け、各電磁流量計に、システムへの接続後、上位からの同期信号の有無を一定時間監視し、同期信号が上位から来なければマスタ電磁流量計として機能させるように、同期信号が上位から来ればスレーブ電磁流量計として機能させるように、内部の切替スイッチの接続モードを自動的に選択設定する選択設定手段を設けたものである。

この発明によれば、例えば、複数の電磁流量計を第１，第２および第３の３つの電磁流量計とした場合、この３つの電磁流量計の何れか１つがマスタ電磁流量計、残る２つがスレーブ電磁流量計とされる。例えば、第１の電磁流量計をマスタ電磁流量計とすれば、第２および第３の電磁流量計が第１および第２のスレーブ電磁流量計とされる。マスタ電磁流量計は、自己の同期信号生成手段が生成する同期信号をマスタ同期信号とし、このマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計測を行う。

また、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が第１のスレーブ電磁流量計に直接送られ、第２のスレーブ電磁流量計に第１のスレーブ電磁流量計を経由して間接的に送られるものとした場合、第１のスレーブ電磁流量計は、マスタ電磁流量計から直接送られてくるマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計測を行い、第２のスレーブ電磁流量計は、マスタ電磁流量計から間接的に送られてくるマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計測を行う。

ここで、例えば、通信異常などが生じ、第１のスレーブ電磁流量計においてマスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなると、第１のスレーブ電磁流量計は、流量計測に使用する同期信号を自己の同期信号生成手段が生成する同期信号に切り替えると共に、その切り替えた同期信号を第２のスレーブ電磁流量計へのマスタ同期信号とする。これにより、第１のスレーブ電磁流量計は、自己の同期信号生成手段が生成する同期信号を使用して流量計測を続行する。また、第２のスレーブ電磁流量計は、第１のスレーブ電磁流量計の同期信号生成手段が生成する同期信号をマスタ同期信号として受信し、このマスタ同期信号を使用して流量計測を続行する。

本発明において、各電磁流量計は、システムへの接続後、上位からの同期信号の有無を一定時間監視し、同期信号が上位から来なければマスタ電磁流量計として機能させるように、同期信号が上位から来ればスレーブ電磁流量計として機能させるように、内部の切替スイッチの接続モードを自動的に選択設定する選択設定手段を備えている。これにより、本発明で使用する電磁流量計を全て同構成とし、システムへの接続後、マスタ電磁流量計として機能させるのか、スレーブ電磁流量計として機能させるのかを、電磁流量計自身の判断により自動的に行わせることができるようになる。

また、本発明において、同期信号監視手段に、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号の受信が再開された場合、流量計測に使用する同期信号をその受信が再開されたマスタ同期信号に切り替えると共に、その切り替えたマスタ同期信号を次段のスレーブ電磁流量計へのマスタ同期信号とする機能を設けるようにしてもよい。これにより、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなったスレーブ電磁流量計が次段のスレーブ電磁流量計に対してマスタ電磁流量計の役割を果たし、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号の受信が再開された時点で、自動的に元のスレーブ電磁流量計に復帰する。

また、本発明において、各電磁流量計に、自己の同期信号生成手段が生成した同期信号を使用して流量計測を行っている動作モードをマスタモード、前段の電磁流量計から送られてくるマスタ同期信号を使用して流量計測を行っている動作モードをスレーブモードとし、現在何れの動作モードであるのかを上位装置へ通知する現在動作モード通知手段を設けるようにしてもよい。これにより、上位装置において、例えば、マスタモードとされている現在の電磁流量計の個数と初期設定で定められているマスタ電磁流量計の個数とを比較し、マスタモードとされている現在の電磁流量計の個数が初期設定で定められているマスタ電磁流量計の個数よりも多ければ、通信異常が発生していて、その対応動作中であることを認識することが可能となる。

また、本発明において、同期信号監視手段に、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなった場合、その旨を上位装置へ通知する機能を設けるようにしてもよい。これにより、上位装置において、例えば、どのスレーブ電磁流量計がマスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を受信不能になっているかを把握することが可能となり、異常発生箇所を絞り込んで、速やかな異常復帰作業を行うことが可能となる。

本発明によれば、スレーブ電磁流量計に、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなった場合、流量計測に使用する同期信号を自己の同期信号生成手段が生成する同期信号に切り替えると共に、その切り替えた同期信号を次段のスレーブ電磁流量計へのマスタ同期信号とする同期信号監視手段を設けたので、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が途絶えても、スレーブ電磁流量計において流量計測を続行させることができるようになる。

これにより、例えば、充填機において、マスタ電磁流量計が故障したり、マスタ電磁流量計とスレーブ電磁流量計との間の同期信号線やスレーブ電磁流量計間の同期信号線が断線したり、スレーブ電磁流量計の同期信号の受信回路が故障したり、同期信号線にノイズなどが重畳するなどの異常通信が生じたような場合であっても、スレーブ電磁流量計において流量計測を続行させるようにして、注入管からの容器への流体の充填作業が中断されないようにして、生産性の低下を防ぐことが可能となる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る流量計測システムを用いた充填機の全体構成の一例を示す図である。

この充填機には多数の注入管２−１〜２−ｎが並設されている。各注入管２−１〜２−ｎは、多数の容器１−１〜１−ｎのそれぞれに、飲料または医薬品等の導電性を有する流体を注入するものである。各注入管２−１〜２−ｎにはそれぞれバルブ３−１〜３−ｎが設けられている。各バルブ３−１〜３−ｎは後述する開閉信号に基づきそれぞれ注入管２−１〜２−ｎを開閉して、各容器１−１〜１−ｎへの流体の注入を制御する。

また、各注入管２−１〜２−ｎにはそれぞれ電磁流量計６−１〜６−ｎが設けられている。各注入管２−１〜２−ｎの電磁流量計６−１〜６−ｎは、それぞれ検出器４−１〜４−ｎと変換器５−１〜５−ｎとから構成される。各注入管２−１〜２−ｎ同士は互いに近接しているので、各注入管２−１〜２−ｎに取り付けられた検出器４−１〜４−ｎ同士も互いに近接している。各変換器５−１〜５−ｎは同期信号線７により直列に接続されている。

検出器４−１〜４−ｎは、それぞれ注入管２−１〜２−ｎ内の流体に交番磁界を印加して、これにより生ずる起電力に基づく交流電圧信号を変換器５−１〜５−ｎに出力する。また、変換器５−１〜５−ｎは、それぞれ検出器４−１〜４−ｎから出力された交流電圧信号を演算処理して、注入管２−１〜２−ｎを流れる流体の流量を算出する。変換器５−１〜５−ｎで算出された流量を示す流量信号は、それぞれ制御部８−１〜８−ｎに出力される。

各制御部８−１〜８−ｎは、各注入管２−１〜２−ｎに設けられたバルブ３−１〜３−ｎのそれぞれに開閉信号を出力する。各制御部８−１〜８−ｎは、開信号を出力して各バルブ３−１〜３−ｎを開いた後、各電磁流量計６−１〜６−ｎの変換器５−１〜５−ｎから出力された流量信号を基に各容器１−１〜１−ｎに注入された流体の注入量をそれぞれ算出して、この注入量が設定値に達した時点で閉信号を出力して各バルブ３−１〜３−ｎをそれぞれ閉じる。各制御部８−１〜８−ｎが閉信号を出力する基準となる上記設定値は、温度および湿度等が変化してもすべての容器１−１〜１−ｎに一定量の流体が充填されるように、充填機運転前に各制御部８−１〜８−ｎで個別に調整される。

次に、図１に示したシステムで用いられる電磁流量計について、さらに説明する。図１において、電磁流量計６−１〜６−ｎは全て同構成とされている。図２は、検出器４（４−１〜４−ｎ）と変換器５（５−１〜５−ｎ）とから構成される電磁流量計６（６−１〜６−ｎ）内の要部を示すブロック図である。

電磁流量計６において、検出器４は、励磁コイル４ａ，４ｂと、電極４ｃ，４ｄと、アースリング４ｅとから構成される。励磁コイル４ａ，４ｂは、変換器５からの励磁電流ＩＲにより励磁されて交番磁界を発生する一対のコイルであり、発生する磁界の方向が注入管２内の流れ方向と直交するように注入管２の外周に配設されている。

電極４ｃ，４ｄは、その先端部が注入管２の内壁に面しており、注入管２内に分布する磁界と直交する方向に取り付けられている。アースリング４ｅは、電極４ｃ，４ｄによる信号検出精度を高めるためのものであり、基準電位に電気的に接続されている。

変換器５は、クロック信号発生部５１と、同期信号発生部５２と、励磁部５３と、サンプリング制御部５４と、増幅部５５と、サンプルホールド部５６と、Ａ／Ｄ変換器５７と、演算処理部５８と、出力部５９と、同期信号受信監視部６０と、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４と、外部からの信号の入力端子Ｐ１（以下、同期信号受信端Ｐ１と呼ぶ）と、外部への信号の出力端子Ｐ２（以下、同期信号送信端Ｐ２と呼ぶ）とから構成される。

クロック信号発生部５１は、変換器５の動作の基準となるクロック信号Ｐｃを出力する。同期信号発生部５２は、クロック信号発生部５１から出力されたクロック信号Ｐｃを分周して、所定の周波数の同期信号Ｐｓを生成する。

励磁部５３は、矩形波からなる所定周波数を励磁電圧ＶＲとして検出器４の励磁コイル４ａ，４ｂに印加して、励磁コイル４ａ，４ｂに励磁電流ＩＲを供給する。この励磁部５３は、切替スイッチＳＷ２を介して供給される同期信号に同期して、励磁電圧ＶＲの極性（励磁タイミング）を切り替える。切替スイッチＳＷ２を介して供給される同期信号については後述する。

サンプリング制御部５４は、切替スイッチＳＷ１を介して供給される同期信号を基に、サンプルホールド部５６の切替スイッチ５６ａ，５６ｂをそれぞれＯＮするサンプリング信号ＳＰ１，ＳＰ２を生成する。サンプリング信号ＳＰ１，ＳＰ２の周波数は共に同期信号Ｐｓの周波数の１／２であり、サンプリング信号ＳＰ１，ＳＰ２の位相は互いに半周期ずれている。切替スイッチＳＷ１を介して供給される同期信号については後述する。

増幅部５５は、検出器４の電極４ｃ，４ｄからの交流電圧信号をそれぞれ交流増幅する増幅器５５ａ，５５ｂと、各増幅器５５ａ，５５ｂで増幅された交流電圧信号を合成して交流流速信号Ｓ１として出力する増幅器５５ｃとから構成される。

サンプルホールド部５６は、切替スイッチ５６ａと抵抗５６ｃとキャパシタ５６ｅとからなる第１のサンプルホールド回路と、切替スイッチ５６ｂと抵抗５６ｄとキャパシタ５６ｆとからなる第２のサンプルホールド回路と、差動増幅器５６ｇとから構成される。このような構成のサンプルホールド部５６は、サンプリング制御部５４から出力されるサンプリング信号ＳＰ１，ＳＰ２にしたがって交流流速信号Ｓ１をサンプリングして、直流流速信号Ｓ２として出力する。

Ａ／Ｄ変換器５７は、サンプルホールド部５６から出力された直流流速信号Ｓ２をディジタル信号に変換する。演算処理部５８は、Ａ／Ｄ変換器５７から出力されたディジタル信号に対して演算処理を行うことにより、注入管２内を流れる流体の平均流量を算出する。出力部５９は、演算処理部５８から出力された平均流量を示すディジタル信号を、制御部８（図１）に出力する。

同期信号受信監視部６０は、同期信号受信端Ｐ１から切替スイッチＳＷ４を介して直接あるいは間接的に送られてくるマスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、このマスタ同期信号の受信の有無に基づいて切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の接続モードを制御する。切替スイッチＳＷ４を介するマスタ同期信号については後述する。

なお、同期信号受信監視部６０は、入力端６０ａを通して受信したマスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を通過させ、出力端６０ｂより出力する。この同期信号受信監視部６０が本発明でいう同期信号監視手段に対応する。

切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、接続モードとしてモードＭとモードＳとを有し、モードＭではコモン端子Ｃがマスタ側の端子Ｍ（以下、マスタ側端子と呼ぶ）に接続され、モードＳではコモン端子Ｃがスレーブ側の端子Ｓ（以下、スレーブ側端子と呼ぶ）に接続される。

切替スイッチＳＷ１は、コモン端子Ｃがサンプリング制御部５４への同期信号の入力端５４ａに接続され、マスタ側端子Ｍが同期信号発生部５２からの同期信号の出力端５２ａに接続され、スレーブ側端子Ｓが切替スイッチＳＷ３のスレーブ側端子Ｓに接続されている。

切替スイッチＳＷ２は、コモン端子Ｃが励磁部５３への同期信号の入力端５３ａに接続され、マスタ側端子Ｍが同期信号発生部５２からの同期信号の出力端５２ａに接続され、スレーブ側端子Ｓが同期信号受信監視部６０からのマスタ同期信号の出力端６０ｂに接続されている。

切替スイッチＳＷ３は、コモン端子Ｃが同期信号送信端Ｐ２に接続され、マスタ側端子Ｍが同期信号発生部５２からの同期信号の出力端５２ａに接続され、スレーブ側端子Ｓが切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２のスレーブ側端子Ｓに接続されている。

切替スイッチＳＷ４は、コモン端子Ｃが同期信号受信端Ｐ１に接続され、スレーブ側端子Ｓが同期信号受信監視部６へのマスタ同期信号の入力端６０ｂに接続されている。切替スイッチＳＷ４のマスタ側端子Ｍは開放されている。

以上の構成のうち、同期信号発生部５２、サンプリング制御部５４、演算処理部５８、同期信号受信監視部６０および切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の機能は、ＣＰＵの処理機能として実現される。なお、これらは必ずしもＣＰＵの処理機能として実現しなくてもよく、代わりに回路などのハードウェア構成により実現してもよい。

〔実施の形態１：一方向直列方式〕
図３に電磁流量計６間の同期信号線７による接続方式の一例として一方向直列方式を示す。なお、この例では、説明を容易とするために、電磁流量計６を電磁流量計６−１，６−２，６−３の３つとし、電磁流量計６−１をマスタ電磁流量計、電磁流量計６−２，６−３をスレーブ電磁流量計とした場合について説明する。また、図３では、電磁流量計６−１，６−２，６−３の構成中、説明に必要な部分のみを抜粋して示している。

この一方向直列方式（実施の形態１）において、マスタ電磁流量計６−１は、その切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をモードＭとし、スレーブ電磁流量計６−２，６−３は、その切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をモードＳとする。

また、マスタ電磁流量計６−１の同期信号送信端Ｐ２とスレーブ電磁流量計６−２の同期信号受信端Ｐ１との間を同期信号線７−１で接続し、スレーブ電磁流量計６−２の同期信号送信端Ｐ２とスレーブ電磁流量計６−３の同期信号受信端Ｐ１との間を同期信号線７−２で接続する。

なお、この例において、電磁流量計６−１，６−２，６−３は、工場出荷時の初期設定として、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がモードＳとされているものとする。したがって、図３に示した接続例では、マスタ電磁流量計とする電磁流量計６−１についてのみ、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の接続モードの切り替えを行う。

〔正常時〕
図４は、マスタ電磁流量計６−１の各部の信号を示すタイミングチャートであり、図４（ａ）はクロック信号発生部５１から出力されるクロック信号Ｐｃ、図４（ｂ）は同期信号発生部５２から出力される同期信号Ｐｓ、図４（ｃ）は励磁部５３から出力される励磁電圧ＶＲ、図４（ｄ）は増幅部５５から出力される交流流速信号Ｓ１、図４（ｅ），（ｆ）はそれぞれサンプリング制御部５４から出力されるサンプリング信号ＳＰ１，ＳＰ２、図４（Ｇ）はサンプルホールド部５６から出力される直流流速信号Ｓ２である。

図５は、マスタ電磁流量計６−１およびスレーブ電磁流量計６−２，６−３におけるそれぞれの励磁電圧ＶＲの位相関係を示すタイミングチャートであり、図５（ａ）はマスタ電磁流量計６−１における励磁電圧ＶＲ、図５（ｂ）はスレーブ電磁流量計６−２における励磁電圧ＶＲ、図５（ｃ）はスレーブ電磁流量計６−３における励磁電圧ＶＲである。

マスタ電磁流量計６−１では、その同期信号発生部５２において、図４（ａ）に示すような例えば８ＭＨｚのクロック信号Ｐｃが分周されて、図４（ｂ）に示すような例えば１７０Ｈｚの同期信号Ｐｓが生成される。この同期信号発生部５２で生成された同期信号Ｐｓは、Ｍモードとされている切替スイッチＳＷ２を介して励磁部５３に与えられる。また、Ｍモードとされている切替スイッチＳＷ１を介してサンプリング制御部５４に与えられる。

励磁部５３からは、例えば図４（ｃ）に示すような振幅２０Ｖの矩形波からなる励磁電圧ＶＲが出力される。この励磁電圧ＶＲの極性は同期信号Ｐｓに同期して切り替えられるので、励磁電圧ＶＲの周波数は８５Ｈｚとなる。したがって、励磁コイル４ａ，４ｂ（図２）からは８５Ｈｚの交番磁界が発生する。

注入管２内の流体に磁界が印加されると、電磁誘導により、磁界の方向および流体の流れ方向の両方に直交する方向に、平均流速に比例した振幅を有する起電力が発生する。この起電力に基づく交流電圧信号は、一対の電極４ｃ，４ｄにより取り出されて、増幅部５５で交流増幅された後、交流流速信号Ｓ１としてサンプルホールド部５６に出力される。

一方、マスタ電磁流量計６−１の同期信号発生部５２で生成された同期信号Ｐｓは、Ｍモードとされている切替スイッチＳＷ３を介して同期信号送信端Ｐ２へ送られ、マスタ同期信号ＭＰｓとして出力される。このマスタ電磁流量計６−１から出力されたマスタ同期信号ＭＰｓは、同期信号線７−１を介してスレーブ電磁流量計６−２の同期信号受信端Ｐ１に送られ、Ｓモードとされている切替スイッチＳＷ４を介してスレーブ電磁流量計６−２の同期信号受信監視部６０で受信される。

スレーブ電磁流量計６−２の同期信号受信監視部６０は、受信したマスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓを通過させ、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のスレーブ側端子Ｓへ送る。切替スイッチＳＷ１のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓはサンプリング制御部５４に与えられる。切替スイッチＳＷ２のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓは励磁部５３に与えられる。

一方、スレーブ電磁流量計６−２の切替スイッチＳＷ３のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓは、同期信号送信端Ｐ２より出力される。このスレーブ電磁流量計６−２から出力されたマスタ同期信号ＭＰｓは、同期信号線７−２を介してスレーブ電磁流量計６−３の同期信号受信端Ｐ１に送られ、切替スイッチＳＷ４を介してスレーブ電磁流量計６−３の同期信号受信監視部６０で受信される。

スレーブ電磁流量計６−３の同期信号受信監視部６０は、受信したスレーブ電磁流量計６−２からのマスタ同期信号ＭＰｓを通過させ、すなわちスレーブ電磁流量計６−２を経由して送られてくるマスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓを通過させ、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のスレーブ側端子Ｓへ送る。切替スイッチＳＷ１のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓはサンプリング制御部５４に与えられる。切替スイッチＳＷ２のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓは励磁部５３に与えられる。

なお、切替スイッチＳＷ３のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓは、同期信号送信端Ｐ２に送られるが、同期信号送信端Ｐ２には同期信号線７が接続されていないので、ここを最後の到達点とする。これにより、マスタ電磁流量計６−１がマスタ、スレーブ電磁流量計６−２が中間スレーブ、スレーブ電磁流量計６−３が末端スレーブとなり、マスタ電磁流量計６−１からの一方向へのマスタ同期信号ＭＰｓの伝送が終結する。

このようにして、この実施の形態１では、マスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓがスレーブ電磁流量計６−２，６−３へ送られ、電磁流量計６−１，６−２，６−３の励磁部５３がマスタ同期信号ＭＰｓに同期して動作する。このため、電磁流量計６−１，６−２，６−３の励磁部５３によりそれぞれ出力される励磁電圧ＶＲの位相は、すなわち電磁流量計６−１，６−２，６−３での励磁タイミングは、図５（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示すように完全に一致する。

微分ノイズは励磁電圧ＶＲの極性が切り替わるときに発生する。したがって、この実施の形態１において、電磁流量計６−１，６−２，６−３での励磁電圧ＶＲに起因する微分ノイズは同時に発生することになる。このため、例えば、電磁流量計６−１において、近接する電磁流量計６−２，６−３からの微分ノイズが起電力に基づく交流電圧信号に重畳されたとしても、交流流速信号Ｓ１にスパイクが現れるのは、図４（ｄ）に示すように各パルスの冒頭部のみとなる。したがって、交流流速信号Ｓ１のサンプリング期間を、図４（ｅ）および（ｆ）に示すように各パルスの終焉部に設けることにより、電磁流量計６−１においてスパイクがサンプリングされることを防止することができる。これと同様にして、電磁流量計６−２，６−３においても、スパイクがサンプリングされることが防止される。

〔異常時〕
この実施の形態１において、例えば、マスタ電磁流量計６−１とスレーブ電磁流量計６−２との間の同期信号線７−１にノイズが重畳するなどの通信異常が発生したとする（図６参照）。この場合、マスタ電磁流量計６−１からのスレーブ電磁流量計６−２へのマスタ同期信号ＭＰｓの伝送が途絶える。

スレーブ電磁流量計６−２において、同期信号受信監視部６０は、マスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓを監視しており、マスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓが受信されなくなると、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の接続モードをモードＳからモードＭへ切り替える。

これにより、スレーブ電磁流量計６−２において、自己の同期信号発生部５２で生成された同期信号ＰｓがモードＭとされた切替スイッチＳＷ１を介してサンプリング制御部５４へ与えられるようになる。また、自己の同期信号発生部５２で生成された同期信号ＰｓがモードＭとされた切替スイッチＳＷ２を介して励磁部５３へ与えられるようになる。また、スレーブ電磁流量計６−２の同期信号発生部５２で生成された同期信号ＰｓがモードＭとされた切替スイッチＳＷ３を介して同期信号送信端Ｐ２へ送られ、マスタ同期信号ＭＰｓ’として出力される。

これにより、スレーブ電磁流量計６−２が自己の同期信号発生部５２で生成した同期信号Ｐｓを使用して流量計測を行うと共に、自己の同期信号発生部５２で生成された同期信号Ｐｓをマスタ電磁流量計からのマスタ同期信号ＭＰｓ’として出力し、次段のスレーブ電磁流量計６−３に対してマスタ電磁流量計の役割を果たす。すなわち、電磁流量計６−２がそれまでの中間スレーブからマスタに切り替わり、第２のマスタ電磁流量計となる。

スレーブ電磁流量計６−２から出力されたマスタ同期信号ＭＰｓ’は、同期信号線７−２を介してスレーブ電磁流量計６−３の同期信号受信端Ｐ１に送られ、Ｓモードとされている切替スイッチＳＷ４を介してスレーブ電磁流量計６−３の同期信号受信監視部６０で受信される。

スレーブ電磁流量計６−３の同期信号受信監視部６０は、受信したスレーブ電磁流量計６−２からのマスタ同期信号ＭＰｓ’を通過させ、すなわち第２のマスタ電磁流量計６−２からのマスタ同期信号ＭＰｓ’を通過させ、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のスレーブ側端子Ｓへ送る。

切替スイッチＳＷ１のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓ’はサンプリング制御部５４に与えられる。切替スイッチＳＷ２のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓ’は励磁部５３に与えられる。切替スイッチＳＷ３のスレーブ側端子Ｓに送られたマスタ同期信号ＭＰｓ’は同期信号送信端Ｐ２に到達する。

このようにして、マスタ電磁流量計６−１とスレーブ電磁流量計６−２との間の同期信号線７−１に異常通信が発生した場合、スレーブ電磁流量計６−２は自己の同期信号発生部５３で生成される同期信号Ｐｓを使用して流量計測を続行する。また、自己の同期信号発生部５３で生成される同期信号Ｐｓをマスタ電磁流量計からのマスタ同期信号ＭＰｓ’として次段のスレーブ電磁流量計６−３に送り、スレーブ電磁流量計６−３での流量計測を続行させる。

〔自動復旧〕
図６において、マスタ電磁流量計６−１とスレーブ電磁流量計６−２との間の同期信号線７−１における異常通信が復旧すると、マスタ電磁流量計６−１からのスレーブ電磁流量計６−２へのマスタ同期信号ＭＰｓの伝送が再開される。

スレーブ電磁流量計６−２において、同期信号受信監視部６０は、マスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓを監視しており、マスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓの受信が再開されると、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の接続モードをモードＭからモードＳへ切り替える（図７参照）。

これにより、スレーブ電磁流量計６−２において、励磁部５３への同期信号がマスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓに切り替えられる。また、サンプリング制御部５４への同期信号がマスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓに切り替えられる。また、同期信号送信端Ｐ２から出力される同期信号がマスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓに切り替えられる。

このようにして、マスタ電磁流量計６−１とスレーブ電磁流量計６−２との間の同期信号線７−１における異常通信が復旧すると、スレーブ電磁流量計６−２が自動的に元の中間スレーブに戻り、マスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓを使用した流量計測を再開する。また、マスタ電磁流量計６−１からのマスタ同期信号ＭＰｓのスレーブ電磁流量計６−３への出力を再開する。

なお、この例では、マスタ電磁流量計６−１とスレーブ電磁流量計６−２との間の同期信号線７−１に異常通信が発生した場合について説明したが、マスタ電磁流量計６−１が故障したり、マスタ電磁流量計６−１とスレーブ電磁流量計６−２との間の同期信号線７−１が断線したり、スレーブ電磁流量計６−２の同期信号の受信回路（同期信号受信監視部６０の前段の回路）が故障したりしたような場合にも、上述と同様の動作が行われ、スレーブ電磁流量計６−２，６−３での流量計測が継続される。

また、この例では、電磁流量計６の個数を３つとした場合について説明したが、実際にはさらに多くの電磁流量計６が設けられる。この場合の接続例を図８（ａ）に模式的に示す。この例では、電磁流量計６−１をマスタ電磁流量計とし、このマスタ電磁流量計６−１に対してスレーブ電磁流量計６−２〜６−６を信号線７−１〜７−５を介して直列に接続している。

このような接続例において、例えば、スレーブ電磁流量計６−３と６−３との間の同期信号線７−３に異常通信が発生したような場合は（図８（ｂ））、スレーブ電磁流量計６−４の動作モードが自己で生成した同期信号を使用して流量計測を行うマスタモードとなり、次段のスレーブ電磁流量計６−５，６−６に対してマスタ電磁流量計の役割を果たすことになる。

そして、スレーブ電磁流量計６−３と６−３との間の同期信号線７−３における異常通信が復旧すると（図８（ｃ））、スレーブ電磁流量計６−４の動作モードが前段の電磁流量計から送られてくるマスタ同期信号を使用して流量計測を行うスレーブモードに戻り、次段のスレーブ電磁流量計６−５，６−６に対してのマスタ電磁流量計の役割を終える。

図８の接続例からも分かるように、多くの電磁流量計が設けられる場合、マスタ電磁流量計と末端のスレーブ電磁流量計との間のどこかで通信異常が発生すると幾つかのスレーブ電磁流量計がマスタ電磁流量計に自動変更され、マスタ電磁流量計が同時に複数台発生することになる。これをそのまま放置すると磁場干渉を起こす可能性がある。

しかし、この実施の形態では、通信異常が解消した場合、マスタモードとされたスレーブ電磁流量計の動作モードが元のスレーブモードに自動的に戻されるので、マスタ電磁流量計が同時に複数台発生した状態が放置されることがなく、磁場干渉を起こす可能性を速やかに解消することができる。

〔実施の形態２：ツリー方式〕
上述した実施の形態１では、電磁流量計６間の同期信号線７による接続方式を一方向直列方式としたが、電磁流量計６間の同期信号線７による接続方式は一方向直列方式に限られるものではない。例えば、電磁流量計６間を同期信号線７によりツリー状に接続するツリー方式としてもよい。

この場合の接続例を図９（ａ）に模式的に示す。図９（ａ）では、電磁流量計６−１をマスタ電磁流量計とし、このマスタ電磁流量計６−１に対してスレーブ電磁流量計６−２，６−３を同期信号線７−１，７−２を介して接続し、スレーブ電磁流量計６−２に対してスレーブ電磁流量計６−４，６−５を同期信号線７−３，７−４を介して接続し、スレーブ電磁流量計６−３に対してスレーブ電磁流量計６−６，６−７を同期信号線７−５，７−６を介して接続している。図１０にこの接続例における電磁流量計６間の具体的な接続状況を抜粋して示す。

このような接続例において、例えば、スレーブ電磁流量計６−１と６−２との間の同期信号線７−１と７−２に異常通信が発生したような場合には（図９（ｂ））、スレーブ電磁流量計６−２および６−３の動作モードがマスタモードとなり、次段のスレーブ電磁流量計６−４，６−５および６−６，６−７に対してマスタ電磁流量計の役割を果たすことになる。そして、例えば、スレーブ電磁流量計６−１と６−２との間の同期信号線７−１における通信異常が復旧すると（図９（ｃ））、スレーブ電磁流量計６−２の動作モードが自動的にスレーブモードに復帰する。

なお、上述した実施の形態１，２では、マスタ電磁流量計として機能させるかスレーブ電磁流量計として機能させるかの選択設定を電磁流量計６自身の判断により自動的に行わせるようにしている。

具体的には、システムへの接続後、上位から一定時間、同期信号が来なければ、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を全てモードＭとし、マスタ電磁流量計として機能させるようにし、一定時間監視して、同期信号が来れば、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を全てモードＳとして、スレーブ電磁流量計として機能させるようにしている。このようにすれば、システムへの接続後、一定時間が経過すれば、自動的にマスタ電磁流量計が１台、その他が全てスレーブ電磁流量計になることになる。

また、上述した実施の形態１，２において、各電磁流量計６は、自己で生成した同期信号を使用して流量計測を行う動作モードをマスタモードとして、前段の電磁流量計から送られてくるマスタ同期信号を使用して流量計測を行う動作モードをスレーブモードとして動作するが、現在何れの動作モードであるのかを上位装置へ通知する機能を設けるようにしてもよい。

例えば、同期信号受信監視部６０でスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ２の接続モードを監視し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の接続モードがモードＭであればマスタモードと判断し、モードＳであればスレーブモードと判断し、この判断した動作モードを出力部５９を介して制御部８へ送り、制御部８から上位の監視装置（図示せず）に送るようにする。

これにより、上位の監視装置において、例えば、マスタモードとされている現在の電磁流量計６の個数と初期設定で定められているマスタ電磁流量計６の個数とを比較し、マスタモードとされている現在の電磁流量計６の個数が初期設定で定められているマスタ電磁流量計６の個数よりも多ければ、通信異常が発生していて、その対応動作中であることを認識する、というようなことが可能となる。

また、上述した実施の形態１，２において、各電磁流量計６の同期信号受信監視部６０に、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ同期信号が受信されなくなった場合、その旨を上位装置へ通知する機能を設けるようにしてもよい。例えば、マスタ同期信号が受信されなくなった旨を出力部５９を介して制御部８へ送り、制御部８から上位の監視装置（図示せず）に送るようにする。

これにより、上位の監視装置において、例えば、どのスレーブ電磁流量計がマスタ同期信号を受信不能になっているかを把握することが可能となり、異常発生箇所を絞り込んで、速やかな異常復帰作業を行うことが可能となる。

また、マスタ電磁流量計なのに同期信号が来ている場合、異常を通知することも考えられる。また、電磁流量計からの異常通知の方法は、パルス出力等の出力信号を停止したり、最大としたり、異常の直前でホールドしたり、無視するなど、色々な方法が考えられる。また、このような通知方式をアプリケーションによって客先で選択できるようにしてもよい。また、ＬＥＤ、ＬＣＤ等の表示器の点滅・表示アクションによって、ユーザに通知するようにしてもよい。また、ライン上の通信機能によって異常を通知するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１，２では、充填機への適用例として説明したが、充填機への適用に限られるものではなく、複数の電磁流量計が存在して、その中のある電磁流量計をマスタ電磁流量計とし、残りをスレーブ電磁流量計とし、マスタ電磁流量計からの同期信号に同期させて励磁を行う各種のシステムへの適用が可能である。

また、このようなシステムにおいて、初期設定のマスタ電磁流量計の台数は必ずしも１台に限定する必要はないが、少ない方が望ましい。

本発明に係る流量計測システムを用いた充填機の全体構成の一例を示す図である。 この充填機に用いる電磁流量計内の要部を示すブロック図である。 この充填機における電磁流量計間の同期信号線による接続方式の一例として一方向直列方式（実施の形態１）を示す図である。 この一方向直列方式におけるマスタ電磁流量計の各部の信号を示すタイミングチャートである。 この一方向直列方式におけるマスタ電磁流量計およびスレーブ電磁流量計におけるそれぞれの励磁電圧の位相関係を示すタイミングチャートである。 この一方向直列方式におけるマスタ電磁流量計とスレーブ電磁流量計との間の同期信号線に異常通信が発生した場合の動作を説明する図である。 この一方向直列方式におけるマスタ電磁流量計とスレーブ電磁流量計との間の同期信号線における異常通信が復旧した場合の動作を説明する図である。 一方向直列方式においてさらに多くの電磁流量計が設けられた場合の接続例を示す模式図である。 電磁流量計間の同期信号線による接続方式をツリー方式とした場合の接続例を示す模式図である。 ツリー方式とした場合の電磁流量計間の具体的な接続状況を抜粋して示す図である。

符号の説明

１（１−１〜１−ｎ）…容器、２（２−１〜２−ｎ）…注入管、３（３−１〜３−ｎ）…バルブ、４（４−１〜４−ｎ）…検出器、５（５−１〜５−ｎ）…変換器、６（６−１〜６−ｎ）…電磁流量計、７（７−１〜７−６）…同期信号線、８（８−１〜８−ｎ）…制御部、４ａ，４ｂ…励磁コイル、４ｃ，４ｄ…電極、４ｅ…アースリング、５１…クロック信号発生部、５２…同期信号発生部、５３…励磁部、５４…サンプリング制御部、５５…増幅部、５６…サンプルホールド部、５７…Ａ／Ｄ変換器、５８…演算処理部、５９…出力部、６０…同期信号受信監視部、ＳＷ１〜ＳＷ４…切替スイッチ。

Claims (5)

1. 所定の周波数の同期信号を生成する同期信号生成手段を備えた複数の電磁流量計を備え、前記複数の電磁流量計の何れか１つをマスタ電磁流量計、他の電磁流量計をスレーブ電磁流量計とし、前記マスタ電磁流量計と前記スレーブ電磁流量計との間を直列に同期信号線で接続し、前記マスタ電磁流量計において自己の同期信号生成手段が生成する同期信号をマスタ同期信号としこのマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計測を行うと共に、前記スレーブ電磁流量計において前記マスタ電磁流量計から直接又は間接的に送られてくるマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで磁界を発生させて流量計側を行う流量計側システムにおいて、
   前記スレーブ電磁流量計は、
   前記マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなった場合、流量計測に使用する同期信号を自己の同期信号生成手段が生成する同期信号に切り替えると共に、その切り替えた同期信号を次段のスレーブ電磁流量計へのマスタ同期信号とする同期信号監視手段を備え、
   前記各電磁流量計は、
   システムへの接続後、上位からの前記同期信号の有無を一定時間監視し、前記同期信号が上位から来なければ前記マスタ電磁流量計として機能させるように、前記同期信号が上位から来れば前記スレーブ電磁流量計として機能させるように、内部の切替スイッチの接続モードを自動的に選択設定する選択設定手段
   を備えることを特徴とする流量計測システム。
2. 請求項１に記載された流量計測システムにおいて、
   前記同期信号監視手段は、
   前記マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号の受信が再開された場合、流量計測に使用する同期信号をその受信が再開されたマスタ同期信号に切り替えると共に、その切り替えたマスタ同期信号を次段のスレーブ電磁流量計へのマスタ同期信号とする
   ことを特徴とする流量計測システム。
3. 請求項１に記載された流量計測システムにおいて、
   前記各電磁流量計は、
   自己の同期信号生成手段が生成した同期信号を使用して流量計測を行っている動作モードをマスタモード、前段の電磁流量計から送られてくるマスタ同期信号を使用して流量計測を行っている動作モードをスレーブモードとし、現在何れの動作モードであるのかを上位装置へ通知する現在動作モード通知手段
   を備えることを特徴とする流量計測システム。
4. 請求項１に記載された流量計測システムにおいて、
   前記同期信号監視手段は、
   前記マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなった場合、その旨を上位装置へ通知する
   ことを特徴とする流量計測システム。
5. 複数の容器のそれぞれに流体を注入する互いに近接配置された複数の注入管と、
   前記各注入管毎に設けられかつ開信号および閉信号に基づき前記各注入管をそれぞれ開閉するバルブと、
   前記各注入管毎に設けられ、所定の周波数の同期信号を生成する同期信号生成手段を有し、前記各注入管内の流体に交番磁界を印加することにより生ずる起電力に基づき流量を計測して流量信号を出力する電磁流量計と、
   前記各バルブのそれぞれに前記開信号を出力すると共に、この開信号出力後に前記各電磁流量計から出力された流量信号に基づき前記各容器に一定量の流体が充填されるように前記各バルブのそれぞれに前記閉信号を出力する制御手段とを備え、
   前記各注入管毎に設けられた電磁流量計の何れか１つをマスタ電磁流量計、他の電磁流量計をスレーブ電磁流量計とし、前記マスタ電磁流量計において自己の同期信号生成手段が生成する同期信号をマスタ同期信号としこのマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで前記磁界を発生させて流量計測を行うと共に、前記スレーブ電磁流量計において前記マスタ電磁流量計から直接又は間接的に送られてくるマスタ同期信号に同期した励磁タイミングで前記磁界を発生させて流量計側を行う流量計側システムにおいて、
   前記スレーブ電磁流量計は、
   前記マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号を監視し、マスタ電磁流量計からのマスタ同期信号が受信されなくなった場合、流量計測に使用する同期信号を自己の同期信号生成手段が生成する同期信号に切り替えると共に、その切り替えた同期信号を次段のスレーブ電磁流量計へのマスタ同期信号とする同期信号監視手段を備え、
   前記各電磁流量計は、
   システムへの接続後、上位からの前記同期信号の有無を一定時間監視し、前記同期信号が上位から来なければ前記マスタ電磁流量計として機能させるように、前記同期信号が上位から来れば前記スレーブ電磁流量計として機能させるように、内部の切替スイッチの接続モードを自動的に選択設定する選択設定手段
   を備えることを特徴とする流量計測システム。

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