JP5222015B2 - フィールド機器 - Google Patents

Description

この発明は、２線式の伝送路を流れる電流の値を計測値に応じて調整するフィールド機器に関するものである。

従来より、差圧・圧力発信器、電磁流量計、ポジショナなどの２線式の伝送路を用いるフィールド機器にはＣＰＵを搭載して、機器本来の計測機能や制御機能の他に外部へ自己の動作状態（正常／異常）の出力やパルス出力といった副次的な機能を有するものも存在する。

なお、本来の計測機能や制御機能は通常、連続して行われるのに対して、副次的な機能はＣＰＵからの指令で定周期もしくは非定周期で動作し、それ以外は動作させないようにしている。すなわち、ＣＰＵからの指令により、副次的な機能を必要な時にだけ動作させるようにしている。

２線式のフィールド機器では、電源専用の供給ラインではなく、２線式の伝送路から送られてくる４〜２０ｍＡの電流を利用して自己の動作電源を生成しなければならない。すなわち、４〜２０ｍＡの電流は計測値を出力する際の調整範囲の電流として使用されるので、４ｍＡ以下の電流を利用して、本来の計測機能や制御機能を行わなければならない。ここで、上述した副次的な機能を常時働かせていると、本来の計測機能や制御機能の動作に支障が生じる。このため、副次的な機能については、必要な時にだけ動作させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図４に従来の２線式のフィールド機器の要部の構成を示す。同図において、１００はフィールド機器、２００はこのフィールド機器１００に２線式の伝送路Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）を介して接続された上位装置（監視装置）である。この例では、フィールド機器１００は差圧・圧力発信器とされている。

フィールド機器１００は、圧力や差圧を受けるとその大きさに応じたアナログ信号を生じるセンサ部１と、このセンサ部１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、このＡ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めるＣＰＵ３と、このＣＰＵ３が求めたデジタルの計測値を対応する所定の電流範囲（４〜２０ｍＡ）のアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器４と、このＤ／Ａ変換器４から出力されるアナログ信号を２線式の伝送路Ｌに出力する通信部５と、２線式の伝送路Ｌから得られる４〜２０ｍＡの電流に基づいて安定した直流電圧Ｖ１（ＤＣ６．５Ｖ）を第１の電源として生成する電圧レギュレータ（第１の電源部）６と、この電圧レギュレータ６からの電源の供給を受けて安定した直流電圧Ｖ２（ＤＣ３Ｖ）を第２の電源として生成する電圧レギュレータ７と、アラーム駆動回路８と、電圧レギュレータ７とアラーム駆動回路８との間に設けられた切換スイッチ９と、ＲＯＭ１０と、ＲＡＭ１１とを備えている。

このフィールド機器１００において、ＣＰＵ３は、電圧レギュレータ７からの電源の供給を受けて動作し、ＲＡＭ１１にアクセスしながら、ＲＯＭ１０に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ１０には、Ａ／Ｄ変換器２からのデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めて監視装置２００へ通知する計測値処理プログラムに加え、自己の機器内で生じる異常を検出して切換スイッチ９をオンとする切換スイッチ制御プログラムが格納されている。

なお、図４では、ＣＰＵ３における機能ブロックとして、計測値演算部３−１，切換スイッチ制御部３−２を示しているが、この計測値演算部３−１，切換スイッチ制御部３−２はＣＰＵ３でのプログラムに従う処理機能として実現される。

また、この例において、アラーム駆動回路８は発光部と受光部とを備えたフォトカプラによる接点出力回路とされている。この場合、切換スイッチ９がオンとされると、電圧レギュレータ７からの電流がドライブ電流としてアラーム駆動回路（フォトカプラ）８の発光部に流れ、このドライブ電流を受けて発光する発光部からの光が受光部で受光され、受光部側の接点出力がオンとなって、外部に設けられているアラーム回路３００が作動する。

なお、アラーム駆動回路８をフォトカプラとする理由は、入出力の電気的な絶縁性を確保し、ＣＰＵ３の処理動作に影響を与えるようなノイズが生じないようにするためである。

特開平１１−１８３５７５号公報

しかしながら、上述したフィールド機器１００において、アラーム駆動回路８ではフォトカプラの発光部へのドライブ電流として１ｍＡ以上の電流を必要とするため、ＣＰＵ３として高性能のＣＰＵを用いようとした場合、ＣＰＵ３を駆動する電力が不足してしまう。

このため、従来のフィールド機器１００では、ＣＰＵ３として高性能のＣＰＵを用いたい場合、アラーム駆動回路８を搭載することを断念しなければならないことがあった。または、ＣＰＵの性能の低下（本来の処理機能の性能の低下）を甘受して、ＣＰＵが必要とする電力を低下させ、アラーム駆動回路８を搭載するしかなかった。

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、その目的とするところは、本来の処理機能の性能を低下させることなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるフィールド機器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、２線式の伝送路を流れる電流の値を計測値に応じて調整するフィールド機器において、伝送路を流れる電流から第１の電源を生成する第１の電源部と、この第１の電源部からの電源の供給を受けて第２の電源を生成する第２の電源部と、この第２の電源部からの電源の供給を受けて所定の処理動作を行う処理部と、第１の電源部からの第２の電源部への電流の供給通路に設けられた電流制御素子と、第１の電源部からの第２の電源部への電流の分流通路に設けられた負荷回路とを設け、処理部に、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第２の電源部への電流を負荷回路の動作に必要な量だけ分流通路に分流させる電流制御素子制御手段を設けたものである。

この発明において、電流制御素子としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｊ型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、可変抵抗素子など、その素子状態を制御することによってそこを流れる電流を外部から調整することが可能な素子を用いる。また、この発明において、負荷回路とは、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせるための回路として設けられ、フォトカプラなどそれを動作させるために電流を必要とする回路のことを指す。また、この発明において、処理部としては、伝送路に流れる電流の値を計測値に応じて調整する処理動作を含む処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）を想定しているが、必ずしもＣＰＵでなくてもよく、同様の処理機能を有するハード回路とすることも考えられる。

この発明において、処理部は、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第２の電源部への電流を、負荷回路の動作に必要な量だけ分流通路に分流させる。すなわち、副次的な機能を働かせる必要がない場合、供給通路を流れている電流は、分流通路に分流されずに、第２の電源部に送られている。副次的な機能を働かせる必要がある場合、処理部は、電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている電流を分流通路に分流させる。この際、分流通路へ分流する電流は、負荷回路の動作に必要な量とする。この分流通路に分流された電流は、負荷回路を通って、第２の電源部に送られる。これにより、第２の電源部には、供給通路からの電流と分流通路からの電流との合流電流が供給される。この場合、第２の電源部に供給される電流の量は、副次的な機能を働かせる必要がない場合と同じであるので、処理部への供給電力が不足するということがない。これにより、本来の処理機能の性能を低下させることなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるようになる。

本発明において、処理部は、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第２の電源部への電流を分流通路に分流させるが、この際、供給通路を流れている第２の電源部への電流を分流通路に分流させても自己の処理動作に影響がないと判断した場合に、電流制御素子の素子状態の制御を許可するようにしてもよい。例えば、供給通路を流れている第２の電源部への電流を分流通路に分流させて負荷回路を作動させた場合、電源変動が生じるなどして処理部での処理動作に影響を及ぼす虞れがあるような場合、それを事前に察知して電流制御素子の素子状態の制御を禁止するようにする。これにより、本来の処理機能に影響を及ぼすことなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるようになる。

本発明によれば、第１の電源部からの第２の電源部への電流の供給通路に電流制御素子を設け、第１の電源部からの第２の電源部への電流の分流通路に負荷回路を設け、処理部に、必要に応じて電流制御素子の素子状態を制御し、供給通路を流れている第２の電源部への電流を負荷回路の動作に必要な量だけ分流通路に分流させる電流制御素子制御手段を設けたので、副次的な機能を働かせる必要がある場合、供給通路からの電流と分流通路からの電流との合流電流を第２の電源部に供給するようにして、第２の電源部に供給される電流の量を副次的な機能を働かせる必要がない場合と同じとし、処理部への供給電力が不足するということをなくし、本来の処理機能の性能を低下させることなく、必要な時だけに動作させる副次的な機能を働かせることができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係るフィールド機器の一実施の形態の要部を示すブロック図である。同図において、１０１は本発明に係るフィールド機器、２００はこのフィールド機器１０１に２線式の伝送路Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）を介して接続された上位装置（監視装置）である。この例では、フィールド機器１０１は差圧・圧力発信器とされている。

フィールド機器１０１は、圧力や差圧を受けるとその大きさに応じたアナログ信号を生じるセンサ部１と、このセンサ部１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、このＡ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めるＣＰＵ３と、このＣＰＵ３が求めたデジタルの計測値を対応する所定の電流範囲（４〜２０ｍＡ）のアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器４と、このＤ／Ａ変換器４から出力されるアナログ信号を２線式の伝送路Ｌに出力する通信部５と、２線式の伝送路Ｌから得られる４〜２０ｍＡの電流に基づいて安定した直流電圧Ｖ１（ＤＣ６．５Ｖ）を第１の電源として生成する電圧レギュレータ（第１の電源部）６と、この電圧レギュレータ６からの電源の供給を受けて安定した直流電圧Ｖ２（ＤＣ３Ｖ）を第２の電源として生成する電圧レギュレータ７と、アラーム駆動回路８と、ＲＯＭ１０と、ＲＡＭ１１と、電流制御素子１２とを備えている。

このフィールド機器１０１の従来のフィールド機器１００と大きく異なる点は、電圧レギュレータ６からの電圧レギュレータ７への電流の供給通路ＬＡに電流制御素子１２を設けている点、電圧レギュレータ６からの電圧レギュレータ７への電流の分流通路ＬＢにアラーム駆動回路８を設けている点、ＣＰＵ３によって必要に応じて電流制御素子１２の素子状態を制御する点にある。

なお、電流制御素子１２としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ、Ｊ型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、可変抵抗素子などを使用する。この実施の形態では、説明を分かり易くするために、電流制御素子１２として可変抵抗素子を用いた場合を示している。この場合、ＣＰＵ３は、電流制御素子１２の素子状態として、電流制御素子１２の抵抗値を制御する。

このフィールド機器１０１において、ＣＰＵ３は、電圧レギュレータ７からの電源の供給を受けて動作し、ＲＡＭ１１にアクセスしながら、ＲＯＭ１０に格納されたプログラムに従って動作する。ＲＯＭ１０には、Ａ／Ｄ変換器２からのデジタル信号をサンプリングして圧力・差圧の計測値を求めて監視装置２００へ通知する計測値処理プログラムに加え、本実施の形態特有のプログラムとして自己の機器内で生じる異常を検出して電流制御素子１２の抵抗値を制御する電流制御素子制御プログラムが格納されている。

なお、図１では、ＣＰＵ３における機能ブロックとして、計測値演算部３−１，電流制御素子制御部３−３を示しているが、この計測値演算部３−１，電流制御素子制御部３−３はＣＰＵ３でのプログラムに従う処理機能として実現される。また、アラーム駆動回路８は、発光部と受光部とを備えたフォトカプラによる接点出力回路とされている。

〔副次的な機能を働かせる必要がない場合〕
副次的な機能を働かせる必要がない場合、すなわちアラーム駆動回路８を作動させる必要がない場合、電流制御素子制御部３−３は、電流制御素子１２の抵抗値を０とする。これにより、供給通路ＬＡを流れている電流ＩＡは、分流通路ＬＢに分流されずに、電圧レギュレータ７に送られる。ここで、分流通路ＬＢを流れる電流をＩＢとすると、ＩＢ＝０とされる。

〔副次的な機能を働かせる必要がある場合〕
副次的な機能を働かせる必要がある場合、すなわちアラーム駆動回路８を作動させる必要がある場合、電流制御素子制御部３−３は、電流制御素子１２の抵抗値を制御し、供給通路ＬＢを流れている電流を分流通路ＬＢに分流させる。この際、分流通路ＬＢへ分流する電流ＩＢは、アラーム駆動回路８の動作に必要な量とする。

アラーム駆動回路８ではフォトカプラの発光部へのドライブ電流として１ｍＡ以上の電流を必要とする。電流制御素子制御部３−３は、電流制御素子１２の抵抗値を調整することによって供給通路ＬＡを流れる電流ＩＡを絞り、それまで供給通路ＬＡを流れていた電流ＩＡの一部を分流通路ＬＢへ分流させ、アラーム駆動回路８の動作に必要なドライブ電流を分流電流ＩＢとして確保する。

これにより、分流電流ＩＢがアラーム駆動回路（フォトカプラ）８の発光部にドライブ電流として流れ、このドライブ電流を受けて発光する発光部からの光が受光部で受光され、受光部側の接点出力がオンとなって、外部に設けられているアラーム回路３００が作動する。

アラーム駆動回路８に供給された分流電流ＩＢは、アラーム駆動回路８の発光部を通って、電圧レギュレータ７へ送られる。これにより、電圧レギュレータ７には、供給通路ＬＡからの電流ＩＡと分流通路ＬＢからの電流ＩＢとの合流電流が供給される。この場合、電圧レギュレータ７に供給される電流の量は、アラーム駆動回路８を作動させる必要がない場合と同じであるので、ＣＰＵ３への供給電力が不足するということがない。これにより、ＣＰＵ３の性能を低下させることなく（本来の処理機能の性能を低下させることなく）、アラーム駆動回路８を作動させることがことができるようになる。

この実施の形態において、ＣＰＵ３は、必要に応じて電流制御素子１２の抵抗値を制御し、供給通路ＬＡを流れている電圧レギュレータ７への電流ＩＡを分流通路ＬＢに分流させるが、この際、供給通路ＬＡを流れている電圧レギュレータ７への電流ＩＡを分流通路ＬＢに分流させても自己の処理動作に影響がないと判断した場合に、電流制御素子１２の抵抗値の制御を許可するようにしてもよい。

例えば、供給通路ＬＡを流れている電圧レギュレータ７への電流ＩＡを分流通路ＬＢに分流させてアラーム駆動回路８を作動させた場合、電源変動が生じるなどしてＣＰＵ３での処理動作に影響を及ぼす虞れがあるような場合、それを事前に察知して電流制御素子１２の抵抗値の制御を禁止するようにする。これにより、ＣＰＵ３の本来の処理機能に影響を及ぼすことなく、アラーム駆動回路８を作動させることができるようになる。

なお、上述した実施の形態では、説明を分かり易くするために、電流制御素子１２として可変抵抗素子を用いた場合を示したが、前述したようにＪ型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタなどの素子を用いるようにしてもよい。図２に電流制御素子１２としてＦＥＴを用いた場合の回路例の要部を示す。同図において、Ｄ１はアラーム駆動回路８の発光部として設けられた発光ダイオード、ＦＴ１はアラーム駆動回路８の受光部として設けられたフォトトランジスタであり、フォトトランジスタＦＴ１はアラーム回路３００の電源３０１と警報ランプなどの負荷３０２とを結ぶ直列回路中に挿入接続されている。

また、上述した実施の形態では、アラーム駆動回路８をフォトカプラとしたが、フォトカプラに限られるもでないことは言うまでもない。アラーム駆動回路８として、分流通路ＬＢからの電流ＩＢの供給を受けて動作する入力部と、この入力部の動作によってオンとされる出力部とを備え、入力部と出力部とが電気的に絶縁された絶縁型スイッチを用いることにより、入出力の電気的な絶縁性を確保し、ＣＰＵ３の処理動作に影響を与えるようなノイズが生じないようにすることができる。

また、上述した実施の形態では、アラーム回路３００の接点出力回路としてアラーム駆動回路８を用いたが、図３に示すように、カウンタ４０１を備えたカウンタ回路４００のパルス出力回路としてアラーム駆動回路８を用いるようにしてもよい。また、アラーム駆動回路８に代えて警報ランプを設けるようにしたり、警報ブザーを設けるようにしたりしてもよい。

また、上述した実施の形態では、電圧レギュレータ７からの電源の供給を受けて所定の動作を行う処理部をＣＰＵ３としたが、必ずしもＣＰＵでなくてもよく、同様の処理機能を有するハード回路としてもよい。

本発明に係るフィールド機器の一実施の形態の要部を示すブロック図である。 このフィールド機器において電流制御素子としてＦＥＴを用いた場合の回路例の要部を示す図である。 このフィールド機器においてカウンタ回路のパルス出力回路としてアラーム駆動回路を用いるようにした場合の回路例の要部を示す図である。 従来の２線式のフィールド機器の要部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…センサ部、２…Ａ／Ｄ変換器、３…ＣＰＵ、３−１…計測値演算部、３−３…電流制御素子制御部、４…Ｄ／Ａ変換器、５…通信部、６…電圧レギュレータ（第１の電源部）、７…電圧レギュレータ（第２の電源部）、８…アラーム駆動回路、１０…ＲＯＭ、１１…ＲＡＭ、１２…電流制御素子、１０１…フィールド機器（差圧・圧力発信器）、２００…上位装置（監視装置）、３００…アラーム回路、４００…カウンタ回路、Ｄ１…発光ダイオード、ＦＴ１…フォトトランジスタ、Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）…２線式の伝送路、ＬＡ…供給通路、ＬＢ…分流通路。

Claims (4)

1. ２線式の伝送路を流れる電流の値を計測値に応じて調整するフィールド機器において、
   前記伝送路を流れる電流から第１の電源を生成する第１の電源部と、
   この第１の電源部からの電源の供給を受けて第２の電源を生成する第２の電源部と、
   この第２の電源部からの電源の供給を受けて所定の処理動作を行う処理部と、
   前記第１の電源部からの前記第２の電源部への電流の供給通路に設けられた電流制御素子と、
   前記第１の電源部からの前記第２の電源部への電流の分流通路に設けられた負荷回路とを備え、
   前記処理部は、
   必要に応じて前記電流制御素子の素子状態を制御し、前記供給通路を流れている前記第２の電源部への電流を前記負荷回路の動作に必要な量だけ前記分流通路に分流させる電流制御素子制御手段
   を備えることを特徴とするフィールド機器。
2. 請求項１に記載されたフィールド機器において、
   前記処理部は、
   前記所定の処理動作として前記伝送路に流れる電流の値を計測値に応じて調整する処理動作を含む処理を行う中央演算処理装置である
   ことを特徴とするフィールド機器。
3. 請求項１又は２に記載されたフィールド機器において、
   前記処理部は、
   前記供給通路を流れている前記第２の電源部への電流を前記分流通路に分流させても自己の処理動作に影響がないと判断した場合に前記電流制御素子の素子状態の制御を許可する手段
   を備えることを特徴とするフィールド機器。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載されたフィールド機器において、
   前記負荷回路は、
   前記分流通路からの電流の供給を受けて動作する入力部と、この入力部の動作によってオンとされる出力部とを備え、前記入力部と前記出力部とが電気的に絶縁された絶縁型スイッチである
   ことを特徴とするフィールド機器。

Images