JP5397604B2 - デジタル出力モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数チャンネルのフィールド機器に対して、各チャンネルに対応するチャンネル個別スイッチを介してデジタル信号を出力すると共に、周期的な診断パルスにより前記チャンネル個別スイッチをオンオフ制御するパルス診断手段を備えるデジタル出力モジュールに関するものである。

パルス診断手段を備えるデジタル出力モジュールについては、特許文献１に技術開示がある。通常の電流及び電圧の読み返しによる診断では検出できない異常検出を可能とするパルス診断の手法についても記述されている。

図４は、パルス診断手段を備える従来のデジタル出力モジュールの構成例を示す機能ブロック図である。デジタル出力モジュール１０は、フィールド機器２０の接続端子Ｐ１，Ｐ２及び外部電源３０の接続端子Ｐ３，Ｐ４を備えている。フィールド機器２０の一方の接続端子Ｐ２と外部電源３０の一方の接続端子Ｐ４は、デジタル出力モジュール１０内の基準電位に接続されている。

デジタル出力モジュール１０は、フィールド機器２０のチャンネルに対応するチャンネル個別スイッチ１１、出力制御部１２、ＮＯＲ論理手段１３、診断検出回路１４、診断部１５を備えている。フィールド機器２０とチャンネル個別スイッチ１１は、簡単のため１チャンネルを図示してあるが、複数チャンネル分が設けられている。

デジタル出力モジュール１０内において、接続端子Ｐ３に与えられる電源電圧は、チャンネル個別スイッチ１１を介してフィールド機器２０の接続端子Ｐ１に与えられる。チャンネル個別スイッチ１１は、出力制御部１２からの信号によりＮＯＲ論理手段１３を介してオンオフ制御される。

出力制御部１２は、正常動作時に上位装置（図示せず）から与えられるデジタル信号によりチャンネル個別スイッチ１１をオンオフ制御する信号を出力する通常出力手段１２ａ、診断部１５からの異常情報を取得してチャンネル個別スイッチ１１を安全側に操作する信号を出力する異常時出力手段１２ｂ、タイマにより定周期の診断パルスＰを出力するパルス出力手段１２ｃよりなる。

ＮＯＲ論理手段１３は、通常出力手段１２ａ、異常時出力手段１２ｂ、パルス出力手段１２ｃからの信号を取得し、その論理出力によりチャンネル個別スイッチ１１をオンオフ操作する。

診断検出回路１４は、チャンネル個別スイッチ１１がオンしているとき及びオフしているときの接続端子Ｐ１に発生する電圧値並びにチャンネル個別スイッチ１１に流れる電流の電流値を読み返して診断部１５に渡す。

診断部１５は、診断検出回路１４からの読み返し情報に基づいて、パルス診断を実行するパルス診断手段１５ａ及びアナログ電圧、電流値に基づく診断を実行するチャンネル診断手段１５ｂよりなり、いずれかより発生する診断異常情報は、出力制御部１２の異常時出力手段１２ｂに渡される。

図５は、特許文献１に開示されている従来手法による診断パルスＰの波形図である。図５（イ）に示すＯＮパルス波形、（ロ）に示すＯＦＦパルス波形は、タイマにより診断周期Ｔが固定されている。この固定周期Ｔのタイミングで診断検出回路１４によりチャンネル毎の診断のための電圧／電流の読み返しを行ない、診断部１５のパルス診断手段１５ａで所定のアルゴリズムの基づくパルス診断を実行する。

特開２００６−２０９６１８号公報

複数のデジタル出力モジュールが近接して配置される現実のシステム実装形態では、複数モジュールによる配線が混在した多芯ケーブル等を使用していた場合、配線の線間容量等の影響により、診断パルスの出力が他モジュールのチャンネルに干渉を与えることがある。

即ち、互いに非同期で出力されている複数モジュール間の診断パルス出力のタイミングが偶然に一致した場合には、互いのモジュール内にてチャンネル異常を誤検出する可能性がある。

図６は、従来手法によるモジュール間干渉を説明する診断パルス波形図である。図６
（イ）はモジュールＡのチャンネル１の診断パルス波形図、（ロ）はモジュールＢのチャンネル１及びチャンネル２の診断パルス波形図を示している。

図示の波形は、モジュールＡの診断パルスのタイミングとモジュールＢの診断パルスのタイミングが一致した場合を示し、モジュールＡのチャンネル１の診断パルスが、モジュールＢのチャンネル１の診断パルスに干渉し、この診断パルスの波形が異常レベルに変形した状態を示している。

モジュールＡとモジュールＢ間で、このようなモジュール間干渉が発生した場合には、モジュールＢ側では、本来正常なチャンネル１とチャンネル２が、チャンネル間短絡していると誤検出する診断ミスが発生する可能性がある。

本発明の目的は、複数のデジタル出力モジュールが近接配置された環境において、診断パルスによるモジュール間干渉よるチャンネル異常誤検出の確率を低減させることができるデジタル出力モジュールを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）複数チャンネルのフィールド機器に対して、各チャンネルに対応するチャンネル個別スイッチを介してデジタル信号を出力すると共に、周期的な診断パルスにより前記チャンネル個別スイッチをオンオフ制御するパルス診断手段を備えると共に、他のデジタル出力モジュールが自己モジュールに近接して配置されたデジタル出力モジュールにおいて、
前記パルス診断手段により最初のチャンネル異常が検出されたときに、前記診断パルスの次のタイミングを所定時間シフトさせる、パルスシフト処理手段を備え、
前記パルスシフト処理手段は、自己モジュールの診断パルスの更新周期を、前記他のデジタル出力モジュールの更新周期と異なる値に設定することを特徴とするデジタル出力モジュール。

（２）前記パルス診断手段は、チャンネル毎に前記チャンネル個別スイッチの出力端子の電圧及び電流を読み返す診断検出回路の出力を受けてパルス診断を実行することを特徴とする（１）に記載のデジタル出力モジュール。

（３）チャンネル毎に前記チャンネル個別スイッチの出力端子の電圧及び電流を読み返す診断検出回路の出力を受けてチャンネル診断を実行する、チャンネル診断手段を備えることを特徴とする（１）または（２）に記載のデジタル出力モジュール。

本発明によれば、パルス診断を実施している複数のデジタル出力モジュールが近接配置され、モジュール間でチャンネル間干渉を受ける実装環境においても、パルス診断によるチャンネル異常誤検出の確率を大幅に低減させることができる。

本発明を適用したデジタル出力モジュールの一実施例を示す機能ブロック図である。 本発明による干渉回避の動作を説明する診断パルス波形図である。 本発明による干渉回避の他の動作を説明する診断パルス波形図である。 パルス診断手段を備える従来のデジタル出力モジュールの構成例を示す機能ブロック図である。 従来手法による診断パルス波形図である。 従来手法によるモジュール間干渉を説明する診断パルス波形図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用したデジタル出力モジュールの一実施例を示す機能ブロック図である。図４で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

図４に示した従来構成に追加された本発明の特徴部は、パルス診断手段１５ａからの異常情報を取得して、パルス出力手段１２ｃのタイマを制御するパルスシフト処理手段１００を出力制御部１０内に設けた構成にある。

一般的にチャンネル異常を検出する仕組みとして、チャンネル異常を複数回カウントしたら異常確定する構成となっている。本発明で追加されたパルスシフト処理手段１００は、パルス診断手段１５ａのパルス診断にて１回でもチャンネル異常が検出されたら、次回の診断パルス出力のタイミングを所定時間シフトさせる。

図２は、本発明による干渉回避の動作を説明する診断パルス波形図である。図２（イ）はモジュールＡのチャンネル１の診断パルス波形図、（ロ）はモジュールＢのチャンネル１及びチャンネル２の診断パルス波形図を示している。

時刻ｔ１では、図６で説明したようにモジュール間干渉に起因してモジュールＢ側でチャンネル間短絡を示す異常誤検出が発生する。本発明のパルスシフト処理手段１００は、パルスシフト処理を行ない、次の診断パルスの出力タイミング（タイマ値）をずらす。即ち、次の診断パルスのタイミングｔ２で、診断パルスの発生をτ[ms]またはτ・ｎ[ms]シフトさせる。

尚、シフトさせる時間はτ[ms]間隔で設けられたタイミング０〜ｎ（ｎは整数）においてランダムに選択する。タイミングをランダムに選択することにより、お互いのモジュールで干渉しあい、互いが同時にチャンネル異常誤検出してしまった場合にでも、同じタイミングにシフトしないようにすることができ、異常誤検出の確率を低減させることができる。

更に、モジュール間で診断パルスの更新周期を異ならせることでも、パルス診断におけるチャンネル異常誤検出を避けることができる。この場合には、診断パルスの出力タイミングは、モジュール毎に設定される異なった更新周期に従い出力される。

図３は、本発明による干渉回避の他の動作を説明する診断パルス波形図である。図３（イ）はモジュールＡのチャンネル１及びチャンネル２の診断パルス波形図、（ロ）はモジュールＢのチャンネル１及びチャンネル２の診断パルス波形図を示している。

時刻ｔ１では、図６で説明したようにモジュール間干渉に起因してモジュールＢ側でチャンンル間短絡を示す異常誤検出が発生する。同時に、モジュールＡ側でもチャンンル間短絡を示す異常誤検出が発生する。

このため、モジュールＡを更新周期Ｘ[ms]とした場合に、同様な診断機能を持ったモジュールＢを更新周期Ｘ+α[ms]と異ならせることで診断パルスの出力タイミングをお互いにずらすことができる。これにより、連続して診断パルスがぶつかることがなくなり、チャンネル間の誤検出確率をより低減させることが可能となる。

更新周期をα[ms]ずらした場合、診断パルスの出力タイミングの差β[ms]は次のようになる。
β[ms]＝α[ms]×ｍ （ｍは整数） （式１）
また、パルス診断異常検出時間がパルスシフトにより大幅にばらつかないように、τ[ms]＜β[ms]と設定したほうがよい。

尚、１度異常誤検出しその後パルスシフトにて連続して診断パルスがぶつからないようにするため、診断パルスの出力タイミングの差β[ms]とτ[ms]は以下のように設定する。
τ[ms]×ｎ＜β[ms] （ｎは整数） （式２）

このように更新周期を異ならせると、パルス診断での異常検出カウントを２回以上と設定した場合に、モジュール間干渉によるチャンネル異常誤検出の可能性がなくなる効果がある。

１０ デジタル出力モジュール
１１ チャンネル個別スイッチ
１２ 出力制御部
１２ａ 通常出力手段
１２ｂ 異常出力手段
１２ｃ パルス出力手段
１３ ＮＯＲ論理手段
１４ 診断検出回路
１５ 診断部
１５ａ パルス診断手段
１５ｂ チャンネル診断手段
２０ フィールド機器
３０ 外部電源
１００ パルスシフト処理手段

Claims (3)

1. 複数チャンネルのフィールド機器に対して、各チャンネルに対応するチャンネル個別スイッチを介してデジタル信号を出力すると共に、周期的な診断パルスにより前記チャンネル個別スイッチをオンオフ制御するパルス診断手段を備えると共に、他のデジタル出力モジュールが自己モジュールに近接して配置されたデジタル出力モジュールにおいて、
   前記パルス診断手段により最初のチャンネル異常が検出されたときに、前記診断パルスの次のタイミングを所定時間シフトさせる、パルスシフト処理手段を備え、
   前記パルスシフト処理手段は、自己モジュールの診断パルスの更新周期を、前記他のデジタル出力モジュールの更新周期と異なる値に設定することを特徴とするデジタル出力モジュール。
2. 前記パルス診断手段は、チャンネル毎に前記チャンネル個別スイッチの出力端子の電圧及び電流を読み返す診断検出回路の出力を受けてパルス診断を実行することを特徴とする請求項１に記載のデジタル出力モジュール。
3. チャンネル毎に前記チャンネル個別スイッチの出力端子の電圧及び電流を読み返す診断検出回路の出力を受けてチャンネル診断を実行する、チャンネル診断手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のデジタル出力モジュール。

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