JP5476105B2 - 信号処理システムおよびこれに用いる信号源ユニットならびに信号処理ユニット - Google Patents

Description

本発明は、信号処理システムに関わり、詳しくは、信号を出力する信号源ユニットと、上記信号を受ける信号処理ユニットとを含み、上記信号源ユニットが、上記信号処理ユニットにより制御される電力により動作するようになっている信号処理システムに関するものである。

上記信号処理システムには、例えば図４に示すものがある。同図に示す信号処理システムにおいて、信号源ユニットは説明の一例として近接センサ１０であり、信号処理ユニットは説明の一例としてプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）の入力モジュール２０である。近接センサ１０は、図示を略するが物体の近接を検出する物体近接検出部、内部の状態を自己診断する自己診断部、内部各部に電力を供給する電源部、前記各部からの信号を処理して入力モジュール２０に出力する信号処理部、等を有する。

近接センサ１０は、電源ポート１１ａ、検出信号出力ポート１１ｂ、自己診断信号出力ポート１１ｃ、接地ポート１１ｄを具備する。

入力モジュール２０は、近接センサ１０の上記各ポート１１ａ−１１ｄと対応して電源ポート２１ａ、検出信号入力ポート２１ｂ、自己診断信号入力ポート２１ｃ、接地ポート２１ｄを具備する。

近接センサ１０の電源ポート１１ａには、入力モジュール２０の電源ポート２１ａから電力が供給され、近接センサ１０の検出信号出力ポート１１ｂから検出信号Ｓ１が出力されると共にその検出信号Ｓ１は入力モジュール２０の検出信号入力ポート２１ｂに入力され、近接センサ１０の自己診断信号出力ポート１１ｃから自己診断信号Ｓ２が出力されると共にその自己診断信号Ｓ２は入力モジュール２０の自己診断信号入力ポート２１ｃに入力され、近接センサ１０の接地ポート１１ｄは入力モジュール２０の接地ポート２１ｄに接続される。

以上から近接センサ１０と入力モジュール２０は、互いのポートどうしの接続のための配線として電源線３０、検出信号線４０、自己診断信号線５０、接地線６０で接続されている。

特開２００９−００９４９１号公報

以上説明した従来の信号処理システムにおいては、以下に述べる課題がある。

近接センサ１０と入力モジュール２０とを接続する配線が、自己診断部が無い近接センサと比較して、自己診断信号線５０が追加で必要となっていることで、配線が複雑化している。

近接センサ１０側に自己診断信号Ｓ２を出力するための出力ポート１１ｃが専用に必要であり、構成が複雑化する。同様のことが入力モジュール２０側にも自己診断信号Ｓ２を入力するための入力ポート２１ｃが専用に必要であり、結果、構成が複雑化した専用の入力モジュールとなる。よって、汎用の入力モジュールでは上記自己診断機能付きの近接センサ１０には対応することができない。

本発明は、信号源ユニットと信号処理ユニットとの配線簡素化、信号源ユニットおよび信号処理ユニットいずれの側にも自己診断信号用の専用の入力ポート、出力ポートを不要となして、それらユニットの構成簡素化、上記自己診断機能付きの信号源ユニットに対しては専用の信号処理ユニットも汎用の信号処理ユニットも接続して使用可能とすることを解決すべき課題としている。

本発明による信号処理システムは、信号を出力する信号源ユニットと、上記信号を受ける信号処理ユニットとを含み、上記信号源ユニットは、上記信号処理ユニットにより制御される電力により動作するようになっている信号処理システムにおいて、
上記信号源ユニットは、所定処理に応答した形態でレベル変化する信号を上記信号処理ユニットに出力する一方で、上記信号のレベルが所定時間にわたり変化しないときは当該信号のレベルを特定形態で反転させ、
上記信号処理ユニットは、上記信号が所定タイミングで変化するときは上記信号源ユニットが所定処理を行っていると判定し、上記信号のレベルが特定形態で反転したときは当該信号源ユニットが特定状態にあると判定することを特徴とする。

上記特定形態には例えば上記信号のレベルを所定時間、所定回数にわたり反転させる形態やその他の形態があり、特に限定しない。この場合の「所定回数」は１回であってもよいし、複数回であってもよい。

上記信号源ユニットの特定状態には故障状態があるが、それに限定しない。

上記「信号源ユニット」は、特定の装置や機器類に限定されず、近接センサ、光学式エンコーダ等、すべての装置、機器類を含むことができる。

上記「信号処理ユニット」は、特定の装置や機器類に限定されず、ＰＬＣの入力モジュール、ＨＭＩ（ヒューマン・マシーン・インターフェース）機器、パーソナルコンピュータ、パネルコンピュータ、カウンタ等の他の信号処理ユニットを含むことができる。

上記「所定処理に応答した形態でレベル変化する信号」において、「所定処理」とは、近接センサであれば、物体近接に関わる信号処理を含み、近接センサ以外であれば、なんらかの信号処理等を含む。

好ましくは、上記信号処理ユニットは、電源投入時に当該電源電圧を所定サイクル数にわたって低下させてなる自己診断モード信号を上記信号源ユニットへ供給する。

好ましくは、上記信号源ユニットは、上記信号処理ユニットから自己診断モード信号を受信したときは応答信号を上記信号処理ユニットに送信する。

本発明によれば、システム上においてユニット間の配線簡素化、ユニット構成の簡素化、等を図ることができる。

図１は本発明の実施形態にかかる信号処理システムの構成を示す図である。 図２は図１のシステムにおいて検出信号と自己診断信号の波形を示す図である。 図３は電源投入時に所定サイクル数、信号源ユニットへ供給する電力を低下させるときの電力波形を示す図である。 図４は従来の信号処理システムの構成を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る信号処理システムを説明する。

図１を参照して、実施の形態の信号処理システムは、信号源ユニットの一例である近接センサ１と、信号処理ユニットの一例である入力モジュール２とを含む。実施の形態の信号処理システムにおいて、ＰＬＣは、ＰＬＣ本体と、拡張モジュール等を含み、実施の形態では、ＰＬＣの拡張モジュールの１つである入力モジュール２を信号処理ユニットに適用している。ＰＬＣ本体は、図示を略するが、シーケンスプログラムにより近接センサ１からの検出信号Ｓ１等を受けた入力モジュール２からの信号に応答して制御対象をシーケンス制御するようになっている。

近接センサ１は、当該センサ内各部に電力を供給する電源部１ａ、物体の近接を検出する検出部１ｂ、当該センサ内部の状態を自己診断する自己診断部１ｃ、当該センサ内各部からの信号を処理すると共に当該信号に応答処理したり、これら信号を入力モジュール２に出力処理したりする信号処理部１ｄを有する。

検出部１ｂは、物体の近接を検出すると、その検出に対応して検出信号Ｓ１を出力する。その検出方式は特に限定しない。

自己診断部１ｃにおける自己診断の内容は特に限定しないが、近接センサ１が特定状態になることであり、例えば、回路故障、センサ内への水浸入、等の有無を自己診断し、その特定状態の結果を自己診断信号Ｓ２として出力する。

信号処理部１ｄは、具体的には、ＣＰＵを含む回路で構成してよいが、特に限定しない。信号処理部１ｄは、検出信号Ｓ１、自己診断信号Ｓ２、後述する自己診断モード信号Ｓ３に応答し、これら信号を処理すると共に、検出信号Ｓ１、自己診断信号Ｓ２、応答信号Ｓ４を出力処理するようになっている。

近接センサ１の種類は特に限定しない。近接センサ１は、電源／信号入力ポート１ｅ、信号出力ポート１ｆ、接地ポート１ｇを具備する。実施の形態における近接センサ１は、専用に自己診断信号のみを出力する出力ポートを具備しておらず、信号出力ポート１ｆを検出信号Ｓ１と自己診断信号Ｓ２との両信号ならびに応答信号Ｓ４の出力ポートに兼用しているために、信号数が図４で示す従来の近接センサよりも増えているにもかかわらず、ポート数は逆に少なくなっている。この場合、実施の形態の近接センサ１では、信号の入力数が自己診断モード信号Ｓ３により増えているが、ポート数はそのことにより増えてはいない。

近接センサ１は、電源／信号入力ポート１ｅを介して、入力モジュール２から電源を受給すると共に、入力モジュール２から自己診断モード信号Ｓ３を入力する。近接センサ１は、信号出力ポート１ｆを介して、入力モジュール２に検出信号Ｓ１と、自己診断信号Ｓ２と、応答信号Ｓ４とを出力する。近接センサ１は、接地ポート１ｇを介して、入力モジュール２と接地を共通する。

入力モジュール２は、当該入力モジュール２内部と近接センサ１に電力を供給すると共に当該近接センサ１に自己診断モード信号Ｓ３を出力する電源部２ａと、近接センサ１からの信号Ｓ１，Ｓ２およびＳ４を入力処理すると共に電源部２ａから上記自己診断モード信号Ｓ３を出力させる制御を行う信号処理部２ｂと、を具備する。

入力モジュール２はまた、近接センサ１の上記各ポート１ｅ−１ｇと対応して電源／信号出力ポート２ｃ、信号入力ポート２ｄ、接地ポート２ｅを具備する。実施の形態における入力モジュール２は、専用に自己診断信号Ｓ２のみを入力する入力ポートを具備しておらず、信号入力ポート２ｄを検出信号Ｓ１と自己診断信号Ｓ２との両信号に加えて応答信号Ｓ４の入力ポートに兼用しているために、図４で示す従来の専用入力モジュールよりもポート数が少なくなっている。

入力モジュール２の電源／信号出力ポート２ｃは、近接センサ１に電力を供給すると共に当該近接センサ１に自己診断モード信号Ｓ３を出力するポートであり、信号入力ポート２ｄは、近接センサ１から検出信号Ｓ１と自己診断信号Ｓ２と応答信号Ｓ４とを入力するポートであり、接地ポート２ｅは、近接センサ１と接地を共通するためのポートである。

近接センサ１の各ポート１ｅ，１ｆ，１ｇと、入力モジュール２の各ポート２ｃ，２ｄ，２ｅとは、それぞれ、電源／信号線３、信号線４、接地線５を介して、接続されている。

図２を参照して本実施の形態の信号処理システムの動作を説明する。図２は、近接センサ１の信号出力ポート１ｆから、信号線４を介して、入力モジュール２の信号入力ポート２ｄに出力される検出信号Ｓ１と、自己診断信号Ｓ２との波形を示す。近接センサ１において、検出部１ｂが物体近接を検出すると、検出部１ｂは、信号処理部１ｄに検出信号Ｓ１を出力する。信号処理部１ｄは、検出信号Ｓ１を処理し、信号出力ポート１ｆから信号線４に出力する。この検出信号Ｓ１は、図２で示すように電圧が所定タイミングでハイレベルとローレベルとに変化する形態により表される信号である。このハイレベルとローレベルとのデューティ比は例えば５０％であり、かつ、パルス幅は比較的長く設定されている。また、物体近接を検出しない場合では、検出部１ｂからはローレベル電圧が信号処理部１ｄに与えられ、信号処理部１ｄは、信号出力ポート１ｆから信号線４上にローレベル電圧を出力する。そして物体近接を検出すると、上記したようにハイレベル（ＯＮ）とローレベル（ＯＦＦ）とに電圧が変化する検出信号Ｓ１を出力する。

そして、信号処理部１ｄは、検出部１ｂから検出信号Ｓ１の出力後あるいは電源立ち上がり後などから所定期間ｔ１が経過しても、信号出力ポート１ｆの電位がローレベルになっている場合、近接センサ１には異常が無いことを示すために信号出力ポート１ｆの電位レベルをローレベルからハイレベルに反転させる電圧パルスを出力する。

すなわち、自己診断部１ｃは、当該近接センサ１内部を常時あるいは定期的に自己診断し、その自己診断出力を信号処理部１ｄに入力する。そして、信号処理部１ｄは、自己診断部１ｃの自己診断結果が検出部１ｂから検出信号Ｓ１の出力後あるいは電源立ち上がり後などから所定期間ｔ１経過しても、近接センサ１に異常が無いとする結果であれば、近接センサ１には異常が無いことを示すために信号出力ポート１ｆの電位レベルをローレベルからハイレベルに反転させる電圧パルスとして、例えば４回パルス幅が検出信号Ｓ１のそれよりも十分に短いハイレベルな電圧パルスＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４を一定間隔ｔ２ごとに信号出力ポート１ｆから信号線４上に出力する。信号処理部１ｄから信号出力ポート１ｆに出力される、これら一連の電圧パルスＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４が自己診断信号Ｓ２を形成する。

入力モジュール２において、信号処理部２ｂは、近接センサ１からの上記検出信号Ｓ１を信号入力ポート２ｄから入力すると、物体近接が有ったとして、ＰＬＣ本体に知らせる。ＰＬＣ本体においては、その物体近接に対応したシーケンス制御を行うことができる。

また、入力モジュール２において、信号処理部２ｂは、近接センサ１からの自己診断信号Ｓ２を信号入力ポート２ｄから入力すると、近接センサ１に異常が無いことを知ることができ、そのことをＰＬＣ本体に知らせる。ＰＬＣ本体においては、その物体近接に対応したシーケンス制御を継続することができる。

入力モジュール２において、信号処理部２ｂは、電源立ち上がり時に際して、電源部２ａを電源監視／制御信号Ｓ５により制御して、図３で示すように、電源電圧（Ｖ）を所定サイクル数、各サイクル短時間、電圧（Ｖ１）にまで所定電圧だけ下げることで自己診断モード信号Ｓ３として、電源部２ａから出力させる。この自己診断モード信号Ｓ３は、入力モジュール２の電源／信号出力ポート２ｃから、電源／信号線３を介して、近接センサ１の電源／信号入力ポート１ｅに入力される。そして、近接センサ１の電源／信号入力ポート１ｅを介して電源部１ａには、入力モジュール２からの電源電圧（Ｖ）が供給されると共に、電源立ち上がり時には、信号処理部１ｄに対しては、図３で示す自己診断モード信号Ｓ３が入力されることとなる。信号処理部１ｄは、自己診断モード信号Ｓ３が入力されると、この入力に応答して、通常の検出信号Ｓ１の処理に加えて、自己診断信号Ｓ２の処理も行う自己診断有りモードとなる。近接センサ１においては、この自己診断機能有りモードとなると、信号処理部１ｄは、信号出力ポート１ｆから信号線４を介して、入力モジュール２に対して当該近接センサ１が自己診断機能付きの近接センサであり、近接センサ１が自己診断機能付き近接センサとして動作することを示す応答信号Ｓ４を送信する。これにより入力モジュール２側では、その応答信号Ｓ４を信号処理部２ｂで受信し、近接センサ１が自己診断機能付きの近接センサであることが判り、所要の対応動作を行うことができるようになる。

また、入力モジュール２は近接センサ１に対応して専用の入力モジュールであるが、汎用の入力モジュールとの互換性を確保するために、各ポート２ｃ，２ｄ，２ｅは、汎用入力モジュールと同様としている。そして、汎用の入力モジュールの場合では、入力モジュール２の電源／信号出力ポート２ｃに対応する電源ポートから上記自己診断モード信号Ｓ３が出力されないので、近接センサ１は電源立ち上がり時に際しては専用の入出力モジュール１ではなく汎用の入力モジュールが接続されたとして自己診断機能を使用しない自己診断無しモードとして動作する。なお、入力モジュール２は、電源部２ａから近接センサ１に供給される電源電圧を電源監視／制御信号Ｓ５により制御している。

以上説明したように本実施の形態では、近接センサ１と入力モジュール２とを接続する配線として、図４で示す従来の自己診断信号線５０が省略されていることで、システム上の配線が簡素化している。そして、近接センサ１は専用の入力モジュール２が接続されず、汎用の入力モジュールを接続することができる一方、入力モジュール２は専用の自己診断機能付きの近接センサ１ではなく自己診断機能が無い汎用の近接センサに対しても接続することができる。

また、本実施の形態では、近接センサ１側に自己診断信号Ｓ２を出力するための図４で示す出力ポート１１ｃが専用では必要でなくなり、構成が簡素化する。同様のことが、入力モジュール２側でも言える。すなわち、入力モジュール２側にも近接センサ１からの自己診断信号Ｓ２を入力するための図４で示す入力ポート２１ｃが専用では必要でなくなり、構成が簡素化する。

また、本実施の形態では、入力モジュール２は、近接センサ１に対して専用の入力モジュールとなっているが、汎用の入力モジュールであっても、本実施の形態の近接センサ１に接続して、対応することができる。すなわち、汎用の入力モジュールの場合、入力モジュール２の電源／信号出力ポート２ｃに対応する出力ポートから電源／信号線３を介して近接センサ１には電源のみ供給され自己診断モード信号Ｓ３は送信されないので、近接センサ１においては、通常の近接センサとして対応することができるからである。

また、本実施の形態では、近接センサ１が汎用の近接センサであっても、入力モジュール２は、この汎用の近接センサに対応することができる。これは入力モジュールから電源／信号出力ポート２ｃから電源／信号線３を介して近接センサ側に自己診断モード信号Ｓ３を送信しても、その汎用の近接センサからは応答信号Ｓ４が送信されてこないので、当該近接センサは汎用のものであるとして、それに対応することができるからである。

なお、本実施の形態の近接センサ１は、その出力形式が直流３線式であったが、その出力形式に限定されるものではなく、直流２線式等の他の出力形式も含むことができることは勿論である。

また、本実施の形態における入力モジュール２の電源部２ａは、そのタイプにはなんら限定されず、例えば安定化電源でもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータ等でもよいことは勿論である。

また、本実施の形態における信号源ユニットは、近接センサであったが、これに限定されず、光学式エンコーダ等の他の信号源ユニットを含むことができる。

また、本実施の形態における信号処理ユニットは、ＰＬＣの入力モジュールであったが、これに限定されず、例えば、ＨＭＩ（ヒューマン・マシーン・インターフェース）機器、パーソナルコンピュータ、パネルコンピュータ、カウンタ等の他の信号処理ユニットを含むことができる。

１ 近接センサ（信号源ユニット）
２ 入力モジュール（信号処理ユニット）
３ 電源／信号線
４ 信号線
５ 接地線
Ｓ１ 検出信号
Ｓ２ 自己診断信号
Ｓ３ 自己診断モード信号
Ｓ４ 応答信号
Ｓ５ 電源監視／制御信号

Claims (5)

1. 信号を出力する信号源ユニットと、
   上記信号を受ける信号処理ユニットと、
   を含み、
   上記信号源ユニットは、上記信号処理ユニットにより制御される電力により動作するようになっている信号処理システムにおいて、
   上記信号源ユニットは、所定処理に応答した形態でレベル変化する信号を上記信号処理ユニットに出力する一方で、上記信号のレベルが所定時間にわたり変化しないときは当該信号のレベルを特定形態で反転させ、
   上記信号処理ユニットは、上記信号が所定タイミングで変化するときは上記信号源ユニットが上記所定処理を行っていると判定し、上記信号のレベルが特定形態で反転したときは当該信号源ユニットが特定状態にあると判定する、
   ことを特徴とする信号処理システム。
2. 上記信号処理ユニットは、電源投入時に当該電源電圧を所定サイクル数で低下させてなる自己診断モード信号を上記信号源ユニットへ供給する、請求項１に記載のシステム。
3. 上記信号源ユニットは、上記信号処理ユニットから自己診断モード信号を受信したときは応答信号を上記信号処理ユニットに送信する、請求項２に記載のシステム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のシステムに用いる信号源ユニット。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載のシステムに用いる信号処理ユニット。

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