JP6010453B2

JP6010453B2 - ２線式フィールド機器

Info

Publication number: JP6010453B2
Application number: JP2012282329A
Authority: JP
Inventors: 間々田　浩一; 浩一間々田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP2014127800A

Description

本発明は、２線式フィールド機器に関するものである。

従来より、差圧発信器、圧力発信器、温度発信器、電磁流量計などの２線式フィールド機器では、検出した差圧、圧力、温度、流量に対する検出信号を２線伝送路を介して外部の上位装置に送信するための送信回路を備えている。このような２線式フィールド機器の送信回路は、送信する検出信号に外部からノイズが混入すると測定対象の物理量の測定精度が低下してしまう。そこで、コイルを送信回路内に設け、コイルのインダクタンスによってノイズを低減することが行われている。

ところが、ノイズがコモンモードノイズの場合には、コイルのインダクタンスが大きくないとそのコモンモードノイズを十分にカットすることができない。インダクタンスを大きくするには、コイル自体を大型にしなければならないので、送信回路や２線式フィールド機器も大型になってしまう。そこで、図４に示すように、コイルの代わりにコモンモードチョークを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この図４に示すフィールド機器１００では、送信回路１１０内の内部回路１１１と機器外部配線１２０とを接続する２線伝送路１１２にコモンモードチョーク１１３が接続されている。このコモンモードチョーク１１３は、同等の大きさ、巻き数のコイルと比較して、コモンモードノイズの印加時における磁束が２倍以上あり、インダクタンス値も２倍以上となる。これにより、大型にせずにコモンモードノイズにも対応することが可能となる。

特開２０１０−４０６８７号公報

しかしながら、コモンモードチョークのようなインダクタンスが大きいコイルを送信回路内に設けると、このコイルによって大きな逆起電力エネルギーも生じるため、この逆起電力エネルギーが外部に漏れる虞があるので、本質安全防爆構造の基準を満たすことが困難であった。すると、爆発の危険性がある危険雰囲気中では使用できないので、使用可能な場所が限られてしまう。

そこで、本発明は、コモンモードノイズをカットするとともに本質安全防爆構造の基準を満たすことが可能な２線式フィールド機器を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る２線式フィールド機器は、２線伝送路を介して上位装置と接続されて、２線伝送路に流れる直流電流から動作電源を生成する電源回路と、２線伝送路を介して上位装置に信号を送信する送信回路とを備えた２線式フィールド機器であって、送信回路は、２線伝送路間に設けたコモンモードフィルタと、２線伝送路のコモンモードフィルタよりも上位装置側に設けた逆起電力遮断回路とを備えていることを特徴とするものである。

上記２線式フィールド機器において、逆起電力回路は、２線伝送路間に接続したダイオードから構成されるようにしてもよい。

本発明によれば、２線伝送路間に設けたコモンモードフィルタによりコモンモードノイズがカットされ、２線伝送路のコモンモードフィルタよりも上位装置側に設けた逆起電力遮断回路により、コモンモードフィルタで発生する逆起電力エネルギーが外部に漏れることを防ぐことができるので、コモンモードノイズをカットするとともに本質安全防爆構造の基準を満たすことが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る２線式フィールド機器の構成を示すブロック図である。図２は、図１における送信回路の構成を示すブロック図である。図３は、送信回路の変形例を示すブロック図である。図４は、従来の２線式フィールド機器における送信回路を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る２線式フィールド機器１は、プラントなどのプロセス設備で発信器として用いられ、流量、温度、圧力、弁開度などの任意のプロセス変数を計測する装置からなる。この２線式フィールド機器１は、全体としてコンピュータで制御される通信機器からなり、２本の伝送線からなる伝送路３を介してコントローラなどの上位装置２と接続されて、上位装置２から伝送路３を介して供給される直流電流から取得した動作電源で動作し、伝送路３の直流電流を任意のプロセス変数の計測値に応じた電流値に制御することにより計測値を上位装置２へ通知するものである。
このような２線式フィールド機器１は、電源回路１０と、測定回路２０と、送信回路３０とを備えている。

電源回路１０は、伝送路３の２本の伝送線からなるループに対して直列に接続されて、上位装置２から供給されて伝送路３に流れる直流電流から２線式フィールド機器１の動作電源を生成して各部に供給する回路からなる。

測定回路２０は、任意のセンサを制御するインタフェース回路からなり、そのセンサで計測した所望のプロセス変数の計測値を取得し、この計測値を送信回路３０へ出力する。

送信回路３０は、図１に示すように、伝送路３の２本の伝送線２からなるループに対して電源回路１０とともに直列に接続されて、２線伝送方式とデジタル伝送方式とに基づいて上位装置２とデータ通信を行う回路からなる。また、送信回路３０は、図２に示すように、電源回路１０を含む外部配線４０を介して上位装置２に接続されることにより、伝送路３に接続されている。
このような送信回路３０は、伝送路３の２本の伝送線からなるループに直列に接続された内部回路３１と、伝送路３の２本の伝送線の間に接続された逆起電力遮断回路３２と、内部回路３１と逆起電力遮断回路３２との間の伝送路３の２本の伝送線の間に接続されたコモンモードフィルタ３３とを備えている。

内部回路３１は、２線伝送方式に基づいて伝送路３を流れる直流電流（ループ電流）をアナログ出力信号に基づいて４〜２０ｍＡの範囲内で所定の電流値に制御する機能を備えている。この機能により、測定回路２０から入力された計測値に応じたアナログ出力信号を生成することにより、測定回路２０による計測値を上位装置２へ通知することができる。

逆起電力遮断回路３２は、伝送路３の２本の伝送線にそれぞれ並列に接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２から構成されている。これらのダイオードＤ１，Ｄ２の正極は、伝送路３の２本の伝送線のうちの負極側、負極が伝送路３の２本の伝送線のうちの正極側に接続されている。

コモンモードフィルタ３２は、内部回路３１と逆起電力遮断回路３２との間で伝送路３の２本の伝送線に並列に接続されたチョークコイルから構成される。

このような２線式フィールド機器１の送信回路３０において、コモンモードノイズが発生すると、コモンモードチョークからなるコモンモードフィルタ３３によりそのコモンモードノイズはカットされる。このコモンモードチョークは、同等の大きさのコイルと比較して、コモンモードノイズの印加時における磁束が２倍以上であり、インダクタンス値も２倍以上となる。これにより、大型のコイルを設けなくてよいので、２線式フィールド機器１の小型化を促進することができる。

また、コモンモードチョークからなるコモンモードフィルタ３３は、外部に逆起電力エネルギーが出力される場合があるが、本実施の形態ではコモンモードフィルタ３３よりも外部側に逆起電力遮断回路３２を設けている。これにより、コモンモードフィルタ３３から出力された逆起電力エネルギーは、正極が伝送路３の２本の伝送線のうちの負極側、負極が伝送路３の２本の伝送線のうちの正極側に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２により整流され、送信回路３０外部に出力されることが防がれる。したがって、本質安全防爆構造の基準を満たすことが可能となるので、爆発の危険性がある危険雰囲気中でも使用可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、２線伝送路３間に設けたコモンモードフィルタ３３によりコモンモードノイズがカットされ、２線伝送路３のコモンモードフィルタ３３よりも上位装置２側に設けた逆起電力遮断回路３２により、コモンモードフィルタ３３で発生する逆起電力エネルギーが外部に出力されることを防ぐことができるので、コモンモードノイズをカットするとともに本質安全防爆構造の基準を満たすことが可能となる。

なお、本実施の形態では、逆起電力遮断回路３２が伝送路３の２本の伝送路に並列に接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２から構成される場合を例に説明したが、コモンモードフィルタ３３から発生する逆起電力エネルギーが外部に出力されることを防ぐことができるのであれば、逆起電力遮断回路３２の構成はこれに限定されず、適宜自由に設定することができる。
例えば、図３に示すように送信回路３０’のように、逆起電力遮断回路３２’として、ダイオードＤ３〜Ｄ６から構成されるブリッヂダイオード回路を用いるようにしてもよい。この場合においても、コモンモードフィルタ３３から発生する逆起電力エネルギーが外部に出力されることを防ぐことができる。

本発明は、２線伝送路を用いる各種装置に適用することができる。

１…２線式フィールド機器、２…上位装置、３…伝送路、１０…電源回路、２０…測定回路、３０，３０’…送信回路、３１…内部回路、３２，３２’…逆起電力遮断回路、３３…コモンモードフィルタ、４０…外部配線、Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード。

Claims

２線伝送路を介して上位装置と接続されて、前記２線伝送路に流れる直流電流から動作電源を生成する電源回路と、
前記２線伝送路を介して上位装置に信号を送信する送信回路とを備えた２線式フィールド機器であって、
前記送信回路は、前記２線伝送路間に設けたコモンモードフィルタと、前記２線伝送路の前記コモンモードフィルタよりも前記上位装置側に設けた逆起電力遮断回路とを備えている
ことを特徴とする２線式フィールド機器。
請求項１記載の２線式フィールド機器において、
前記逆起電力回路は、前記２線伝送路間に接続したダイオードから構成される
ことを特徴とする２線式フィールド機器。