JP6841261B2

JP6841261B2 - 伝送器

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Publication number: JP6841261B2
Application number: JP2018080902A
Authority: JP
Inventors: 丈久田中
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2038-04-19
Also published as: JP2019191708A; EP3557553A1; US10735830B2; EP3557553B1; US20190327540A1

Description

本発明は、伝送器に関する。

従来、電流出力回路を有する伝送器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−６０２６７号公報

伝送器において、安全度水準が満たされるように、信頼性又は安全性の向上が求められる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、信頼性又は安全性が高められうる伝送器を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一実施形態に係る伝送器は、通常の使用状態では外部装置と接続され、自機の故障を検出するときには接続回路と接続される。前記伝送器は、測定データを出力するセンサと接続され、前記測定データに基づく設定データを出力するプロセッサを備える。前記伝送器は、前記プロセッサからの前記設定データに基づく出力データを出力する電流制御部を備える。前記伝送器は、前記外部装置と接続される場合に前記電流制御部からの前記出力データに基づく第１電流信号を前記外部装置に出力する電流出力部を備える。前記伝送器は、前記外部装置と接続される場合に前記外部装置から出力された、前記第１電流信号と異なる第２電流信号の入力を受け付け、前記第２電流信号に基づく入力データを前記電流制御部に出力する電流入力部を備える。前記電流入力部は、前記接続回路を介して前記電流出力部と接続される場合に前記電流出力部から出力される前記第１電流信号を前記第２電流信号として受け付け、前記第１電流信号に基づく内部入力データを前記入力データとして前記電流制御部に出力する。前記電流制御部は、前記設定データと前記内部入力データとの比較に基づいて、自機の故障を検出する。

本発明の一実施形態に係る伝送器において、前記出力データ及び前記入力データは、誤り検出符号を付加されて出力されてよい。

本発明の一実施形態に係る伝送器において、前記電流制御部は、前記電流出力部が前記誤り検出符号に基づいて前記出力データの誤りを検出した場合、前記電流出力部に対して前記出力データを再度出力してよい。

本発明の一実施形態に係る伝送器において、前記電流制御部は、前記誤り検出符号に基づいて前記入力データの誤りを検出した場合、前記電流入力部に対して前記入力データを再度出力するように要求してよい。

本発明の一実施形態に係る伝送器は、外部装置に接続されてよい。前記電流出力部は、前記第１電流信号を前記外部装置に出力してよい。前記電流入力部は、前記内部入力データと、前記外部装置から入力された電流信号に基づく外部入力データとのいずれか一方を選択する選択部を有してよい。前記電流入力部は、前記選択部で選択した前記内部入力データ及び前記外部入力データのいずれか一方を前記入力データとして前記電流制御部に出力してよい。

本発明の一実施形態に係る伝送器において、前記電流制御部は、前記出力データのビット数と前記入力データのビット数とが異なる場合、最上位ビットで揃えて同じビット数に変換してよい。

本発明の一実施形態に係る伝送器において、前記電流制御部は、自機の故障を検出した場合、故障信号を出力してよい。

本発明の一実施形態に係る伝送器において、前記電流出力部は、前記故障信号に基づいて、第１所定値以下の大きさの電流、及び、第２所定値以上の大きさの電流の少なくとも一方を含む電流信号を前記第１電流信号として出力してよい。

本発明の一実施形態に係る伝送器によれば、信頼性又は安全性が高められうる。

一実施形態に係る伝送器の構成例を示すブロック図である。出力した電流信号を内部で電圧に変換する構成例を示すブロック図である。自機が出力した電流信号を変換した電圧と、外部装置が出力した電流信号を変換した電圧とを選択して取得する構成例を示すブロック図である。電流制御部が実行する故障判定の手順の一例を示すフローチャートである。絶縁部を備える伝送器の構成例を示すブロック図である。

図１に示されるように、一実施形態に係る伝送器１は、プロセッサ１０と、電流制御部２０と、電流出力部３０と、電流入力部４０とを備える。プロセッサ１０と電流制御部２０とは、互いに接続されており、データを入力したり出力したりしうる。電流制御部２０は、電流出力部３０及び電流入力部４０それぞれと接続されている。プロセッサ１０は、伝送器１の外部に設けられているセンサ３と接続されている。伝送器１は、センサ３を含んでもよい。

電流出力部３０及び電流入力部４０はそれぞれ、接続回路５８と接続されている。つまり、電流出力部３０及び電流入力部４０は、接続回路５８を介して、互いに接続されている。伝送器１は、出力端子５２をさらに備えてよい。この場合、電流出力部３０は、出力端子５２で接続回路５８と接続されてよい。伝送器１は、入力端子５４をさらに備えてよい。この場合、電流入力部４０は、入力端子５４で接続回路５８と接続されてよい。接続回路５８は、単なる配線であってよいし、抵抗器を含んでもよい。接続回路５８は、出力端子５２から流れてくる電流を、そのままの大きさで入力端子５４に流す。つまり、出力端子５２と入力端子５４とが接続回路５８を介して接続されていることによって、電流出力部３０が出力した電流がそのまま電流入力部４０に入力される。

電流出力部３０は、外部装置２と接続されてもよい。この場合、電流出力部３０は、外部装置２に電流信号を出力しうる。電流入力部４０は、外部装置２と接続されてもよい。この場合、電流入力部４０は、外部装置２から電流信号の入力を受け付けうる。伝送器１は、通知端子５６をさらに備えてよい。この場合、電流制御部２０は、通知端子５６で外部装置２と接続されてよい。

伝送器１は、センサ３から取得した測定データに基づく電流信号を出力する。外部装置２は、伝送器１から取得した電流信号に基づいて、センサ３の測定データを取得しうる。一方、外部装置２は、測定データの補正値に関する情報等を、伝送器１に対して電流信号として出力しうる。伝送器１は、外部装置２から取得した電流信号に基づいて、測定データの補正値に関する情報等を取得する。測定データの補正値に関するデータは、外部装置２が取得した温度データ又は圧力データ等であってよい。

伝送器１を含むシステムが特に安全を求められる用途（安全計装システム）で用いられる場合に、安全度水準（SIL：Safety Integrity Level)の取得が求められることがある。SILを取得するには、伝送器１には自機の異常又は故障を検出し、上位システムに警報する構成が求められる。特に、制御ループで電流出力（ループ出力）を監視し、異常がないことを確認する構成を備えることは重要なポイントとなる。SILの要件を満たすために、伝送器１の信頼性又は安全性の向上が求められている。

プロセッサ１０は、センサ３から測定データを取得し、測定データを処理する。プロセッサ１０は、測定データに基づいて電流制御部２０に制御情報を出力する。電流制御部２０を制御するための制御情報は、設定データともいう。プロセッサ１０は、ＲＳ４８５等の規格に基づいてセンサ３と通信してよい。

プロセッサ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用的な集積回路によって構成されてよい。プロセッサ１０は、所定のプログラムを実行することによって、伝送器１の種々の機能を実現してよい。プロセッサ１０は、記憶部を有してよい。伝送器１は、プロセッサ１０とは別個の構成部として記憶部を備えてもよい。記憶部は、伝送器１の動作に用いられる各種情報、又は、伝送器１の機能を実現するためのプログラム等を格納してよい。記憶部は、プロセッサ１０のワークメモリとして機能してよい。記憶部は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。

電流制御部２０は、電流出力部３０に制御情報を出力する。電流出力部３０は、制御情報に基づく電流信号を出力する。電流出力部３０における電流信号の出力を制御するための制御情報は、出力データともいう。伝送器１は、電流出力部３０が電流信号を外部に出力するための出力端子５２をさらに備えてよい。伝送器１は、出力端子５２で外部装置２と接続されてよい。電流出力部３０が外部装置２と接続されている場合、外部装置２は、電流信号によって特定されるデータを、伝送器１から取得しうる。

電流制御部２０は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の特定の処理に特化した集積回路によって構成されてよい。電流制御部２０は、プロセッサ１０と同一又は類似の記憶部を有してよい。

電流出力部３０は、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）３２と、電流生成部３４とを備えてよい。電流出力部３０は、電流制御部２０からの出力データをデジタル信号として取得する。ＤＡＣ３２は、出力データをアナログ信号に変換する。電流生成部３４は、アナログ信号に変換された出力データに基づいて、出力端子５２から出力する電流信号を生成する。つまり、電流出力部３０は、出力データに基づく電流信号を出力しうる。電流出力部３０が出力データに基づいて出力する電流信号は、第１電流信号ともいう。第１電流信号は、例えば４〜２０ｍＡのアナログ電流信号であってよい。ＤＡＣ３２と電流生成部３４とは、一体に構成されてよい。

プロセッサ１０と電流制御部２０と電流出力部３０とは、センサ３から取得した測定データを電流信号に変換し、外部装置２に出力する。つまり、伝送器１は、測定データに基づく電流信号を電流出力部３０に出力させることによって、外部装置２に測定データを伝送する。

電流入力部４０は、電流信号の入力を受け付ける。電流入力部４０が入力を受け付ける電流信号は、第２電流信号ともいう。電流入力部４０は、第２電流信号に基づくデータを生成する。第２電流信号に基づくデータは、入力データともいう。電流入力部４０は、入力データを電流制御部２０に出力する。電流制御部２０は、電流入力部４０から入力データを取得する。伝送器１は、電流入力部４０に電流信号を入力する入力端子５４をさらに備えてよい。伝送器１は、入力端子５４で外部装置２と接続されてよい。電流入力部４０が外部装置２と接続されている場合、伝送器１は、外部装置２から入力データを取得しうる。

電流入力部４０は、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）４２と、変換部４４とを備えてよい。電流入力部４０は、入力端子５４で電流信号の入力を受け付ける。変換部４４は、入力端子５４に入力された電流信号を電圧信号に変換する。変換部４４で電流信号から変換された電圧信号は、アナログ信号であるといえる。変換部４４は、例えば電気抵抗に流れる電流を電気抵抗の両端の電圧に変換する回路を含んでもよいし、オペアンプ等によって構成される回路を含んでもよい。ＡＤＣ４２は、変換部４４で電流信号から変換された電圧信号をデジタル信号に変換し、電流制御部２０に出力する。つまり、電流入力部４０は、デジタル信号の入力データを電流制御部２０に出力しうる。ＡＤＣ４２と変換部４４とは、一体に構成されてよい。

電流制御部２０は、電流入力部４０から取得した入力データをプロセッサ１０に出力する。つまり、プロセッサ１０は、電流制御部２０を介して、電流入力部４０から入力データを取得する。プロセッサ１０は、取得した入力データに基づいて、測定データを処理する。例えば、入力データは、測定データの補正値に関するデータを含んでよい。プロセッサ１０は、入力データに含まれる補正値に関するデータに基づいて測定データを補正してよい。プロセッサ１０は、補正した測定データに基づいて、電流制御部２０に出力する設定データを生成してよい。

電流制御部２０と、電流出力部３０及び電流入力部４０との間におけるデータの入出力は、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）等のデジタル通信によって実現されてよい。

伝送器１が測定データを外部装置２に対して伝送するための電流信号は、計装用標準信号であってよい。計装用標準信号は、電流の大きさが第１所定値以上且つ第２所定値以下の所定範囲内に制御されている電流信号であってよい。第１所定値は、例えば４ｍＡであってよい。第２所定値は、例えば２０ｍＡであってよい。

外部装置２は、センサ３の測定データを監視する機器であってよいし、センサ３の測定データを収集するデータロガー等の機器であってもよい。外部装置２は、伝送器１を管理したり、伝送器１の状態を監視したりする機器であってもよい。

センサ３は、例えば、ｐＨセンサであってよい。この場合、ｐＨセンサの測定データを計装用標準信号に変換する伝送器１は、液変換器又は変換器ともいう。センサ３は、ｐＨセンサに限られず、他の種々のセンサであってよい。

電流出力部３０は、回路の異常等に起因して、プロセッサ１０からの設定データに基づく電流信号を出力端子５２から出力できないことがある。電流入力部４０は、回路の異常等に起因して、入力端子５４に入力される電流信号の受け付けができなかったり、入力端子５４に入力される電流信号に基づくデータを電流制御部２０に出力できなかったりすることがある。

第１電流信号が第２電流信号として電流入力部４０に入力される場合、電流入力部４０は、第１電流信号に基づく入力データを生成する。第１電流信号に基づく入力データは、内部入力データともいう。伝送器１において異常又は故障等が発生していない場合、内部入力データは、設定データと同一のデータ、又は、設定データに対して所定値未満の差を有するデータであるものとする。言い換えれば、内部入力データと設定データとの差の絶対値が所定値未満である場合、伝送器１において異常又は故障等が発生していないものとする。

一方、内部入力データと設定データとの差の絶対値が所定値以上である場合、伝送器１に異常又は故障等が発生しているものとする。例えば、電流制御部２０から電流出力部３０に出力される出力データ、又は、電流入力部４０から電流制御部２０に出力される入力データが誤りを含む場合、設定データと内部入力データとの差の絶対値が所定値以上になりうる。電流出力部３０が実際に出力している電流信号と、設定データに基づいて出力されるべき電流信号とが異なっている場合、設定データと内部入力データとの差の絶対値が所定値以上になりうる。電流入力部４０が生成した入力データが電流入力部４０に実際に入力された電流信号に基づくデータとは異なっている場合、設定データと内部入力データとの差の絶対値が所定値以上になりうる。

電流制御部２０は、設定データと内部入力データとの比較に基づいて、伝送器１において異常又は故障等が発生しているか判定しうる。電流制御部２０は、設定データと内部入力データとの差に基づいて判定してよい。この場合、電流制御部２０は、設定データと内部入力データとが異なる場合に、伝送器１において異常又は故障等が発生していると判定してよい。電流制御部２０は、設定データと内部入力データとの差の絶対値が所定値以上である場合に、伝送器１において異常又は故障等が発生していると判定してもよい。

仮に、プロセッサ１０において異常又は故障等が発生した場合、プロセッサ１０が電流制御部２０に対して設定データを出力できなくなりうる。電流制御部２０は、プロセッサ１０から新たな設定データを取得できなくなった場合でも、最後に取得した設定データに基づく出力データを電流出力部３０に出力してよい。このようにすることで、伝送器１は、電流信号を出力し続けうる。

プロセッサ１０は、伝送器１における異常又は故障等の発生を検出するための設定データとして、測定データに基づかない設定データを出力してもよい。このようにすることで、プロセッサ１０が測定データを取得しているか否かにかかわらず、伝送器１は、異常又は故障等の発生を検出しうる。

電流制御部２０は、伝送器１において異常又は故障等が発生していると判定した場合、外部装置２に対して伝送器１における異常又は故障等の発生を通知する信号を出力してよい。伝送器１における異常又は故障等の発生を通知する信号は、故障信号又はＦＡＩＬ信号ともいう。

電流制御部２０は、伝送器１の異常又は故障等を検出した場合、通知端子５６から外部装置２に対して故障信号を出力してよい。外部装置２は、伝送器１から故障信号を取得することによって、伝送器１に異常又は故障等が発生していることを把握しうる。外部装置２は、故障信号に基づいて、ＤＣＳのユーザ等に対して異常又は故障等に関して報知してよい。外部装置２は、ブザーの鳴動又は回転灯の発光等の種々の手段による報知を実行してよい。電流制御部２０と外部装置２とを接続する配線は、リレーを備えてよい。電流制御部２０は、リレーの開閉を制御することによって、外部装置２に対する故障信号の出力を制御してよい。

電流制御部２０は、電流出力部３０が外部装置２に接続されている場合、電流出力部３０に、計装用標準信号に含まれる電流の大きさの範囲外の電流を出力させることによって、外部装置２に対して、伝送器１に異常又は故障等が発生していることを通知してもよい。この場合、電流制御部２０は、第１所定値未満の大きさ又は第２所定値を超える大きさの電流を、電流出力部３０に出力させてよい。電流制御部２０は、例えば４ｍＡ未満の大きさ又は２０ｍＡを超える大きさの電流を電流出力部３０に出力させてよい。電流制御部２０が電流出力部３０に出力させる電流の大きさは、例えば、０ｍＡ若しくは３．６ｍＡ又は２０．４ｍＡ等であってよいが、これらに限られず、種々の値であってもよい。電流出力部３０は、第１所定値未満の大きさの電流を、バーンダウンによって出力してもよい。電流出力部３０は、第２所定値を超える大きさの電流を、バーンアップによって出力してもよい。

電流制御部２０は、外部装置２に対して故障信号を出力するとともに、電流出力部３０に対して、出力する電流の大きさを０ｍＡにするように指示する信号を出力してよい。出力する電流の大きさを０ｍＡにするように指示する信号は、クリア信号ともいう。電流出力部３０は、クリア信号に基づいて、出力する電流の大きさが０ｍＡとなるように制御する。その結果、外部装置２は、伝送器１に異常又は故障等が発生していることを把握しうる。

電流制御部２０がリレーの開閉によって故障信号の出力を制御する場合、電流制御部２０からクリア信号を出力する配線は、電流制御部２０とリレーとを接続する配線から分岐してよい。この場合、電流制御部２０は、リレーの開閉による故障信号の出力と、電流出力部３０に対するクリア信号の出力とをあわせて実行しうる。このようにすることで、電流制御部２０は、伝送器１に異常又は故障等が発生していることを、より確実に外部装置２に通知しうる。その結果、伝送器１の信頼性又は安全性が高められうる。

本実施形態に係る伝送器１において、出力端子５２と入力端子５４とが接続回路５８を介して接続されていることによって、第１電流信号がそのまま第２電流信号として電流入力部４０に入力される。このようにすることで、電流入力部４０は、第１電流信号に基づく内部入力データを電流制御部２０に出力しうる。その結果、電流制御部２０は、内部入力データを取得し、設定データと内部入力データとの比較に基づいて、伝送器１において異常又は故障等が発生しているか判定しうる。

本実施形態に係る伝送器１は、測定データの処理及び汎用的な処理を実行するプロセッサ１０と、電流出力部３０及び電流入力部４０を制御しつつ伝送器１に異常又は故障等が発生しているか判定する電流制御部２０とを備える。このようにすることで、プロセッサ１０の負荷が軽減されうる。例えば、プロセッサ１０が実行する処理の数が低減されうる。また、プロセッサ１０で判定処理を実行するためのプログラムが省略されることによって、プロセッサ１０の記憶部の空き容量が増加しうる。その結果、プロセッサ１０における汎用的な処理の実行が妨げられにくい。また、プロセッサ１０を構成するＣＰＵ等のスペックが低くされうる。その結果、コストが低減されうる。

本実施形態に係る伝送器１において、プロセッサ１０における異常若しくは故障等の発生、又は、負荷増大による性能の低下等にかかわらず、電流制御部２０が電流出力部３０及び電流入力部４０を制御しうる。このようにすることで、電流信号の出力が継続されうる。その結果、伝送器１の信頼性又は安全性が高められうる。

図２に示されるように、変換部４４は、電流出力部３０と出力端子５２との間に接続されてよい。出力端子５２は、外部装置２等の他の装置に接続されず終端されている。この場合、変換部４４は、第１電流信号を電圧信号に変換し、ＡＤＣ４２に出力する。出力端子５２は、外部装置２に接続されていてもよい。この場合、変換部４４は、第１電流信号をそのまま出力端子５２から外部装置２に出力させつつ、第１電流信号を電圧信号に変換し、ＡＤＣ４２に出力してよい。ＡＤＣ４２は、変換部４４から取得した電圧信号に基づくデータを電流制御部２０に出力する。つまり、ＡＤＣ４２は、第１電流信号に基づく内部入力データを電流制御部２０に出力する。電流制御部２０は、内部入力データを取得し、設定データと内部入力データとの比較に基づいて、伝送器１において異常又は故障等が発生しているか判定しうる。変換部４４が電流出力部３０と出力端子５２との間に接続されることで、出力端子５２と入力端子５４とが接続回路５８等によって接続されなくとも、電流制御部２０は、内部入力データを取得しうる。このようにすることで、伝送器１における故障判定が実行されやすくなる。その結果、伝送器１の信頼性又は安全性が高められうる。

図３に示されるように、電流入力部４０は、第１変換部４４１と、第２変換部４４２と、選択部４６とを備えてよい。第１変換部４４１及び第２変換部４４２は、図１〜３に示されている変換部４４と同一又は類似に構成され、電流信号を電圧信号に変換してよい。選択部４６は、第１変換部４４１及び第２変換部４４２から電圧信号を取得する。選択部４６は、第１変換部４４１から取得した電圧信号、及び、第２変換部４４２から取得した電圧信号のいずれか一方を選択し、ＡＤＣ４２に出力する。

選択部４６が第１変換部４４１から取得した電圧信号をＡＤＣ４２に出力する場合、第１変換部４４１及びＡＤＣ４２はそれぞれ、図２に例示されている変換部４４及びＡＤＣ４２と同一又は類似に機能しうる。この場合、電流入力部４０は、第１電流信号に基づく内部入力データを電流制御部２０に出力しうる。その結果、出力端子５２と入力端子５４とが接続されなくとも、電流制御部２０は、内部入力データを取得し、出力データと内部入力データとの比較に基づいて、伝送器１において異常又は故障等が発生しているか判定しうる。

選択部４６が第２変換部４４２から取得した電圧信号をＡＤＣ４２に出力する場合、電流入力部４０は、外部装置２から入力端子５４を介して取得した電流信号に基づくデータを入力データとして電流制御部２０に出力する。外部装置２が出力した電流信号に基づくデータは、外部入力データともいう。つまり、電流制御部２０は、外部入力データを入力データとして取得しうる。

伝送器１が選択部４６を備えることによって、電流制御部２０は、外部装置２からの電流信号に基づく外部入力データと、第１電流信号に基づく内部入力データとを容易に選択して取得しうる。このようにすることで、外部装置２からのデータ入力と伝送器１の故障検出とが両立されうる。

本実施形態に係る伝送器１において、電流制御部２０が内部入力データを取得し、設定データと比較することによって、伝送器１に異常又は故障等が発生しているか容易に判定されうる。

設定データ、出力データ及び入力データは、ｎビット（ｎ：自然数）の２進数で表されるデジタル信号として入出力されるものとする。この場合、設定データ、出力データ及び入力データは、０から２＾ｎ−１（＾はべき乗演算子）の範囲の値をとりうる。つまり、これらの最小値及び最大値はそれぞれ、０及び２＾ｎ−１である。

プロセッサ１０は、測定データに基づく大きさの電流を電流出力部３０に出力させるための制御情報として設定データを生成し、電流制御部２０に出力する。設定データの最小値及び最大値はそれぞれ、電流出力部３０に出力させる電流の大きさの最小値及び最大値に対応づけられうる。例えば、プロセッサ１０は、電流出力部３０に最大値の電流を出力させる場合、設定データとして２＾ｎ−１を出力する一方で、電流出力部３０に最小値の電流を出力させる場合、設定データとして０を出力する。

電流制御部２０は、プロセッサ１０から取得した設定データに基づく出力データを生成し、電流出力部３０に出力する。電流制御部２０は、設定データそのものを出力データとして電流出力部３０に出力してもよい。

電流出力部３０は、出力データに基づいて出力する電流の大きさを制御する。出力データの最小値及び最大値はそれぞれ、電流出力部３０が出力する電流の大きさの最小値及び最大値に対応づけられうる。例えば、電流出力部３０は、出力データとして２＾ｎ−１を取得した場合、最大値の電流を出力する一方で、出力データとして０を取得した場合、最小値の電流を出力する。

電流出力部３０は、出力データに基づいて出力する電流の大きさを制御する。電流出力部３０から実際に出力される電流の大きさは、電流出力部３０の特性によって、プロセッサ１０が電流出力部３０に出力させようとしていた電流の大きさと異なりうる。電流制御部２０は、電流出力部３０の特性に基づいて設定データを較正し、較正結果を出力データとして電流出力部３０に出力してもよい。

電流出力部３０の特性は、電流出力部３０が取得する出力データと、電流出力部３０から出力される電流の実測値との間の関係を含んでよい。電流制御部２０は、電流出力部３０の特性に基づいて、設定データを較正してよい。出力データと実測値との間の関係は、テーブル又は関数等によって表されていてもよい。出力データと実測値との間の関係が例えば一次関数で表されている場合、電流制御部２０は、一次関数の切片及び傾きそれぞれに対応する値として、ＺＥＲＯ値及びＧＡＩＮ値を設定してよい。電流制御部２０は、ＺＥＲＯ値及びＧＡＩＮ値に基づく積和の演算を実行することによって、設定データを較正し、出力データを生成してよい。

電流入力部４０は、入力を受け付けた電流の大きさに基づいて入力データを生成する。電流入力部４０は、入力を受け付ける電流の大きさの最小値及び最大値を設定してよい。入力データの最小値及び最大値はそれぞれ、電流入力部４０が入力を受け付ける電流の大きさの最小値及び最大値に対応づけられうる。例えば、電流入力部４０は、設定した最大値と入力を受け付けた電流の大きさとが一致する場合、入力データとして２＾ｎ−１を生成する一方で、設定した最小値と入力を受け付けた電流の大きさとが一致する場合、入力データとして０を生成する。

電流制御部２０は、電流入力部４０から入力データを取得する。電流制御部２０は、取得した入力データそのものをプロセッサ１０に出力してよい。電流入力部４０で生成される入力データは、電流入力部４０の特性によって、電流入力部４０に実際に入力される電流の大きさに対応づけられるデータとは異なりうる。電流制御部２０は、電流入力部４０の特性に基づいて、電流入力部４０から取得した入力データを較正してよい。電流制御部２０は、較正結果を入力データとしてプロセッサ１０に出力してもよい。

電流入力部４０の特性は、電流入力部４０に入力される電流の実測値と、電流入力部４０で生成される入力データとの間の関係を含んでよい。電流制御部２０は、電流入力部４０の特性に基づいて、入力データを較正してよい。実測値と入力データとの間の関係は、テーブル又は関数等によって表されていてもよい。実測値と入力データとの間の関係が例えば一次関数で表されている場合、電流制御部２０は、一次関数の切片及び傾きをそれぞれ、ＺＥＲＯ値及びＧＡＩＮ値として設定してよい。電流制御部２０は、ＺＥＲＯ値及びＧＡＩＮ値に基づく積和の演算を実行することによって、入力データを較正してよい。

データの較正に関する処理は、パターン化された演算等の特定の処理を含みうる。電流制御部２０は、特定の処理に特化したＦＰＧＡ等で構成されていることによって、プロセッサ１０よりも、データの較正に関する処理を効率よく実行しうる。電流制御部２０がデータの較正に関する処理を実行することで、プロセッサ１０の負荷が軽減されうる。その結果、伝送器１は、全体として効率よく動作しうる。

仮に、プロセッサ１０からの設定データに基づいて電流出力部３０が出力した電流がそのまま電流入力部４０に入力される場合、プロセッサ１０が取得する入力データは、設定データと一致しうる。つまり、内部入力データは、設定データと一致しうる。伝送器１において異常又は故障等が発生していない場合、電流制御部２０は、プロセッサ１０から取得する設定データ、及び、電流入力部４０から取得する入力データの少なくとも一方を較正することによって、設定データと入力データとを一致させうる。逆に、電流制御部２０は、設定データと入力データとが一致しなかったり、設定データと入力データとの差が所定値以上であったりする場合、伝送器１において異常又は故障等が発生したと判定しうる。例えば、電流制御部２０は、第１電流信号がそのまま第２電流信号として電流入力部４０に入力される場合において、設定データと入力データとの差が所定値未満であるか判定してよい。電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が所定値未満である場合、伝送器１において異常又は故障等が発生していないと判定してよい。電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が所定値以上である場合、伝送器１において異常又は故障等が発生していると判定してよい。判定に用いられる所定値は、故障判定値又は判定値ともいう。故障判定値は、設定データの値にかかわらず設定されてよいし、設定データの値に基づいて設定されてもよい。故障判定値は、例えば、設定データの値に所定の係数を乗じた値に設定されてよい。所定の係数は、例えば３％であったり、５％であったりしてよいが、これらの値に限られない。

電流制御部２０は、伝送器１において異常又は故障等が発生していると判定した場合、故障信号を外部装置２に出力してよい。電流制御部２０と外部装置２とは、故障信号を出力する信号線によって接続されていてよい。電流制御部２０は、伝送器１において異常又は故障等が発生していると判定した場合、故障信号を出力する信号線をアサートしてよい。電流制御部２０は、伝送器１において異常又は故障等が発生していないと判定した場合、故障信号を出力する信号線をネゲートしてよい。信号線がアサートされている状態は、オン状態ともいう。信号線がネゲートされている状態は、オフ状態ともいう。信号線は、オン状態において、所定の閾値以上の電圧が印加され、オフ状態において、所定の閾値未満の電圧が印加されている状態であってよい。信号線は、オン状態において、所定の閾値未満の電圧が印加され、オフ状態において、所定の閾値以上の電圧が印加されている状態であってもよい。

以下、設定データ、出力データ及び入力データは、１６ビットの２進数で表されるものとする。この場合、その最小値及び最大値はそれぞれ、０ｘ００００及び０ｘＦＦＦＦと表されるものとする。電流出力部３０が出力する電流の大きさの最小値及び最大値はそれぞれ、０ｍＡ及び２４ｍＡであるものとする。電流入力部４０が入力を受け付ける電流の大きさとして設定されている最小値及び最大値はそれぞれ、０ｍＡ及び２４ｍＡであるものとする。

電流制御部２０は、設定データとして０ｘ００００及び０ｘＦＦＦＦをそれぞれ取得した場合において、電流出力部３０が出力する電流の大きさが０ｍＡ及び２４ｍＡとなるように、設定データを較正し、較正結果を出力データとして電流出力部３０に出力する。電流制御部２０は、電流入力部４０に入力された電流の大きさが０ｍＡ及び２４ｍＡである場合に、入力データがそれぞれ０ｘ００００及び０ｘＦＦＦＦとなるように、入力データを較正し、較正結果をプロセッサ１０に出力する。

例えば、プロセッサ１０が設定データとして０ｘ１５５４を出力すると仮定する。０ｘ１５５４で表される設定データは、電流出力部３０に２ｍＡの電流を出力させることに対応する。電流制御部２０は、故障判定値として０ｘ２０００を設定していると仮定する。一方で、電流制御部２０がプロセッサ１０に対して入力データとして０ｘ２ＡＡ８を出力すると仮定する。０ｘ２ＡＡ８で表される入力データは、電流入力部４０に４ｍＡの電流が入力されることに対応する。

これらの仮定において、設定データと入力データとの差は、０ｘ１５５４であり、故障判定値未満である。電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が故障判定値未満であることに基づき、伝送器１において異常又は故障等が発生していないと判定する。

仮に、電流制御部２０がプロセッサ１０に対して入力データとして０ｘ３ＦＦＣを出力する場合、設定データと入力データとの差は、０ｘ２ＡＡ８であり、故障判定値以上である。電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が故障判定値以上であることに基づき、伝送器１において異常又は故障等が発生していると判定する。

設定データと入力データとの比較は、パターン化された演算等の特定の処理を含みうる。電流制御部２０は、特定の処理に特化したＦＰＧＡ等で構成されていることによって、プロセッサ１０よりも、データの比較に関する処理を効率よく実行しうる。電流制御部２０がデータの比較に関する処理を実行することで、プロセッサ１０の負荷が軽減されうる。その結果、伝送器１は、全体として効率よく動作しうる。

電流制御部２０が設定データ及び入力データを較正することによって、デジタル信号の最小値及び最大値はそれぞれ、電流信号の最小値及び最大値に対応づけられる。つまり、電流制御部２０は、設定データ及び入力データを較正することによって、電流信号に対応づけられるデジタル信号のスケールを合わせているともいえる。このようにすることで、ＤＡＣ３２又はＡＤＣ４２等の変換特性にかかわらず、電流制御部２０は、電流信号に対応づけられたデジタル信号として、設定データ及び入力データを処理しうる。その結果、電流制御部２０は、より高い精度で伝送器１における異常又は故障等の発生を判定しうる。

電流出力部３０がＤＡＣ３２を有する場合、ＤＡＣ３２が電流制御部２０から出力データを取得する。電流制御部２０から出力される出力データがｎビットのデジタル信号である場合、ＤＡＣ３２は、ｎビットのデジタル信号をアナログ信号に変換するように構成されていてよい。ＤＡＣ３２は、ｍビット（ｍ：自然数、ｍ≠ｎ）のデジタル信号をアナログ信号に変換するように構成されていてもよい。ｍ＜ｎが成り立つ場合、ＤＡＣ３２は、ｎビットの出力データのうち、下位の（ｎ−ｍ）ビットを切り捨て、上位のｍビットを残すことによって構成される、ｍビットのデジタル信号をアナログ信号に変換してよい。ｍ＞ｎが成り立つ場合、ＤＡＣ３２は、ｎビットの出力データの下位ビットとして（ｎ−ｍ）ビットの０を加えることによって構成される、ｍビットのデジタル信号をアナログ信号に変換してよい。

電流入力部４０がＡＤＣ４２を有する場合、電流制御部２０は、ＡＤＣ４２から入力データを取得する。ＡＤＣ４２は、変換部４４から取得したアナログ信号をｎビットのデジタル信号に変換し、ｎビットのデジタル信号を電流制御部２０に出力するように構成されていてよい。ＡＤＣ４２は、アナログ信号をｋビット（ｋ：自然数、ｋ≠ｎ）のデジタル信号に変換し、ｋビットのデジタル信号を入力データとして電流制御部２０に出力するように構成されていてもよい。ｋ＜ｎが成り立つ場合、電流制御部２０は、ｋビットの入力データの下位ビットとして（ｎ−ｋ）ビットの０を加えることによって構成されるｎビットのデジタル信号を入力データとみなしてよい。ｋ＞ｎが成り立つ場合、電流制御部２０は、ｋビットの入力データのうち、下位の（ｋ−ｎ）ビットを切り捨て、上位のｎビットを残すことによって構成される、ｎビットのデジタル信号を入力データとみなしてよい。電流制御部２０は、ｎビットの設定データとｎビットの入力データとを比較してよい。

電流制御部２０は、プロセッサ１０から取得したｎビットの設定データと、ＡＤＣ４２から取得したｋビットの入力データとを比較してよい。ｎ≠ｋである場合、電流制御部２０は、ビット数を揃えて、設定データと入力データとを比較してよい。例えば、ｎ＞ｋである場合、電流制御部２０は、ｎビットの設定データの下位の（ｎ−ｋ）ビットを切り捨て、上位のｋビットを残すことによって構成される、ｋビットのデジタル信号と、ｋビットの入力データとを比較してよい。また、電流制御部２０は、ｎビットの設定データと、ｋビットの入力データの下位ビットとして（ｎ−ｋ）ビットの０を加えることによって構成される、ｎビットのデジタル信号とを比較してよい。ｎ＜ｋである場合、電流制御部２０は、ｎ＞ｋである場合と類似に、設定データと入力データとを比較してよい。

電流制御部２０は、設定データのビット数と入力データのビット数が異なる場合において、最上位ビット（ＭＳＢ：Most Significant Bit）で揃えることによって、設定データと入力データとを比較しうる。このようにすることで、電流制御部２０において、比較の機能を実現する回路の規模が小さくされうる。

伝送器１は、図４のフローチャートに例示されている手順に沿って、異常又は故障等が発生しているか判定しうる。

電流制御部２０は、プロセッサ１０から設定データを取得する（ステップＳ１０１）。

電流制御部２０は、設定データに基づいて出力データを生成し、電流出力部３０に出力する（ステップＳ１０２）。電流制御部２０は、設定データそのものを出力データとして出力してよい。電流制御部２０は、設定データを較正し、較正結果を出力データとして出力してよい。一方で、電流出力部３０は、電流制御部２０から出力データを取得する（ステップＳ２０１）。ステップＳ１０２からステップＳ２０１に向かう矢印付きの破線は、出力データの流れを表している。

電流出力部３０は、出力データに基づく第１電流信号を生成し、出力する（ステップＳ２０２）。電流出力部３０は、ステップＳ２０２の後、図４のフローチャートの手順を終了する。一方で、電流入力部４０は、第２電流信号として、電流出力部３０からの第１電流信号の入力を受け付ける（ステップＳ３０１）。電流入力部４０は、図２又は図３に例示されている構成によって、第１電流信号の入力を受け付けているものとする。ステップＳ２０２からステップＳ３０１に向かう矢印付きの破線は、電流信号の流れを表している。

電流入力部４０は、入力された第１電流信号に基づいて入力データを生成し、電流制御部２０に出力する（ステップＳ３０２）。電流出力部３０は、ステップＳ３０２の後、図４のフローチャートの手順を終了する。電流制御部２０は、電流入力部４０から入力データを取得する（ステップＳ１０３）。ステップＳ３０２からステップＳ１０３に向かう矢印付きの破線は、入力データの流れを表している。電流制御部２０は、入力データを較正してよいし、入力データを較正せずにそのまま用いてもよい。

電流制御部２０は、設定データと入力データとの差を算出する（ステップＳ１０４）。

電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が故障判定値以上であるか判定する（ステップＳ１０５）。

電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が故障判定値以上であると判定した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、故障信号を出力する（ステップＳ１０６）。

電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が故障判定値以上でないと判定した場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１０６の手順をスキップして図４のフローチャートの手順を終了する。つまり、電流制御部２０は、設定データと入力データとの差が故障判定値未満である場合、故障信号を出力しない。

図４のフローチャートに例示されている手順において、電流制御部２０が出力データ及び入力データの較正を実行していた。出力データは、電流出力部３０において較正されてもよい。つまり、出力データは、設定データそのままで電流出力部３０に出力され、電流出力部３０によって較正されてもよい。電流出力部３０は、出力データの較正結果に基づいて電流信号を出力してよい。また、入力データは、電流入力部４０において較正されてもよい。つまり、入力データは、電流入力部４０で生成され、さらに較正され、電流制御部２０に出力されてもよい。電流制御部２０は、電流入力部４０から較正された入力データを取得し、そのままプロセッサ１０に出力してよい。電流出力部３０及び電流入力部４０がデータを較正することによって、電流制御部２０において、較正に関する回路が省略されうる。その結果、電流制御部２０の機能を実現する回路の規模が小さくされうる。

図５に示されるように、伝送器１は、電流制御部２０と電流出力部３０との間に接続されている第１絶縁部６１をさらに備えてよい。伝送器１は、電流制御部２０と電流入力部４０との間に接続されている第２絶縁部６２をさらに備えてよい。伝送器１は、第１変換部４４１と選択部４６との間に接続されている第３絶縁部６３をさらに備えてよい。伝送器１は、電流制御部２０と通知端子５６との間に接続されている第４絶縁部６４をさらに備えてよい。第１絶縁部６１、第２絶縁部６２、第３絶縁部６３及び第４絶縁部６４は、絶縁部ともいう。絶縁部は、接続されている構成を互いに電気的に絶縁しうる。絶縁部は、例えばフォトカプラ等であってもよい。

第３絶縁部６３は、図２に示されている構成において、変換部４４とＡＤＣ４２との間に接続されていてよい。第３絶縁部６３は、絶縁アンプ等で構成されてもよい。

第４絶縁部６４は、リレー等で構成されてもよい。第４絶縁部６４がリレーである場合、リレーが開状態であることによって、電流制御部２０と外部装置２とが絶縁されうる。

電流制御部２０は、電流信号を出力したり取得したりする構成と絶縁されることによって、電流信号又は電圧信号のノイズによる影響を受けにくくなる。その結果、電流制御部２０の信頼度及びノイズ耐性が高められうるとともに、伝送器１全体としての信頼性又は安全性が高められうる。

電流制御部２０は、電流出力部３０に出力データを出力する場合、誤り検出手段を付加したデータを出力してよい。電流制御部２０は、電流入力部４０から入力データを取得する場合、誤り検出手段を付加したデータを取得してよい。誤り検出手段は、例えばＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号又はパリティ符号等の誤り検出符号であってよい。

電流出力部３０は、誤り検出手段が付加されているデータを処理し、出力データに復号する機能を実現する回路を含んでよい。電流出力部３０は、出力データに付加されている誤り検出符号に基づいて、出力データの誤りを検出してよい。電流出力部３０は、出力データの誤りを検出した場合、電流制御部２０に対して、訂正した出力データを再度出力するように要求してよい。電流制御部２０は、電流出力部３０からの要求に応じて、訂正した出力データを再度出力してよい。電流出力部３０がＤＡＣ３２を備える場合、ＤＡＣ３２は、誤り検出手段が付加されているデータを処理する機能を有してよい。

電流入力部４０は、誤り検出手段を付加したデータを生成する機能を実現する回路を含んでよい。電流制御部２０は、入力データに付加されている誤り検出符号に基づいて、入力データの誤りを検出してよい。電流制御部２０は、入力データの誤りを検出した場合、電流入力部４０に対して、訂正した入力データを再度出力するように要求してよい。電流入力部４０は、電流制御部２０からの要求に応じて、訂正した入力データを再度出力してよい。電流入力部４０がＡＤＣ４２を備える場合、ＡＤＣ４２は、誤り検出手段を付加する機能を有してよい。

電流制御部２０と電流出力部３０及び電流入力部４０との間で入出力されるデータに誤り検出手段が付加されることによって、入出力されるデータの信頼性又は安全性が高められうる。このようにすることで、設定データと入力データとの比較に基づく、伝送器１における異常又は故障等の発生の判定精度が高められうる。その結果、伝送器１全体としての信頼性又は安全性が高められうる。信頼性又は安全性の向上によって、伝送器１はＳＩＬの条件を満たしやすくなる。つまり、伝送器１がＳＩＬを取得しやすくなる。

誤り検出手段に関する処理は、パターン化された演算等の特定の処理を含みうる。電流制御部２０は、特定の処理に特化したＦＰＧＡ等で構成されていることによって、プロセッサ１０よりも、誤り検出手段に関する処理を効率よく実行しうる。電流制御部２０が誤り検出手段に関する処理を実行することで、プロセッサ１０の負荷が軽減されうる。例えば、電流制御部２０と電流出力部３０又は電流入力部４０との間で訂正したデータをやり取りできることによって、プロセッサ１０におけるデータ訂正の負荷が軽減されうる。その結果、伝送器１は、全体として効率よく動作しうる。

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１伝送器
２外部装置
３センサ
１０プロセッサ
２０電流制御部
３０電流出力部
３２Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）
３４電流生成部
４０電流入力部
４２Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）
４４変換部
４６選択部
５２出力端子
５４入力端子
６１第１絶縁部
６２第２絶縁部
６３第３絶縁部
６４第４絶縁部

Claims

通常の使用状態では外部装置と接続され、自機の故障を検出するときには接続回路と接続される伝送器であって、
測定データを出力するセンサと接続され、前記測定データに基づく設定データを出力するプロセッサと、
前記プロセッサからの前記設定データに基づく出力データを出力する電流制御部と、
前記外部装置と接続される場合に前記電流制御部からの前記出力データに基づく第１電流信号を前記外部装置に出力する電流出力部と、
前記外部装置と接続される場合に前記外部装置から出力された、前記第１電流信号と異なる第２電流信号の入力を受け付け、前記第２電流信号に基づく入力データを前記電流制御部に出力する電流入力部と、
を備え、
前記電流入力部は、前記接続回路を介して前記電流出力部と接続される場合に前記電流出力部から出力される前記第１電流信号を前記第２電流信号として受け付け、前記第１電流信号に基づく内部入力データを前記入力データとして前記電流制御部に出力し、
前記電流制御部は、前記設定データと前記内部入力データとの比較に基づいて、自機の故障を検出する、
伝送器。
前記出力データ及び前記入力データは、誤り検出符号を付加されて出力される、請求項１に記載の伝送器。
前記電流制御部は、前記電流出力部が前記誤り検出符号に基づいて前記出力データの誤りを検出した場合、前記電流出力部に対して前記出力データを再度出力する、請求項２に記載の伝送器。
前記電流制御部は、前記誤り検出符号に基づいて前記入力データの誤りを検出した場合、前記電流入力部に対して前記入力データを再度出力するように要求する、請求項２又は３に記載の伝送器。
前記電流制御部は、前記出力データのビット数と前記入力データのビット数とが異なる場合、最上位ビットで揃えて同じビット数に変換する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の伝送器。
前記電流制御部は、自機の故障を検出した場合、故障信号を出力する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の伝送器。
前記電流出力部は、前記故障信号に基づいて、第１所定値以下の大きさの電流、及び、第２所定値以上の大きさの電流の少なくとも一方を含む電流信号を前記第１電流信号として出力する、請求項６に記載の伝送器。