JP7462442B2

JP7462442B2 - パラメータ設定システム

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Publication number: JP7462442B2
Application number: JP2020045302A
Authority: JP
Inventors: 雅人田中; 憲史山田; 太一郎加藤; 樹田辺
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2040-03-16
Also published as: JP2021150673A

Description

この発明は、近接している被検出体を検出する近接スイッチに対してパラメータの設定を行うパラメータ設定システムに関する。

近接スイッチ（近接センサ）は、近接している金属等の導電体を有する被検出体を検出する（例えば特許文献１参照）。より具体的には、近接スイッチは、被検出体との間の距離に応じて変化する検出用コイルのインピーダンス又はＱ値等に基づいて、近接している被検出体を検出する。なお、Ｑ値は、電磁誘導作用によるインダクタンス損失を示す値であり、Ｑ値が高い程損失が小さい。また、近接スイッチは、使用目的によっては、被検出体と近接スイッチ上の基準点との間の距離を検出する機能を有している。基準点は、例えば、検出用コイルが収納されたステンレスカバーにおける前面（被検出体と向き合う面）上の点である。

近年、ＩｏＴ（ＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ）の動向等に伴い、各種センサの多機能化が進んでおり、近接スイッチにおいてもパラメータ（設定パラメータ又は調整パラメータ）が増える傾向にある。例えば、指定された金属の種類に対応した閾値が選択されることで、複数種類の金属から成る被検出体に対する性能向上を図った近接スイッチが知られている（例えば特許文献２参照）。また、複数の閾値を設定し、多段で被検出体との間の距離に応じた検出が可能な近接スイッチも知られている（例えば特許文献３，４参照）。このような多機能化の傾向において、近接スイッチに対するパラメータの設定（調整を含む）は、ＩＯ－Ｌｉｎｋマスタ経由でＰＣにて実施されている。

特開２０１０－２１６８６３号広報特開２０１７－１３０８９７号広報特開２０１９－１２１８４３号広報特開２０１９－１２１８４５号広報

上記のように、従来の近接スイッチに対する設定は、ＩＯ－Ｌｉｎｋマスタ経由でＰＣにて実施されている。しかしながら、クリーンルーム等の現場で用いられる近接スイッチに対するパラメータの設定では、ＰＣをクリーンルーム内に持ち込むことができない。また、ユーザによっては、ＩＯ－Ｌｉｎｋマスタを準備できない場合がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＰＣ及びＩＯ－Ｌｉｎｋマスタを用いずに、パラメータの設定が可能なパラメータ設定システムを提供することを目的としている。

この発明に係るパラメータ設定システムは、検出用コイルと、発振して検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、発振回路による発振の振幅を検波する検波回路と、運転モードを検出モードと設定モードに切替え可能な切替え部と、運転モードが設定モードである場合に、サンプリング周期に応じ、検波回路により検波された振幅が閾値を超えているか否かにより２進数を検出することで、当該検波された振幅をデジタル信号に変換する変換部と、運転モードが設定モードである場合に、変換部により得られたデジタル信号に基づいて、パラメータの設定を行う処理部とを備え、閾値は、運転モードが検出モードである場合に被検出体の近接有無を判定するための閾値と同じであることを特徴とする近接スイッチと、変換部で所定のパラメータの設定を行うためのデジタル信号が得られるように、検波回路により検波された振幅が、変換部でのサンプリング周期に応じて、変換部で用いられる閾値を超える振幅と当該閾値を超えない振幅とを交互に繰り返すような信号を出力する設定用送信デバイスとを備え、発振回路は、運転モードが設定モードである場合に、設定用送信デバイスが出力する信号に伴って発振することを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、ＰＣ及びＩＯ－Ｌｉｎｋマスタを用いずに、パラメータの設定が可能となる。

実施の形態１に係るパラメータ設定システムの構成例を示す図である。実施の形態２に係るパラメータ設定システムの構成例を示す図である。図３Ａ～図３Ｃは、実施の形態２に係る近接スイッチの動作例を示す図である。実施の形態３に係るパラメータ設定システムの構成例を示す図である。図５Ａ、図５Ｂは、実施の形態３に係る近接スイッチの動作例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るパラメータ設定システムの構成例を示す図である。
パラメータ設定システムは、近接スイッチ１に対してパラメータ（設定パラメータ又は調整パラメータ）の設定（調整を含む）を行う。このパラメータ設定システムは、図１に示すように、近接スイッチ１及び設定用送信デバイス２を備えている。

近接スイッチ１は、近接している被検出体（不図示）を検出する。被検出体は、金属等の導電体を有する。図１に示す近接スイッチ１は、共振回路１０１、発振回路１０２、増幅器１０３、検波回路１０４、比較器１０５、出力回路１０６、切替え部１０７（不図示）、比較器（変換部）１０８、通信制御回路１０９、設定回路１１０、駆動回路１１１及びＬＥＤ１１２を備えている。

共振回路１０１は、検出用コイルＬとコンデンサＣとが並列接続されたＬＣ共振回路である。なお図１では、検出用コイルＬに発生する損失抵抗Ｒが示されている。損失抵抗Ｒの値は、被検出体と近接スイッチ１（検出用コイルＬ）との間の距離に応じて変化する。

発振回路１０２は、発振して検出用コイルＬに高周波磁界を発生させる。検出用コイルＬが発生する高周波磁界に被検出体が近づくと、被検出体に誘導電流が流れて熱損失が発生し、検出用コイルＬのインピーダンス又はＱ値等が変化して発振回路１０２による発振が減衰する。

増幅器１０３は、発振回路１０２による発振を増幅する。なお、増幅器１０３は、近接スイッチ１に必須の構成ではなく、近接スイッチ１に設けられていなくてもよい。

検波回路１０４は、増幅器１０３による増幅後の発振の振幅を検波する。すなわち、検波回路１０４は、上記発振の振幅を直流化して整流する。

比較器１０５は、検波回路１０４により検波された振幅を閾値と比較する。比較器１０５で用いられる閾値は、被検出体の近接有無を判定するために用いられる閾値であり、予め設定される。

出力回路１０６は、比較器１０５による比較結果に基づいて、被検出体の近接有無を示す信号を外部に出力する。

なお、図１に示す近接スイッチ１が有する構成のうち、共振回路１０１、発振回路１０２、増幅器１０３、検波回路１０４、比較器１０５及び出力回路１０６は、従来の近接スイッチが有する構成と同様である。また、近接スイッチ１が有する上記構成（共振回路１０１、発振回路１０２、増幅器１０３、検波回路１０４、比較器１０５及び出力回路１０６）は、図１に示す構成に限らない。また、近接スイッチ１は、被検出体と近接スイッチ１上の基準点との間の距離を検出する機能を有していてもよい。

切替え部１０７は、近接スイッチ１の運転モードを切替え可能とする。運転モードには、検出モード及び設定モードが含まれる。検出モードは、近接スイッチ１が被検出体の近接有無を検出するためのモードである。設定モードは、近接スイッチ１に対してパラメータの設定を行うためのモードである。切替え部１０７としては、例えばスイッチが挙げられる。

比較器１０８は、発振回路１０２による発振に基づく信号の振幅が閾値を超えているか否かということ自体をデジタル信号に変換する。ここで、上記発振回路１０２による発振に基づく信号の振幅は、検波回路１０４により検波された振幅である。比較器１０８で用いられる閾値は、比較器１０５で用いられる閾値と同じである。

通信制御回路１０９は、運転モードが設定モードである場合に、比較器１０８により得られたデジタル信号を設定回路１１０及び駆動回路１１１に出力する。またこの際、通信制御回路１０９は出力回路１０６に対してもデジタル信号を出力し、出力回路１０６から当該デジタル信号を外部に出力させてもよい。

設定回路１１０は、通信制御回路１０９により出力されたデジタル信号に基づいて、パラメータの設定を行う。この際、設定回路１１０は、予め規定された処理に従って、パラメータを記憶部（不図示）に記憶させる。なお、記憶部は、設定回路１１０の内部に設けられていてもよいし、設定回路１１０の外部に設けられていてもよい。設定回路１１０としては、例えばレジスタが用いられる。

なお、通信制御回路１０９及び設定回路１１０は、「運転モードが設定モードである場合に、変換部により得られたデジタル信号に基づいて、パラメータの設定を行う処理部」を構成する。

駆動回路１１１は、通信制御回路１０９により出力されたデジタル信号に応じて、ＬＥＤ１１２を駆動させる。
ＬＥＤ１１２は、駆動回路１１１による制御に応じて発光する。

なお、駆動回路１１１及びＬＥＤ１１２は、近接スイッチ１に必須の構成ではなく、近接スイッチ１に設けられていなくてもよい。

設定用送信デバイス２は、比較器１０８で所望のデジタル信号が得られる信号を出力する。この際、設定用送信デバイス２は、検波回路１０４により検波された発振の振幅が、比較器１０８でのサンプリング周期に応じて、比較器１０８で用いられる閾値を超える振幅と当該閾値を超えない振幅とを交互に繰り返すような信号を出力する。

次に、図１に示す実施の形態１に係るパラメータ設定システムによる設定調整動作例について説明する。
ここで、近接スイッチ１は、センサの本質として、被検出体を検出するための検出用コイルＬを有し、また、パラメータの設定の際には検出は行う必要はない。そこで、実施の形態１に係る近接スイッチ１では、検出用コイルＬをパラメータ設定の信号入力デバイスとして流用する。これにより、この近接スイッチ１では、ＰＣ及びＩＯ－Ｌｉｎｋマスタを用いず、また、別途、パラメータ設定のための信号入力機能を追加することなく、パラメータ設定の作業効率を改善可能となる。

具体的には、実施の形態１に係る近接スイッチ１に対してパラメータの設定を行う場合、作業者は、まず、近接スイッチ１の切替え部１０７を介して、近接スイッチ１の運転モードを設定モードに切替える。次に、作業者は、設定用送信デバイス２を用いて、比較器１０８で所望のデジタル信号が得られる信号を出力する。この際、設定用送信デバイス２は、検波回路１０４により検波された発振の振幅が、比較器１０８で用いられる閾値を超える振幅と当該閾値を超えない振幅とを交互に繰り返すような信号を出力する。これにより、近接スイッチ１ではデジタル信号が得られ、設定回路１１０は当該デジタル信号に従ってパラメータの設定を行う。

例えば、比較器１０５で用いられる閾値を「５」に設定する場合を考える。ここで、「５」は、２進数で表すと「１０１」である。そこで、例えば、作業者は、近接スイッチ１の運転モードを設定モードに切替えた後、設定用送信デバイス２を用いて、比較器１０８で「１０１」を示すデジタル信号が得られるような信号を出力する。これにより、設定回路１１０は、「１０１」を示すデジタル信号に従って、比較器１０５で用いられる閾値を「５」に設定可能となる。

なお、近接スイッチ１に対するパラメータの設定では、閾値の設定を行うことは可能であるが、比較器１０５，１０８で用いられる閾値自体に影響を与えない範囲での設定が前提となる。

以上のように、この実施の形態１によれば、近接スイッチ１は、検出用コイルＬと、発振して検出用コイルＬに高周波磁界を発生させる発振回路１０２と、運転モードを設定モードに切替え可能な切替え部１０７と、発振回路１０２による発振に基づく信号の振幅が閾値を超えているか否かということ自体をデジタル信号に変換する比較器１０８と、運転モードが設定モードである場合に、比較器１０８により得られたデジタル信号に基づいて、パラメータの設定を行う処理部とを備えた。これにより、実施の形態１に係る近接スイッチ１は、ＰＣ及びＩＯ－Ｌｉｎｋマスタを用いずに、パラメータの設定が可能となる。

なお、近接スイッチ１の一般的な使われ方を鑑みれば、特定の現場又は装置で複数使用される近接スイッチ１では、パラメータの設定が一律である場合も多い。よって、近接スイッチ１に設定情報を取得させるデバイス（設定用送信デバイス２）についても、例えばカードのようなシンプルなもので済むことが多いと考えられる。また、シンプルにする程、クリーンルーム等での悪影響は低減されるため好適である。

実施の形態２．
実施の形態１に係る近接スイッチ１では、運転モードを設定モードに切替えた上で、パラメータの設定を行う方式を採用している。これに対し、実施の形態２では、近接スイッチ１に入力される信号レベルに応じて検出処理と設定処理を自動的に切替える方式を採用した場合について示す。
図２は実施の形態２に係るパラメータ設定システムの構成例を示す図である。この図２に示す実施の形態２に係るパラメータ設定システムは、図１に示す実施の形態１に係るパラメータ設定システムの切替え部１０７及び比較器１０８を、フィルタ部１１３及び比較器（変換部）１０８ｂに変更している。その他の構成は実施の形態１と同様であり、異なる部分についてのみ説明を行う。

フィルタ部１１３は、発振回路１０２による発振のうち、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の周波数よりも高い周波数の信号を検出するハイパスフィルタである。ここで、通常、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振回路１０２による発振の周波数は、１０ｋＨｚ～１ＭＨｚ程度である。そのため、フィルタ部１１３としては、上記のような周波数よりも高い周波数の信号を検出可能なフィルタが用いられる。

比較器１０８ｂは、フィルタ部１１３により検出された成分をデジタル信号に変換する。

なお、通信制御回路１０９は、比較器１０８ｂにより得られたデジタル信号を設定回路１１０及び駆動回路１１１に出力する。またこの際、通信制御回路１０９は出力回路１０６に対してもデジタル信号を出力し、出力回路１０６から当該デジタル信号を外部に出力させてもよい。

また、設定用送信デバイス２は、比較器１０８ｂで所望のデジタル信号が得られる信号を出力する。この際、設定用送信デバイス２は、発振回路１０２による発振の周波数が、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の周波数に対して高い周波数となるような信号を出力する。上述したように、通常、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振回路１０２による発振の周波数は、１０ｋＨｚ～１ＭＨｚ程度である。そのため、設定用送信デバイス２は、発振回路１０２による発振の周波数が、上記のような周波数よりも高い周波数（例えば１００ＭＨｚ程度）となるような信号を出力する。

次に、図２に示す実施の形態２に係るパラメータ設定システムによる設定調整動作例について説明する。
実施の形態２に係る近接スイッチ１に対してパラメータの設定を行う場合、作業者は、設定用送信デバイス２を用いて、比較器１０８ｂで所望のデジタル信号が得られる信号を出力する。この際、設定用送信デバイス２は、発振回路１０２による発振の周波数が、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の周波数に対して高い周波数となるような信号を出力する。この場合、発振回路１０２による発振は、図３Ａに示すようになる。図３Ａにおいて、符号３０１は、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振回路１０２による発振（検出時の発振）を示している。また、符号３０２は、設定用送信デバイス２による信号に伴う発振回路１０２による発振（設定時の発振）を示している。このように、検出時の発振と設定時の発振とでは周波数が明確に異なるため、フィルタ部１１３により設定時の発振のみを検出可能となる（図３Ｂ）。そして、この設定時の発振を比較器１０８ｂにてデジタル信号に変換することで、図３Ｃに示すような信号が得られる。これにより、近接スイッチ１ではデジタル信号が得られ、設定回路１１０は当該デジタル信号に従ってパラメータの設定を行う。

以上のように、この実施の形態２によれば、近接スイッチ１は、検出用コイルＬと、発振して検出用コイルＬに高周波磁界を発生させる発振回路１０２と、発振回路１０２による発振のうち、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の周波数よりも高い周波数の信号を検出するフィルタ部１１３と、フィルタ部１１３により検出された成分をデジタル信号に変換する比較器１０８ｂと、比較器１０８ｂにより得られたデジタル信号に基づいて、パラメータの設定を行う処理部とを備えた。これにより、実施の形態２に係る近接スイッチ１は、実施の形態１における効果に加え、検出時の発振と設定時の発振とを区別可能であるため、検出領域内に被検出体が存在する場合でも、パラメータの設定が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態１に係る近接スイッチ１では、運転モードを設定モードに切替えた上で、パラメータの設定を行う方式を採用している。これに対し、実施の形態３では、近接スイッチ１に入力される信号レベルに応じて検出処理と設定処理を自動的に切替える方式を採用した場合について示す。
図４は実施の形態３に係るパラメータ設定システムの構成例を示す図である。この図４に示す実施の形態３に係るパラメータ設定システムは、図１に示す実施の形態１に係るパラメータ設定システムの切替え部１０７及び比較器１０８を、閾値設定部１１４及び比較器１０８ｃに変更している。その他の構成は実施の形態１と同様であり、異なる部分についてのみ説明を行う。

閾値設定部１１４は、比較器１０８ｃで用いられる閾値を設定する。この閾値は、発振回路１０２による発振のうち、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の振幅よりも高い振幅の信号を検出するための閾値である。ここで、通常、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振回路１０２による発振の振幅は、数１００ｍＶ程度である。そのため、閾値設定部１１４は、閾値として、上記のような振幅よりも高い振幅の信号を検出可能な閾値を設定する。

比較器１０８ｃは、発振回路１０２による発振のうち、閾値設定部１１４により設定された閾値を超えた信号をデジタル信号に変換する。

なお、通信制御回路１０９は、比較器１０８ｃにより得られたデジタル信号を設定回路１１０及び駆動回路１１１に出力する。またこの際、通信制御回路１０９は出力回路１０６に対してもデジタル信号を出力し、出力回路１０６から当該デジタル信号を外部に出力させてもよい。

また、設定用送信デバイス２は、比較器１０８ｃで所望のデジタル信号が得られる信号を出力する。この際、設定用送信デバイス２は、発振回路１０２による発振の周波数及び振幅が、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の周波数及び振幅に対して高い周波数及び振幅となるような信号を出力する。上述したように、通常、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振回路１０２による発振の周波数及び振幅は、１０ｋＨｚ～１ＭＨｚ程度且つ数１００ｍＶ程度である。そのため、設定用送信デバイス２は、発振回路１０２による発振の周波数及び振幅が、上記のような周波数及び振幅よりも高い周波数（例えば１００ＭＨｚ程度）及び振幅（例えば数Ｖ程度）となるような信号を出力する。

次に、図４に示す実施の形態３に係るパラメータ設定システムによる設定調整動作例について説明する。
実施の形態３に係る近接スイッチ１に対してパラメータの設定を行う場合、作業者は、設定用送信デバイス２を用いて、比較器１０８ｃで所望のデジタル信号が得られる信号を出力する。この際、設定用送信デバイス２は、発振回路１０２による発振の周波数及び振幅が、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の周波数及び振幅に対して高い周波数及び振幅となるような信号を出力する。この場合、発振回路１０２による発振は、図５Ａに示すようになる。図５Ａにおいて、符号５０１は、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振回路１０２による発振（検出時の発振）を示している。また、符号５０２は、設定用送信デバイス２による信号に伴う発振回路１０２による発振（設定時の発振）を示している。また、符号５０３は、閾値設定部１１４により設定された閾値を示している。このように、検出時の発振と設定時の発振とでは振幅が明確に異なるため、比較器１０８ｃにより設定時の発振のみを検出してデジタル信号に変換可能となる（図５Ｂ）。これにより、近接スイッチ１ではデジタル信号が得られ、設定回路１１０は当該デジタル信号に従ってパラメータの設定を行う。

以上のように、この実施の形態３によれば、近接スイッチ１は、検出用コイルＬと、発振して検出用コイルＬに高周波磁界を発生させる発振回路１０２と、発振回路１０２による発振のうち、検出領域内に被検出体が存在する場合での発振の振幅よりも高い振幅の信号を検出するための閾値を設定する閾値設定部１１４と、発振回路１０２による発振のうち、閾値設定部１１４により設定された閾値を超えた信号をデジタル信号に変換する比較器１０８ｃと、比較器１０８ｃにより得られたデジタル信号に基づいて、パラメータの設定を行う処理部とを備えた。これにより、実施の形態３に係る近接スイッチ１は、実施の形態１における効果に加え、検出時の発振と設定時の発振とを区別可能であるため、検出領域内に被検出体が存在する場合でも、パラメータの設定が可能となる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１近接スイッチ
２設定用送信デバイス
１０１共振回路
１０２発振回路
１０３増幅器
１０４検波回路
１０５比較器
１０６出力回路
１０７切替え部
１０８，１０８ｂ，１０８ｃ比較器（変換部）
１０９通信制御回路
１１０設定回路
１１１駆動回路
１１２ＬＥＤ
１１３フィルタ部
１１４閾値設定部

Claims

検出用コイルと、
発振して前記検出用コイルに高周波磁界を発生させる発振回路と、
前記発振回路による発振の振幅を検波する検波回路と、
運転モードを検出モードと設定モードに切替え可能な切替え部と、
運転モードが設定モードである場合に、サンプリング周期に応じ、前記検波回路により検波された振幅が閾値を超えているか否かにより２進数を検出することで、当該検波された振幅をデジタル信号に変換する変換部と、
運転モードが設定モードである場合に、前記変換部により得られたデジタル信号に基づいて、パラメータの設定を行う処理部とを備え、
前記閾値は、運転モードが検出モードである場合に被検出体の近接有無を判定するための閾値と同じである
ことを特徴とする近接スイッチと、
前記変換部で所定のパラメータの設定を行うためのデジタル信号が得られるように、前記検波回路により検波された振幅が、前記変換部での前記サンプリング周期に応じて、前記変換部で用いられる前記閾値を超える振幅と当該閾値を超えない振幅とを交互に繰り返すような信号を出力する設定用送信デバイスとを備え、
前記発振回路は、運転モードが設定モードである場合に、前記設定用送信デバイスが出力する信号に伴って発振する
ことを特徴とするパラメータ設定システム。