JPH03156700A - ２線式信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フィールド計器、コミュニケータなどの２線
式信号伝送装置に係り、特に消費電力を低くおさえるの
に好適な２線式信号伝送装置の通信回路に関する。

〔従来の技術〕

いわゆるフィールド計器と称される２線式信号伝送装置
は、各種プラントの圧力・温度・流量などの物理量を検
出し、その値を電気信号に変換し、２線式伝送線を介し
て上位計器へ伝送しているのが通常である。

そして、該電気信号の伝送は、規格化されており、２線
式信号伝送装置が伝送線に、４〜２０−Ａのアナログ電
流信号を出力して、上位計器が、そのアナログ電流信号
を受信するものとなっている。

また、一般的には２線式信号伝送装置から上位計器への
アナログ信号の一方向通信が行われていたものであった
。

しかし、近年、半導体集積回路技術の向上により、マイ
クロプロセッサ内蔵の２線式信号伝送装随が開発されて
実用化されてきている。これによれば、前記伝送線上で
一方向のアナログ信号の通信のほかに、双方向のディジ
タル信号の通信を行い、２線式信号伝送装置のレンジ設
定、自己診断などを遠隔に操作できるようになってきて
いる。

たとえば、この種の装置に関するものとして、特開昭５
８−４８１９８号公報、特開昭５９−２０１５３５号公
報などが知られている。

具体的な例を第４図を用いて説明する。同図は、外部電
源を必要とする２ＩＩＡ式信号伝送装置に関する装置構
成例を示している。２線式信号伝送装置１は外部電源４
から供給される電力により動作し、検出した物理量に対
応した電流を伝送線に流す定電流源としてアナログ信号
を出力し、上位受信計器３は、伝送線に直列に挿入され
た抵抗を流れるアナログ電流信号を抵抗の両端の電位差
の検出により受信し、２Ｍ式信号伝送装置１の指示値と
して使用している。コミュニケータ２も、一種の２線式
信号伝送装置であり、２線式信号伝送装置１と上位受信
計器３．外部電源４との間の任意の伝送線上に接続され
、２線式信号伝送装置１とディジタル信号で双方向の通
信を行っている。

この伝送線上で信号を伝送する方式としては。

アナログ信号上にディジタル信号をのせて、アナログ信
号値に影響を与えないようにディジタル信号の通信を行
う方式、アナログ信号とディジタル信号を切換えて信号
伝送する方式、および、ディジタル信号のみによる信号
伝送方式、とが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来技術にあっては、２線式信号伝送
装置が伝送線より供給される電流が、アナログ出力信号
の中に含まれる。よって、このアナログ出力信号は、４
〜２０ｍＡの範囲の値に制限されているので、装置全体
で消費する電流は、４ｍＡ以下にしなければならないも
のであった。

それ故、装置全体の消費電流は、定常状態の消費電流だ
けでなく、例えば、通信中の消費電流なども４ｍＡ以下
にしなければ、アナログ出力信号を乱すことが考えられ
る。このため、通信時において通信速度が速い程１通信
回路の消費電流が増大するため、通信速度を速くできな
いという欠点があった。

本発明は、以上の欠点を解決し、消費電流が少なく、か
つ、通信速度の速い、２線式信号伝送装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、２線式信号伝送
装置の通信回路において、変調回路の動作中に、復調回
路の動作を停止する手段を備えることにより、変調回路
と復調回路が同時に動作することがなくなり、通信時の
消費電流の増大を必要最小限にしたことを特徴とするも
のである。

〔作用〕

このような２線式信号伝送装置の変調回路、復調回路の
消費電流は、前述の通り、通信速度が速い程、増大し、
また、回路動作時に比らべ、動作していないときは、問
題とならない消費電流が少なく省略できる。

そのため、信号送信時は、伝送線を介して自らの送信信
号が復調回路に入力されるが、復調回路の動作は停止さ
れているので、消費電流の増分は、変調回路の消費電流
のみとなる。

また、信号受信時は、復調回路のみが動作するので、消
費電流の増分は、復調回路の消費電流のみとなる。

これによって、変調回路と復調回路が同時に動作するこ
とがなくなるので、通信による消費電力の増分を少なく
することができる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて６本発明の一実施例を説明する。

第１図は、２線式信号伝送装置の出力が４〜２０ｍＡの
アナログ電流信号からなり、このアナログ電流信号に重
畳されたディジタル信号によって、上位受信計器、また
は、コミュニケータとの間で通信を行う場合の構成図を
示す。

同図において、概略を示すと、２線式信号伝送装置１に
は、複合センサ１０８を有し、このセンサ１０８は各種
プラントにおける圧力、温度、流量などの物理量を検出
し、外部電源４から供給される電力によって動作するよ
うになっている。そして、前記センサ１０８からの出力
は、２線式信号伝送装置１内で種々の処理が行われ、そ
の処理された信号は、伝送線５を介して、上位受信計器
３に出力されるようになっている。前記上位受信計器３
は前記伝送線５の間に抵抗３０を備え、この抵抗３０の
間の電圧を検知することにより、前記２線式信号伝送装
置１からの物理量を受信するようになっている。そして
、さらに通信器３２を内蔵しており、前記ディジタル信
号によって前記２線式信号伝送装置１との間で通信を行
い、例えば、自己診断、レンジ値の変更等の処理を行う
ようになっている。また、前記伝送線５上の２線式信号
伝送装置１と外部電源４との間にコミュニケータ２が接
続され、このコミュニケータ２は、前記ディジタル信号
によって、前記２線式信号伝送装Ｗ１と通信を行い、例
えば、２線式信号伝送装［１の入出力信号のモニタ、校
正等の処理を行うようになっている。

次に、前記２線式信号伝送装置１の構成を示す。

複合センサ１０８からの各出力は、マルチプレクサ１０
９に入力されるようになっている。前記マルチプレクサ
１０９には、Ｉ１０インターフェイス１０６からの入力
切換信号が入力され、その出力はＡ／Ｄ変換器１０５に
入力されるようになっている。さらに、マイクロプロセ
ッサ１０１があり、このマイクロプロセッサ１０１は前
記Ａ／Ｄ変換器１０５から、順次、送り込まれる出力と
、ＲＯＭ＋０３．　ＲＡＭ１０２に格納されている種々
の係数から、補正演算を行い、これにより真値を求め、
予めＲＡＭ１０２に設定されている出力レンジによって
正規化した出力値をＤ／Ａ変換器１０７へ出力するよう
になっている。このＤ／Ａ変換器１０７の出力は、加算
器１１０を介してＶ／Ｉ変換器１１１へ入力され、この
Ｖ／Ｉ変換器１１１の出力は、前記伝送、１５を介して
、上位受信計器３へ伝えられるようになっている。なお
、このＶ／Ｉ変換器１１１は、入力信号に見合った電流
（４〜２０ｍ　Ａ　）が伝送線５を流れるように制御さ
れるようになっている。

前記加算器１１０には通信用のディジタル信号が加算さ
れるようになっており、■／Ｉ変換器１１１を介して出
力される信号は、アナログ信号に前記ディジタル信号が
重畳されたものとなっている。前記ディジタル信号は、
変調回路１１２から入力されるようになっており、前記
変調回路１１２は送受信回路１０４からの出力を変調す
るようになっている。前記変調回路１１２からの信号は
１例えば周波数変調のようにディジタル信号のｔＬ　Ｉ
　１１　１１０”に対応する２種類の周波数信号のほか
、振幅変調のように信号の大きさで“１″“０”に対応
するもの、位相変調のように２種類の位相が１１″″′
０”に対応するもの等が用いられている。

ここで、変調回路１１２の出力信号は、正負の方向に同
じ振幅の方形波、またはサイン波の小信号であれば、デ
ィジタル信号を出力して通信を行っても、前記Ｖ／Ｉ変
換器１１１の出力電流値は瞬時的な変化が生じるだけで
、アナログ信号を検出する上位受信計器３側の指示値に
は影響を与えないものとなる。

さらに、伝送線５には、前記上位受信計器３、あるいは
コミュニケータ２から送信信号を送られるようになって
おり、この送信信号は前述したように変調された電流信
号と同様なディジタル信号となっている。

なお、ここで、伝送線５に電圧を供給するための外部電
源４の電圧値は常に一定であることから、伝送線５に流
れる電流値が変化すると、上位受信計器３のアナログ信
号検出器である抵抗３０の両端の電圧もこれに応じて変
化するため、２線式信号伝送装置ｌｌに加えられる電圧
（伝送線５の線間電圧）は、前記電圧変化と逆の極性の
電圧変化が生じる。

２線式信号伝送装置１内の復調回路１１３では、前記線
間電圧の変化をとらえて、復調することにより“ｌ　Ｉ
＋　、　　１１Ｑｊｌのディジタル信号とし、送受信回
路１０４でこの信号を受信することができる。

この場合、前記２線式信号伝送装置１の変調回路１１２
より送信するディジタル信号も同様に、伝送線５を流れ
る電流を変化させるため、伝送線５の線間電圧が変化し
、復調回路１１３には、同様な信号が入力される。なお
、この場合においては、変調回路１１２より復調回路１
１３ヘリセット信号も同時に入力されるため、復調回路
１１３は動作しないようになっている。

これらの２線式信号伝送装置１内の内部回路は電源回路
１１４を介して、伝送線５から供給される電力により動
作するようになっている。電源回路１１４は、伝送線５
の線間電圧から、前記各回路が動作可能な電圧（Ｖｏｏ
）を作り出し、各回路へ供給している。

前述の通り、この各回路で消費する電流の合計値を４ｍ
Ａ以下にする必要がある。通信時においても同様に、消
費電流が４ｍＡを超えてしまうと２線式信号伝送装置１
からのアナログ出力信号が乱れるとともに、ディジタル
通信の信頼性を低下させる要因となる。

第３図に変調回路、および復調回路が動作したときの消
費する電流値の例を示す。各々の回路は、入力信号が無
く動作しないときには、動作時と比べ、無視できるくら
いに消費する電流が少なく、また、動作時は図に示すよ
うに、各回路の電源電圧（Ｖｏｏ）の大きさに関係した
消費電流になっている。なお、この消費電流は、通信速
度が速く。

信号の変調周波数が大きいほど大きな値となる。

そのため１通信速度が速い装置になるほど、この変調回
路、復調回路が装置全体に対して占める消費電流の割合
が高くなっている。

前述の通り、第１図において２線式信号伝送装置１がデ
ィジタル信号を送信する場合、他の装置が信号を送信し
たのと同様に、伝送線５のＩＩＡｒＩＪＪ電圧が変動し
、２線式信号伝送装置自身の復調回路１１３に、その信
号が入力されるようになっている。

よって、本発明によれば、変調回路１１２が動作時にリ
セット信号を速調回路１１３に入力し、復調回路１１３
の動作を停止するので、変調回路と復調回路が同時に動
作することがなくなり、通信時、特にディジタル信号送
信時に装置の消費電流が増大するのを防ぐことができる
という効果がある。

なお、本実施例では、変調回路１１２からのリセット信
号で復調回路１１３の動作を停止させた例を用いたがこ
の信号は、Ｉ１０インターフェイス１０６からの信号を
使用しても問題なく、同様の効果が得られる。

また、前記コミュニケータ２も、一種の２線式信号伝送
装置であり、内部に電池などの電源が内蔵されており、
長時間使用するためには、消費電力を低くする必要があ
り１本発明を適用すると、長時間使用できるという効果
がある。

第２図は本発明の他の実施例を示す構成図である。同図
は、２線式信号伝送装［１の設定数を複数個とし、各２
線式信号伝送装置の出力が、すべてディジタル信号であ
る場合を示す。第１図と比らべ、４〜２０ｍＡのアナロ
グ信号で伝送される指示値もディジタル信号の通信によ
り伝送される点と、２線式信号伝送装置１の設置数が複
数になるという点以外は、すべての装置での動作は、同
じである。本実施例においては、接続方式が伝送線５に
対して、バス構成になっているが、これが、マルチドロ
ップ構成になっても、各装置の動作は同じで、２線式信
号伝送装Ｍ１が伝送線５上の任意の場所に接続できる。

各２線式信号伝送装置は、通常、一定量の電流（ｉｔ、
　ｘｚ、　ｘａ、　’・・＋ｌｎ）を消費しており、上
位受信計器の負荷抵抗ＲＬを流れる電流は、各２線式信
号伝送装置で消費する電流の合計値となる。このため、
例えば１．２線式信号伝送装置１の設置台数が多くなる
と、負荷抵抗Ｒｔ、を流れる電流と負荷抵抗ＲＬの両端
の電圧もそれにつれて増大し、外部電源４の電圧が一定
であるため、逆に、伝送線５の線間電圧が低くなる。

この線間電圧が、ある一定値以下に低くなると、２線式
信号伝送装置１が動作できなくなるので、各２線式信号
伝送装置の消費電流値により、設置台数が限定されてい
る。また、防爆上の制限からも、伝送線５を流れる電流
値などを、ある一定値以下にする必要があるので、同様
に、設置台数の制限がある。

よって、本実施例によれば、装置の消費電流を低くする
ことができるので、同一伝送線上に接続できる設置台数
を増やすことができるという別の効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなように、本発明による２
線式信号伝送装置によれば、消費電流を少なくすること
ができるとともに、高速通信を行うことができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による２線式信号伝装装置の一実施例を
示す構成図、第２図は本発明による２線式信号伝送装置
の他の実施例を示す構成図、第３図（ａ）、（ｂ）は本
発明の変調回路・復調回路の消費電流を示すための説明
図、第４図は従来の２線式信号伝送装置の一例を示す構
成図である。 １・・・２線式信号伝送装置、２・・・コミュニケータ
、３・・・上位受信計器、４・・・外部電源、５・・・
伝送線、３０・・・抵抗、１１２・・・変調回路、１１
３・・・復調回第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２線式伝送線に接続された少なくとも１台の２線式
   信号伝送装置と他の通信装置からなる通信システムにお
   いて、前記２線式信号伝送装置の通信回路が、送信動作
   しているときに、復調動作を停止する手段を備えたこと
   を特徴とする２線式信号伝送装置。 ２、請求項１記載の２線式信号伝送装置において、変調
   動作を検出する手段を備え、その検出信号で、復調動作
   を停止したことを特徴とする２線式信号伝送装置。 ３、請求項１または２記載の２線式信号伝送装置におい
   て、２線式信号線を介して外部から供給される電力によ
   り動作することを特徴とする２線式信号伝送装置。