JPH04315722A

JPH04315722A - コンタクト感知モジュール

Info

Publication number: JPH04315722A
Application number: JP2409250A
Authority: JP
Inventors: Daniel R Judd; ダニエル・ロバート・ジュド
Original assignee: Kaye Instruments Inc
Current assignee: Panametrics LLC
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-11-06
Also published as: DE69032643D1; EP0435686B1; EP0435686A2; ATE171009T1; US5083116A; EP0435686A3

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開閉するコンタクトを
備え、いく組みかのコンタクト（開又は閉）の自体を感
知するための電気及び／又は電子回路を必要とする、リ
レー、リミットスイッチ及び各種電気式、機械式、磁気
式、空気式その他の装置用コンタクトセンサに関する。本発明は、特に、マイクロプロセッサと工業プロセスと
の間のインタフェースを絶縁するために利用されるＩ／
Ｏ（入力／出力）モジュールと互換性を有するコンタク
トセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような、マイクロプロセッサと工業
プロセスとの間の絶縁インタフェースは、カリフォルニ
ア州ハンティントン・ビーチ（Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ　
Ｂｅａｃｈ）のＯｐｔｏ２２、すなわち、最近の「マイ
クロプロセッサＩ／Ｏシステムカタログ」に記されてい
るようなプラグ互換Ｉ／Ｏシステムなどを使用すること
により標準化されている。この標準装置は汎用取付ラッ
クを備えており、モジュール内の４，８，１６又は２４
番のプラグ用のシステム端末を提供する。このモジュー
ルは４つの異なる機能を備えている。すなわち、ＡＣ又
はＤＣ出力用のスイッチとして、及びＡＣ又はＤＣ入力
用のセンサとして機能する。Ｉ／Ｏモジュールは、一方
の端に沿ってピンが配列されたプリント基板をプラスチ
ック製ハウジング（リムの辺りにピンが突出するカップ
状のもの）内に挿入し、それからエポキシ樹脂で充填す
る。ハウジングの裏側には、その底部に沿って隔置され
た４本乃至５本のピンを備えたカラーコードモジュール
がある。このモジュールは、順次、汎用取付ラック内に
プラグ取り付けされ、モジュールアセンブリ内に保持さ
れるように螺子で螺合することにより固定される。ラッ
クはモジュールのピンに対する接続をなし、界磁巻線端
子（１つはフューズ端子）用の２つの螺子端子及びマイ
クロプロセッサシステムに対する３つの接続を提供する
。これらの３つの接続は、習慣的に、供給電圧（トラッ
ク上のＬＥＤインジケータを通って流れる＋５ボルト）
、信号回線（＋５ボルトに対する３３００オームの双方
向性回線）及び共通接地回線である（例えば、グレイヒ
ル、１９８８年度カタログの「８モジュールラック」７
０ＲＣＫ８を参照のこと。

【０００３】出力モジュールの場合には、マイクロプロ
セッサからの出力が、ユーザ端子側の回路に接続された
絶縁スイッチを起動するために、信号ピンからの電流を
引き出す。入力モジュールは裏側であり；ユーザ端子側
の回路内に接続された絶縁感知／切換装置を流れる電流
は、信号ピンからの電流を引き出すスイッチを起動して
、マイクロプロセッサ入力の状態を変更する。ラック及
びモジュールは、マイクロプロセッサシステムを工業プ
ロセスに接続するために必要な全てのインタフェースハ
ードウェアを提供する。界磁巻線は、この電源とコンタ
クト及び電圧入力モジュールとを直列に接続せねばなら
ず、完全なシステムの絶縁には、典型的には、各ループ
に対して電力を送るためのバス端子（すべてが、別個の
フューズ端子である）を必要とする。別の電源と巻線組
込みが必要な場合には、このような従来のコンタクトセ
ンサの実行に余分の費用がかかる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、リレー、リミットスイッチ及び関連するコンタクト
装置のコンタクト感知用の、特に、マイクロプロセッサ
及び工業プロセスとのインタフェースのためのＩ／Ｏシ
ステムに有用であり、余分の費用がかからず、ループに
電力を供給可能であり、コンタクトの状態を感知可能で
ある新規な信号モジュールを提供可能な新規かつ改良さ
れたモジュールを提供することにある。

【０００５】さらに、本発明の目的は、標準Ｏｐｔｏ２
２又は同様なシステムとプラグの互換性がとれ、その動
作に影響を与えずに汎用取付ラックから電力を引き出す
ことが可能な新規な自己出力型コンタクトセンサモジュ
ールを提供することにある。この他の目的は以下に説明
され、特に特許請求の範囲内において説明される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、リレー、リミ
ットスイッチなどの装置の一式のコンタクト用のコンタ
クトセンサモジュールであって、上記装置は、組立時に
、上記一式のコンタクトに対して単一のループ内で直接
接続された単一モジュールを形成し、さらに、上記ルー
プを介して一式コンタクトに電力を供給するための手段
と、コンタクトを閉じることによりループ内に生じた電
流変化に応答して、かかる接触状態を感知するための手
段とを含み、それにより、自己出力及びループ内のコン
タクトの感知が可能になる。

【０００７】

【実施例】以下に、好適な実施例について説明する。

【０００８】図１の（Ａ）は、前述の付加的電源が巻回
絶縁ループ内の３として示されており、さらに、ループ
は、例えば、電圧入力モジュール５及びリレー、リミッ
ト装置などのフィールドコンタクト１を備えている。コ
ンタクトが開放されると（オフ状態）、同じ電圧が入力
モジュール５に表れないが、コンタクトが閉止されと、
電圧が入力モジュールに供給される。図１の（Ｂ）に示
す本発明によれば、単一のモジュールが、２において、
電力を供給し、かつコンタクトの状態を感知する。この
モジュールが、いわゆるコンタクトセンサモジュールで
あり、コンタクトに対して電流制限電圧を印加し、これ
により、コンタクトが閉止した場合に、電流の両方向へ
の流れを感知することが可能になる。かかるモジュール
により、別の電源を設けたり、全てにフューズを設けた
り、多くの分配端子を設ける必要が減じられる。さらに
重要なことは、これにより、単純な点対点接触内で単一
の２コンダクタワイヤを用いることにより、巻線の複雑
さ及びコストを劇的に軽減可能である。

【０００９】このようなコンタクトセンサモジュールの
実際の設計及び使用について見れば、入力対出力回路を
電気的に絶縁するための必要性が、一旦、工業環境内で
適当なマイクロプロセッサシステムの保証が考慮される
と、明白になる。これは、高ＥＭＩ及びＲＦＩの区域内
のマイクロプロセッサシステムの接地に取り付けられた
長いワイヤが、電流スパイクの形式でシステム内に電力
を導入されるという事実に基づいている。これらのスパ
イクは、接地経路のインダクタンス又は抵抗による過渡
電圧に変換され、ディジタル回路にエラーを引き起こす
。この設計に対する従来のアプローチによれば、図２の
（Ａ）に示すように、絶縁された電力を供給する第１の
装置２と、感知信号に対して絶縁されて連結された第２
の装置２’が必要であった。しかし、本発明によれば、
図２の（Ｂ）に示すように、両方の機能を実行するため
にただ１つの装置２”のみを用いることが可能である。

【００１０】図３の回路との関係で後述するように、か
かる単一の絶縁装置２”は、好ましくは、発信器により
駆動され、電力を輸送し、反射されたインピーダンスを
検出して論理信号を供給するためのトランスである。ト
ランスの磁気絶縁を介して論理信号を感知するには、従
来の光電子アプローチよりも少ないループ電流を必要と
するに過ぎない。さらに、低電力高周波数動作が可能に
なったことにより、トランスの設計を標準Ｏｐｔｏ２２
などのモジュールによる物理的制約内に適当させること
が可能になる。

【００１１】さらに、この絶縁トランスを用いることに
よる好ましい特徴は、図３の実施例との関係で詳述する
ように、ループに接続する前に、ＡＣからＤＣへのトラ
ンスの出力の変換を行うという発想である。ＤＣでルー
プに電力供給することにより、浮遊容量を減少させるこ
とが可能である。また、ループに供給されるＡＣは、標
準モジュールに適合させるには余りに大きなトランスが
必要となるＲＦ放射（ＦＣＣ規則に従えば）を防止する
ために低い変調周波数を用いる必要がある。従って、Ｄ
Ｃへの変換は、コンタクトの酸化物をメルティングする
ために用いることができるエネルギーを蓄えるために容
量を用いることが可能になる。一次トランスをステップ
アップするための手段としての共鳴フライバックパルス
の使用により、電源から別の電力を引き出さずに電圧を
駆動可能であり、さらに、ＥＭＩ放射放出に付随するＦ
ＣＣ規則に合致するように、トランス内に制限波形を生
ずることが可能になる。

【００１２】図３に示すような、左側にＩ／Ｏラック５
を備えた本発明を組み入れた好適な回路を参照するに、
信号絶縁装置２”（図２の（Ｂ））は、標準Ｔ１搬送波
通信トランスとして実施されており、それは、感知ルー
プ電力と共にループ感知ディジタル論理信号を絶縁する
ために必要な素子のみを含んでいる。Ｔ１は、ベル研究
所により１９６０年代後半に開発された通信標準であり
、現在では、１．５４４メガヘルツ標準を用いており、
絶縁装置を用いてコストを効果的に抑えることが可能で
ある。この設計で用いられる好適なトランスは、スプリ
ット１：２の巻線を備えている（１対２信号スプリッタ
）。好適なトランスの例は、フロリダ州ペテルスブルグ
所在ＡＩＥマグネチクス社の部品番号３１８−０６９６
である。

【００１３】前述の通り、駆動発信器がＭ１に示されて
おり、これは１００ＫＨｚで実行される５５５タイマの
ＣＭＯＳバージョンのようなタイマチップである（Ｒ４
及びＣ４が周波数をセットする）。その開放ドレーン出
力は、共振モードで一次トランスを直接駆動する（ピン
１及び２）。すなわち、オンの場合に、スイッチが一次
トランスを通して電流を引き出し、Ｔ１のコア内に磁界
を形成する。スイッチがオフにされると、一次トランス
が、磁界がコア内で壊れる間に高電圧にフライバックし
ようとする。しかし、接合容量及び選択周波数のために
、フライバックは、半周期の正弦波形（共振モード）で
あり、従って、約１２乃至１５ボルトに制限される。ツェナーダイオードＺ１がＭ１のピン「１」とＴ１の一
次側の低い端子「２」の間に接続されて、過渡出力によ
り引き起こされる高いフライバックスパイクからＭ１を
保護するために加えられる。このフライバックの技法は
、正弦波形が調和を減じＥＭＩ放射を制限する間に、出
力電圧をブーストする手段として用いられる。

【００１４】トランスＴ１の出力は、ダイオードＤ１及
びＤ２により調整される。結果として得られるＤＣ電圧
は、本発明に基づいて電力が印加され状態が検出された
、リレーやリミットスイッチなどのフィールド接触を横
切って接続される容量Ｃ７及びＣ８に格納される。コン
タクト１に対する磁界巻線上のＡＣ電圧の欠落により、
放射放出及びこれらの巻線から他の装置への干渉が減少
される。さらに、ＤＣ付加の感知は、巻線の効果、すな
わち、感知しきい値レベル及びスイッチング動作上の接
触容量を減少させる。さらに、容量Ｃ７及びＣ８に蓄電
されたＤＣ電圧は、コンタクトの酸化物をメルティング
し、コンタクト１のコンタクトクロージャ上の良好な電
導性を達成するために用いられる格納エネルギーの機構
を提供する。

【００１５】短絡回路が回路の出力に供給されると、反
射負荷がタイマスイッチからラック５の供給電圧に加え
られる。これにより、供給電流が増加され、二次負荷が
３５ｋΩ以下である場合にトリップするように設計され
た、トランジスタＱ１とＲ１から構成される電流感知又
は検出器がトリップする。電流検出器のトリッピングに
より、電流が出力トランジスタＱ２に流れ、それをオン
にする。フィルタリングが供給されて、タイマー発振を
介してスイッチ状態を保持し、スプリアススイッチング
を防止する。構成素子はＲ２，Ｒ３，Ｃ１，Ｃ２及びＣ
３である。

【００１６】このような実際のコンタクトセンサモジュ
ールは、工業基準として有用であり、次のような仕様を
有するＯｐｔｏ２２などの基準Ｉ／Ｏシステム５と共存
するに適している。

【００１７】〔仕　　様〕・電　　力コンタクト開放時、０．６ｍＡ、最大３．５Ｖより（汎
用取付ラック上のＬＥＤインジケータを点灯させるには
不十分である）コンタクト閉止時、８〜２０ｍＡ、３Ｖから３．５Ｖ（
インジケータを点灯させる）・コンタクトインタフェース２０Ｖ、最少、開放コンタクト電圧（コンタクトの酸化
物のメルティング電圧を超過）１ｍＡ、最少、閉止コンタクト電流（上と同じであり、
コンタクトの間欠を防止する）５〜５０ｋΩ、しきい値抵抗（５ｋΩ最大接触抵抗及び
５０ｋΩ最少漏れ抵抗）・Ｉ／Ｏシステムインタフェース開放コレクタ出力により、外部プルアップがＶＣＣ値を
満たすことが可能になり、さらに、入力対出力モジュー
ル型の自動感知が可能になる・動作性能５ｍｓ、最大、タイムオン又はオフ −３０乃至７０℃周辺温度電気的（直流電流）絶縁、Ｉ／Ｏシステムに対するコン
タクト絶縁フィールドコンタクト１００Ｖ．Ｄ．Ｃ、誘起過渡イミュニティ（ｉｍｍｕｎ
ｉｔｙ）非絶縁フィールド用１０００Ｖ．Ｄ．Ｃ．ＵＬ４７８及びＣＳＡ２２．２−
１５４２５００Ｖ．Ａ．Ｃ．ＶＤＥ８０４３７５０Ｖ．Ａ．Ｃ．ＩＥＣ４３５・ＥＭＩ導通され放射されたＥＭＩ放出は、ＦＣＣ規則１５パー
ト、Ａサブパート、Ａ級装置用・安全性ＵＳ販売用ＵＬ基準に合致、又は適当な他の国の販売用
規制基準に合致・物理的形状１．５インチ×１．０インチ、回路素子面積０．２５イ
ンチ、最大素子高さ。

【００１８】図３の示すところによれば、次の仕様及び
動作性能基準に合致していることが判明する。汎用Ｉ／
Ｏラック５上のＬＥＤを介する供給電流は、コンタクト
１が開放された場合に最少０．５ｍＡであり、コンタク
ト１が閉止された場合に最大９．９ｍＡである。コンタ
クトインタフェース用の開放回路電圧は２６Ｖである。コンタクトを流れる短絡回路電流は２．１ｍＡである。センサ又は検出器Ｑ２が状態を変化させるコンタクト回
路しきい値抵抗は、３７ｋΩである。タイムオンは０．
２ｍｓであり、タイムオフは１．３ｍｓである。コンタ
クト回路１からＩ／Ｏラック回路５への直流絶縁制限は
、５００ＶＤＣである。回路は、前述の、全ての環境要
求及び全ての許容規制要求に合致しており、典型的な入
力型変調器に供給されるもの以外に、他の電源及びコン
ダクタを必要としない。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、リレー
、リミットスイッチ及び関連するコンタクト装置のコン
タクト感知用の、特に、マイクロプロセッサ及び工業プ
ロセスとのインタフェースのためのＩ／Ｏシステムに有
用であり、余分の費用がかからず、ループに電力を供給
可能であり、コンタクトの状態を感知可能である新規な
信号モジュールを提供可能な新規かつ改良されたモジュ
ールが提供される。

【００２０】さらに、本発明によれば、標準Ｏｐｔｏ２
２又は同様なシステムとプラグの互換性がとれ、その動
作に影響を与えずに汎用取付ラックから電力を引き出す
ことが可能な新規な自己出力型コンタクトセンサモジュ
ールが提供される。

【００２１】当業者であれば、本発明の特許請求の範囲
に示す精神及び範囲内で各種の変更態様を考え出すこと
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（Ａ）はコンタクトセンサループを備え
た従来の装置のブロック図であり、図１の（Ｂ）は本発
明により改良され単純化されたループを備えた装置のブ
ロック図である。

【図２】図２の（Ａ）は絶縁電源とコンタクト接触用の
感知回路を備えた従来の装置のブロック図であり、図２
の（Ｂ）は本発明により改良された装置のブロック図で
ある。

【図３】図３は、図１の（Ｂ）及び図２の（Ｂ）に組み
込まれる回路の回路図である。

【符号の説明】

１…コンタクト２…コンタクトセンサモジュール３…電源５…電圧入力モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　リレー、リミットスイッチなどの装置
の一組のコンタクト用のコンタクト感知モジュールであ
って、組立時に、上記一組のコンタクトに対して単一ル
ープ内で直接接続される単一モジュールを形成し、ルー
プを介して上記一組のコンタクトに電力を印加するため
の手段と、コンタクトの閉止によりループ内に生じた電
流の変化に応答してかかる接触状態を感知するための手
段とを含み、ループ内のコンタクトの感知と自己出力が
可能なコンタクト感知モジュール。
【請求項２】　　前記感知手段が、ループ内のコンタク
トにより生じたインピーダンスを感知して、コンタクト
状態に応答する論理信号を発生するための手段であるこ
とを特徴とする、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】　　前記モジュールが、Ｉ／Ｏシステムと
コンタクトの間に接続されて、マイクロプロセッサと工
業プロセスの間のインタフェースを行うことを特徴とす
る、請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】　　ループの入力対出力回路を電気的に絶
縁するための手段が前記ループ内に設けられていること
を特徴とする、請求項３に記載のモジュール。
【請求項５】　　前記絶縁手段が、トランス手段である
ことを特徴とする、請求項４に記載のモジュール。
【請求項６】　　前記トランスが、ループの電流要求を
減じる磁気絶縁を供給する単一トランスから成ることを
特徴とする、請求項５に記載のモジュール。
【請求項７】　　前記トランスが、高周波発振器により
駆動され、電力を輸送し、生じたインピーダンスを検出
して前記論理信号を発生することを特徴とする、請求項
６に記載のモジュール。
【請求項８】　　調整及び蓄電手段がトランスの出力と
一組のコンタクトの間に設けられて、コンタクトに電力
を印加するＤＣ接触を可能にすることを特徴とする、請
求項７に記載のモジュール。
【請求項９】　　共振フライバック手段が接続されて、
別の電源装置を設けずに、トランスの一次の駆動をステ
ップアップすることを特徴とする、請求項７に記載のモ
ジュール。