JPH05292571A - デジタル制御装置の入出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各センサからデジタル制御装置に対して検出
値に対応するアナログ信号に制御用のデジタル信号を重
畳したセンサ信号を送出する場合に、デジタル制御装置
側でアナログ情報とデジタル情報とを応答性よくかつ確
実に授受する。 【構成】 センサ信号に含まれるデジタル信号に対する
送受信処理は信号切替手段と信号変復調手段とで実施
し、センサ信号に含まれるアナログ信号の読取処理をア
ナログ入力処理手段で実施する。すなわち、デジタル信
号に対する送受信処理とアナログ信号の読取処理とを互
いに別々の周期で実施可能としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各センサから入力され
るセンサ信号に含まれるアナログ信号を所定のサンプリ
ング周期で読取るデジタル制御装置に係わり、特に、各
センサからのセンサ信号に検出値に対応するアナログ信
号の他に、センサとデジタル制御装置との間における各
種制御用のデジタル信号をアナログ信号に重畳した状態
で組込んだ場合におけるデジタル制御装置の入出力装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種プラントを構成する各設備のプロセ
ス状態を制御するテジタル制御装置には、各設備に取付
けられた温度，圧力．流量，液位，調節弁の開度等を検
出する各種のセンサが信号線を介して接続されている。
そして、各センサは各検出値に対応するアナログ信号か
らなるセンサ信号をデジタル制御装置へ送出する。この
場合、前記アナログ信号は電流値が４〜２０mmＡの範囲
内に入るようにほぼ統一されている。

【０００３】各センサからアナログ信号からなるセンサ
信号が入力されるデジタル制御装置には、入力される各
アナログ信号を所定のサンプリング周期で読取り、各ア
ナログ信号をデジタルデータに変換する入力装置が組込
まれている。そして、この各検出値に対応する各デジタ
ルデータに基づいて制御演算を実施して、各設備に対し
て操作量を送出する。

【０００４】このようなプロセス制御システムにおい
て、近年、前記各センサに対して、プロセス状態を検出
して送信する機能のみでなく、各センサが正常に動作し
ているか否かを定期的に自己診断する機能を付加して、
その自己診断結果をデジタル制御装置へ送信したり、ま
た、検出値の単位演算や、多重レンジ処理，異常値を検
出した場合における警報出力等のマイクロコンピュータ
が実施するインテリジェント機能が付加されている。

【０００５】このように、各センサが、従来、デジタル
制御装置が実施していた機能を分担することによって、
デジタル制御装置の負荷を軽減できると共に、より正し
い情報を各センサから得ることが可能となる。

【０００６】そして、各センサとデジタル制御装置との
間の情報交換の手法においては、図５に示すように、検
出値に対応する直流の信号レベルを有したアナログ信号
ａに送信すべきデジタル信号ｂを重畳したセンサ信号ｃ
を用いる。具体的には、デジタル信号ｂは１，０の２値
データをＦＳＫ変調した高周波信号である。なお、この
デジタル信号ｂの変調方式は上述したＦＳＫ変調の他
に、通常の公衆電話回線で使用される０〜９の数字およ
び若干の記号を伝送するＰＢ信号であってもよい。

【０００７】このようなインテリジェント機能が付加さ
れたセンサは一般にスマートセンサと呼ばれている。そ
して、デジタル制御装置内に、センサ信号ｃに含まれる
アナログ信号ａとデジタル信号ｂとを分離して、それぞ
れ装置本体内へ取込み、かつデジタル制御装置から各ス
マートセンサに対して制御用のデジタル信号ｂを前記セ
ンサ信号ｃに含ませて送出するための入出力インタフェ
ース装置が組込まれている。

【０００８】そして、１台のスマートセンサに対するセ
ンサ信号ｃを１台の入出力インタフェース装置で入出力
処理する場合は、図６に示すように、デジタル制御装置
１内に設けられた各入出力インタフェース装置２と各ス
マートセンサ３とがそれぞれ個別の信号線４で接続され
ている。そして、各信号線４上を各スマートセンサ３か
らの各センサ信号ｃが伝送される。

【０００９】また、複数のスマートセンサ３に対する各
センサ信号ｃを１台の入出力インタフェース装置で入出
力処理する場合は、図７に示すように、デジタル制御装
置１内に設けられた親局としての１台の入出力インタフ
ェース装置５に伝送路６を介して子局としての複数台の
スマートセンサ３が接続されている。したがって、各ス
マートセンサ３から出力される各センサ信号ｃが１本の
伝送路６上に送出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図６に示すよ
うに１台の入出力インタフェース装置２に１台のスマー
トセンサ３が接続されている場合は、スマートセンサ３
の設置台数分の入出力インタフェース装置２が必要であ
る。プラントには多数のスマートセンサ３が設置されて
いるので、デジタル制御装置１内に多数の入出力インタ
フェース装置２を組込むことが必要であり、デシタル制
御装置１全体の製造費が大幅に上昇する。

【００１１】これに対して、図７に示すデジタル制御装
置１に１台の入出力インタフェース装置５のみが組込ま
れている場合は、デジタル制御装置１の製造費を低減で
きる。

【００１２】しかし、図７に示す構成においても、まだ
解消すべき次のような課題がある。すなわち、各スマー
トセンサ３からデジタル制御装置１に対して、またはデ
ジタル制御装置１から各スマートセンサ３へ伝送するデ
ジタル信号ｂに含まれるデジタルデータの伝送速度は、
前述したように、変調されたデジタル信号ｂにおける搬
送波の周波数で定まるが、前述した一般的なＰＢ信号を
使用する場合は、1200bps であり、非常に遅い。

【００１３】ここで、図７に示すように、１台の入出力
インタフェース装置５でもって、例えばＮ台のスマート
センサ３からの各センサ信号ｃに含まれるデジタル信号
ｂのデジタルデータを検出する場合を考える。１台のス
マートセンサ３から受信する受信テキストデータと各ス
マートセンサ３へ送信する送信テキストデータの各デー
タサイズを１０バイトとし、受信テキストデータと送信
テキストデータ相互間の時間間隔を２ｍｓとすると、入
出力インタフェース装置５が１台のスマートセンサ３と
の間でデジタルデータを送受信するのに約 135ｍｓの時
間が必要である。

【００１４】いま仮に８台の（Ｎ＝８）のスマートセン
サ３が接続されていた場合は、８台のスマートセンサ３
に対するデジタルデータの送受信には、約１秒の時間が
必要となる。したがって、各センサ信号ｃに含まれる各
アナログ信号ａにおいても、１秒間に１回サンプリング
されてそのアナログ信号ａの示す検出値が入出力インタ
フェース装置５でもって読取られる。したがって、１６
台のスマートセンサ３が接続されていた場合は２秒とな
る。

【００１５】この各スマートセンサ３から出力されるア
ナログ信号ａの１秒又は２秒のサンプリング周期は、デ
ジタル制御装置１における制御演算の周期に比較してあ
まりにも遅すぎて、プラントに対する制御精度が低下し
て、実際の装置は採用できない。

【００１６】実際の運用に当たっては、１つのデジタル
データの他に、前述した複数の制御データがセンサ信号
ｃを用いて送受信されることもあるので、上記サンプリ
ング周期はさらに長くなる。

【００１７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、センサ信号に含まれるデジタル信号に対す
る送受信処理と同センサ信号に含まれるアナログ信号の
読取り処理とを互いに非同期で実施することによって、
各アナログ信号は高いサンプリング周期でもって読取る
ことができ、またデジタル信号はその伝送速度に対応し
た速度で送受信でき、その結果、各センサの検出値を高
い応答性を有して読取ることができ、かつ各センサとの
間で各種のデジタル情報を確実に送受信できるデジタル
制御装置の入出力装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明は、検出値に対応するアナログ信号に各種制御
用のデジタル信号が重畳されたセンサ信号を出力する複
数のセンサからそれぞれ各センサ信号が入力され、この
入力された各センサ信号におけるアナログ信号を読取る
と共に、各センサ信号におけるデジタル信号を取込みか
つ各アナログ信号に制御用のデジタル信号を重畳してそ
れぞれのセンサへ送出するデジタル制御装置の入出力装
置において、

【００１９】センサ信号に含まれるデジタル信号を抽出
しかつセンサ信号にデジタル信号を重畳するデジタル信
号変復調手段と、入力した各センサ信号のうちの一つの
センサ信号を選択してデジタル信号変復調手段へ印加す
る信号切替手段と、この信号切替手段における次に選択
するセンサ信号を順次指定するセンサ信号指定手段と、
入力した各センサ信号における各アナログ信号を所定の
サンプリング周期で順次読取るアナログ入力処理手段と
を備えたものである。

【００２０】

【作用】このように構成されたデジタル制御装置の入出
力装置であれば、各センサ（スマートセンサ）から各セ
ンサ信号が入力されるデジタル制御装置には、各センサ
との間でそれぞれセンサ信号の授受を行う例えば１台の
入出力装置が組込まれている。

【００２１】そして、各センサから入力されたセンサ信
号に含まれる各アナログ信号はアナログ入力処理手段に
よって、所定のサンプリング周期で順次読取られて、各
検出値に対応するデータに変換され、装置本位へ送信さ
れる。

【００２２】同時に、各センサから入力された各センサ
信号はセンサ信号指定手段によって切替制御される信号
切替手段によって、一つのセンサ信号が例えば順番に選
択されてデジタル信号変復調手段へ送信される。そし
て、このデジタル信号変復調手段に入力されたセンサ信
号に含まれるデジタル信号が復調されてデジタルデータ
となり、装置本位へ送信される。また、装置本体から該
当するセンサへ送信すべきデジタルデータはデジタル信
号に変調されたのちアナログ信号に重畳されて信号切替
手段を介して該当センサへ送信される。

【００２３】一つのセンサからのセンサ信号に含まれる
デジタル信号の受信および送信処理が終了し、センサ信
号指定手段によって、次のセンサからのセンサ信号に対
する選択信号を信号切替手段に送出すると、デジタル信
号変復調手段に次のセンサからセンサ信号が入力する。

【００２４】このように、各センサ信号に含まれるアナ
ログ信号のサンプリング周期と、各センサ信号に含まれ
るデジタル信号の送受信処理の周期とを全く非同期で実
施できるので、サンプリング周期のみを短く設定するこ
とによって、各センサの検出値を高い応答性を有して読
取ることができると共に、各センサとデジタル制御装置
間におけるデジタルデータを確実に送受信できる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２６】図１は実施例のデジタル制御装置を示す模
式図である。このデジタル制御装置１１内には、信号切
替・抽出装置１２とデジタル伝送入出力インタフェース
装置１３とアナログ入力処理装置１４からなる入出力装
置が組込まれている。そして、デジタル制御装置１１の
信号着替・抽出回路１２の１番からｍ番までの各入力端
子１２ａはそれぞれ専用の信号線１５を介して１番から
ｍ番までの各スマートセンサ１６に接続されている。

【００２７】各スマートセンサ１６は、図５に示したよ
うに、該当スマートセンサ１６の検出値に対応する電流
値が４〜２０mmＡの範囲内に設定されたアナログ信号ａ
に例えば、デジタルデータがＰＢ信号に変調されたデジ
タル信号ｂが重畳されたセンサ信号ｃを信号線１５上に
送出する。

【００２８】図３は信号切替・抽出装置１２を示すブロ
ック図である。各入力端子１２ａは信号切替回路１７を
構成する各スイッチ回路１７ａの一端に接続されてい
る。各スイッチ回路１７ａの他端は共通に接続されてデ
ジタル伝送入出力インフフェース装置１３内の図２に示
すモデムインタフェース回路１３ａに接続されている。

【００２９】各スイッチ回路１７ａはセンサ信号指定回
路１８からの各指定信号SEL1，SEL2，SEL3，…，SELmに
よって導通する。また、各入力端子１２ａと接地間には
電圧検出用抵抗１９が接続されており、この各電圧検出
用抵抗１９の各端子電圧AI1，AI2 ，AI3 ，…．AIm が
コネクタ２０を介して、図１のアナログ入力処理装置１
４へ送出される。

【００３０】センサ信号指定回路１８は、図２に示すデ
ジタル伝送入出力インタフェース装置１３内のセンサ信
号指定信号出力回路１３ｂから出力されるセンサ信号指
定信号ｄが入力すると、該当センサ信号ｃに対応するス
イッチ回路１７ａへ選択信号SEL を送出して導通させ
る。なお、同時に複数のスイッチ回路１７ａが導通する
ことはない。

【００３１】デジタル伝送入出力インタフェース装置１
３内には、図２に示すように、信号切替・抽出装置１２
におけ導通状態のスイッチ回路１７ａを介して入力され
たセンサ信号ｅが入力されるモデムインタフェース回路
１３ａとモデム１３ｃとセンサ信号指定信号出力回路１
３ｂと、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１３ｄが組込ま
れている。

【００３２】そして、モデムインタフェース回路１３ａ
は入力された図４（ａ）に示すセンサ信号ｅのＰＢ信号
からなるデジタル信号ｂを例えばハイパスフィルタを用
いて抽出して、次のモデム１３ｃへ送出する。モデム１
３ｃは入力されたＰＢ信号からなるデジタル信号を０〜
９および若干の符号からなるデジタルデータに復調し
て、そのデジタルデータをＭＰＵ１３ｄへ送出する。Ｍ
ＰＵ１３ｄは入力したデジタルデータをデジタル制御装
置本体へ送出する。

【００３３】また、ＭＰＵ１３ｄはデジタル制御装置本
体から該当スマートセンサ１６に送信すべきデジタルデ
ータを受領すると、このデジタルデータをモデム１３ｃ
へ送出する。モデム１３ｃは入力したデジタルデータを
ＰＢ信号からなるデジタル信号ｂに変調して、モデムイ
ンタフェース回路１３ａへ送出する。モデムインタフェ
ース回路１３ａは現在印加されている該当スマートセン
サ１６からのセンサ信号ｄのアナログ信号ａに、このデ
ジタル信号ｂを重畳する。したがって、このデジタル伝
送入出力インタフェース装置１３から出力されたデジタ
ル信号ｂは信号切替回路１７における導通されているス
イッチ回路１７ａを介して該当するスマートセンサ１６
へ送出される。

【００３４】したがって、モデム１３ｃおよびモデムイ
ンタフェース回路１３ａは、センサ信号ｅ（ｃ）に含ま
れるデジタル信号ｂを抽出しかつセンサ信号ｅ（ｃ）に
デジタル信号ｂを重畳するデジタル信号変復調手段を構
成する。

【００３５】そして、一つのスマートセンサ１６からの
センサ信号ｃに対するデジタル信号ｂの受信，送信処理
が終了すると、ＭＰＵ１３ｄはセンサ信号指定信号出力
回路１３ｂへ次のセンサ信号ｃの指定指令を送出する
と、センサ信号指定信号出力回路１３ｂは、次のセンサ
信号ｃを指定するセンサ信号指定信号ｄをセンサ信号指
定回路１８へ送出する。その結果、センサ信号指定回路
１８が該当センサ信号ｃに対応するスイッチ回路１７ａ
を導通させる。よって、モデムインタフェース回路１３
ａには次のスマートセンサ１６からのセンサ信号ｃ
（ｅ）が印加される。

【００３６】図３（ａ）は、センサ信号指定信号出力回
路１３ｂから出力されるセンサ信号指定信号ｄと、モデ
ムインタフェース回路１３ａの入力端子に印加されるセ
ンサ信号ｅとの関係を示すタイムチャートである。図示
するように、ＭＰＵ１３ｄから各センサ信号ｃに対する
指定指令SEL1，SEL2，SEL3，SEL4，…，SELmを順番に出
力すると、モデムインタフェース回路１３ａに印加され
るセンサ信号ｅには、１番からｍ番までの各スムースセ
ンサ１６からの各センサ信号ｃが例えば一定周期Ｔｄで
もって順番に現れる。したがって、各センサ信号ｃに含
まれる受信デジタル信号を読取り、送信デシタル信号を
そのセンサ信号ｃに組込むことが可能となる。

【００３７】次に、アナログ入力処理装置１４の動作を
説明する。このアナログ入力処理装置１４内にはｍ個の
ローパスフィルタとＡ／Ｄ変換器が組込まれている。そ
して、各電圧検出用抵抗１９で検出された各センサ信号
ｃ毎の端子電圧AI1 ，AI2 ，AI3 ，…．AIm はローパス
フィルタでもって高周波のデジタル信号ｂ成分が除去さ
れて、アナログ信号ａ成分のみとなる。この直流の各ア
ナログ信号ａはＡ／Ｄ変換器で所定のサンプリング周期
Ｔａでもってデジタル値に変換されて、デジタル制御装
置本体へ送出される。

【００３８】このように構成されたデジタル制御装置の
入出力装置であれば、各スマートセンサ１６から各信号
線１５を介してデジタル制御装置１１へ入力される各セ
ンサ信号ｃに含まれる制御用の送信および受信の各デジ
タル信号ｂは入出力装置内の信号切替回路１７で一定周
期Ｔｄ毎に順番に選択されてデジタル伝送入出力インタ
フェース装置１３へ入力されて、各デジタル信号が受信
され、かつ送信される。

【００３９】一方、各スマートセンサ１６から各信号線
１５を介してデジタル制御装置１１へ入力される各セン
サ信号ｃに含まれるアナログ信号ａはアナログ処理装置
１４において所定のサンプリング周期Ｔａで読取られ
る。

【００４０】したがって、一つのセンサ信号ｃに含まれ
るデジタル信号ｂに対する送受信周期Ｔｄとアナロク信
号ａに対する読取周期Ｔａとを全く非同期でそれぞれ独
立にそれぞれの最適周期に設定できる。よって、アナロ
グ信号ａに対する読取り周期Ｔａを短くして、スマート
センサ１６の検出値の変化に対して高い応答性を維持し
た状態で、制御用のデジタル信号ｂに対する送受信周期
Ｔｄを必要な制御情報が確実に伝送できる最低限の周期
まで延ばすことによって、制御情報伝送の確実制を確保
できる。

【００４１】なお、本発明は上述した運用例に限定され
るものではない。例えば、ある特定のスムースセンサ１
６にのみ詳細な制御情報を送信する必要が生じた場合
は、図４（ｂ）に示すように、センサ信号指定回路１８
へ送出するセンサ信号指定信号ｄにおけるある特定のセ
ンサ信号ｃを指定する時間を特別に長く設定し、その期
間内に、多数のデジタル信号ｂを特定のセンサ信号ｃに
含ませることが可能である、

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のデジタル制
御装置の入出力装置によれば、センサ信号に含まれるデ
ジタル信号に対する送受信処理と同センサ信号に含まれ
るアナログ信号の読取り処理とを互いに非同期で実施し
ている。したがって、各アナログ信号は高いサンプリン
グ周期でもって読取ることができ、またデジタル信号は
その伝送速度に対応した速度で送受信できる。その結
果、各センサの検出値を高い応答性を有して読取ること
ができ、かつ各センサとの間で各種のデジタル情報を確
実に送受信できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わる入出力装置が組込
まれたデジタル制御装置を示す模式図、

【図２】 同実施例装置におけるデジタル伝送入出力イ
ンタフェース装置を示すブロック図、

【図３】 同実施例装置における信号切替・抽出装置の
概略構成を示すブロック図、

【図４】 同実施例装置の動作を示すタイムチャート、

【図５】 アナログ信号およびデジタル信号が組込まれ
たセンサ信号の波形図、

【図６】 従来のデジタル制御装置と各スマートセンサ
の接続状態を示す図、

【図７】 従来のデジタル制御装置と各スマートセンサ
の別の接続状態を示す図。

【符号の説明】

１１…デシタル制御装置、１２…信号切替・抽出装置、
１３…デジタル伝送入出力インタフェース装置、１３ａ
…モデムインタフェース回路、１３ｂ…センサ信号指定
信号出力回路、１３ｃ…モデム、１３ｄ…マイクロプロ
セッサ、１４…アナログ入力処理装置、１５…信号線、
１６…スマートセンサ、１７…信号切替装置、１７ａ…
スイッチ回路、１８…センサ信号指定回路、１９…電圧
検出用抵抗、２０…コネクタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出値に対応するアナログ信号に各種制
   御用のデジタル信号が重畳されたセンサ信号を出力する
   複数のセンサからそれぞれ前記各センサ信号が入力さ
   れ、この入力された各センサ信号におけるアナログ信号
   を読取ると共に、前記各センサ信号におけるデジタル信
   号を取込みかつ前記各アナログ信号に制御用のデジタル
   信号を重畳してそれぞれのセンサへ送出するデジタル制
   御装置の入出力装置において、 前記センサ信号に含まれるデジタル信号を抽出しかつセ
   ンサ信号にデジタル信号を重畳するデジタル信号変復調
   手段と、前記入力した各センサ信号のうちの一つのセン
   サ信号を選択して前記デジタル信号変復調手段へ印加す
   る信号切替手段と、この信号切替手段における次に選択
   するセンサ信号を順次指定するセンサ信号指定手段と、
   前記入力した各センサ信号における各アナログ信号を所
   定のサンプリング周期で順次読取るアナログ入力処理手
   段とを備えたデジタル制御装置の入出力装置。