JPH06189376A - アナログ・ディジタル通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】伝送路の数を少なくして配線費用を節約すると
共に、信頼性が高く、フィールドバスへの移行を容易と
する。 【構成】制御装置側に、伝送路Ｌ０に電磁結合し、その
伝送路に交流信号を重畳させる低周波交流電源手段１２
と、伝送路に結合し高周波パルス信号のディジタル送受
信を行う通信手段１３とを設け、伝送器ＴＲ１，２に、
伝送路に電磁結合する電磁結合手段２１と、この電磁結
合手段を介して高周波パルス信号のディジタル送受信を
行う通信手段と、電磁結合手段を介して伝送路に重畳さ
れている低周波交流信号を取り出しその伝送器の動作電
力を得る電源手段２３とを設けて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工業計測などにおい
て、アナログ信号とディジタル信号とを同一の伝送路に
より伝送するようにしたアナログ・ディジタル通信装置
に関し、更に詳しくは、アナログ制御信号を出力する制
御装置と、この制御装置からの制御出力を伝送路を介し
て受けるアクチュエータと、伝送路に任意の位置で結合
する伝送器とを備えたアナログ・ディジタル通信装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、例えば分散形制御装置（ＤＣ
Ｓ）やシングルループ・コントローラ等の制御装置と、
これに接続されている各種フィールド機器（温度・圧力
・差圧等の伝送器やバルブ等のアクチュエータ）との間
で行われる信号伝送装置の構成概念図である。

【０００３】フィールドに設置されている伝送器ＴＲか
らは、例えば２線伝送路Ｌ１を介して、温度・圧力・差
圧等の測定信号ＰＶが制御装置ＣＮＴに送られる。制御
装置ＣＮＴは、入力した測定信号に基づき、例えば、Ｐ
ＩＤ制御演算を行い、その演算結果を制御出力ＭＶとし
て、もう一つの伝送路Ｌ２を介してバルブ等のアクチュ
エータＡＴに送るように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この様な従来のシステ
ムによれば、制御装置と１台のフィールド機器との間で
それぞれ伝送路が必要となり、分散形制御システムのよ
うに多数の入出力信号を扱うような場合、その施設工事
を含む配線費用が問題となる。この様な問題を解決する
ために、マルチドロップ方式の伝送路（フィールドバ
ス）が検討されているが、これには以下のような問題点
がある。 （ａ）全てディジタル通信とする必要があり、在来のア
クチュエータやフィールド機器を使用することができな
い上に、１台のフィールド機器が故障すると、バスに接
続されている他のフィールド機器との間での通信に支障
が生ずる。 （ｂ）バルブ等のアクチュエータの通信機能が故障する
と、制御が不可能となる。 （ｃ）異常時のバックアップ機器の接続が困難である。

【０００５】本発明は、この様な点に鑑みてなされたも
ので、在来のフィールド機器を使用しながら配線費用を
大幅に節約できるようにするとともに、信頼性の高いア
ナログ・ディジタル通信装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この様な目的を達成する
本発明は、アナログ制御信号を出力する制御装置と、こ
の制御装置からの制御出力を伝送路を介して受けるアク
チュエータと、前記伝送路に結合する伝送器とを備えた
通信装置であって、前記制御装置側に、前記伝送路に電
磁結合し当該伝送路に交流信号を重畳させる低周波交流
電源手段と、伝送路に結合し高周波パルス信号のディジ
タル送受信を行う通信手段とを設け、前記伝送器に、伝
送路に電磁結合する電磁結合手段と、この電磁結合手段
を介して高周波パルス信号のディジタル送受信を行う通
信手段と、電磁結合手段を介して伝送路に重畳されてい
る低周波交流信号を取り出し当該伝送器の動作電力を得
る電源手段とを設けたことを特徴とするアナログ・ディ
ジタル通信装置である。

【０００７】

【作用】伝送路上には、制御装置からアクチュエータ側
へ送られるアナログ信号と、制御装置と伝送器との間で
行われるディジタル通信のための高周波パルス信号と、
各伝送器側への電力となる低周波交流信号とが乗る。各
伝送器は、伝送路に対して任意の位置で電磁結合し、低
周波交流信号を取り出して自身の動作電力を得るととも
に、高周波パルス信号を用いて例えば測定信号の伝送な
ど制御装置側との間でディジタル通信を実行する。

【０００８】

【実施例】以下図面を用いて本発明の一実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成概念図
である。図において、ＣＮＴは制御装置で、分散形制御
システムあるいはシングルループ・コントローラであ
り、内部には例えばＰＩＤ制御演算部１１を有してい
る。Ｌ０はこの制御装置ＣＮＴとフィールド機器とを結
ぶ一つの伝送路、ＡＴはバルブ等のアクチュエータで、
伝送路Ｌ０を介して、例えば、４〜２０ｍＡのアナログ
電流信号の制御出力ＭＶを受ける。ＴＲ１，ＴＲ２は伝
送路Ｌ０に結合する各種フィールド機器（温度・圧力・
差圧等の伝送器）で、伝送路Ｌ０に対して任意の位置で
結合できるように、電磁結合手段２１を備えている。電
磁結合手段２１としては、例えばトランスが用いられ、
伝送線路に対してクリップオン形式で結合するような構
成となっている。

【０００９】制御装置ＣＮＴにおいて、１２は伝送路Ｌ
０に電磁結合し例えば１４ＫＨｚ程度の低周波数の交流
信号を重畳させる低周波交流電源手段、１３は伝送路Ｌ
０に結合し、例えば、１Ｍｂｉｔ／ｓ程度の高周波パル
ス信号のディジタル送受信を行う通信手段である。ここ
では、通信手段１３はコンデンサを介して伝送路Ｌ０に
結合した例であるが、電磁結合する構成であってもよ
い。

【００１０】各伝送路ＴＲ１，ＴＲ２において、２２は
電磁結合手段２１を介して高周波パルス信号のディジタ
ル送受信を行う通信手段、２３は電磁結合手段２１を介
して伝送路Ｌ０に重畳されている低周波交流信号を取り
出し、伝送器の動作電力を得る電源手段である。図２
は、伝送器ＴＲの更に詳細を示す構成ブロック図であ
る。この図において、３１は温度や流量を検出するセン
サであり、３２はこのセンサからの信号をディジタル信
号に変換するＡ／Ｄ変換器、３３はメモリ、３４はマイ
クロプロセッサである。このマイクロプロセッサは、セ
ンサ３１からの信号に対して所定の演算を行ったり、通
信手段２２を含む各種部分の制御動作を行うものであ
る。３５は入出力インターフェース、３６はマイクロプ
ロセッサ３４での信号処理結果をアナログ信号に変換す
るＤ／Ａ変換器、３７は信号処理結果をアナログ値で指
示する指示計である。

【００１１】通信手段２２は、マイクロプロセッサ３４
に内部バスを介して接続されており、インターフェース
３５を介して出力される信号処理結果を、高周波パルス
信号のディジタル信号とし、電磁結合手段２１を介して
伝送路Ｌ０に出力したり、電磁結合手段２１を介して伝
送された高周波パルス信号のディジタル信号を受信した
りする。ここで、３８は必要な高周波パルス信号成分だ
けを抽出するフィルタ回路であり、３９は受信パルス信
号の振幅を所定の電圧値Ｅ１と比較する比較手段であ
る。

【００１２】このように構成した装置の動作を次に説明
する。図３は、伝送路Ｌ０上に乗る信号の変化状況を示
す信号波形図である。制御装置ＣＮＴにおいて、制御演
算部１１は、ＰＩＤ演算結果（制御出力ＭＶ）を伝送路
Ｌ０に、例えば４〜２０ｍＡの範囲で変化するアナログ
電流信号ＩＬとしてアクチュエータＡＴ側に送る。アク
チュエータＡＴは、アナログ電流信号ＩＬだけを例えば
ローパスフィルターを介して取り出し、このアナログ信
号に基づいて動作する。この様な制御出力（操作量）Ｍ
Ｖの伝送は、従来の伝送方式と同様であり、アクチュエ
ータＡＴは既存のものが使用可能となっている。

【００１３】制御装置ＣＮＴの低周波交流電源手段１２
は、伝送路Ｌ０に電磁結合手段を介して、例えば１４Ｋ
Ｈｚ程度の低周波数の交流信号ＡＣを出力しており、こ
の交流信号ＡＣは前述したアナログ電流信号ＩＬに重畳
したものとなる。各伝送器ＴＲは、フィールドの任意の
場所に設置され、伝送路Ｌ０に電磁結合手段２１を介し
て結合している。各伝送器の電源手段２３は、電磁結合
手段２１を介して低周波数の交流信号ＡＣ取り出し、そ
れを整流・平滑すると共に、安定化して自身の動作電圧
ＥＯを得、その電圧をＡ／Ｄ変換器３２、マイクロプロ
セッサ３４、Ｄ／Ａ変換器３５、通信手段２２等に供給
する。ここで、Ａ／Ｄ変換器３２は、センサ３１からの
測定信号ＰＶをディジタル信号に変換し、マイクロプロ
セッサ３４はこのディジタル信号を用いて、例えば、リ
ニアライズ等の信号処理を行うと共に、通信手段２２を
制御する。

【００１４】マイクロプロセッサ３４で信号処理された
測定信号は、インターフェース３５を介して通信手段２
２に出力され、ここから、例えば、パルス状に正負方向
に電流値が変化する高周波パルス信号ＤＡがコンデンサ
を介して伝送路Ｌ０に送り出される。高周波パルス信号
ＤＡの形態としては、例えば、フラグビットＢＦ、スタ
ートビットＢＳ、送信元を示すアドレスビットＢＡ、測
定値ＰＶを示すデータ（第１ビットＢ１から第８ビッ
ト）で形成される。データを示しているビットＢ１〜Ｂ
８は、ここでは、論理値「１」のときは正負の方向に電
流値が変化し、論理値「０」のときは、無変化となるよ
うにして、８ビットで１バイトのデータを送信できるよ
うにしている。なお、必要に応じて、所定数のバイトが
ディジタル信号として伝送されるものとする。

【００１５】制御装置ＣＮＴにおいて、伝送路Ｌ０を介
して送られたこの様なディジタル信号は、通信手段１３
により取り出され、必要に応じて制御演算部１１で利用
される。制御装置ＣＮＴ側から伝送器ＴＲにコマンドや
データを送信するような場合は、制御装置から送信され
るディジタル信号には、送信先を示すアドレス等が付加
されることとなる。制御装置ＣＮＴ側から伝送器ＴＲに
コマンドあるいはデータを送信する必要があるケースと
しては、伝送器側にデータの送信を要請するコマンドを
送ったり、伝送器で用いるパラメータを送るような場合
等である。

【００１６】この様に制御装置ＣＮＴと伝送器との間で
行われるディジタル通信は、パルス状に正負方向に電流
値が変化する高周波パルス信号を用いることで、その平
均値が零となり、低周波数の交流信号ＡＣやアナログ電
流信号ＩＬの伝送には影響のないものとしている。な
お、上記の実施例では、伝送路Ｌ０には伝送器が結合さ
れることを想定したが、この様なフィールド機器以外
に、例えばハンドヘルドターミナルと呼ばれるような通
信機器を結合させ、この通信機器と伝送器との間あるい
は制御装置との間でディジタル通信を行うようにしても
よい。また、動作電力を得るための交流信号ＡＣや、デ
ィジタル信号ＤＡの周波数は、互いに識別できるような
周波数を選定すればよく、上記に説明した周波数に限定
されない。また、ディジタル信号の形態も他の規格をと
るようにしてもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、制御装置からアクチュエータ側に制御出力を伝送
するのに設けられている伝送路を用いて、電力の供給を
行うとともに、ディジタル通信を行うようにしたもの
で、伝送路の数を少なくでき配線費用を大幅に節約でき
る。また、アクチュエータは４〜２０ｍＡの範囲で変化
するようなアナログ直流信号で動作するもので、在来の
アクチュエータを利用することができると共に、伝送路
に結合する機器に故障が生じた場合でも、ＤＣ信号を出
力する手動調節器を接続して操作を行うことができる。

【００１８】また、伝送器は伝送路に対して電磁結合す
る構成としたことにより、任意の場所で伝送器を伝送路
に結合することができると共に、アクチュエータ等伝送
路に結合する他のフィールド機器との間で多点接地の問
題が起きることはない。従って、信頼性が高く、フィー
ルドバスへの移行が容易なアナログ・ディジタル通信装
置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成概念図である。

【図２】伝送器ＴＲの更に詳細を示す構成ブロック図で
ある。

【図３】伝送路Ｌ０上に乗る信号の変化状況を示す信号
波形図である。

【図４】制御装置とこれに接続されている各種フィール
ド機器との間で行われる信号伝送装置の構成概念図であ
る。

【符号の説明】

ＣＮＴ 制御装置 ＡＴ アクチュエータ Ｌ０ 伝送路 ＴＲ１，ＴＲ２ 伝送器 １１ 制御演算部 １２ 低周波交流電源手段 １３ 通信手段 ２１ 電磁結合手段 ２２ 通信手段 ２３ 電源手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アナログ制御信号を出力する制御装置と、
   この制御装置からの制御出力を伝送路を介して受けるア
   クチュエータと、前記伝送路に結合する伝送器とを備え
   た通信装置であって、 前記制御装置側に、前記伝送路に電磁結合し当該伝送路
   に交流信号を重畳させる低周波交流電源手段と、 伝送路に結合し高周波パルス信号のディジタル送受信を
   行う通信手段とを設け、 前記伝送器に、伝送路に電磁結合する電磁結合手段と、 この電磁結合手段を介して高周波パルス信号のディジタ
   ル送受信を行う通信手段と、 電磁結合手段を介して伝送路に重畳されている低周波交
   流信号を取り出し当該伝送器の動作電力を得る電源手段
   とを設けたことを特徴とするアナログ・ディジタル通信
   装置。