JPH07248882A - アナログ入力処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、本来のアナログ入力処理時間を維持
して故障診断をも確実に行うこと。 【構成】各アナログ信号ＡＩ２〜ＡＩｎを常用系マルチ
プレクサ(2) を通して選択的に入力し、これと共に診断
系マルチプレクサ(31)から同時に同アナログ信号ＡＩ２
〜ＡＩｎを選択的に入力し、これら常用系及び診断系の
各マルチプレクサ(2,31)から入力された各アナログ信号
同士を比較し、その偏差が許容範囲内にあるかを比較器
(32)によりチェックし、その判定結果であるエラー判定
信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用の制御システム
においてプロセスのアナログ量、例えば圧力、流量、温
度等のアナログ信号を入力してディジタルデータに変換
するアナログ入力処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はアナログ入力処理装置の構成図で
ある。圧力、流量、温度等の複数のアナログ信号（電圧
信号）ＡＩ１〜ＡＩｎは、フィルタ１を通してマルチプ
レクサ２に入力している。なお、フィルタ１は、各チャ
ンネル毎のリップル、ノイズ除去を目的として接続され
ている。

【０００３】このマルチプレクサ２は、マイクロプロセ
ッサ３（又は上位制御装置）から送出されるＡＩチャン
ネル選択信号ａによりチャンネル選択（１〜ｎ）を行う
ものとなっている。

【０００４】このマルチプレクサ２の出力端子には、イ
ンピーダンス変換器としてのバッファ４が接続され、さ
らに絶縁アンプ５、増幅器６、Ａ／Ｄコンバータ７が直
列接続され、このＡ／Ｄコンバータ７の出力端子にマイ
クプロセッサ３が接続されている。

【０００５】このマイクプロセッサ３は、図５に示すア
ナログ入力処理の流れ図に従って各アナログ信号ＡＩ１
〜ＡＩｎを入力処理する。なお、マイクプロセッサ３か
ら送出されＡＩチャンネル選択信号ａは、フォトカプラ
８を通してマルチプレクサ２に入力している。又、使用
上絶縁の必要のない場合には、絶縁アンプ５及びフォト
カプラ８はアナログ入力処理装置に組み込まれないケー
スがある。

【０００６】次にかかる構成の装置のアナログ入力処理
を図５に示すアナログ入力処理の流れ図、及び図６に示
す動作タイミング図を参照して説明する。マイクロプロ
セッサ３は、ステップ＃１において選択チャンネル「ｎ
＝１」のＡＩチャンネル選択信号ａを送出する。なお、
この１チャンネルあたりの入力処理期間（１サイクル）
はｔとなっている。

【０００７】このＡＩチャンネル選択信号ａがフォトカ
プラ８を通してマルチプレクサ２に入力すると、このマ
ルチプレクサ２は、アナログ信号ＡＩ１を選択入力す
る。このアナログ信号ＡＩ１は、絶縁アンプ５を通り、
増幅器６で適切な電圧レベルに増幅されてＡ／Ｄコンバ
ータ７に入力する。

【０００８】このときステップ＃２においてマイクロプ
ロセッサ３は、Ａ／Ｄコンバータ７に対してＡ／Ｄ変換
スタート信号を送出する。ここで、Ａ／Ｄコンバータ７
は、アナログ信号ＡＩ１をディジタルデータに変換し、
このタイミングでマイクロプロセッサ３は、ステップ＃
３においてＡ／Ｄコンバータ７のディシタルデータ出力
を読み込む。

【０００９】次にマイクロプロセッサ３は、ステップ＃
４において選択チャンネル「ｎ＝２」に設定し、これが
選択チャンネルの最終ポイント「ｎ」よりも大きくかを
チェックした後、最終ポイント「ｎ」以下であれば選択
チャンネル「ｎ＝２」のＡＩチャンネル選択信号ａを送
出する。

【００１０】これ以降、上記アナログ信号の入力処理を
１サイクルとして選択チャンネル「２」、選択チャンネ
ル「３」、…選択チャンネル「ｎ」の各アナログ信号Ａ
Ｉ２〜ＡＩｎを順次入力処理し、選択チャンネル「ｎ」
の処理終了後は再び選択チャンネル「１」の入力処理に
戻る。

【００１１】しかしながら、このような入力装置では、
ハードウェア構成においてその故障を検出する機能を備
えていないので、制御システムにおける制御処理データ
としての信頼性を欠くことになる。

【００１２】このような制御処理データとしての信頼性
を改善して入力処理の信頼性を高めるために図７に示す
ように故障診断のための回路系を付加したアナログ入力
処理装置がある。

【００１３】複数のアナログ信号ＡＩ１〜ＡＩｎは、フ
ィルタ１を通してマルチプレクサ（以下、常用系マルチ
プレクサと称する）２に入力すると共に、診断系のフィ
ルタ１０を通して診断系マルチプレクサ１１に入力して
いる。

【００１４】これら常用系マルチプレクサ２と診断系マ
ルチプレクサ１１とは並列接続されてバッファ４に接続
されている。又、これらマルチプレクサ２、１１は、共
にフォトカプラ８を通して入力するＡＩチャンネル選択
信号ａによりチャンネル選択（１〜ｎ）を行うものとな
っている。

【００１５】なお、常用系マルチプレクサ２には、電源
ＶREF からの基準入力電圧ｂが入力している。次にかか
る構成の装置のアナログ入力処理を図８に示すアナログ
入力処理の流れ図、及び図９に示す動作タイミング図を
参照して説明する。

【００１６】マイクロプロセッサ３は、ステップ＃１０
において基準入力電圧ｂを選択するＡＩチャンネル選択
信号ａを送出する。このＡＩチャンネル選択信号ａがフ
ォトカプラ８を通して常用系マルチプレクサ２に入力す
ると、この常用系マルチプレクサ２は、基準入力電圧ｂ
を選択出力する。

【００１７】この基準入力電圧ｂは、上記同様に絶縁ア
ンプ５及び増幅器６を通ってＡ／Ｄコンバータ７に入力
する。この時点でマイクロプロセッサ３からＡ／Ｄ変換
スタート信号が送出されると、Ａ／Ｄコンバータ７は、
アナログ信号ＡＩ１をディジタルデータに変換する。こ
こで、マイクロプロセッサ３は、Ａ／Ｄコンバータ７の
ディシタルデータ出力を読み込む。

【００１８】次にマイクロプロセッサ３は、ステップ＃
１１においてディシタル信号が許容範囲内であるかの比
較チェックを実行し、アナログ入力処理装置自身の正常
性をチェックする。

【００１９】この比較チェックの結果、ディジタルデー
タが許容範囲を越えていれば、マイクロプロセッサ３
は、ステップ＃１２に移ってＡ／Ｄ変換エラーとしてそ
れ以降の入力処理を行わず、再度基準入力電圧ｂのチェ
ックを実行する。

【００２０】又、ディジタルデータが許容範囲内であれ
ば、マイクロプロセッサ３は、アナログ入力処理装置自
身が正常であると判断しステップ＃１３に移って選択チ
ャンネル「ｎ＝１」のＡＩチャンネル選択信号ａを送出
する。

【００２１】このＡＩチャンネル選択信号ａの送出によ
り常用系マルチプレクサ２からアナログ信号ＡＩ１が選
択入力されると、このアナログ信号ＡＩ１は、上記同様
に絶縁アンプ５及び増幅器６を通ってＡ／Ｄコンバータ
７に入力し、ステップ＃１４においてＡ／Ｄコンバータ
７によりディジタルデータに変換され、続いてステップ
＃１５においてマイクロプロセッサ３により読み込まれ
る。このときのディジタルデータをＮとする。

【００２２】以上の常用系マルチプレクサ２の選択入力
によるアナログ入力処理装置自身の正常性のチェック、
及びアナログ信号ＡＩ１の入力処理の期間、診断系マル
チプレクサ１１は図９に示すように非選択状態にある。

【００２３】次にマイクロプロセッサ３は、常用系マル
チプレクサ２を非選択とするとともに診断系マルチプレ
クサ１１を選択チャンネル「ｎ＝１」を選択する。この
選択により診断系マルチプレクサ１１からアナログ信号
ＡＩ１が選択入力されると、このアナログ信号ＡＩ１
は、上記同様に絶縁アンプ５及び増幅器６を通ってＡ／
Ｄコンバータ７に入力し、ステップ＃１６においてＡ／
Ｄコンバータ７によりディジタルデータに変換され、続
いてステップ＃１７においてマイクロプロセッサ３によ
って読み込まれる。このときのディジタルデータをＮ´
とする。

【００２４】次にマイクロプロセッサ３は、ステップ＃
１８において常用系及び診断系のマルチプレクサ２、１
１を通して読み込んだ各ディジタルデータＮ、Ｎ´の偏
差Ｎ−Ｎ´を求め、この偏差が正常範囲内にあるかを診
断する。

【００２５】この診断の結果、偏差Ｎ−Ｎ´が正常範囲
を越えていれば、マイクロプロセッサ３は、ステップ＃
２０において選択チャンネル「１」のＡ／Ｄ変換器エラ
ーとしてそのディジタルデータを取り扱わず、次の選択
チャンネルの入力処理を進める。

【００２６】又、偏差Ｎ−Ｎ´が正常範囲内であれば、
マイクロプロセッサ３は、選択チャンネル「１」の入力
データとして採用し、ステップ＃１９において選択チャ
ンネルの最終ポイント「ｎ」であるかをチェックし、ス
テップ＃２１において選択チャンネルの更新を行う。

【００２７】これ以降、上記同様にアナログ信号の入力
処理を１サイクルとして選択チャンネル「２」、選択チ
ャンネル「３」、…選択チャンネル「ｎ」の各アナログ
信号ＡＩ２〜ＡＩｎを順次入力処理し、選択チャンネル
「ｎ」の処理終了後は再び選択チャンネル「１」の入力
処理に戻る。

【００２８】しかしながら、上記故障診断のための回路
系を付加していない入力装置においてアナログ入力処理
周期Ｔを求めると、 Ｔ＝ｎ×ｔ …(1) となる。ここで、ｎはチャンネル数、ｔは１チャンネル
あたりのＡ／Ｄ変換時間である。

【００２９】一方、故障診断のための回路系を付加した
入力装置においてアナログ入力処理周期Ｔは、 Ｔ＝ｔ＋ｎ・（２ｔ） …(2) となる。

【００３０】このため、故障診断のための回路系を付加
した装置では、アナログ入力処理の性能そのものが著し
く低下する。すなわち、故障診断の回路系を付加して信
頼性を高めるあまり、本来のアナログ入力処理時間が約
２倍と長くなってしまう。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように故障診断
のための回路系を付加した装置では、アナログ入力処理
時間が長くなる。そこで本発明は、本来のアナログ入力
処理時間を維持して故障診断をも確実に行うことができ
るアナログ入力処理装置を提供することを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、複数
のアナログ信号を常用系マルチプレクサを通して選択的
に入力するアナログ入力処理装置において、常用系マル
チプレクサから入力するアナログ信号と同一アナログ信
号をを同一入力タイミングで選択的に入力する診断系マ
ルチプレクサと、常用系マルチプレクサ及び診断系マル
チプレクサから入力された各アナログ信号同士を比較し
てその偏差が許容範囲内にあるかをチェックする比較手
段と、を備えて上記目的を達成しようとするアナログ入
力処理装置である。請求項２によれば、各アナログ信号
同士の偏差が許容範囲外の場合にアナログ信号の処理を
停止する制御手段を備えている。

【００３３】

【作用】請求項１によれば、複数のアナログ信号を常用
系マルチプレクサを通して選択的に入力すると、これと
同時に診断系マルチプレクサから常用系マルチプレクサ
を通して入力するアナログ信号と同一アナログ信号を同
一入力タイミングで選択的に入力する。そして、これら
常用系及び診断系の各マルチプレクサから入力された各
アナログ信号同士を比較手段により比較し、その偏差が
許容範囲内にあるかをチェックする。請求項２によれ
ば、各アナログ信号同士のチェックの結果、その偏差が
許容範囲外の場合、アナログ信号の入力処理が制御手段
により停止される。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１はアナログ入力処理装置の構成図で
ある。産業用の制御システムにおいてプロセスの圧力、
流量、温度等を示す複数のアナログ信号（電圧信号）Ａ
Ｉ１〜ＡＩｎは、フィルタ１を通して常用系マルチプレ
クサ２に入力している。なお、フィルタ１は、各チャン
ネル毎のリップル、ノイズ除去を目的として接続されて
いる。

【００３５】このマルチプレクサ２は、マイクロプロセ
ッサ３０（又は上位制御装置）から送出されるＡＩチャ
ンネル選択信号ａによりチャンネル選択（１〜ｎ）を行
うものとなっている。

【００３６】このマルチプレクサ２の出力端子には、イ
ンピーダンス変換器としてのバッファ４が接続され、さ
らに絶縁アンプ５、適切な電圧レベルに増幅する増幅器
６、Ａ／Ｄコンバータ７が直列接続され、このＡ／Ｄコ
ンバータ７の出力端子にマイクプロセッサ３０が接続さ
れている。

【００３７】又、常用系マルチプレクサ２には、電源Ｖ
REF からの基準入力電圧ｂが入力している。一方、診断
系マルチプレクサ３１には、フィルタ１０を通して上記
各アナログ信号ＡＩ１〜ＡＩｎが入力している。この診
断系マルチプレクサ３１は、マイクロプロセッサ３０
（又は上位制御装置）から送出されるＡＩチャンネル選
択信号ａを受けて、常用系マルチプレクサ２から入力す
るアナログ信号ＡＩ１〜ＡＩｎと同一アナログ信号ＡＩ
１〜ＡＩｎを同一入力タイミングで選択的に入力する機
能を有するものとなる。

【００３８】比較器３２は、常用系マルチプレクサ２及
び診断系マルチプレクサ３１から選択された各アナログ
信号ＡＩ１〜ＡＩｎを入力し、これらアナログ信号同士
を比較してその偏差が許容範囲内にあるかをチェック
し、許容範囲内にあれば正常、許容範囲を越えていれば
異常と判定し、これら判定内容を示すエラー判定信号ｃ
を出力する機能を有している。

【００３９】なお、この比較器３２は、例えばコンパレ
ータから構成されるもので、エラー判定信号ｃはフォト
カプラ３３を通してマイクロプロセッサ３０（又は上位
制御装置）に送られるものとなっている。

【００４０】マイクプロセッサ３０は、図２に示すアナ
ログ入力処理の流れ図に従って各アナログ信号ＡＩ１〜
ＡＩｎを入力処理する機能を有している。このマイクプ
ロセッサ３０は、比較器３１から異常判定のエラー判定
信号ｃを受け取ると、その異常判定されたチャンネルに
該当するディジタルデータの読み込みを停止する機能を
有している。

【００４１】なお、マイクプロセッサ３０から送出され
るＡＩチャンネル選択信号ａは、フォトカプラ８を通し
てマルチプレクサ２に入力している。又、上記同様に使
用上絶縁の必要のない場合には、絶縁アンプ５及びフォ
トカプラ８は装置に組み込まれないケースがある。

【００４２】次に上記の如く構成された装置のアナログ
入力処理を図２に示すアナログ入力処理の流れ図、及び
図３に示す動作タイミング図を参照して説明する。マイ
クロプロセッサ３０は、ステップ＃３０において基準入
力電圧ｂを選択するＡＩチャンネル選択信号ａを送出す
る。このＡＩチャンネル選択信号ａがフォトカプラ８を
通して常用系マルチプレクサ２に入力すると、この常用
系マルチプレクサ２は、基準入力電圧ｂを選択出力す
る。

【００４３】この基準入力電圧ｂは、絶縁アンプ５及び
増幅器６を通ってＡ／Ｄコンバータ７に入力する。この
時点でマイクロプロセッサ３０からＡ／Ｄ変換スタート
信号が送出されると、Ａ／Ｄコンバータ７は、基準入力
電圧ｂをディジタルデータに変換する。ここで、マイク
ロプロセッサ３は、Ａ／Ｄコンバータ７のディシタルデ
ータ出力を読み込む。

【００４４】次にマイクロプロセッサ３は、ステップ＃
３１において基準入力電圧ｂのディシタルデータが許容
範囲内であるかの比較チェックを実行し、アナログ入力
処理装置自身の正常性をチェックする。

【００４５】この比較チェックの結果、ディジタルデー
タが許容範囲を越えていれば、マイクロプロセッサ３０
は、ステップ＃３２に移ってＡ／Ｄ変換エラーとしてそ
れ以降の入力処理を行わず、再度基準入力電圧ｂのチェ
ックを実行する。

【００４６】又、ディジタルデータが許容範囲内であれ
ば、マイクロプロセッサ３０は、アナログ入力処理装置
自身が正常であると判断し、ステップ＃３３に移って選
択チャンネル「ｎ＝１」のＡＩチャンネル選択信号ａを
送出する。

【００４７】次に、このＡＩチャンネル選択信号ａは、
フォトカプラ８を通して常用系マルチプレクサ２及び診
断系マルチプレクサ３１に同時に入力する。これにより
各マルチプレクサ２、３１は、同時にアナログ信号ＡＩ
１を選択して入力する。

【００４８】このうち、常用系マルチプレクサ２から選
択入力されたアナログ信号ＡＩ１は、絶縁アンプ５を通
り、増幅器６で適切な電圧レベルに増幅されてＡ／Ｄコ
ンバータ７に入力する。

【００４９】この時点でマイクロプロセッサ３は、ステ
ップ＃３４においてＡ／Ｄコンバータ７に対してＡ／Ｄ
変換スタート信号を送出する。これにより、Ａ／Ｄコン
バータ７は、アナログ信号ＡＩ１をディジタルデータに
変換する。

【００５０】一方、常用系及び診断系マルチプレクサ
２、３１から選択された各アナログ信号ＡＩ１は、比較
器３２に入力する。この比較器３２は、常用系及び診断
系マルチプレクサ２、３１から選択出力された各アナロ
グ信号ＡＩ１、ＡＩ１を入力し、これらアナログ信号Ａ
Ｉ１、ＡＩ１同士を比較してその偏差が許容範囲内にあ
るかをチェックする。

【００５１】このチェックの結果、比較器３２は、各ア
ナログ信号ＡＩ１、ＡＩ１の偏差が許容範囲内であれば
正常と判定し、許容範囲を越えていれば異常と判定して
そのエラー判定信号ｃを出力する。

【００５２】ここで、上記Ａ／Ｄコンバータ７は、一般
的にＡ／Ｄ変換スタートからディジタルデータに変換す
るまでに数十ｕＳ〜数十ｍＳの変換時間を要する。従っ
て、マイクロプロセッサ３０は、ステップ＃３５におい
て図３に示すようにＡ／Ｄコンバータ７によるＡ／Ｄ変
換スタートからディジタルデータに変換するまでの待ち
時間に、エラー判定信号ｃを読み込み、次のステップ＃
３６においてエラー判定信号ｃの内容からＡ／Ｄコンバ
ータ７から読み込んだディジタルデータに対する正常／
異常を判定する。

【００５３】この判定の結果、異常判定であれば、マイ
クロプロセッサ３０は、ステップ＃３７において選択チ
ャンネル「１」のＡ／Ｄ変換エラーとし、この選択チャ
ンネル「１」のディジタルデータの読み込みを中止す
る。

【００５４】又、正常判定であれば、マイクロプロセッ
サ３０は、ステップ＃３８において選択チャンネル
「１」の入力データとして取り扱ってそのディジタルデ
ータを読み込む。

【００５５】次にマイクロプロセッサ３０は、ステップ
＃３９において選択チャンネルの最終ポイント「ｎ」で
あるかをチェックし、ステップ＃４０において選択チャ
ンネルの更新を行う。

【００５６】これ以降、基準入力電圧ｂによるアナログ
入力処理装置自身の正常性のチェック、及び診断系マル
チプレクサ３１によるＡ／Ｄ変換チェックを行うアナロ
グ信号の入力処理を１サイクルとして、選択チャンネル
「２」、選択チャンネル「３」、…選択チャンネル
「ｎ」の各アナログ信号ＡＩ２〜ＡＩｎを順次入力処理
し、選択チャンネル「ｎ」の処理終了後は再び選択チャ
ンネル「１」の入力処理に戻る。

【００５７】従って、常用系マルチプレクサ２及び診断
系マルチプレクサ３１は、図３に示すようにチャンネル
の非選択状態がなく、順次選択チャンネル「１」〜
「ｎ」のアナログ信号を入力する動作となる。

【００５８】このようにして基準入力電圧ｂによるアナ
ログ入力処理装置自身の正常性のチェック、及び診断系
マルチプレクサ３１によるＡ／Ｄ変換チェックを含む全
アナログ入力処理周期Ｔを求めると、 Ｔ＝（ｎ＋１）・ｔ …(3) となる。ここで、ｔは１チャンネルあたりのＡ／Ｄ変換
時間である。

【００５９】このように上記一実施例においては、各ア
ナログ信号ＡＩ２〜ＡＩｎを常用系マルチプレクサ２を
通して選択的に入力すると共に診断系マルチプレクサ３
１から同時に同アナログ信号ＡＩ２〜ＡＩｎを選択的に
入力し、これら常用系及び診断系の各マルチプレクサ
２、３１から入力された各アナログ信号同士を比較して
その偏差が許容範囲内にあるかをチェックするようにし
たので、基準入力電圧ｂによるアナログ入力処理装置自
身の正常性のチェック、及び診断系マルチプレクサ３１
によるＡ／Ｄ変換チェックに要する時間を、上記式(3)
に示すように従来装置と比較して格段にそのアナログ入
力処理速度を速くできる。

【００６０】そのうえ、アナログ入力処理の性能を落と
すことなく確実にアナログ入力処理装置自身の正常性の
チェック、及びＡ／Ｄ変換チェックを行うことができ
る。そして、これらチェックにより異常と判定した場合
には、その選択チャンネルのディジタルデータの読み込
みを行わず、制御処理データとしての信頼性を高めるこ
とができる。

【００６１】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなく次の通りに変形してもよい。例えば、上記
一実施例では、産業用の制御システムにおいてプロセス
の圧力、流量、温度等のアナログ信号を取扱っている
が、その他装置のアナログ信号を入力する場合にも適用
できる。

【００６２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、本
来のアナログ入力処理時間を維持して故障診断をも確実
に行うことができるアナログ入力処理装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるアナログ入力処理装置の一実施
例を示す構成図。

【図２】同装置のアナログ入力処理の流れ図。

【図３】同装置のアナログ入力処理の動作タイミング
図。

【図４】従来装置の構成図。

【図５】同装置のアナログ入力処理の流れ図。

【図６】同装置のアナログ入力処理の動作タイミング
図。

【図７】故障診断系の回路を付加した従来装置の構成
図。

【図８】同装置のアナログ入力処理の流れ図。

【図９】同装置のアナログ入力処理の動作タイミング
図。

【符号の説明】

１…フィルタ、２…常用系マルチプレクサ、４…バッフ
ァ、５…絶縁アンプ、６…増幅器、７…Ａ／Ｄコンバー
タ、８，３３…フォトカプラ、３０…マイクロプロセッ
サ、３１…診断系マルチプレクサ、３２…比較器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のアナログ信号を常用系マルチプレ
   クサを通して選択的に入力するアナログ入力処理装置に
   おいて、 前記常用系マルチプレクサから入力するアナログ信号と
   同一アナログ信号をを同一入力タイミングで選択的に入
   力する診断系マルチプレクサと、 前記常用系マルチプレクサ及び前記診断系マルチプレク
   サから入力された各アナログ信号同士を比較してその偏
   差が許容範囲内にあるかをチェックする比較手段と、を
   具備したことを特徴とするアナログ入力処理装置。
2. 【請求項２】 各アナログ信号同士の偏差が許容範囲外
   の場合に前記アナログ信号の処理を停止する制御手段を
   備えたことを特徴とする請求項１記載のアナログ入力処
   理装置。