JPH08205246A - プロセスインターフェイス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 コモン線ＬＣ電位が監視プロセッサ８０のし
きい値電位よりも高い状態に維持されていても、信号線
での短絡発生が検知できるプロセスインターフェイス装
置を提供すること。 【構成】 検出端１０，２０から受信端３０へプロセス
信号を伝送する信号線Ｌ１,・・・,Ｌｎと、信号線に直流
電圧ＤＣＶを印加する附勢電圧印加手段９０と、この附
勢電圧印加手段の印加する直流電圧とグランド電位との
中間に定められたしきい値電位Ｖthと、当該直流電圧の
印加される信号線電位とを比較して信号線が正確に伝送
できるか判別する線路監視手段８０とを具備し、線路監
視手段で異常とみなされた信号線からのプロセス信号を
無効にするプロセスインターフェイス装置に附勢電圧印
加部９２とゼロ電圧印加部９４を設け、両者を交互に切
り替えて当該信号線に直流電圧を印加し、線路監視部９
０でもこの切替えに追従してしきい値電圧に対して信号
線の附勢電圧が変動した場合を正常と判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプロセス制御装置等へプ
ロセス入力信号をインターフェイスするプロセスインタ
ーフェイス装置に係り、プロセス入力信号を伝送する信
号線の状態監視を容易にする改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のプロセスインターフェイス
装置の構成ブロック図である。図において、プロセス入
力信号を伝送する信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎは、プロセ
スセンサ１０と一対一に設けられている。プロセスセン
サ１０は、温度、圧力、流量等のプロセス信号を、抵抗
変化や容量変化等の形で測定する。コンバータ２０はプ
ロセスセンサ１０の測定した信号をパルス列信号に変換
して、信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎに伝送する。フォトカ
プラ３０は、信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎに伝送されるパ
ルス列信号を絶縁して収集プロセッサ４０の入力端に送
る。ここで、フォトカプラを挿入しているのは、火災・
爆発を防止するためである。

【０００３】直流電圧源ＤＣＶは、一端が信号線Ｌ１,
Ｌ２,・・・,Ｌｎのコモン側と電流リミッタ５０を介して
接続されており、他端がコモン線ＬＣを介して接地され
ている。電流リミッタ５０は、各信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,
Ｌｎのコモン側と接続される抵抗Ｒ_L1,Ｒ_L2,・・・,Ｒ_Lnで
ある。ＲＣフィルタ６０は、フィルタ抵抗Ｒ_F1,Ｒ_F2,・・
・,Ｒ_FnとコンデンサＣ_F1,Ｃ_F2,・・・,Ｃ_Fnの直列回路で、
一端が信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎのコモン側とフィルタ
抵抗Ｒ_F1,Ｒ_F2,・・・,Ｒ_Fnとが接続され、他端がコンデン
サＣ_F1,Ｃ_F2,・・・,Ｃ_Fnによりコモン線ＬＣを介して接地
されている。フィルタ抵抗Ｒ_F1,Ｒ_F2,・・・,Ｒ_Fnには２２
ＭΩ程度の高抵抗値のものを用い、コンデンサＣ_F1,Ｃ
_F2,・・・,Ｃ_Fnには１μＦ程度の容量値のものを用いて、
信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎに流れる商用電源に相当する
５０Ｈｚ、１００Ｖ等のフィールドノイズを低減する。
バッファステージ７０は、ＲＣフィルタ６０のコンデン
サＣ _F1,Ｃ_F2,・・・,Ｃ_Fnに蓄電された電位を監視プロセッ
サ８０に送るもので、帰還抵抗Ｒ_B1,Ｒ_B2,・・・,Ｒ_Bnを有
する増幅度１のアンプを有している。

【０００４】このように構成された装置において、信号
線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎのコモン側は直流電圧源ＤＣＶに
よりグランド電位に比較して例えば５Ｖ程度高く維持さ
れている。そこで、監視プロセッサ８０によりコンデン
サＣ_F1,Ｃ_F2,・・・,Ｃ_Fn電位をしきい値電位と比較して信
号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎのコモン側電位を測定すれば、
正常かグランドに対して短絡しているかの判別が可能に
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コモン
線ＬＣが他の電力系統からの漏洩電流の影響を受けて、
監視プロセッサ８０のしきい値電位よりも高い状態に維
持されることがある。すると、信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌ
ｎのコモン側が短絡していても、コンデンサＣ_{F1 ,}Ｃ_F2,
・・・,Ｃ_Fn電位の電位はしきい値電位よりも低下せず、短
絡発生を監視プロセッサ８０では発見できなくなるとい
う課題があった。本発明は上記の課題を解決するもの
で、他の電力系統からの漏洩電流の影響を受けて、コモ
ン線ＬＣ電位が監視プロセッサ８０のしきい値電位より
も高い状態に維持されていても、信号線での短絡発生が
検知できるプロセスインターフェイス装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、検出端１０，２０から受信端３０へプロセ
ス信号を伝送する信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎと、当該信
号線に直流電圧ＤＣＶを印加する附勢電圧印加手段９０
と、この附勢電圧印加手段の印加する直流電圧とグラン
ド電位との中間に定められたしきい値電位Ｖthと、当該
直流電圧の印加される信号線電位とを比較して当該信号
線が当該プロセス信号を正確に伝送できるか判別する線
路監視手段８０とを具備し、当該線路監視手段で異常と
みなされた信号線からのプロセス信号については、伝送
されるプロセス信号を無効にするプロセスインターフェ
イス装置において、次の構成としたものである。

【０００７】即ち、前記附勢電圧印加手段は、前記直流
電圧を発生する附勢電圧印加部９２と、前記グランド電
位と同じ電圧を発生するゼロ電圧印加部９４と、この附
勢電圧印加部とゼロ電圧印加部とを切り替えて前記信号
線に接続する切替え手段９６とを有し、前記線路監視手
段は、前記切替え手段に対して切替え信号を供給する切
替え信号発生部８２と、前記直流電圧の印加される信号
線電位を入力する附勢電圧入力部８４と、この附勢電圧
入力部で入力した附勢電位と前記しきい値電位とを比較
する電位比較部８６と、この電位比較部の比較結果が、
当該切替え信号発生部で附勢電圧印加部を選択している
ときは前記附勢電位が前記しきい値電位よりも前記直流
電圧側となり、当該切替え信号発生部でゼロ電圧印加部
を選択しているときは前記附勢電位が前記しきい値電位
よりもグランド電位側であるとき、当該信号線は正常な
絶縁状態であると判別する信号線判別部８８とを有する
ことを特徴としている。

【０００８】

【作用】プロセス信号を伝送する信号線は、通常は絶縁
状態が維持されていているが、時に絶縁状態が悪化して
グランド電位に短絡したりする。そこで、附勢電圧印加
部で信号線に直流電圧を印加し、附勢電圧入力部と電位
比較部を設けて、グランド電位に短絡しているか否か判
別可能にしてある。しかし、プロセス信号の伝送される
現場では、当該直流電圧よりも高い電位を有する箇所も
あり、信号線の絶縁状態が悪化してそのような高い電位
の場所に短絡することもある。そこで、附勢電圧印加部
に加えてゼロ電圧印加部と切替え手段を設け、線路監視
手段では信号判別部で切替え信号に連動して正常の判断
基準を変更することで真に正常な信号線を判別できるよ
うにしている。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すプロセスイン
ターフェイス装置の回路図で、前記図６と同一作用をす
るものには同一符号を付して説明を省略する。ここで
は、監視プロセッサ８０と直流電圧源ＤＣＶが、線路監
視部８０と附勢電圧印加部９０に改良してある。まず、
附勢電圧印加部９０は、５Ｖや２０Ｖ等の直流電圧ＤＣ
Ｖを発生する附勢電圧印加部９２と、グランド電位ＧＮ
Ｄと同じ電圧を発生するゼロ電圧印加部９４と、附勢電
圧印加部９２とゼロ電圧印加部９４とを切り替えて各信
号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎに接続する切替え回路９６を有
している。ここでは、ゼロ電圧印加部９４がコモン線Ｌ
Ｃを介して接地されている。また、切替え回路９６はス
イッチ等の一般的な接点切替え装置であればよい。

【００１０】線路監視部８０は、切替え回路９６に対し
て切替え信号を供給する切替え信号発生部８２と、附勢
電圧印加部９０より所定の直流電圧の印加される信号線
電位を入力する附勢電圧入力部８４と、附勢電圧入力部
８４で入力した附勢電位としきい値電位Ｖthとを比較す
る電位比較部８６と、信号線が正常か異常な絶縁状態で
あるか判別する信号線判別部８８とを有している。切替
え信号発生部８２は、例えばタイマ回路を有するもの
で、用途がオペレータが計装室からプロセス現場に出向
いた上での点検作業に用いられるものなので、この行動
時間に比較して短い周期、例えば１０秒程度で切替え信
号を発生する。

【００１１】附勢電圧入力部８４は、バッファステージ
７０から送られる各信号線の附勢電位を読み込む入力ポ
ートで、図６の例では附勢電位がＲＣフィルタ６０のコ
ンデンサＣ_F1,Ｃ_F2,・・・,Ｃ_Fnに蓄電された電位に相当す
る。線路監視部８０にμプロセッサを用いる場合のよう
に入力端子の数が制限されていて、読み込む附勢電位の
数が多いときは、マルチプレクサを内蔵させて逐次バッ
ファ７０から送られるデータを読み込むとよい。電位比
較部８６は、バッファステージ７０の電位をしきい値電
圧と比較するのにアナログ回路を用いるときはコンパレ
ータとなり、バッファステージ７０の電位を一旦測定端
によりディジタル数値に変換する場合には、しきい値に
対する多寡を比較する。

【００１２】信号線判別部８８は、電位比較部８６の比
較結果が、切替え信号発生部８２で附勢電圧印加部９２
を選択しているときは附勢電位がしきい値電位よりも直
流電圧側となり、切替え信号発生部８２でゼロ電圧印加
部９４を選択しているときは附勢電位がしきい値電位よ
りもグランド電位側であるとき、当該信号線は正常な絶
縁状態であると判別する。それ以外の関係が成立してい
るときは、絶縁状態が不適切な状態にあり、当該信号線
の異常をデータ収集部４０に知らせる。

【００１３】図２は図１の装置の動作を説明する波形図
で、（Ａ）は附勢電圧印加部９０の印加電位、（Ｂ）は
コンデンサＣ_F1,・・・,Ｃ_Fnに蓄電された附勢電位としき
い値電位Ｖth、（Ｃ）は電位比較部８６がコンパレータ
であるときの出力波形である。附勢電圧印加部９０の印
加電位は、切替え信号発生部８２の発生する周期τ毎
に、附勢電圧印加部９２の直流電圧ＤＣＶとゼロ電圧印
加部９４のＧＮＤとが交互に現れる。これに対してＲＣ
フィルタ６０のコンデンサＣ_F1,・・・,Ｃ_Fnに蓄電された
附勢電位は、各信号線の容量や直流抵抗等に起因する遅
れ時間経過後には印加電圧に応ずる平衡電圧となる。

【００１４】波形Ｂ１は信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎが正
常な絶縁状態にあるときの、附勢電位の波形である。し
きい値電圧Ｖthは、附勢電圧印加部９２の直流電圧ＤＣ
Ｖとゼロ電圧印加部９４のＧＮＤの中間に定められたも
ので、ここでは低い側ＶthLをしきい値電圧Ｖthとして
表しているが、高い側ＶthHでもよい。波形Ｂ２は信号
線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎがグランド電位に短絡した時の附
勢電位の波形である。信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎが実質
的に短絡されているので、附勢電圧印加部９２の直流電
圧ＤＣＶが電流リミッタ５０を介してＲＣフィルタ６０
のコンデンサＣ _F1,・・・,Ｃ_Fnを蓄電しようとしても、信
号線側に電流が漏洩してしきい値電圧Ｖthよりも低い電
圧までしか充電されない。そこで、電位比較部８６の信
号は、正常波形Ｂ１に対しては時間遅れΔＴでＨ，Ｌの
矩形波Ｃ１を生ずるのに対して、接地短絡モード波形Ｂ
２ではＬのままの波形Ｃ２になっている。

【００１５】図３は図１の装置の動作を説明する波形図
で、（Ａ）〜（Ｃ）は図２の場合と同様である。正常波
形Ｂ１も、図２と同様である。波形Ｂ３は信号線Ｌ１,
Ｌ２,・・・,Ｌｎが附勢電圧印加部９２の直流電圧ＤＣＶ
よりも高い電位に短絡した時の附勢電位の波形である。
信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎが実質的に高電位源に接続さ
れているので、ゼロ電圧印加部９４のＧＮＤと電流リミ
ッタ５０を介してＲＣフィルタ６０のコンデンサＣ_F1,・
・・,Ｃ_Fnが接続されて蓄電された電荷を放電しようとし
ても、信号線側からの漏洩電流が大きくしきい値電圧Ｖ
thよりも高い電圧のままである。そこで、電位比較部８
６の信号は、高電位短絡モード波形Ｂ３ではＨのままの
波形Ｃ３になっている。

【００１６】波形Ｂ４は信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎがグ
ランド電位よりも低い負電位源に短絡した時の附勢電位
の波形である。信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎが実質的に低
電位源に接続されているので、附勢電圧印加部９２の直
流電圧ＤＣＶが電流リミッタ５０を介してＲＣフィルタ
６０のコンデンサＣ_F1,・・・,Ｃ_Fnを蓄電しようとして
も、信号線側からの負電圧電流が漏洩してしきい値電圧
Ｖthよりも低い電圧までしか充電されない。そこで、電
位比較部８６の信号は、負電位短絡モード波形Ｂ４では
Ｌのままの波形Ｃ４になっている。このように、切替え
信号発生部８２の附勢電圧印加部９０に送る切替え信号
の切替え毎に、電位比較部８６の信号がＨ，Ｌの矩形波
Ｃ１を生ずれば正常と判断され、それ以外の波形Ｃ２〜
Ｃ４の場合には信号線に異常ありと判別できる。

【００１７】図４は本発明の変形実施例を説明する流れ
図である。ここでは、切替え信号発生部８２を線路監視
部８０に内蔵させず、線路監視部８０とは非同期で附勢
電圧印加部９０に切替え信号を送る場合を表している。
切替え信号発生部８２との連携をとるため、μプロセッ
サを監視シーケンサとして切替え信号の周期よりも短い
一定周期で実行させる場合の流れ図である。

【００１８】まず、附勢電圧印加部９０の電流リミッタ
５０に印加する電圧の切替えがあったか判断する（Ｓ１
０）。切替えがなければ戻しとなる。次に、切替えがあ
れば、電位比較部８６の出力信号に変動があったか判断
する（Ｓ２０）。変動がなければ、信号線に異常がある
ことになるから、フラグを立てる（Ｓ３０）。他方、変
動があれば、信号線は正常であり、フラグを降ろす（Ｓ
３２）。このフラグの状態は、別途データ収集部４０に
送られる。そして、今回の制御周期における電位比較部
８６の出力信号の状態を記憶し（Ｓ４０）、また附勢電
圧印加部９０の電流リミッタ５０に印加する電圧の値を
記憶する（Ｓ５０）。

【００１９】図５は図４のフラグの状態通知を用いて、
各信号線の状態を時系列に表示して監視をする場合の表
示例の説明図である。縦欄のＴＩＣ−０１等の符号は系
統の識別のためであり、各信号線Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌｎに
対応している。他方、横欄のＨは時間の経過を１時間毎
に示したもので、現在時から８時間前のものまでを表し
ている。ここでは、ＴＩＣ−０３の系統が現在時から８
時間前まで異常である旨の”▽”表示であり、ＴＩＣ−
０２の系統が５時間前から８時間前まで異常である旨
の”▽”表示であったが、現在は正常である旨の表示”
／”を表示している。このように時系列に表示すること
で、プロセス信号の伝送系統の保全に必要な知見を得る
ことができる。例えば、工場の操業開始時の暖房の影響
で、工場の特定区画の中継端子盤が結露して短時間の異
常が毎日起こっているらしいという推論ができる。この
ような推論は、絶縁計を持ち歩いて調査するような仕方
では不可能なものである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号線に直流電圧を印加するにあたり、附勢電圧印加部
９２とゼロ電圧印加部９４を設け、両者を交互に切り替
えるとと共に、線路監視部９０でもこの切替えに追従し
てしきい値電圧に対して信号線の附勢電圧が変動した場
合を正常としているので、信号線が附勢電圧印加部９２
の印加する直流電圧よりも高い地点に短絡しても異常の
発見ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１の装置の動作を説明する波形図である。

【図３】図１の装置の動作を説明する波形図である。

【図４】本発明の変形実施例を説明する流れ図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す回路図である。

【図６】従来のプロセスインターフェイス装置の構成ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０ プロセスセンサ ２０ コンバータ ３０ 受信端（フォトカプラ） ４０ データ収集部 ５０ 電流リミッタ ６０ ＲＣフィルタ ７０ バッファステージ ８０ 線路監視部 ９０ 附勢電圧印加部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検出端（１０，２０）から受信端（３０）
   へプロセス信号を伝送する信号線（Ｌ１,Ｌ２,・・・,Ｌ
   ｎ）と、 当該信号線に直流電圧（ＤＣＶ）を印加する附勢電圧印
   加手段（９０）と、 この附勢電圧印加手段の印加する直流電圧とグランド電
   位との中間に定められたしきい値電位（Ｖth）と、当該
   直流電圧の印加される信号線電位とを比較して当該信号
   線が当該プロセス信号を正確に伝送できるか判別する線
   路監視手段（８０）と、 を具備し、当該線路監視手段で異常とみなされた信号線
   からのプロセス信号については、伝送されるプロセス信
   号を無効にするプロセスインターフェイス装置におい
   て、 前記附勢電圧印加手段は、前記直流電圧を発生する附勢
   電圧印加部（９２）と、前記グランド電位と同じ電圧を
   発生するゼロ電圧印加部（９４）と、この附勢電圧印加
   部とゼロ電圧印加部とを切り替えて前記信号線に接続す
   る切替え手段（９６）とを有し、 前記線路監視手段は、前記切替え手段に対して切替え信
   号を供給する切替え信号発生部（８２）と、前記直流電
   圧の印加される信号線電位を入力する附勢電圧入力部
   （８４）と、この附勢電圧入力部で入力した附勢電位と
   前記しきい値電位とを比較する電位比較部（８６）と、
   この電位比較部の比較結果が、当該切替え信号発生部で
   附勢電圧印加部を選択しているときは前記附勢電位が前
   記しきい値電位よりも前記直流電圧側となり、当該切替
   え信号発生部でゼロ電圧印加部を選択しているときは前
   記附勢電位が前記しきい値電位よりもグランド電位側で
   あるとき、当該信号線は正常な絶縁状態であると判別す
   る信号線判別部（８８）とを有する、 ことを特徴とするプロセスインターフェイス装置。