JPH10122900A - 断線検知機能を有する信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサのＯＮ、ＯＦＦ状態、信号線の断線状
態を反射パルスの波高値から確実に検出すること。 【解決手段】 パルス発生回路４４から所定の波高値の
パルス信号が出力されると、信号線５０を介してセンサ
３０に達し、反射して返ってくる。この反射パルスの波
高値は、センサ３０がＯＮ状態であるのか、ＯＦＦ状態
であるのかによってセンサ３０のインピーダンスが異な
るため、それぞれの状態に応じて異なる。また、断線時
には、信号入力装置４０から見たインピーダンスが無限
大となるので、非常に高い波高値の反射パルスとなる。
信号入力部４２はこのパルスの波高値を判断してセンサ
のＯＮ、ＯＦＦ状態、信号線の断線状態を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断線状態を確実に
検出することができる信号処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、生産現場では保守の効率化のた
め、断線機能を有するセンサが多く用いられている。こ
のセンサとＰＬＣ等の信号入力装置の接続関係は、図４
のように表される。図に示すように、センサ１０は信号
線１２、予備線１４、アース線１６に接続される３つの
端子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを有している。

【０００３】センサ１０内には、たとえば物体の接近を
検出した場合に動作するセンシング回路１１が設けら
れ、検出時には、接点１が閉じられ、接点２が開かれ
る。一方、信号入力装置２０は、信号線１２、予備線１
４、アース線１６に接続される３つの端子２０Ａ，２０
Ｂ，２０Ｃを有している。

【０００４】信号入力装置２０には、信号入力部２２が
設けられ、この信号入力部２２では信号線１２、予備線
１４、アース線１６を介して入力されたセンサ１０内の
両接点信号に基づいて、センシングと断線検知とをする
ようになっている。つまり、物体が近付いてきた場合の
センシングは、接点１が閉じたことを信号線１２を介し
て入力し、一方、断線検知は、接点２が開いたことを予
備線１４を介して入力し、これらの接点信号の論理を照
合することによってセンシングと断線検知を行う。

【０００５】たとえば、図示するように、接点１がＮＯ
（ノーマリーオープン）、接点２がＮＣ（ノーマリーク
ローズ）である場合には、物体の接近を検出すると、接
点１が閉じて接点２が開くが、信号入力部２２では、信
号線１２を介して接点のＯＮ信号が、また、予備線１４
を介して接点２のＯＦＦ信号が入力されたときに物体の
検知がされ、また、断線も生じていないと判断し、逆
に、信号線１２を介して接点のＯＦＦ信号が、また、予
備線１４を介して接点２のＯＮ信号が入力されたときに
は物体の検知はされてなく、また、断線も生じていない
と判断する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところがこのような従
来のものでは、たとえば上記のものでは信号線１２と予
備線１４とが共に断線した場合や、共にショートした場
合には、信号入力部２２には接点１及び接点２のＯＦＦ
信号、ＯＮ信号が入力されるため、断線検知をすことが
できないという問題がある。

【０００７】また、従来のものを用いた場合には、断線
検知のための予備線１４の配線が必要になるので、配線
時の作業負担が増え、既存の端子台では端子の数が足り
なくなるので、既存緒設備に適用する場合には作業負担
がかかるという問題もある。なお、従来のものとして、
接点１及び接点２に共にＮＯ（ノーマリオープン）を用
いているものもあるが、この場合にも、信号線１２か予
備線１４のいずれかが断線した場合には断線検知をする
ことができないので、上記と同様の問題を抱えることに
なる。

【０００８】本発明は、以上のような従来の問題点を解
消し断線状態を確実に検出することもできる断線検知機
能を有する信号処理装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は以下のように構成される。請求項１に記載の
発明は、環境状態を検出するセンサと、当該センサと信
号端子の間に接続され、当該信号端子から見たインピー
ダンスを調整するインピーダンス調整手段とを備えた検
出手段と、当該検出手段の信号端子に信号線を介して接
続され、前記センサに向けてパルス信号を出力するパル
ス信号出力手段と、前記センサからの反射パルス信号の
波高値から前記センサのＯＮ，ＯＦＦ、及び前記信号線
の断線を判別する判別手段とからなる信号入力手段と、
を有することを特徴とする。

【００１０】パルス発生手段から所定の波高値のパルス
信号が出力されると、信号線を介してセンサに達し、反
射して返ってくる。この反射して返ってくるパルス、す
なわち反射パルスの波高値は、センサがＯＮ状態である
のか、ＯＦＦ状態であるのかによってセンサのインピー
ダンスが異なるため、それぞれの状態に応じて異なる。
また、断線時には、検出手段のインピーダンスが無限大
となるので、非常に高い波高値の反射パルスとなる。判
別手段では、反射パルスの波高値を判別することによっ
て、センサのＯＮ状態、ＯＦＦ状態、断線状態を認識す
る。このように、反射パルスの波高値からセンサの状態
や信号線の断線を判断するようにすると、これらの状態
を確実に検出することができるようになる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
の発明において、前記検出手段は、生産現場に設置され
た生産機械に取り付けられ、前記判別手段は、前記生産
機械を制御する制御装置内に取り付けられ、検出手段と
判別手段とはそれぞれの手段に２つづつ設けられている
信号端子を介して２本の信号線によって接続されている
ことを特徴とする。

【００１２】パルス信号に基づいて、センサのＯＮ，Ｏ
ＦＦ状態、信号線の断線を検出するようにすると、検出
手段と信号入力手段とを結ぶ信号線は、一般的なセンサ
を接続する場合と同様に２本で済み、既存の設備を大幅
に改良（たとえば端子台の数を増やしたり、既存の信号
線を２本のものから３本のものに取り替える等）するこ
となく、本発明装置を適用することが可能となる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
発明において、インピーダンス調整手段は、可変抵抗器
であることを特徴とする。この可変抵抗器の抵抗値を調
整することによって、信号線の種類の相違や長さに応じ
て異なるインピーダンスを、判別手段による判別が正確
に行える最適値に調整することができるようになる。し
たがって、判別手段は、信号線の種類の相違や長さの相
違に依存せずに１種類の回路構成のものだけを用意すれ
ば良い。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記反射パルス信号の波高値は、検出
手段が作動している時には最も小さく、検出手段が作動
していないときには作動している時の波高値よりも大き
く、前記信号線が断線したときには最も大きく設定され
ていることを特徴とする。したがって、判別手段は、ど
のレベルの反射パルスであるかを認識することによっ
て、センサのＯＮ，ＯＦＦ状態、信号線の断線を確実に
判別できることになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の１実施形態につ
いて、図面に基づいて説明する。図１は、本発明にかか
る断線検知機能を有する信号処理装置の概略構成を示す
ブロック図である。

【００１６】センサ３０は、センシング主回路３２、ス
イッチングトランジスタ３４、インピーダンスマッチン
グ用抵抗器３６から構成される。このセンサ３０は、通
常は生産機械の構成部材に取り付けられるものである。
センシング主回路３２は、たとえば、物体が近付いてき
たときに信号を出力するものである。なお、本実施形態
では、物体検出のセンサについて述べるが、センシング
したときに信号を出力するものであれば、他に、光を検
出するもの、温度を検出するもの、湿度を検出するも
の、磁界を検出するものなど種々のものが考えられる。

【００１７】スイッチングトランジスタ３４は、センシ
ング主回路３２から信号が出力されるとＯＮするように
構成されているトランジスタである。

【００１８】インピーダンスマッチング用抵抗器３６
は、センサ３０の信号端子３８Ａ，３８Ｂから見たイン
ピーダンスを所定の抵抗値ＺL に調整するための抵抗器
である。パルス反射法による断線検知は、送配電の分野
では一般的に用いられているようであるが、送受電端間
の送電線やケーブルの種類によるインピーダンスのバラ
ツキまでは考慮されていない。これまで考慮しなくと
も、断線の有無は検知できるからである。

【００１９】ところが、本発明装置では、反射パルスの
波高値から信号線の断線に加え、センサのＯＮ，ＯＦＦ
をも検知できるようにしなければならないため、信号線
の長さや種類の相違によって反射パルスの波高値が変動
するのでは困るのであって、この変動分はインピーダン
スマッチング用抵抗器３６の抵抗値を変えることによっ
て調整しているのである。

【００２０】したがって、インピーダンスマッチング用
抵抗器３６によってセンサ３０の信号端子３８Ａ，３８
Ｂから見たインピーダンスを信号線の長さや種類に応じ
て所定の抵抗値ＺL に調整しておけば、反射パルスの波
高値はほぼ一定のレベルになる。このため、信号入力装
置は、センサの設置場所との距離や信号線の種類等の相
違毎に複数の種類の特性のものを用意する必要がなく、
ただ１種類のものを用意しておけば良くなるのであり、
非常に汎用性の高い装置とすることができる。信号入力
装置４０は、信号入力部４２と、パルス発生回路４４
と、パルス信号を逆阻止するダイオード４５、抵抗器４
６とから構成される。この信号入力装置は、通常、生産
機械を制御する制御盤の内部に設けられ、制御回路内に
組み込まれている。通常は、ＰＬＣ内に設置される。

【００２１】信号入力部４２の詳細は後述するが、ここ
では、反射パルスを入力してその波高値からセンサがＯ
Ｎ状態（物体を検出しているか）であるか、センサがＯ
ＦＦ状態（物体を検出していないか）であるか、さらに
は信号線が断線していないか、をそれぞれ検出する。な
お、センサのＯＮ，ＯＦＦの情報と、断線の情報とは別
々に出力されるようになっている。

【００２２】パルス発生回路４４は、一定の周期で所定
の波高値のパルスを出力するもので、その周期は、信号
入力部４２で反射パルスの波高値の解析に要する時間よ
りも若干長い時間に設定してある。このようにしない
と、正確な解析ができなくなってしまうからである。

【００２３】また、パルス発生回路４４から出力される
パルスの波高値Ｖｐは、信号入力装置の電源電圧Ｖｃｃ
よりも高く設定してある。したがって、パルスが電源に
進入しないようにするためにダイオード４５と抵抗器４
６とを設けている。

【００２４】センサ３０と信号入力装置４０には、それ
ぞれ２つの信号端子３８Ａ，３８Ｂ、４８Ａ，４８Ｂが
設けてあり、これらの端子間は、信号線５０によって接
続される。なお、図のように、信号端子３８Ａ，３８Ｂ
から見たセンサ３０の内部インピーダンスがＺL 、信号
線の伝送インピーダンスがＺ0 の場合には、ＺL がＺ0
と等しくなるようにインピーダンスマッチング用抵抗器
３６を調整することで、このインピーダンスを整合させ
ることができる。

【００２５】本発明装置を既存の設備に適用しようとし
た場合、センサとＰＬＣとは２本の信号線を介して接続
されていることがほとんどであるから、この信号線にセ
ンサと信号入力装置を接続し、インピーダンスマッチン
グ抵抗器３６を調整（所定値にキャリブレーションす
る）するのみで良い。

【００２６】図２は、図１に示した信号入力部４２の具
体的な回路構成を示すものである。この信号入力部４２
は、断線検知用コンパレータ６０、ＯＮ／ＯＦＦ判定用
コンパレータ７０、増幅用トランジスタ６１，７１、パ
ルス保持回路６２，７２から構成される。

【００２７】断線検知用コンパレータ６０には、反射パ
ルスが入力され、この反射パルスの波高値が基準電圧Ｖ
ｐ＋αと比較される。反射パルスの波高値がこの基準電
圧Ｖｐ＋αよりも大きければ、コンパレータ６０からパ
ルスが出力される。このパルスの波高値は増幅用トラン
ジスタ６１によって所定倍率増幅されて、パルス保持回
路６２で一定時間保持される。したがって、信号線５０
の断線が検知されている間は、パルス保持回路６２の出
力端子から５Ｖの電圧が出力されることになる。

【００２８】一方、ＯＮ／ＯＦＦ判定用コンパレータ７
０にも同様の反射パルスが入力され、この反射パルスの
波高値が基準電圧Ｖｐと比較される。反射パルスの波高
値がこの基準電圧Ｖｐよりも大きければ（センサＯＦＦ
の場合、または信号線が断線している場合）、コンパレ
ータ７０からパルスが出力される。逆に小さければ（セ
ンサＯＮの場合）、パルスは出力されない。このパルス
の波高値は増幅用トランジスタ７１によって所定倍率増
幅されて、パルス保持回路７２で一定時間保持される。
したがって、センサがＯＦＦしている間は、パルス保持
回路７２の出力端子から５Ｖの電圧が出力されることに
なる。

【００２９】このようにして、出力１から信号が出力さ
れている場合には、信号線５０が断線したと判断でき、
また、出力２から信号が出力されている場合には、セン
サ３０がＯＦＦであると、信号が出力されていない場合
には、センサ３０がＯＮであると判断できることにな
る。

【００３０】図３は、図２において、パルス発生回路４
４からパルス発振パルスが出力されてから、そのパルス
が反射して戻ってきた場合の各部の波形を示した図であ
る。この図を参照しながら、本発明装置の動作をさらに
詳しく説明する。

【００３１】まず、パルス発生回路４４からは図３に示
すような波高値Ｖｐのパルスが一定周期で出力される。
このパルスは信号線５０を介してセンサ３０に入力さ
れ、ここからセンサ３０のインピーダンスに応じた波高
値となって返ってくる。

【００３２】センサ３０がＯＮの場合には、スイッチン
グトランジスタ３４がＯＮしているので、センサ３０の
内部インピーダンスの値は０に近い値である。一方、セ
ンサ３０がＯＦＦの場合には、スイッチングトランジス
タ３４がＯＦＦしているので、センサ３０の内部インピ
ーダンスの値はＺL であり、通常はＺL は信号線５０の
伝送インピーダンスＺ0 に調整してあるので、結果的に
はインピーダンスの値はＺ0 になる。

【００３３】したがって、センサ３０がＯＮしている場
合には、反射がないため、反射パルスの波高値は当然に
当初の発振パルス電圧Ｖｐよりも低くなり、ＯＮ／ＯＦ
Ｆ判定用コンパレータ７０からはパルスが出力されない
（図３Ｄ部の波形参照）。このため、パルス保持回路７
２の出力端子からは信号が出力されない（図３Ｅ部の波
形参照）。

【００３４】一方、センサ３０がＯＦＦしている場合に
は、センサ３０の内部インピーダンスの値はＺ0 になる
ので、反射パルスと発振パルスとが重畳された波高値の
パルスがＯＮ／ＯＦＦ判定用コンパレータ７０に入力さ
れる。このパルスは、当然に当初の発振パルス電圧Ｖｐ
よりも高くなり、ＯＮ／ＯＦＦ判定用コンパレータ７０
からはパルスが出力されることになる（図３Ｄ部の波形
参照）。このため、パルス保持回路７２の出力端子から
は信号が出力されることになる（図３Ｅ部の波形参
照）。

【００３５】このように、パルス保持回路７２の出力端
子から信号が出力されている場合にはセンサがＯＦＦで
あり、物体の検出がされていない状態であると判断さ
れ、パルス保持回路７２の出力端子から信号が出力され
ていない場合にはセンサがＯＮであり、物体の検出がさ
れている状態であると判断される。

【００３６】また、この反射パルスは、断線検知用コン
パレータ６０にも入力されるが、このコンパレータの比
較電圧は、Ｖｐ＋αであるので、センサ３０のＯＮ，Ｏ
ＦＦ状態による反射パルスの波高値の変動では信号は出
力されない。

【００３７】信号線５０が断線している場合には、イン
ピーダンスが無限大となるので、反射パルスの波高値
は、非常に高いものとなって、図３に示すように波高値
の高い反射パルスが断線検知用コンパレータ６０に入力
される。このパルスは、図３に示すように、基準電圧Ｖ
ｐ＋αよりも高いので、断線検知用コンパレータ６０か
らはパルスが出力されることになる（図３のＢ部の波形
参照）。このため、パルス保持回路６２の出力端子から
は信号が出力されることになる（図３Ｃ部の波形参
照）。

【００３８】このように、本発明の断線検知機能を有す
る信号処理装置では、センサのＯＮ、ＯＦＦ状態、信号
線の断線状態を反射パルスの波高値から確実に検出する
ことができるようになる。

【００３９】なお、このような検出が正確にできるよう
にするためには、インピーダンスのマッチングを正確に
する必要がある。たとえば、信号線が断線していない状
態でセンサがＯＦＦであるときの反射パルスの波高値が
基準電圧Ｖｐの値よりも若干上がるようにし、かつ、基
準電圧Ｖｐ＋αの値を越えないように調整しておく。

【００４０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、反射パルス
の波高値からセンサのＯＮ，ＯＦＦ状態、信号線の断線
を判別するようにしたので、その判別を確実に行えるよ
うになる。

【００４１】請求項２に記載の発明では、検出手段と判
別手段とはそれぞれの手段に２つづつ設けられている信
号端子を介して２本の信号線によって接続したので、既
存の設備に用いられているセンサと本発明装置の検出手
段とをつけ替えることによって本発明装置を装備するこ
とができる。

【００４２】請求項３に記載の発明では、可変抵抗器に
よってインピーダンスの調整ができるようにしたので、
判別手段は、信号線の種類の相違や長さの相違に依存せ
ずに１種類の回路構成のものだけを用意すれば良くな
る。また、定期的に最適インピーダンスに調整するよう
にすれば、経年変化に伴う判別精度の低下を防止でき
る。

【００４３】請求項４に記載の発明では、反射パルス信
号の波高値は、検出手段が作動している時には最も小さ
く、検出手段が作動していないときには作動している時
の波高値よりも大きく、前記信号線が断線したときには
最も大きく設定したので、判別手段は、どのレベルの反
射パルスであるかを認識することによって、センサのＯ
Ｎ，ＯＦＦ状態、信号線の断線を確実に判別できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる信号処理装置の概略構成図で
ある。

【図２】 図１に示した信号処理装置の信号入力部の回
路図である。

【図３】 図２に示した信号入力部の各部の信号波形を
示すタイミングチャートである。

【図４】 従来の信号処理装置の概略構成図である。

【符号の説明】

３０…センサ、 ３２…センシング主回路、３４…ス
イッチングトランジスタ、３６…インピーダンスマッチ
ング用抵抗器、４０…信号入力装置、４２…信号入力
部、４４…パルス発生回路、５０…信号線。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環境状態を検出するセンサと、当該セン
   サと信号端子の間に接続され、当該信号端子から見たイ
   ンピーダンスを調整するインピーダンス調整手段とを備
   えた検出手段と、 当該検出手段の信号端子に信号線を介して接続され、前
   記センサに向けてパルス信号を出力するパルス信号出力
   手段と、前記センサからの反射パルス信号の波高値から
   前記センサのＯＮ，ＯＦＦ、及び前記信号線の断線を判
   別する判別手段とからなる信号入力手段と、 を有することを特徴とする断線検知機能を有する信号処
   理装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段は、生産現場に設置された
   生産機械に取り付けられ、前記判別手段は、前記生産機
   械を制御する制御装置内に取り付けられ、検出手段と判
   別手段とはそれぞれの手段に２つづつ設けられている信
   号端子を介して２本の信号線によって接続されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の断線検知機能を有する信
   号処理装置。
3. 【請求項３】 前記インピーダンス調整手段は、可変抵
   抗器であることを特徴とする請求項１記載の断線検知機
   能を有する信号処理装置。
4. 【請求項４】 前記反射パルス信号の波高値は、検出手
   段が作動している時には最も小さく、検出手段が作動し
   ていないときには作動している時の波高値よりも大き
   く、前記信号線が断線したときには最も大きく設定され
   ていることを特徴とする請求項１記載の断線検知機能を
   有する信号処理装置。