JPH10208186A - ２線式発信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号処理部にマイクロプロセッサを用いた２
線式発信器において、最小出力電流４ｍＡよりも相当に
小さな、例えば２ｍＡ以下のバーンアウト電流を発生さ
せること。 【構成】 マイクロプロセッサに正常時にはハイクロッ
クパルスを且つ異常時にはロークロックパルスを切替え
供給する手段と、異常時にマイクロプロセッサの異常判
断部とバーンアウト信号発信部等の必要最小限の機能以
外の諸機能を停止する手段と、及び異常状態が解消され
た場合には停止中のマイクロプロセッサの諸機能を元に
復帰させる手段とを設けたことを特徴とする２線式発信
器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度、圧力、流量等の
プロセス変量を４〜２０ｍＡの統一電流信号に変換し、
一対の伝送線を介して受信器に伝送する２線式発信器に
関する。特に本発明は、マイクロプロセッサを具備する
所謂スマート発信器において、発信器の温度上昇やＲＡ
Ｍチェック等の復帰可能な軽度の異常状態を受信器で検
出できるようにした２線式発信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は一般的な２線式伝送系を示すブロ
ック図で、１はマイクロプロセッサＣＰＵを具備するス
マート発信器、２はコントローラやレコーダ等の受信
器、３はコンピュータ等の上位監視装置、４はフィール
ドバス等の通信路、５と６は発信器１と受信器２とを結
ぶ一対の伝送線、７と８は発信器１の一対の端子、９は
ハンドヘルドターミナルである。

【０００３】発信器１は、温度、圧力、流量等のプロセ
ス変量を検出するセンサ部と、このセンサ部の出力信号
に所定の信号処理を施すマイクロプロセッサＣＰＵを含
む信号処理部と、この信号処理部の出力電圧を４〜２０
ｍＡの統一電流信号に変換して発信する出力トランジス
タを有する出力部とを具備する。受信器２には直流電圧
源が設置されており、一対の伝送線５と６を介して発信
器１に駆動電圧を供給している。発信器１の負荷、例え
ば２５０Ωの固定抵抗も受信器２に設置されており、発
信器１と上記直流電圧源とで作られたループに直列に挿
入されている。従って、これら一対の伝送線５と６は信
号伝送線であると同時に電力供給線としても機能する。

【０００４】ハンドヘルドターミナル９は、発信器１の
パラメータ変更等を行うためのデジタル伝送信号を一対
の伝送線５と６に与える通信装置であり、その一実施例
が特開昭５８−８５６４９号特許公報に開示されてい
る。ハンドヘルドターミナル９が２線式伝送系に用いら
れる場合、発信器１はセンサ部、信号処理部、出力部の
他にデジタル信号送受信部を具備しなければならない。
このデジタル信号送受信部を備えた発信器１とハンドヘ
ルドターミナル９との間では、デジタル伝送信号は上記
の４〜２０ｍＡの統一電流信号と切り替えられ、一対の
伝送線５と６を介して送受信される。

【０００５】図３は、図４の２線式伝送系に用いられる
発信器の一実施例で、特開昭５８−８５６４９号特許公
報に開示されているものである。図３において、１０は
マイクロプロセッサ、１１はリードオンリーメモリ、１
２はランダムアクセスメモリ、１３はアナログ・デジタ
ル変換器、１４はデジタル・アナログ変換器、１５はク
ロック発振器、１７はユニバーサル非同期送受信器、１
８はインターフェース回路、１９は排他的オアゲート、
２０は出力コンデンサ、２１と２２は出力信号切替スイ
ッチ、２５は出力部、２６は電源部、及び２７はセンサ
部である。

【０００６】センサ部２７は温度、圧力、流量等のプロ
セス変量を検出し、対応したアナログ信号を発生する。
このアナログ信号はアナログ・デジタル変換器１３によ
ってデジタル信号に変換され、マイクロプロセッサ１０
を経てランダムアクセスメモリ１２に記憶される。マイ
クロプロセッサ１０は、ランダムアクセスメモリ１２に
記憶されているデジタル信号を読み出し、これにリード
オンリーメモリ１１に書き込まれている演算手順に従っ
て所定の演算処理を施し、その結果のデジタル信号をデ
ジタル・アナログ変換器１４に与える。デジタル・アナ
ログ変換器１４はこのデジタル信号をアナログ信号に変
換し、単極双投形出力切替スイッチ２１を経て出力部２
５に与える。出力部２１は、このアナログ信号を対応す
る電流信号、即ち４〜２０ｍＡの範囲の対応するアナロ
グ伝送信号に変換し、一対の伝送線５と６を経て受信器
２に伝送する。

【０００７】インターフェース回路１８は、ハンドヘル
ドターミナル９から送信されてきたデジタル伝送信号の
みをユニバーサル非同期送受信器１７の直列データ入力
端子に伝えるものである。ユニバーサル非同期送受信器
１７は受信したデジタル伝送信号をマイクロプロセッサ
１０に与える。マイクロプロセッサ１０は受信したデジ
タル伝送信号に基づいて、且つ所定の処理手順に従って
発信器１のパラメータの変更等を行う。発信器１がデジ
タル伝送信号を発信する場合、デジタル伝送信号がマイ
クロプロセッサ１０からユニバーサル非同期送受信器１
７に所定のフォーマットの直列データ出力信号ＳＤＯと
して与えられる。ユニバーサル非同期送受信器１７は、
この直列データ出力信号ＳＤＯを排他的オアゲート１９
を経て、更に単極双投形出力切替スイッチ２１を経て出
力部２５に与えられる。出力部２５は、この直列データ
出力信号ＳＤＯを対応するデジタル伝送信号に変換し
て、一対の伝送線５と６に送出する。

【０００８】電源部２６は、出力部２５の発信器の出力
電流、即ち４〜２０ｍＡの一部の電流を利用して定電圧
を発生させる定電圧回路と、この定電圧回路から発信器
１の全ての構成要素に電力を供給する回路とからなるも
のである。電源部２６の定電圧回路に利用できる電流
は、発信器の最小出力電流が４ｍＡであるから、当然に
４ｍＡよりも小さい電流である。

【０００９】このような２線式発信器には、異常が発生
した場合、最小出力電流４ｍＡよりも小さい所定の電流
（バーンアウト電流）値に発信器出力を振り切らせるこ
とによって、受信器に異常発生を知らせる手段が設けら
れている。マイクロプロセッサを具備しない２線式発信
器で、且つセンサが熱電対であれば、熱電対の断線とい
う異常が発生すると、受信器側から見た発信器の内部イ
ンピーダンスは急激に高くなり、その内部消費電流は
３．２ｍＡ程度に急激に低下することになる。そこで、
この３．２ｍＡ程度の電流がバーンアウト電流になり、
受信器側で直ちに異常発生を検出できる。

【００１０】しかしながら、マイクロプロセッサを具備
した２線式発信器では、上記のような異常が発生して
も、インピーダンスの急増、従って内部消費電流の大幅
低下ということは起こりえないので、バーンアウト電流
を強制的に作り出すようにしている。ところで２線式発
信器において、信号処理部のマイクロプロセッサの消費
電流は、発信器の他の構成要素の消費電流に比較すれば
非常に大きく、発信器の内部消費電流の大部分を占めて
いる。このため、従来からバーンアウト電流を発生させ
るための特別な工夫が種々なされてきた。以下に２つの
従来例を示す。

【００１１】第１の従来例は、特開平７−２７２１８７
号特許公報に開示されている。この従来例は、マイクロ
プロセッサにセンサ出力の異常発生有無を判断する異常
判断部と、この異常判断部によって異常と判断されたと
きに発信器のデジタル通信回路をデジタル通信回路用電
源から切り離すことにより機能停止させる通信停止部と
を設けることにより、センサ出力の異常発生時に発信器
内部の消費電流を３．２ｍＡまで下げ、これによって必
要なバーンアウト電流を作り出している。上記マイクロ
プロセッサには通信再開部も設けられており、一定時間
が経過するとデジタル通信回路をデジタル通信回路用電
源に接続して機能回復させ、従ってデジタル通信を再開
させ、同時にアナログ伝送信号を通常に復帰させるよう
になっている。

【００１２】特開平６−６０２８７号特許公報に開示さ
れている第２の従来例は、マイクロプロセッサを含む信
号処理回路に電力を供給する電源としてスイッチング電
源を有し、このスイッチング電源の一次側に定電圧を供
給する正常時用定電圧回路と異常時用定電圧回路を設
け、異常時用定電圧回路の定電圧を正常時用定電圧回路
の定電圧よりも高くすることにより、発信器の消費電流
を２．０ｍＡまで低くし、これによって必要なバーンア
ウト電流を作り出している。尚、正常時用定電圧回路か
ら異常時用定電圧回路への切替えは、異常監視回路によ
って行われる。

【００１３】ところでマイクロプロセッサを具備する２
線式発信器において、或る種の受信器又は上位監視装置
によっては最小出力電流４ｍＡに比べて相当に小さな電
流、例えば２ｍＡ以下のバーンアウト電流を要求する場
合がある。しかしながら、マイクロプロセッサの消費電
流は発信器の内部消費電流の大部分を占める程に大きい
から、異常時にも正常時と同じようにマイクロプロセッ
サを動作させ続けると、他の構成要素に必要な電流が確
保できないので、２ｍＡ以下のバーンアウト電流を作る
出すことは不可能である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明が解決
しようとする課題は、４〜２０ｍＡの統一電流のアナロ
グ伝送信号を発信する発信器であって、マイクロプロセ
ッサを具備する２線式発信器において、異常時に最小出
力電流４ｍＡに比べて相当に小さな電流、例えば２ｍＡ
以下のバーンアウト電流を発生できるようにすることで
ある。また、異常状態が解消した場合には、発信器が４
〜２０ｍＡの統一電流のアナログ伝送信号を発信できる
ように瞬時に復帰できるようにすることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、信号処理部に
マイクロプロセッサを具備する２線式発信器において、
正常時にはマイクロプロセッサにハイクロックパルスを
且つ異常時にはロークロックパルスを切替え供給する手
段と、異常時にマイクロプロセッサの異常判断部とバー
ンアウト信号発信部等の必要最小限の機能以外の諸機能
を停止する手段と、及び異常状態が解消した場合には停
止中のマイクロプロセッサの諸機能を元に復帰させる手
段とを設けることによって、マイクロプロセッサの消費
電流を大幅に低下させ、その他の構成要素に必要な電流
を確保し、最小出力電流４ｍＡに比べて相当に小さなバ
ーンアウト電流を発生させるとともに、異常状態が解消
した場合には発信器をバーンアウト状態から通常の作動
状態に瞬時に復帰させるようにしたものである。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例の２線式発信器であ
る。図１と図３を比較すれば容易に分かる如く、この実
施例は図３に示す従来の２線式発信器の一部を変更して
構成したものである。即ち図３においてはハイクロック
発振器１５のみが設けられているのに対して、図１にお
いてはハイクロック発振器１５の他にロークロック発振
器１６及び単極双投形クロック切替えスイッチ２３が設
けられている。そして、図３の従来例においてはマイク
ロプロセッサ１０とユニバーサル非同期送受信回路１７
にはハイクロック発振器１５からハイクロックパルスが
常時与えられているのに対し、図１の本発明の１実施例
においては正常時にはマイクロプロセッサ１０にハイク
ロック発振器１５からハイクロックパルスがクロック切
替えスイッチ２３を介して与えられ、異常時にはローク
ロック発振器１６からロークロックパルスがクロック切
替えスイッチ２３を介して与えられるようになっている
のである。なお、上記クロック切替えスイッチ２３はマ
イクロプロセッサ１０によって駆動される。

【００１７】図１には示されていないが、マイクロプロ
セッサ１０には通常のルーチンを処理する機能等の諸機
能の他に、異常判断部、バーンアウト信号発信部等が設
けられている。更に、マイクロプロセッサ１０には、異
常時に異常判断部とバーンアウト信号発信部等の必要最
小限の機能以外の機能を停止する機能と、及び異常状態
が解消した場合に停止中の諸機能を元に復帰させる機能
とが備えてある。

【００１８】図２のフロー図を参照して、図１の本発明
の１実施例に採用されているバーンアウト電流を強制的
に作り出す方法を説明する。マイクロプロセッサ１０の
異常判断部はランダムアクセスメモリ１２から呼び出し
た値（マイクロプロセッサ１０の入力であって、センサ
出力等）が正常か異常かを判断する。正常ならば、マイ
クロプロセッサ１０は通常のルーチンを処理する。異常
判断部が異常と判断した場合は、マイクロプロセッサ１
０はクロック切替えスイッチ２３を駆動して、ハイクロ
ック発振器からロークロック発振器へ切り替える。従っ
て、マイクロプロセッサ１０には、それまで供給されて
いたハイクロックパルスに代わってロークロックパルス
が供給される。

【００１９】ところで、マイクロプロセッサの消費電流
は、供給されるクロックパルスの周波数にほぼ比例す
る。即ちクロックパルスの周波数を上げれば消費電流は
大きくなり、逆に周波数を下げれば消費電流は小さくな
る。本発明の１実施例の図１において、ロークロック発
振器１６の周波数はハイクロック発振器１５の周波数の
半分にしてあるので、クロック切替えスイッチ２３がハ
イクロック発振器１５からロークロック発振器１６に切
り替わった状態では、マイクロプロセッサ１０の消費電
流は正常時の凡そ半分に減少する。マイクロプロセッサ
を具備する発信器の内部消費電流の大部分はマイクロプ
ロセッサ自身の消費電流である。マイクロプロセッサ１
０の消費電流が正常時の凡そ半分に減少すれば、発信器
の内部消費電流も正常時の半分近く、例えば１．５ｍＡ
程度まで減少する。従って、本発明の２線式発信器は２
ｍＡ以下のバーンアウト電流を作り出し、一対の伝送線
５と６を経て受信器２に発信器１の異常を知らせること
ができる。

【００２０】クロック切替えスイッチ２３がハイクロッ
ク発振器１５からロークロック発振器１６に切り替わっ
た時、即ちマイクロプロセッサ１０へのクロックパルス
の供給がハイクロックからロークロックに切り替わった
時、マイクロプロセッサ１０は異常判断部とバーンアウ
ト信号発信部以外の諸機能、即ち通常のルーチンを処理
する機能等を直ちに停止する。この停止作用によって、
発信器の誤動作等の発生が防止される。

【００２１】図２に示す如く、発信器がバーンアウト電
流を発信している状態で、マイクロプロセッサ１０の異
常判断部が先に異常と判断した値が正常に復帰したと判
断したら、マイクロプロセッサ１０はクロック切替えス
イッチ２３をロークロック発振器１６からハイクロック
発振器１５に切替え、同時にそれまで停止していたマイ
クロプロセッサの諸機能を作動状態に復帰させる。この
ように、異常状態が解消すると簡単且つ確実に、本発明
の２線式発信器は４〜２０ｍＡの統一電流のアナログ伝
送信号を発信できるように自動的に復帰する。

【００２２】ところで、図１の本発明の１実施例では、
ロークロック発振器１６はハイクロック発振器１５とは
独立に設けられているが、ハイクロック発振器１５のハ
イクロックパルスを分周してロークロックパルスを得る
ようにしてもよい。この場合、ハイクロック発振器１５
はハイクロックパルス出力端子とロークロックパルス出
力端子をと有し、これらの端子がクロック切替えスイッ
チ２３を経てマイクロプロセッサ１０に接続される。

【００２３】本発明の２線式発信器は、異常発生から正
常に復帰するまでの間、マイクロプロセッサ１０の処理
速度を低下させるともに、マイクロプロセッサの異常判
断部とバーンアウト信号発信部等の必要最小限の機能の
みを活かして、他の諸機能を停止する。言わばマイクロ
プロセッサを半ば休眠状態にして、その消費電流を大幅
に低下させ、これによって発信器の他の構成要素、即ち
出力回路２５等に必要な電流を確保する。従って、本発
明においては、発信器の消費電流は大幅に低下し、しか
も必要最小限の機能は活きているから、異常時に最小出
力電流４ｍＡに比べて非常に小さな、例えば２ｍＡ以下
のバーンアウト電流を発生できるようになった。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明は信号処理部
にマイクロプロセッサを用い、プロセス変量を４〜２０
ｍＡの統一電流のアナログ伝送信号に変換し一対の伝送
線を介して受信器に伝送する２線式発信器において、正
常時にマイクロプロセッサに接続されたハイクロック発
振器を、異常時にロークロック発振器に切替え接続する
ことによって、発信器の消費電流を減少させてバーンア
ウト電流を作り出すようにしたことを特徴とする２線式
発信器であるので、従来の装置では実現できなかった２
ｍＡ以下のバーンアウト電流を作り出すことができた。
しかも、異常時には、マイクロプロセッサは大部分の諸
機能は停止しているが異常判断部とバーンアウト信号発
信部等の必要最小限の機能は活かしているので、異常状
態が解消した時は、マイクロプロセッサはロークロック
発振器からハイクロック発振器に切替え接続するととも
に、停止中の諸機能を作動状態に復帰させるから、２線
式発信器はバーンアウト状態から正常作動状態に瞬時に
復帰する。更に、本発明はクロック発振器以外の構成要
素には何らの追加・変更を要しないので、設計変更に伴
うコストアップは非常に小さいというメリットもある。
なお、本発明は上限値を超える発信器の温度上昇による
異常や、ランダムアクセスメモリのチェックによる伝送
機能の一時的停止のような言わば軽故障を受信器に知ら
せるのに、特に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２線式発信器の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１に示す実施例の作用を説明するフロー図で
ある。

【図３】従来の２線式発信器の一例を示すブロック図で
ある。

【図４】一般的な２線式伝送系を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 発信器 ２ 受信器 ３ 上位監視装置 ４ フィールドバス ５ 伝送線 ６ 伝送線 ７ 発信器の端子 ８ 発信器の端子 ９ ハンドヘルドターミナル １０ マイクロプロセッサ １１ リードオンリーメモリ １２ ランダムアクセスメモリ １３ アナログ・デジタル変換器 １４ デジタル・アナログ変換器 １５ ハイクロック発振器 １６ ロークロック発振器 １７ ユニバーサル非同期送受信器 １８ インターフェース回路 １９ 排他的オアゲート ２０ 出力コンデンサ ２１ スイッチ ２２ スイッチ ２３ クロック切替えスイッチ ２５ 出力部 ２６ 電源部 ２７ センサ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号処理部にマイクロプロセッサを用い、
   プロセス変量を４〜２０ｍＡの統一電流のアナログ伝送
   信号に変換し一対の伝送線を介して受信器に伝送する２
   線式発信器において、正常時にハイクロックパルスが供
   給されているマイクロプロセッサに、異常時にはローク
   ロックパルスを供給することによってマイクロプロセッ
   サの消費電流を大幅に低下させ、最小出力電流４ｍＡに
   比べて相当に小さなバーンアウト電流を発生させるよう
   にしたことを特徴とする２線式発信器。
2. 【請求項２】信号処理部にマイクロプロセッサを用い、
   プロセス変量を４〜２０ｍＡの統一電流のアナログ伝送
   信号に変換し一対の伝送線を介して受信器に伝送する２
   線式発信器において、正常時にはマイクロプロセッサに
   ハイクロックパルスを且つ異常時にはロークロックパル
   スを切替え供給する手段と、異常時にマイクロプロセッ
   サの異常判断部とバーンアウト信号発信部等の必要最小
   限の機能以外の諸機能を停止する手段と、及び異常状態
   が解消した場合には停止中のマイクロプロセッサの諸機
   能を元に復帰させる手段とを設けることによって、異常
   状態が発生した時に最小出力電流４ｍＡに比べて相当に
   小さなバーンアウト電流を発生させるとともに、異常状
   態が解消した場合には通常の作動状態に瞬時に復帰させ
   るようにしたことを特徴とする２線式発信器。