KR19980080393A - 입출력 혼재형 신호변환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저비용으로 조정이 용이한 다점(多点)의 집합형 신호변환기를 제공하는 것을 목적으로 하고, 이 목적을 달성하기 위한 특징은 플랜트내의 물리량을 검출하는 복수의 검출단으로부터 신호를 입력하고, 필요한 보정을 행하여 상위의 계산기로 송신하고, 또는 플랜트내의 조작단으로 상위의 계산기로부터의 신호를 송신하는 신호 변환기에 있어서, 검출단으로부터의 입력을 행하여 소정의 증폭처리를 행하는 처리수단과, 검출단 및 상기 처리수단에 관한 정보를 저장한 기억수단을 가지는 검출단 증폭부와, 조작단이 수신 가능한 소정의 제어신호로 변환하는 변환수단과, 조작단 및 상기 변환 수단에 관한 정보를 저장한 기억 수단을 가지는 조작단 증폭부와, 상기 검출단 증폭부 및 상기 조작단 증폭부를 접속하는 접속수단과 상위의 계산기와의 통신을 행하기 위한 신호 처리를 행하는 신호 처리수단을 가지는 신호 변환부를 가진 것이다.

Description

입출력 혼재형 신호변환 시스템

본 발명은 각종 센서로부터의 신호를 용이하게 처리할 수 있는 전기 신호로 변환하는 신호 변환기와 프로세스 제어신호 출력회로에 관한 것으로, 특히 프로세스 신호 계측용 중에서도 측온 저항체나 서모커플을 이용한 온도 변환기의 다점 입력형의 유니버셜화, 멀티렌지화에 적합하고, 또한 다점의 프로세스 제어신호 출력 모듈을 혼재 실장할 수 있는 신호 변화기에 관한 것이다.

프로세스 계측 제어분야에서는 플랜트내의 수많은 각종 센서(압력, 차압등을 측정하는 전송기나 변환기, 온도를 검출하는 서모커플이나 측온 저항체등)로부터 계측치를 상위 계산기로 받아 들여 플랜트내의 상태를 감시하고, 받아 들여진 계측치를 기초로 플랜트의 제어를 행하고 있다. 플랜트내에 있는 각종 센서에 의하여 얻어지는 계측치는 그대로는 상위 계산기가 처리할 수 없고, 센서가 발하는 계측치를 나타내는 신호를 상위 계산기가 용이하게 처리할 수 있는 전기신호, 예를 들어 통일 신호인 DC1 ~ 5V로 변환하지 않으면 안된다. 통상의 시스템에서는 센서와 상위 계산기 사이에 신호 변환기를 설치하고, 그곳에서 센서와 상위 계산기와의 신호의 정합을 행하고 있다.

또 상기 신호 변환기는 센서로부터 상위 계산기로의 입력 신호의 처리를 행하는 것이나, 상위 계산기로부터 밸브등의 조작단으로 PID(비례, 적분, 미분)등의 프로세스 제어 연산을 행한 결과인 조작 신호를 송신하는 경우, 즉 DC4 ~ 20mA 또는 DC1 ~ 5V 의 조작신호를 처리할 경우는 상기 신호 변환기와는 별도로 다점의 조작 출력유닛을 구성하여 실장, 설치되어 있다.

종래의 시스템 구성예를 도 5의 간단한 플랜트 구성예를 이용하여 설명한다. 도 5의 예에서는 연료를 연소하여 보일러의 증기 온도를 콘트롤한다는 간단한 프로세스를 행하는 루프를 두 개 가지는 예를 나타낸다.

도 5에서 201은 PID등의 제어연산을 행하는 상위 계산기, 502는 변환기 유닛으로부터의 아날로그 신호를 일괄하여 A/D 변환하여 상위 계산기와의 통신 인터페이스가 되는 PIO(프로세스 IO)유닛이고, 503은 아날로그 입력기판, 504는 아날로그 출력기판, 505는 통신 인터페이스, 506은 전원장치, 507은 통신 케이블이다. 또 508은 센서로부터의 신호 변환을 행하는 신호 변환유닛이고, 509 ~ 512는 변화 모듈, 513은 복수의 변환 모듈의 아날로그 출력신호를 정리하여 상기 아날로그 입력기판(503)에 접속하기 위한 인터페이스, 514는 전원장치, 515는 신호 케이블이다. 516은 상기 아날로그 출력기판(504)의 출력을 프로세스 접속하기 위한 단자판 유닛이고, 517, 518은 단자판, 519는 신호 배합을 위한 인터페이스이다. 또한 단자판 유닛에는 통상 8점, 16점, 32점이란 복수의 단자판이 접속된다. 단자판에는 조작 밸브등을 접속하기 위한 외부 접속단자가 있고, 통상 이것은 M4 나사단자로 되어 있고, PIO유닛에는 실장할 수 없고 독립하여 설치되어 있다. 또 221은 유량계, 222는 조작 밸브, 223은 온도 검출단, 224는 보일러이다. 이상의 구성의 동작을 이하에 설명한다.

먼저 유량계(221-1, 2) 및 온도 검출단(223-1, 2)의 신호는 변화기 유닛(508)의 변환 모듈(509 ~ 512)에 접속되어 신호변환된다. 신호변환 유닛(508)은 통상 8, 16, 32점이란 복수의 변환모듈을 접속한다. 그리고 각각의 변환모듈의 출력신호는 인터페이스(513)에 의하여 정리되고, 신호 케이블(515)에 의하여 PIO유닛(502)의 아날로그 입력기판(503)에 입력된다. 아날로그 입력기판(503)은 신호변환 유닛(508)으로부터의 아날로그 입력을 A/D변환하고, 디지털 치로 변환한다. 디지털 치로 변환된 프로세스 신호는 통신 인터페이스(505)를 거쳐 상위 계산기(201)에 전송된다.

상위 계산기(201)는 프로세스 신호를 받아 들여 PID등의 제어 연산을 실행하여 연산결과로서 조작 출력치를 얻는다. 얻어진 조작 출력치는 통신 케이블(507), 통신 인터페이스(505)를 거쳐 아날로그 출력기판(504)에 입력된다. 아날로그 출력기판(504)은 복수의 디지털 치를 D/A 변환하고, 1루프째, 2루프째의 조작 출력에 대응하는 조작 출력치를 출력한다. 조작 출력치는 신호 케이블(520), 인터페이스(519)에 의하여 단자판 유닛(516)으로 유도되고, 단자판(517, 518)을 거쳐 조작 밸브(222-1, 222-2)에 각각 출력된다.

1루프째, 2루프째의 프로세스는 각각 연료를 연소하여 보일러의 증기 온도를 콘트롤한다는 간단한 예이나, 이상과 같이 하여 증기온도, 연료유량을 측정하여 PID연산을 실시하여 조작 출력을 조작 밸브에 출력하는 제어루프가 구성된다.

여기서 상기 시스템에 있어서의 변환기 유닛(508)의 변환 모듈(509 ~ 512)에 관하여 상세히 설명한다.

변환 모듈은 접속되는 검출단 센서의 종류 및 신호범위가 다종 다양한 것이 있기 때문에 센서마다 증폭회로의 게인, 바이어스를 설정하여 조정을 행하고, 전기적 절연이 필요한 경우는 절연 회로를 구비할 필요가 있다.

여기서는 센서에 서모커플(구체적으로는 K형 서모커플 300 ~ 600℃)을 이용한 경우에 관하여 종래의 두 개의 변환 모듈에 관하여 설명한다.

먼저 제 1변환 모듈에 관하여 설명한다. 제 1변환 모듈의 구성예를 도 3에 나타낸다.

도 3에서 1은 입력 단자, 2는 초단 증폭부, 3은 초단 증폭부의 게인을 설정하기 위한 게인 설정저항, 4는 바이어스용 전원, 5는 바이어스 설정회로, 6은 절연 회로, 7은 출력회로, 8은 출력단자이다.

먼저 K형 서모커플 300 ~ 600℃의 신호를 PIO유닛에 입력하기 위한 DC1 ~ 5V 로 변환하려면 K형 서모커플의 열기전력이 12.207mV ~ 24.902mV이기 때문에 먼저 약 315배하여 3.846V ~ 7.846V로 하고, 다음에 -2.846V의 바이어스를 가하여 DC1 ~ 5V로 변환하게 된다. 따라서 센서에 K형 서모커플 300 ~ 600℃를 이용한 경우에는 이 315배의 게인 및 -2.846V의 바이어스를 미리 설정치로서 구비하여 두지 않으면 안된다. 그래서 제 1변환모듈에서는 게인 설정저항(3)을 조정하여 초단 증폭부(2)의 게인을 315배로 설정하고, 다음에 바이어스용 전원(4) 및 바이어스 설정회로를 조정하여 바이어스량을 -2.846V로 설정한다.

이와 같이 제 1변환 모듈의 구성예에서는 입력하는 센서의 종류 및 신호범위에 의하여 각각 게인, 바이어스를 미리 계산하고, 회로정수의 설정조정을 행하고 있었다.

다음에 제 2변환 모듈의 구성예를 도 4에 의거하여 설명한다. 본 구성예는 마이크로 컴퓨터를 응용한 것이다.

도 4에서 도 3에 나타낸 요소와 동일 요소에는 동일 부호를 붙이고 있다. 1은 입력단자, 2는 초단 증폭부, 7은 출력회로, 8은 출력단자, 9는 A/D변환기, 10은 마이크로 컴퓨터를 포함하는 디지털 신호처리회로, 11은 절연회로, 12는 D/A변환기이다.

본 구성예에서는 센서의 종류 및 신호범위의 설정은 디지털 신호처리회로(10)에서 행할 수 있다. 제 1변환 모듈에서는 센서의 종류마다 필요한 신호범위만을 선택하기 위한 게인 설정저항이나, 바이어스용 전원을 설정하고 있었으나, 제 2변환모듈에서는 서모커플이나 측온 저항체등의 특정 센서의 측정범위 모두를 풀스팬으로 설정하여 두고, 디지탈 신호처리회로(10)에서의 연산에 의하여 필요한 신호범위만을 선택한다. 예를 들어 서모커플의 경우, 모든 서모커플의 측정범위에 있어서의 열기전력은 -10mV ~ 80mV의 범위에 있다. 이 범위의 입력을 제 2변환 모듈의 입력할 수 있는 신호의 입력 제로점과 입력 스팬점으로서 설정하여 둔다. 예를 들어 초단 증폭부(2)에서 89배로 증폭하고 다시 1.9V의 바이어스가 가해지는 것으로 하면, -10mV ~ 80mV의 신호는 1 ~ 9V가 된다. 여기서 A/D변환기의 입력범위를 0 ~ 10V로 하고 0 ~ 1V, 9 ~ 10V는 각각 언더 플로우, 오버 플로우의 영역으로 한다. 그렇게 함으로써 서모커플의 모든 센서의 종류(K형이나 E형 등)에 따르게 하도록 하고, 그후에는 연산으로 처리를 행한다.

또 디지털 신호처리회로(10)에는 센서의 종류나 신호범위를 기억하여 둘 영역이 있고, 또 굽힘 보정용 데이터 테이블도 복수의 센서에 대응하도록 몇 개인가 구비하고 있다. 굽힘 보정용 데이터는 예를 들어 서모커플의 경우, 열기전력이 JIS로 정의되어 있기 때문에 이것을 굽힘 보정용 데이터로서 미리 데이터 테이블을 작성하여 둠으로써 보간(補間) 연산에 의하여 용이하게 굽힘 보정연산을 행하여 보정할 수 있다.

본 구성예의 경우, 제 1변환 모듈의 예와 동일하게 입력단자에 K형 서모커플 300 ~ 600℃를 접속하는 것으로 하면, 디지털 신호처리회로(10)에는 미리 서모커플의 종류로서 K형, 신호범위로서 300 ~ 600℃로 입력되어 기억하여 둔다. 그러면, 디지털 신호처리회로(10)에서 입력제로점이 12.207mV에서 300℃, 출력 DC1V에 상당하고, 입력 스팬점이 24.902mV에서 600℃, 출력 DC5V에 상당한다고 정의부여되고, 렌지연산, 출력처리가 이루어진다. 그리고 굽힘 보정용 데이터 테이블도 K형 서모커플 300 ~ 600℃의 부분이 선택되어 굽힘 보정연산이 이루어진다.

이상과 같이 구성함으로써 제 2변환 모듈에서는 센서의 종류, 신호범위에 의하여 회로정수를 계산, 설정하지 않고 센서의 종류, 신호범위를 입력할 뿐으로 소망의 출력신호를 얻을 수 있게 되어 있다.

종래의 변환 모듈로서는 상기와 같이 두 개의 예를 나타내었으나, 상기 두 개의 변환 모듈에는 각각 이하와 같은 특징이 있다.

제 1변환 모듈은 센서의 종류 및 신호범위의 변경이 있을 때마다 게인, 바이어스의 값의 계산을 행하고, 회로정수의 설정, 조정을 행하지 않으면 안된다.

그러나 프로세스 신호계측분야에서는 변환모듈이 다수 이용되기 때문에 설치 스페이스, 배선비용에서 유리하게 되는 8점, 16점 또는 32점 단위로 정리한 도 5의 변환기 유닛(508)과 같은 집합형의 변환모듈을 채용하는 것이 일반적이다. 이와 같은 다점의 집합형 신호변환기의 구성요소로서 생각하면, 제 1변환모듈에서는 일점마다에 게인, 바이어스의 회로레벨에서의 설정, 조정이 필요하기는 하나, 회로전체로서는 비교적 저렴하다.

또 제 2변환모듈에서는 제 1변환모듈과는 달리 센서의 종류 및 신호범위의 변경이 있을 때마다 게인, 바이어스의 회로레벨에서의 설정, 조정을 행할 필요는 없고, 고정밀도의 A/D변환기, 마이크로 컴퓨터의 채용에 의하여 센서의 종류 및 신호범위를 입력할 뿐으로 좋은 변환모듈을 얻을 수 있다. 그러나 일점마다에 A/D변환기, 마이크로 컴퓨터, D/A변환기를 가지기 때문에 다점의 집합형 신호변환기의 구성요소로서 생각하면, 비용은 비싸진다.

또 제 1 및 제 2의 변환모듈의 양쪽에서 말할 수 있을 것이나, 변환모듈의 게인이나 바이어스의 설계치가 동일 설계치이어도 각 모듈마다 사용하는 부품의 불일치에 의하여 수 %의 오차가 생기는 것이 일반적이다. 종래의 이 오차모듈마다 바리옴등을 설치하여 조정을 행하고 있고, 조정작업이 번잡하였다.

본 발명의 제 1목적은 상기 제 1, 제 2신호변환기의 문제점을 해결하고, 저비용으로 조정이 용이한 다점의 집합형 신호변환기를 제공하는 데 있다.

또 도 5의 종래의 시스템 구성예에서 나타낸 바와 같이 PIO유닛, 신호변환유닛, 단자판 유닛이 별개의 구성으로 되어 있기 때문에 메인티넌스시에 제어루프마다의 체크를 행할 경우, 입력은 신호변환유닛, 출력은 단자판 유닛과 별개로 해당하는 변환모듈, 단자판을 찾을 필요가 있었다.

본 발명의 제 2목적은 입력, 출력을 제어루프마다 정리하여 메인티넌스가 용이한 신호 변환기를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 관한 신호 변환기의 실시예를 나타내는 도,

도 2는 본 발명에 관한 신호 변환기를 이용한 시스템 구성예를 나타내는 도,

도 3은 종래의 신호 변환기의 제 1구성예,

도 4는 종래의 신호 변환기의 제 2구성예,

도 5는 본 발명에 관한 신호 변환기를 이용한 시스템 구성예를 나타내는 도,

도 6은 본 발명의 신호 변환기의 처리동작을 나타내는 도,

도 7은 불휘발성 메모리의 내용을 나타내는 도,

도 8은 모듈 데이터 테이블을 나타내는 도,

도 9는 입력 스캔 테이블을 나타내는 도,

도 10은 출력 스캔 테이블을 나타내는 도,

도 11은 출력 데이터 테이블을 나타내는 도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 플랜트내의 물리량을 검출하는 복수의 검출단으로부터 신호를 입력하여 필요한 보정을 행하여 상위의 계산기로 송신하고, 또는 플랜트내의 조작단으로 상위의 계산기로부터의 신호를 송신할 신호변환기에 있어서 검출단으로부터의 입력을 행하여 소정의 증폭처리를 행하는 처리수단과, 검출단 및 상기 처리수단에 관한 정보를 저장한 기억수단을 가지는 검출단 증폭부와, 조작단이 수신 가능한 소정의 제어신호로 변환하는 변환수단과, 조작단 및 상기 변환수단에 관한 정보를 저장한 기억수단을 가지는 조작단 증폭부와, 상기 검출단 증폭부 및 상기 조작단 증폭부를 접속하는 접속수단과, 상위의 계산기와의 통신을 행하기 위한 신호처리를 행하는 신호처리수단을 가지는 신호 변환부를 구비한 것이다.

본 발명의 요점은 각각의 증폭부의 구성은 필요최소한의 것으로 하여 비용을 억제하고, 신호변환부에서 복수의 증폭부의 굽힘 보정, 렌지연산을 행함으로써 신호처리부의 비용을 1/n(n = 8, 16 또는 32)으로 하고, 또한 신호변환부에 출력용 증폭부를 혼재가능하게 한 것에 있다. 또한 각각의 증폭부에 기억수단을 실장하여 검출단의 정보나 증폭부의 조정데이터를 기억함으로써 증폭부를 교환하여도 조정작업을 불필요로 한 것이다.

(실시예)

이하에, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 기초하여 설명한다.

도 2에 본 발명을 이용한 간단한 프로세스 구성예를 나타낸다.

도 2에서 201은 상위 계산기, 207은 통신케이블, 208은 변환기 유닛, 209 ~ 212는 입력용 모듈, 213은 인터페이스, 214는 전원장치, 221은 유량계, 222는 조작밸브, 223은 온도검출단, 224는 보일러, 225 및 226은 출력용 모듈이다. 도 2의 구성예에서도 도 5와 마찬가지로 연료를 연소하여 보일러의 증기온도를 콘트롤한다는 간단한 프로세스를 행하는 루프를 두 개 가지는 예이다.

이상의 구성으로 이루어지는 본 발명의 동작을 간단하게 설명한다. 먼저, 유량계(221(1),(2)) 및 온도검출단(223(1),(2))의 신호는 입력용 모듈(209 ~ 212)에 접속되고, 변환기 유닛(208)으로 디지털 치로 신호변환된다. 그리고 변환된 각각의 입력용 모듈의 출력신호는 인터페이스(213)에 의하여 정리되고, 통신 케이블(207)을 거쳐 상위 계산기(201)에 전송된다.

상위 계산기(201)는 프로세스 신호를 받아 들이고, PID 등의 제어연산을 실행하여 연산결과로서 조작 출력치를 얻는다. 얻어진 조작출력치는 통신 케이블(207), 인터페이스(213)를 거쳐 다시 변환기 유닛(208)에 입력된다. 변환기 유닛(208)은 복수의 디지털 치를 D/A 변환하고, 1루프째, 2루프째의 조작출력에 대응하는 출력용 모듈(225, 226)에 출력한다. 출력용 모듈(225, 226)은 최종적인 조작출력치로 증폭하고, 조작밸브(222(1), 222(2))에 각각 출력된다. 이상이 본 발명의 간단한 동작의 설명이나, 본 발명은 도 5에서는 유량계나 조작밸브등의 플랜트 내의 기기와, 상위 계산기와의 신호를 맞대기 위하여 신호 변환기로서 PIO 유닛(502)과 변환기 유닛(508), 그리고 단자판 유닛(516)과 세 개의 유닛으로 구성되어 있던 것을 변환기 유닛(208)의 1유닛으로 신호 변환기에 의해 행할 수 있게 한 것이다.

이하 도 1에 의거하여 본 발명의 신호 변환기로서 작용하는 변환기 유닛에 관하여 설명한다.

도 1은 도 2의 변환기 유닛(208)의 일부를 블록도로서 나타낸 것이다. 도 1에서 1은 입력단자, 2는 초단 증폭부, 6은 절연회로, 7은 출력회로, 9는 A/D변환기, 10은 디지털 신호처리회로, 13은 통신회로, 14는 불휘발성 메모리, 15, 16, 26은 멀티플렉서, 22는 조작출력단자, 23은 조작출력회로, 24는 아날로그신호 홀드회로, 27은 D/A변환기, 209, 210은 입력용 모듈, 21은 신호처리부, 225는 출력용 모듈, 28은 출력단자이다.

도 1에 나타내는 입력용 모듈(209, 210) 및 출력용 모듈(225)은 도 2에 나타내는 부호와 동일한 것이며, 각각 모듈로서 구성되고, 신호 처리부(21)에 접속되게 되어 있다. 신호처리부(21)는 입력용 모듈(209)이나 출력용 모듈(225)등의 각 모듈을 복수 접속할 수 있는 커넥터를 구비하고 있고, 각 커넥터에는 입력용과 출력용 접속단자 및 후기하는 불휘발성 메모리(14)용 접속단자를 각각 구비하고 있고, 모듈은 입력용, 출력용을 묻지 않고, 어느쪽에서도 접속되게 되어 있다. 커넥터의 수는 8점, 16점, 32점등 다양하다. 도 1에서는 커넥터의 No.1과 No.2에 입력용이, No.3에 출력용 모듈이 접속되어 있고, 도 2의 1루프째의 입출력을 처리할 모듈을 나타낸다.

다음에 센서 입력처리용 입력용 모듈을 예로 들어 설명한다.

입력용 모듈은 접속되는 기기(서모커플이나 측온 저항체, 기타 전송로등)에 의하여 각각 인터페이스가 다르고, 입력단자(1)에 접속되는 기기의 종류마다의 전용 모듈이 된다. 그러나 기본적으로는 도 1에 나타내는 구성으로 되어 있고, 초단 증폭부(2)에서 소정의 전압까지 증폭되고, 절연회로(6), 출력회로(7)를 거쳐 절연되어 출력된다는 처리를 행하는 것은 공통이다.

입력용 모듈(210)의 입력단자(1)에는 온도 검출기(223)가 접속되어 있으나, 여기서 온도 검출기(223)가 전출의 K형 서모커플 300 ~ 600℃이라면, 입력용 모듈(210)은 초단 증폭부(2)가 도 4의 초단 증폭부와 동일하게 89배의 게인을 가지며, 또한 1.9V의 바이어스처리를 행하도록 미리 설정된 모듈을 이용한다.

또 입력용 및 출력용 각 모듈은 각각 불휘발성 메모리(14)를 구비하고 있다. 도 7에 불휘발성 메모리(14)의 내용을 나타낸다. 불휘발성 메모리(14)에는 도 7에 나타내는 바와 같이 각 모듈의 입출력하는 신호의 조정용 데이터나 입력하는 센서의 종류 및 측정범위의 데이터, 굽힘 보정용 데이터등이 기입되어 있다.

본 실시예의 경우이면, 입력용 모듈(210)은 서모커플용이기 때문에 초단 증폭부(2)의 설계치가 게인은 89배 및 바이어스는 1.9V로 되어 있으나, 동일 설계치이라도 모듈이 다르면, 사용하는 부품의 불일치에 의하여 수 %의 오차가 생긴다. 조정용 데이터는 종래와 같이 오차를 바리옴등으로 조정하지 않고, 미리 입출력 데이터를 취하여 두고, 그것에 의거하여 조정용 데이터를 준비하여 둠으로써 연산에 의하여 조정 작업을 행하기 위한 것이다. 또 굽힘 보정의 보정 정밀도는 굽힘 보정용 데이터의 크기로 결정되나, 서모커플의 경우 10℃마다 데이터를 가지면, 0.1% 정밀도에는 충분히 대응할 수 있다. 또한 불휘발성 메모리(14)는 필요로 하는 데이터량이 매우 적기 때문에 시리얼 인터페이스의 512비트정도의 저렴한 것으로 충분하다.

다음에 신호 처리부(21)의 동작을 도 6의 플로우챠트에 의거하여 설명한다. 또한 도 6의 동작은 전원 투입시 및 일정 주기마다 행하는 것으로 한다. 일정주기마다 읽어 들임 동작을 행하는 것은 밸브로 증폭부의 교환을 행한 경우에도 대응하기 때문이다.

먼저 센서 입력처리①에 관하여 설명한다.

최초는 멀티플렉서(16)에 의하여 신호처리부(21)에 접속되어 있는 각 모듈의 불휘발성 메모리(14)를 스캔하고, 각각의 내용을 읽어 들인다(601).

다음에 각 모듈로부터 읽어 들인 데이터를 기초로 모듈 데이터 테이블을 작성한다(602). 도 8에 그 예를 나타낸다. 모듈 데이터 테이블에서는 스캔한 각 모듈이 입력용인지 출력용인지의 식별, 또는 입력용 모듈의 경우, 입력신호의 종류(서모커플인지, 측온 저항체인지, 전송로인지 등), 입력신호의 측정렌지, 필요에 따라 조정용 데이터나 굽힘 보정 데이터(도시 생략)등의 데이터를 각 모듈마다 저장하고 있다.

이어서 모듈 데이터 테이블의 각 모듈마다가 입력용인지 출력용인지의 식별 데이터에 의거하여 도 9 및 도 10에 나타내는 입력 스캔 테이블과 출력 스캔 테이블을 작성한다(603). 여기서는 입력 스캔 테이블에서는 입력용 모듈이 해당하는 어드레스에 “1”을 세우고, 마찬가지로 출력 스캔 테이블에서는 출력용 모듈이 해당하는 어드레스에 “1”을 세우도록 하고 있다.

이어서 멀티플렉서(15)에 의하여 신호처리부(21)에 접속되어 있는 각 모듈의 입력신호를 스캔한다(604). 여기서 신호처리부(21)에 출력용 모듈이 혼재하고 있거나 모듈이 접속되어 있지 않은 커넥터가 있어도 멀티플렉서(15)의 스캔은 상관없이 행한다.

이어서 입력 스캔 테이블에 의거하여 입력용으로 판단된 모듈의 입력신호만을 선택하여 디지털 신호처리회로(10)에서 데이터변환하고, 통신회로(13)에 의하여 출력단자(8)로 출력한다(605). 데이터 변환은 먼저 모듈 데이터 테이블에 미리 받아 들여져 있던 각 모듈의 조정용 데이터를 기초로 하여 A/D변환기(9)를 거쳐 읽어 들인 입력신호의 데이터를 조정한다. 다음에 센서의 종류 및 측정범위, 굽힘 보정의 데이터를 기초로 하여 렌지 연산, 굽힘 보정 연산을 행함으로써 출력치를 얻는다. 도 4의 종래예의 경우에는 이것을 아날로그로 변환하여 출력하였으나, 본 실시예에서는 통신 회로(13)에 의하여 통신에 의해 출력 데이터를 전송하는 방식으로 하였다. 왜냐하면, 상위 계산기에서는 아날로그 신호로 데이터를 받아도 반드시 A/D 변환하여 데이터를 사용하기 때문이다. 물론, 디지털 신호처리부(10)의 후단에 D/A 변환회로와 출력회로를 설치함으로써 아날로그 출력하는 것도 가능하다.

다음에 조작출력처리②에 관하여 설명한다.

조작 출력데이터는 통신에 의하여 상위 계산기로부터 전송되도록 되어 있는 것이며, 신호처리부(21)는 스스로의 커넥터에 접속되어 있는 출력 모듈로 송신해야할 조작 출력데이터를 수신하면, 도 11에 나타내는 출력 데이터 테이블에 수신한 데이터를 저장한다(606).

다음에 출력 데이터 테이블의 내용을 스캔하여 각 모듈에 조작 출력 데이터를 출력한다. 본 실시예에서는 신호 처리부(21)의 No.1, No2에 입력용이, No.3에 출력용 모듈이 부착되어 있으나, 상관없이 전 채널출력한다. 입력용과 출력용 각 모듈에서는 하드웨어상의 결선이 다르기 때문에 입력 모듈에 출력하여도 헛일일 뿐, 아무런 문제는 없다.

출력용 모듈에의 출력동작은 출력용 모듈(225)에 출력할 경우는 멀티플렉서(26)에 의하여 출력용 모듈(225)이 선택되었을 때 출력용 모듈(225)로 배당된 조작출력 데이터를 D/A 변환기(27)에 의하여 D/A변환하여 출력한다. 이로써 해당하는 조작 출력데이터가 아날로그 신호 홀드회로(24)에 홀드된다. 다음에 조작출력회로(23)에 의하여 조작출력단자(22)에 데이터가 출력된다. 여기서 아날로그 신호 홀드회로(24)는 단순한 콘덴서에 의한 홀드회로로 충분하다. 그리고 조작 출력회로(23)는 아날로그의 전압신호를 DC4 ~ 20mA로 변환하는 V/I변환회로이다.

이상과 같이 하여 조작출력처리②가 행하여진다. 상기 센서 입력 처리①과 합하여 입력용 모듈과 출력용 모듈이 복수 혼재하여도 동작가능한 것이 분명하다.

그리고 조작출력처리②이후의 처리는 일정주기마다 다시 도 6의 601의 처리로 되돌아가 반복하여 처리가 행하여진다.

또한 처리의 고속화를 도모할 경우에는 604의 입력처리와 607의 데이터 출력의 처리로 입력 스캔 테이블 및 출력 스캔 테이블에서 “1”이 세워져 있는 모듈만에 대하여 입력 받아 들임이나 데이터출력을 선택적으로 행함으로써 고속화가 가능하다.

이상 설명한 바와 같은 처리를 행함으로써 PIO유닛과 변환기 유닛 및 단자판 유닛을 한 개의 유닛으로 실현하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 도 2와 종래의 구성인 도 5와 비교하면, PIO유닛과 단자판 유닛이 불필요하게 되고, 시스템을 저가격으로 구성할 수 있음을 알 수 있다. 또 PIO유닛, 단자판 유닛이 불필요하기 되기 때문에 그들 사이의 배선도 불필요하게 된다. 그리고 제어 루프마다 입출력의 모듈을 하나로 모을 수 있기 때문에 메인티넌스를 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 의하면 입출력 모듈(증폭부)을 단순한 증폭회로와 절연회로와 불휘발성 메모리로 구성할 수 있음으로써 일점 당 모듈을 저렴하게 구성할 수 있고, 또한 입력용과 출력용 모듈을 혼재하여 실장할 수 있으며, 제어루프마다 입출력을 하나로 모을 수 있기 때문에 메인티넌스가 매우 용이하게 된다.

또 시스템을 구성한 경우, 종래 필요로 한 PIO유닛과 단자판 유닛이 불필요하게 되어 시스템가격을 대폭 저감할 수 있다.

그리고 신호 처리부는 모듈을 복수대 서포트하기 때문에 한 대당 비용은 가령 n대 접속되어 있다고 하면 1/n이 된다. 또 본 발명은 기본적으로 멀티렌지의 신호변환기를 구성하는 것이며, 1종류의 입출력용 모듈(증폭부)에서 다양한 렌지에 사용할 수 있기 때문에 관리 비용의 저감에도 효과가 있다.

또 모듈에 내장한 불휘발성 메모리에 조정 데이터를 가지게 함으로써 바리옴을 없앨 수도 있고, 바리옴을 돌려 맞추는 조정작업도 없어지기 때문에 비용저감이 되고, 가동부가 없어짐으로써 신뢰성을 높게 할 수 있다. 그리고 각각의 모듈에 내장한 불휘발성 메모리에 센서의 종류 및 측정범위의 데이터를 가지기 때문에 고장시 모듈의 교환만으로 복구가 빠르고, 또한 각종 모듈을 신호처리부에 접속할 수 있는 다채로운 신호 변환기를 구성할 수 있다.

Claims (4)

1. 플랜트내의 물리량을 검출하는 복수의 검출단으로부터 신호를 입력하고, 필요한 보정을 행하여 상위 계산기로 송신하고, 또는 플랜트내의 조작단으로 상위 계산기로부터의 신호를 송신하는 신호 변환기에 있어서,

   검출단으로부터의 입력을 행하여 소정의 증폭처리를 행하는 처리수단과, 검출단 및 상기 처리수단에 관한 정보를 저장한 기억수단을 가지는 검출단 증폭부와,

   조작단이 수신가능한 소정의 제어신호로 변환하는 변환수단과, 조작단 및 상기 변환수단에 관한 정보를 저장한 기억수단을 가지는 조작단 증폭부와,

   상기 검출단 증폭부 및 상기 조작단 증폭부를 접속하는 접속수단과, 상위 계산기와의 통신을 행하기 위한 신호처리를 행하는 신호처리수단을 가지는 신호변환부를 구비한 것을 특징으로 하는 입출력 혼재형 신호변환 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 검출단 증폭부 및 상기 조작단 증폭부는 상기 신호 변환부의 접속수단의 임의의 위치로 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 입출력 혼재형 신호 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 접속수단의 각각은 상기 검출단 증폭부의 처리수단으로부터의 신호를 받는 제 1단자와, 상기 조작단 증폭부의 변환수단으로 신호를 송출하는 제 2단자와 상기 검출단 증폭부와 상기 조작단 증폭부의 각각의 기억수단의 정보를 독해하는 제 3단자를 구비한 것을 특징으로 하는 입출력 혼재형 신호변환 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 검출단 증폭부는 접속되는 검출단의 종류에 의하여 상기 처리수단의 설정이 다른 것을 특징으로 하는 입출력 혼재형 신호변환 시스템.