JP2013149256A - アナログ入出力モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＬＣにおいてＨＡＲＴデータ処理をアナログ入出力モジュールが行って、設置コストを減らし、簡単なシステムを構成するアナログ入出力モジュールを提供する。
【解決手段】アナログ入出力モジュール２２は、複数のＨＡＲＴトランスミッターから入力されるアナログ信号と第１ＨＡＲＴデータを分離して、アナログ信号はデジタルデータに変換し、第１ＨＡＲＴデータは第２信号処理部に伝達し、第２信号処理部から受信した第２ＨＡＲＴデータを複数のＨＡＲＴトランスミッターのうち少なくとも一つに伝送する第１信号処理部と第１信号処理部を制御して、変換結果を保存する第２信号処理部を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、アナログ入出力モジュールに関し、より詳細にはプログラマブル論理制御装置(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下、「ＰＬＣ」という)に適用されるアナログ入出力モジュールに関するものである。

一般に、ＰＬＣシステムのアナログ入出力モジュール（ａｎａｌｏｇ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｍｏｄｕｌｅ、又はａｎａｌｏｇ Ｉ／Ｏ ｍｏｄｕｌｅ）は、トランスミッターから出力されるアナログ電気信号を受信して、アナログ／デジタル変換を行ってデジタルデータとして出力するモジュールをいう。

一方、高機能及び知能型トランスミッターとこれの効率的管理に対する必要性が近年増大しており、分散制御システム（ＤＣＳ）に用いられたトランスミッターとＰＬＣとの通信機能が求められている。

現在のトランスミッターにおいて最も多く使用される通信規約（ｐｒｏｔｏｃｏｌ）は、ハート(Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下、「ＨＡＲＴ」という)通信規約である。ＨＡＲＴ通信規約は、現場計測機においてかなり以前から産業標準で用いられる４〜２０ｍＡのアナログ信号にデジタル通信機能が追加された形態で、２線方式計測器の情報利用及び管理に優れている。

ＨＡＲＴ規約は、アナログ信号と共に付加的な情報で計測した測定値をデジタルに出力して、各種媒介変数(ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ)を設定し、伝送機を遠隔地から矯正(ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ)でき、故障診断までできるため、現場の状況をより立体的にモニターすることができる。

このようなＨＡＲＴ通信の長所によって、多くのトランスミッターにＨＡＲＴ通信機能が含まれ、トランスミッターと連結される分散制御システムにＨＡＲＴ通信を支援する製品が用いられている。

一方、最近飛躍的に発展したＰＬＣの性能は、次第に分散制御システムの領域に拡張されており、これに伴い、分散制御システムにおいて主に用いられたＨＡＲＴ通信機能はＰＬＣでも必要な状況となった。

図１は、従来のＨＡＲＴトランスミッターを用いるＰＬＣシステムの構成図である。

図１に示したように、従来のＰＬＣシステムでは、ＰＬＣ２００と、ＨＡＲＴトランスミッター４００とＰＬＣ２００をインターフェース接続するトランスミッターインターフェース３００で構成される。

トランスミッターインターフェース３００は、ＨＡＲＴトランスミッター４００からアナログ信号とＨＡＲＴデータを受信して、アナログ信号をＰＬＣのアナログ入出力モジュール２３０に伝送するターミナルブロックモジュール３２０と、ターミナルブロックモジュール３２０から入力されたアナログ信号に重畳されたＨＡＲＴデータを分離し解析して、ＰＬＣの通信モジュール２２０に伝送する通信モジュール３１０で構成される。

ＰＬＣ２００は、トランスミッターインターフェース３００の通信モジュール３１０と通信する通信モジュール２２０と、ターミナルブロックモジュール３２０から受信されたアナログ信号をデジタルデータに変換するアナログ入出力モジュール２３０、及びユーザー端末１００に連結されてプログラムと監視に係る責務を行うＰＬＣ中央処理装置(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＣＰＵ)２１０で構成される。

即ち、図１のように、ＨＡＲＴトランスミッター４００から出力されるアナログ信号とＨＡＲＴデータをＰＬＣ２００で利用しようとすると、トランスミッターインターフェース３００と通信モジュール２２０が必ず要求される。

トランスミッターインターフェース３００は、アナログ信号をアナログ入出力モジュール２３０に伝達して、ＨＡＲＴデータをＰＬＣ通信モジュール２２０に伝達する。トランスミッターインターフェース３００内部の通信モジュール３１０は、アナログ信号に重畳されたＨＡＲＴデータを分離して伝送しようとする通信規約に変える必要がある。

この時、トランスミッターインターフェース３００の通信モジュール３１０の通信方式に応じてＰＬＣ２００の通信モジュール２２０の種類が決定され、これはＨＡＲＴ通信のために２つの製品を用いなければならないことを意味し、これはコスト増につながる問題がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、ＰＬＣにおいてＨＡＲＴデータ処理をアナログ入出力モジュールが行って、設置コストを減らし、簡単なシステムを構成するアナログ入出力モジュールを提供することである。

前記技術的課題を解決するために、本発明のアナログ入出力モジュール２３０は、複数のＨＡＲＴトランスミッターから入力されるアナログ信号と第１ＨＡＲＴデータを分離し、前記アナログ信号はデジタルデータに変換し、前記第１ＨＡＲＴデータは、第２信号処理部に伝達して、前記第２信号処理部から受信した第２ＨＡＲＴデータを前記複数のＨＡＲＴトランスミッターのうち少なくとも一つに伝送する第１信号処理部、及び前記アナログ信号処理部を制御して、変換結果を保存する前記第２信号処理部を含むことができる。

本発明の一実施形態において、前記第１信号処理部は、前記複数のＨＡＲＴトランスミッターから入力されるアナログ信号及び第１ＨＡＲＴデータを受信する入出力部、前記アナログ信号をデジタルデータに変換する変換部、前記第１ＨＡＲＴデータを前記第２信号処理部に伝達して、前記第２信号処理部から受信された第２ＨＡＲＴデータを前記入出力部に伝達する通信部、及び前記変換部及び前記通信部から出力されるデータを絶縁する絶縁部を含むことができる。

本発明の一実施形態において、前記第１信号処理部は、前記アナログ信号と第１ＨＡＲＴデータを分離するフィルター部をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態において、前記入出力部は、前記複数のＨＡＲＴトランスミッターと各々チャンネルを形成して、前記複数のＨＡＲＴトランスミッターに対応するチャンネルから信号を受信する複数の端子を備えることができる。

本発明の一実施形態において、前記入出力部は、前記複数の端子を介して受信されるアナログ信号を多重化して前記変換部に提供することができる。

本発明の一実施形態において、前記第１信号処理部は、前記通信部から受信した第２ＨＡＲＴデータが前記入出力部の複数の端子のうちいずれか一つの端子に出力されるようにスイッチングするスイッチング部をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態において、前記第２信号処理部は、前記変換部が変換したデジタルデータを保存して、上位ＰＬＣシステムに伝達するインターフェース部、及び前記通信部から受信する第１ＨＡＲＴデータを解釈して、前記第２ＨＡＲＴデータを前記通信部に提供する制御部を含むことができる。

本発明の一実施形態において、前記制御部は、前記第２ＨＡＲＴデータが伝送される前記入出力部の端子を決めて、前記スイッチング部を制御することができる。

本発明は、ＰＬＣにＨＡＲＴインターフェースが可能なアナログ入出力モジュールを提供することによって、ＰＬＣにおいてトランスミッターインターフェースなしにＨＡＲＴトランスミッターとＨＡＲＴ通信を行えるようにし、従って、ＨＡＲＴ通信を構成しようとするユーザーに直接的なコスト節減が可能にする。

従来のＨＡＲＴトランスミッターを用いるＰＬＣシステムの構成図である。 本発明が適用されるＰＬＣシステムの一実施形態構成図である。 本発明に係るアナログ入出力モジュールの一実施形態詳細構成図である。

本発明は、種々の変更を加えることができ、様々な実施形態を有することができるが、特定実施形態を図面に例示し、詳細な説明において詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解しなければならない。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る好ましい一実施形態を詳細に説明する。

図２は、本発明が適用されるＰＬＣシステムの一実施形態構成図である。

図２に示したように、本発明が適用されるシステムは、ユーザー端末１０と連結されるプログラマブル論理制御装置(Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＰＬＣ)２０と、複数のＨＡＲＴ(Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ)トランスミッター３０で構成される。

本発明の一実施形態に係るＰＬＣ２０は、中央処理装置(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＣＰＵ)２１、本発明のＨＡＲＴインターフェース機能を行うアナログ入出力モジュール２２及び電源部２３を含み、その他のモジュールを含めることはすでに広く知られている。

また、説明の便宜のために、図２では４つのＨＡＲＴトランスミッター３０だけを示したが、その数に限定されないことは自明である。

本発明のアナログ入出力モジュール２２は、図１のトランスミッターインターフェース３００とＰＬＣの通信モジュール２２０の機能を同時に行うため、図１に比べてシステムの構成が非常に簡単になっていることが分かる。

図３は、本発明に係るアナログ入出力モジュールの一実施形態詳細構成図である。

図３に示したように、本発明のアナログ入出力モジュール２２は、ＨＡＲＴトランスミッター３０から出力された信号を受信して、アナログ信号とＨＡＲＴデータを分離して信号処理するアナログ信号処理部４０と、アナログ信号処理部４０を制御して、変換結果を保存するデジタル信号処理部５０を含む。

具体的に、アナログ信号処理部４０は、入出力部４１、スイッチ部４２、アナログ／デジタル(Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ、Ａ／Ｄ)変換部４３、ＨＡＲＴ通信部４４及び絶縁部４５を含む。また、デジタル信号処理部５０は、インターフェース部５１及び制御部５２を含む。

入出力部４１は、ＨＡＲＴトランスミッター３０から出力される信号を多重化する。入出力部４１は、複数のＨＡＲＴトランスミッター３０と各々チャンネルを形成して、複数のＨＡＲＴトランスミッター３０に対応するチャンネルから信号を受信する複数の端子を備えることができる。

スイッチ４２は、ＨＡＲＴ通信部４４から出力されるＨＡＲＴ出力信号を制御部５２の制御によって入出力部４１の所定端子でスイッチングして連結する。即ち、スイッチング部４２は、ＨＡＲＴデータを伝送するチャンネルを選択して、入出力部４１の端子を選択してＨＡＲＴデータが出力されるようにする。

Ａ／Ｄ変換部４３は、入出力部４１を介して受信されたアナログ信号をデジタルデータに変換する。

ＨＡＲＴ通信部４４は、入出力部４１を介して受信されたＨＡＲＴデータをデジタルデータに変換して、ＰＬＣ ＣＰＵ２１からインターフェース部５１及び制御部５２を介して伝送されたＨＡＲＴ出力信号をスイッチ４２を介して入出力部４１がＨＡＲＴトランスミッター３０に出力する。

絶縁部４５は、複数の光カプラ(ｐｈｏｔｏｃｏｕｐｌｅｒ)で構成され、回路の信頼性向上のためにアナログ信号とデジタルデータを分離する。

デジタル信号処理部５０のインターフェース部５１は、絶縁部４５とＰＬＣ ＣＰＵ２１をインターフェース接続する。また、外部から既設定されたパラメーターの伝達を受けて、アナログ信号の変換結果を保存する。インターフェース部５１は、例えば、メモリーインターフェースであってもよい。

制御部５２は、ＨＡＲＴ通信部４４から伝送された信号を解釈して制御する。

以下、本発明のアナログ入出力モジュールの動作を説明する。

図３の入出力部４１を介して受信されたＨＡＲＴデータが重畳されたアナログ信号は、ＨＡＲＴデータと分離し、複数の端子を介して受信されたアナログ信号は、入出力部４１によって多重化される。

入出力部４１を経た多重化されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部４３に入力されてデジタルデータに変換され、入出力部４１を経たアナログ信号に重畳されたＨＡＲＴデータは、アナログ信号と分離してＨＡＲＴ通信部４４に入力される。これのためには、本発明のアナログ信号処理部４０は、アナログ信号とＨＡＲＴデータを分離するフィルターリング部(図示せず)をさらに含むことができる。

Ａ／Ｄ変換部４３が変換したデジタルデータは、絶縁部４５を経てインターフェース部５１に保存される。

ＨＡＲＴ通信部４４は、例えば、ＨＡＲＴモデムであってもよい。ＨＡＲＴ通信部４４は、所定ピン(図面ではＯＲＸＤ及びＯＣＤピン)を介して外部から入力されたＨＡＲＴデータを出力する。このように出力されたＨＡＲＴデータは、絶縁部４５を介して制御部５２に伝送される。

ユーザーがＨＡＲＴ命令語をＨＡＲＴトランスミッター３０に伝送する場合、ＰＬＣ ＣＰＵ２１から受信したＨＡＲＴ命令語は、インターフェース部５１を経て制御部５２に伝えられ、制御部５２の所定端子を介して絶縁部４５を経てＨＡＲＴ通信部４４のＩＮＴＲＳ及びＩＴＸＤ端子に伝送される。

このように伝送された信号は、ＨＡＲＴ通信部４４の出力端子を介して入出力部４１に伝送されるが、この時、スイッチ４２を介して伝送しようとする入出力部４１の端子と連結することができる。ＨＡＲＴデータを送信しない場合には、スイッチ４２はオープン状態に維持される。

入出力部４１の多重化と、スイッチ４２のスイッチング動作は、制御部５２により制御されることができる。

ＨＡＲＴ通信を利用するために、既存設備に追加してＨＡＲＴインターフェースモジュールを取り付けることは、多くのコストがかかるため、本発明によると、既存配線をそのまま利用できるアナログ入出力モジュールにＨＡＲＴ通信機能を付加して、コストと設置に係る問題を解決することができる。

本発明のＰＬＣ２０と連結された複数のＨＡＲＴトランスミッター３０は、ＨＡＲＴ通信を介して製品の故障、診断と現場状況を簡単に把握でき、メンテナンス費用が低減できる。

本発明によると、既存アナログ配線を通信チャンネルとして用いて、フィールドバス構築のための配線費用を節減することができる。

即ち、本発明は、アナログ入出力モジュールにＨＡＲＴ通信機能を付加して、ＰＬＣのアナログ入出力モジュールでフィールドバスの長所を利用できるようにして、人件費、電線、端子代などで構成されるフィールドバスの配線費用を節減して、ＰＬＣでもフィールドバスデータを安価で利用しようとする生産現場の要求を充足させることができる。

以上、代表的な実施形態を持って、本発明を詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、前述した実施形態に対し本発明の範囲から逸脱しない限り多様な変形ができることを理解するだろう。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限定されて定まってはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等物によって定まらなければならない。

１０、１００ ユーザー端末
２０ プログラマブル論理制御装置
２１ ＰＬＣ ＣＰＵ
２２、２３０ アナログ入出力モジュール
２３ 電源部
３０、４００ ＨＡＲＴトランスミッター
４５ 絶縁部
５１ インターフェース部
５２ 制御部
２００ ＰＬＣ
２１０ ＰＬＣ中央処理装置
２２０、３１０ 通信モジュール
３００ トランスミッターインターフェース
３２０ ターミナルブロックモジュール

Claims (8)

1. 複数のＨＡＲＴトランスミッターから入力されるアナログ信号と第１ＨＡＲＴデータを分離し、前記アナログ信号をデジタルデータに変換し、前記第１ＨＡＲＴデータを第２信号処理部に伝達し、前記第２信号処理部から受信した第２ＨＡＲＴデータを前記複数のＨＡＲＴトランスミッターのうち少なくとも一つに伝送する第１信号処理部、及び
   前記第１信号処理部を制御して、変換結果を保存する前記第２信号処理部を含むことを特徴とする、アナログ入出力モジュール。
2. 前記第１信号処理部は、
   前記複数のＨＡＲＴトランスミッターから入力される前記アナログ信号及び第１ＨＡＲＴデータを受信する入出力部、
   前記アナログ信号をデジタルデータに変換する変換部、
   前記第１ＨＡＲＴデータを前記第２信号処理部に伝達し、前記第２信号処理部から受信した前記第２ＨＡＲＴデータを前記入出力部に伝達する通信部、及び
   前記変換部及び前記通信部から出力されるデータを絶縁する絶縁部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のアナログ入出力モジュール。
3. 前記第１信号処理部は、
   前記アナログ信号と前記第１ＨＡＲＴデータを分離するフィルター部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のアナログ入出力モジュール。
4. 前記入出力部は、
   前記複数のＨＡＲＴトランスミッターと各々チャンネルを形成して、前記複数のＨＡＲＴトランスミッターに対応するチャンネルから信号を受信する複数の端子を備えることを特徴とする、請求項２または３に記載のアナログ入出力モジュール。
5. 前記入出力部は、
   前記複数の端子を介して受信されるアナログ信号を多重化して前記変換部に提供することを特徴とする、請求項４に記載のアナログ入出力モジュール。
6. 前記第１信号処理部は、
   前記通信部から受信した前記第２ＨＡＲＴデータが前記入出力部の複数の端子のうちいずれか一つの端子に出力されるようにスイッチングするスイッチング部をさらに含むことを特徴とする、請求項４または５に記載のアナログ入出力モジュール。
7. 前記第２信号処理部は、
   前記変換部が変換した前記デジタルデータを保存して、上位ＰＬＣシステムに伝達するインターフェース部、及び
   前記通信部から受信した前記第１ＨＡＲＴデータを解釈して、前記第２ＨＡＲＴデータを前記通信部に提供する制御部を含むことを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載のアナログ入出力モジュール。
8. 前記制御部は、前記第２ＨＡＲＴデータが伝送される前記入出力部の端子を決めて、前記スイッチング部を制御することを特徴とする、請求項７に記載のアナログ入出力モジュール。

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