JPH01147800A

JPH01147800A - 多点入力信号変換装置

Info

Publication number: JPH01147800A
Application number: JP30568187A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Ishida; 啓一石田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1989-06-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、多数の測定点から供給されるアナログ入力信
号をディジタル信号に変換し、これ金兄ディジタル信号
に変換した後、光フアイバケーブルを介して上位装置に
送信する一方、上位装置からの指令およびデータを受信
可能にした入力信号変換装置に関する。

〔従来の技術〕

光フアイバ式の多点入力信号変換装置は今のところ余シ
知られておらず、類似するものとして第５図に示すもの
が知られている。

同図（イ）に示すものは、複数の検出器（センサ）Ｓの
それぞれに対し、変換装置Ｃｖと制御機器ＣＴを設け、
各センサＳからの計測信号をそれと対応する変換装置Ｃ
Ｖによって信号変換し、電気信号線ＣＡｔ−介して上位
システムを含む制御機器ＣＴへ送信するものである。な
お、ＳＬは入力信号線を示す。

一方、同図（ロ）に示すものは、同図（イ）に示すもの
に対し、制御機器Ｃ’ｌ共通に１つ設けたものであシ、
また同図（ハ）に示すものは、同図（ロ）に対し、さら
に変換装置Ｃｖも共通化したものである。

なお、こ工で用いられる変換装置は例えば第６図の如く
、検出回路、増幅回路、レンジ切換回路。

Ａ／Ｄ変換回路、処理装置ＣＰＵおよび信号変換インタ
フェイス等よシ構成される。また、レンジ切換回路とし
ては、例えば第７図の如く正相増幅器（オペアンプ）４
１．４２およびアナログスイッチ４３等からなるものが
用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第５図（イ）、（ロ）の如き構成では、
多くの測定点の測定という目的は達しうるが、両者とも
に個別配線コストやメンテナンスのための費用が増大化
してシステムそのものが割高となシ、その結果、システ
ムの合理化が困難である。また、変換装置が散在してい
るので、データの密度が低く、信頼性や安全性にも乏し
いという欠点がある。また、同図（ハ）に示すものは同
図（イ）、（ロ）のものと比較してよ勺合理化が計られ
ているが、変換装置と制御機器との間は電気信号線であ
るので、変換装置と制御機器との間が遠隔であればある
ほど、特にその間の電気信号線を外界にさらすような場
合には、誘導ノイズ。

雷ノイズ、戸波障害ノイズ等に対し、根本的に脆弱であ
るという欠点がある。このため、第５図（ハ）の如きシ
ステム構成では変換装置よりの測定データを上位装置に
送る上での信頼性に問題があ）、また変換装置に対して
上位装置側などから遠隔調整等を行おうとすると、信号
経路の障害によって調整データや設定データなどの信頼
性に影響が出てくるという欠点がある。

この欠点を避けるため、変換装置側に調整機能等をもた
せておくことが考えられる。しかし、変換回路にこのよ
うな調整機能、とシわけレンジ調整機能等を回路上具備
しておくことはハードウェアコストの増大になシ、回路
が複雑になる。特に、従来多用されているボリウム調整
を含む回路方式のものでは調整の手間、コストが増大す
るだけでなく、能率も悪くなると云う欠点がある。また
、変換装置が本質安全防爆を目的としてよシ安全に構成
するためには、誘爆要素となる電気的エネルギーを抑制
することが要請されるが、従来のものはこの点からも必
ずしも充分とは云えない。さらに、再調整やレンジ変更
の必要が生じる毎に、調整員が遠隔にある変換装置側へ
わざわざ出向いてゆくことは手間が生じることになシ、
省力化がはかられないことになる。

特に、入力レンジの切換は例えば従来は、第７図に示す
如き回路を用い、そのゲインを制御信号線ＬＣを利用し
てスイッチ等で切換えて対応するものが多い。しかし、
このような回路では、レンジ変更のできる切換可能性が
、変換回路に設けられるスイッチの切換段数や、増幅回
路のゲイン抵抗定数の切換の組み合わせの数に限定され
るので、フレキシブル々切換えや、レンジ変更の設定が
必ずしも容易にはできない。また、遠隔から直接レンジ
変更の操作をすることが必ずしも可能とはならないので
、プロセスの入力状態の変更等によシレンジ切換の必要
が生じた場合は、変換装置の内部の回路に具備されてい
るスイッチ等を何らかの手段により操作しなければなら
ない等の問題点がある。

したがって、本発明は変換装置を上位機器などと光フア
イバーケーブルを介して光デイジタル信号を交信可能と
することによシ、信号路に対する障害要素を除去できる
ようにすると〜もに、上位からの光デイジタル信号によ
る指令（レンジ変更指令、データセツティング指令など
）の受信を可能とすることによル、特に、リモート・レ
ンジ変更を多点の入力の各点すべてに対し、切換上の制
限を排して柔軟に、かつ容易に行えるようにすることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

少なくともデータ処理機能を備え、複数の測定点から計
測信号ｔＳ見られてこれをそれぞれディジタル信号に変
換する多点入力信号変換装置に対し、上位処理装置を含
む他の機器との間で光フアイバケーブルを介して情報を
送受信するための光信号送受信手段を設け、前記能の機
器から各測定点に対する測定レンジ設定または変更のた
めの情報を受信したときは、該情報に応じて各測定点の
ディジタル計測値のレンジ設定または変更処理を行う。

〔作用〕

多点入力変換装置に光フアイバケーブルを接続できるよ
うにし、入力信号を変換して光デイジタル化されたもの
を利用可能にするとともに、予め定められた伝送規約（
プロトコル）に従った光デイジタル信号によシ上位機器
などと情報の交信を可能とすることによシ、従来の障害
要因を除去し、かつ上位機器による簡易な操作で指令（
リモート・レンジ変更、リモートセツティングなど）を
受けることによ）、特にレンジ設定の可能な範囲を多点
の入力信号の各点すべてに対して、従来例のようにいく
つかの回遊切換設定・変更によるのではなく、レンジ設
定可能な範囲で任意かつ柔軟に変更でき、しかも容易な
らしめるものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す構成概要図である。ここ
では、多点入力信号の対象、すなわち計測対象を温度物
理量とし、検出器は熱電対または測温抵抗体の場合を示
すが、・ｍＶ大入力のアナログ入力信号一般を広く対象
として取扱うことができる。同図において、検出器（セ
ンナ）３１は熱電対又は測温抵抗体を示し、３２はセン
サよシ変換装置１の入力端子（図示せず）Ｋと）りけら
れる導線または、補償導線である。なお、変換装置１は
検出回路１１．増幅回路１２．マルチプレクサＩ　Ｓ、
Ｖ／Ｆ回路１４．処理装置（ＣＰＵ）１５、光／電気（
０／Ｂ）変換部１６．電気／光（Ｅｌｏ）変換部１７お
よび光コネクタ１８等よ）構成される。

センサ３１からの信号量は、まず検出回路１１にて一定
の電気信号に変換される。例えば、熱電対からの熱起電
力は一定範囲の電圧値（例えば、０〜１００ｍＶ）に、
また測温抵抗体の抵抗入力は、検出回路１１内のブリッ
ジ回路にて一定範囲の電圧（例えば、０〜１００ｍＶ）
に変換される。

次段の増幅回路１２では、一定範囲のよシ大きな電圧（
例えば、１〜４Ｖ）に増幅される。この多数点の入力信
号は、アナログマルチプレクサ、１３によシ、１つの入
力チャンネルが選択される。入力選択はＣＰＵ１５から
の指令によって行われ、一連の制御はＣＰＵに内臓する
ソフトウェアにて実行される。選択された電圧金は、Ｖ
／Ｆ回路１４によってパルス幅の大小に変換される。す
なわち、センサが検出する信号の大小が、この段階でパ
ルス幅の大小（長短）に変換される。このパルス幅は、
ＣＰＵ１５が有する内部の基準タイマによってカウント
され、これによシ高精度のディジタル量の変換がなされ
る。ＣＰＵ１５は、ディジタル量変換に附随する温度補
正等の各種の補正演算など、一連の測定に関する制御を
逐次行う。すなわち、ＣＰＵ１５は各入力点のすべてに
対する測定値をディジタル量として把握し、記憶する。

次いで、この各入力点の測定値たるディジタル量は、Ｅ
１０インタフェイス１７によって光デイジタル信号に変
換され、上位へ送信される。こ工に、Ｅ１０インタフェ
イス１７は図示の如＜、ＬＥＤ（発光素子）や電流制限
抵抗等よシ主として構成される。ＬＥＤによる発光は光
コネクタ１８の受光素子によって受光され、光フアイバ
ケーブル２によって光信号が送信される。秋、逆に上位
からの指令は、これも光デイジタル信号形態をとシ、光
ファイバ２を経由して変換装置１に与えられる。

これは、変換装置側からすれば、光デイジタル信号の受
信ということになる。この光デイジタル信号の送受信信
号形態は、予め伝送規約（プロトコル）として定めてお
くものとする。上位からの光デイジタル信号は、０／Ｅ
インタフエイス１６を介してＣＰＵ１５に受信される。

Ｏ／Ｅインタフェイス１６は図示の如く、フォトダイオ
ードや電流制限抵抗等によ）主として構成される。なお
、０／Ｅ、Ｅ１０インタフェイスとも、フォトカプラ（
図示せず）によって信号路をさらに絶縁することで、光
ファイバに対して雑音を遮断して信頼性に対してよシ慎
重な対策を施している。

このように、多点の入力信号に対し各点毎にその測定に
関する情報を順次、光デイジタル信号としてサイクリッ
クに送受信を行っている。なお、本発明による変換装置
は以上のように、検出回路１１、増幅回路１２．マルチ
プレクサ１３．Ｖ／Ｆ回路１４．ＣＰＵ１５．Ｏ／Ｅイ
ンタフェイス１６ｊ　Ｅ１０インタフェイス１７といく
つかの基本回路要素から構成されているが、これらの要
素ハスべてＣ−ＭＯ８ＩＣやローパワータイプのアンプ
などの、ローパワーエレメントのみを利用して変換装置
の電気的エネルギーを抑制し、誘爆エネルギーに達する
には十分余裕ある構成としている。また、変換装置自体
への外乱要素としては、■、入力信号路のノイズ障害、
■、電源系統からのノイズ障害、■、変換装置そのもの
に対する放射妨害波による影響等、大別して３つの障書
系路が考えられるが、次の如き対策を施すことによシ、
光フアイバケーブルの利用効果を十分に発揮できるよう
にしている。

すなわち、■の入力信号路に対しては、フィルタリング
やバイパス、ノイズ貫通などが実施され、■電源経路に
対してもサージ吸収、高周波ノイズ。

低周波ノイズの吸収などを行い、■に対しては変換装置
のシールディング、ガードリング、アースリングなどを
十分行って、変換装置の障害侵入遮断を実施するなど、
具体的な諸対策が万全に施されている。

第２図は第１図の動作を説明するためのフローチャート
である。すなわち、上位装置からのシリアル入力を検知
しく■参照）、自変換装置が指定されているか否かを調
べる（■参照）。その結果、ノーならばステップ■に戻
るが、イエスならば測定モードか否かを判別しく■参照
）、イエスならばそれ迄の測定データを上位装置へ送出
すると＼もに（■参照）、入力信号に対して所定の演算
。

補正を行なう（■、■参照）。ステップ■でノーのとき
は、レンジ変更モードか否かを判定しく■参照）、イエ
スならばレンジ変更操作を行ない（■参照）、ノーなら
ばステップ■に戻る。

第３図は上記の如き変換装置を用いた計測システムの一
例を示す概要図でおる。１は多点入力信号変換装置であ
）、光フアイバケーブル２によって上位と接続される。

３はオプティカルスターカプラと称される双方向光分岐
器で、と工では１体の光フアイバケーブル４の光信号が
、８本の光フアイバケーブル２の光信号に分岐される。

光フアイバケーブル４は、上位機器であるマスタステー
ション５に！［れる。マスタステーション５は、下位の
変換装置からのデータを集中的に管理、監視及び制御す
る中央制御機器に相当する。マスタステーション５から
はさらに上位の制−機器や、コンピュータネットワーク
システムへ接続が可能である。こＮで、マスタステーシ
ョン５に４本の光フアイバケーブル４を接続し、その各
々をスターカフラ３へ結合すれば、１つのマスタステー
ション５には最大３２台の変換装置が接続可能である。

マスクステーション５は、光デイジタル信号情報に最大
３２台までの番号をふシわけ、どの機器に対応する情報
かを判別できるようにする。その結果、１つの変換装置
が最大１６点の入力信号を変換するものとすると、最大
で５１２点の計測対象のデータが集中化でき、データ密
度を濃くするととが可能となシ、これによシシステムが
従来方式などに比して格段に合理化され、信頼性が高め
られる。

以下、入力レンジの切換えにつき、従来のものと対比し
て説明する。

従来のレンジ切換回路は例えば第７図に示す如く、固定
のゲインをアナログスイッチにて切換えるものが多い（
固定レンジ方式）。すなわち、第７図の回路において、
例えばオペアンプ４１のゲインＧ１が０１＝　４７でオ
ペアンプ４２のゲインＧ２がアナ日グスイッチ４３の内
部切換えによ）−ｔ−レぞれ、Ａ：１倍、Ｂ：２倍、ｃ
：ａ倍、Ｄ：８倍になるものとすると、総合ゲインＧ（
ＧＩ　ＸＧ２　）は次表の如くなる。

表〈１〉　今、プロセス量の状態として、仮に０〜１００
０℃の温度測定範囲を扱い、変換器に入力される入力信
号００〜１００％に対しスパン（ＳＰＡＮ）が８５　ｍ
Ｖすなわち０〜８５　ｍＶであシ、切換スイッチＡが閉
じられているものとすると、出力段Ｖ。では３９９５（
８５ｍＶＸ４７倍）ｍＶのＳ　ＰＡＮ、すなわちＯ〜３
９９５　ｍＶが０〜１００％に相当する。

く２〉　と〜で、プロセスの状態が〈１〉とは異なシ、
プロセスの状態の温度として０〜１２５℃の測定範囲を
扱い、それが入力００〜１００％に対応する場合、変換
器に入力される入力信号の最大スパンが１０ｍＶすなわ
ち０〜１０ｍＶであるとすると、〈１〉の場合と同一測
定レンジであると、スイッチ人が閉じられているのだか
ら出力段Ｖ。では４７０ｍＶ幅のスパンとなるから、入
力０〜１００％（０〜１２５＠）に対して出力が０〜１
１．７６％（０〜４７０１５９９５）ｔ。

かとル得ないことになる。従って、プロセス状態の入力
が１００％の１２５°の測定量であっても変換器の出力
すなわち上位装置が得る測定データは１２５℃Ｘ１１７
６％＝１４．７℃ということになって、入力と出力の整
合性がとれず、と）扱える信号範囲の１／８以下しか使
用しないことにもなる。そこで、スイッチＤにレンジを
切換えることによシ、入力０〜１００％に対して、出力
０〜１００％に適合させられるようにレンジ調整をする
ことが必要になる。このことによυ、温度計測ならば、
１℃あたシの測定分解能を高めることができる。

このようにレンジ切換えをした場合の入力と出力との関
係を示すのが、第８図である。すなわち、入力に対して
４段の固定レンジを随意切換えることによ如、入力００
〜１００％に対して出力を０〜１００％にレンジ調整す
ることができる。なお、上述のスイッチＡＳ−Ｄの切換
えに対し、直線■〜■がそれぞれ対応する。

しかし、上述のような固定レンジ方式では、（イ）レン
ジ切換手段を有していても、入力範囲によっては、０〜
１００％の入力に対し出力が必ずしも０〜１００％にピ
ッタリと適合しない。

例えば、上述の例でスイッチＤＫ切換えても、入力の０
〜１００％に対して出力は０〜９４．０８％（５７６０
１５９９５）にしかならない。つまシ、入出力関係の整
合性がとれず、変換に不充分なところが出てくる。

（ロ）レンジ切換の範囲が拘束され、制限される。

（ハ）入力に応じ変換装置側でレンジ切換えをする必要
がある。

（ニ）これを解消すべく、増幅ゲイン抵抗をボリウム抵
抗調整方式等で対応しようとすると、（イ）の入力−出
力変換の整合性は満たし得るが、かえって操作が煩雑に
なる。

（ホ）多点入力の場合、各点のレンジ調整をどのように
するかという問題までは解消しているわけではない。

（へ）従って、レンジ調整の柔軟性に欠ける。

などの問題がある。

そこで、本発明では次のようにする。

すなわち、レンジ調整・設定及びレンジ変更については
、変換装置内のＣＰＵと内戚゛メモリとを利用し、予め
決められた上位機器との伝送手順によシ行なう。例えば
、０〜１０００℃相当の入力信号がセンサよシ変換器に
入力して、それぞれの温度でゼロ調整、スパン調整を行
なうとすると、０℃相当及び１０００℃相当の入力が、
それぞれ変換回路でＶ／Ｆ変換され、最終的にディジタ
ル値として、ＣＰＵ内の所定のメモリアドレスにそれぞ
れ記憶される。すなわち、入力の各点毎にゼロ点。

スパンの入力データのディジタル値が、それぞれＣＰＵ
内の所定メモリ領域に記憶される。このとき、スパン・
レンジは１００％であるので、１１００％”という値を
、またゼロ・レンジは０％であるので′０％”という値
を、上記と同様に、ＣＰＵ内メモリの所定アドレスにそ
れぞれ記憶する。

なお、このゼロレンジ（以下ＲＡＧＺと略す）。

スパンレンジ（以下ＲＡＧＳと略す）の値は、上位から
データ設定するととによって行うことができる。また、
上位側で設定した場合、この値は上位側のメモリにもそ
れぞれ記憶される。上位側からのデータ送信と変換装置
側のデータ受信は、予め決められた伝送手順に従って行
う。

入力レンジの変更が行われる場合の入出力関係を第４図
（イ）にグラフで、また、そのレンジ設定値を同図（ロ
）に示す。例えば、＄４図■の場合のように、測定範囲
０〜１０００℃をプロセス状態が変更されて３００〜８
００℃の測定範囲にレンジ変更する場合、上位からＲＡ
ＧＺ＝３α０％。

ＲＡＧＳ＝５０．０％とそれぞれ設定し、この設定デー
タを光デイジタル信号として変換装置に受信させること
で行う。すなわち、変換装置側では予め記憶されたレン
ジの内容が更新されて３００℃〜８００℃が入力００〜
１００％として取扱われ、この測定範囲の入力が０〜１
００％として上位装置へ出力される。変換装置ではこの
更新されたメモリ内容を参照して次の演算を行ない、結
果を上位装置へ出力する。

こうして、ＲＡＧＺ、ＲＡＧＳのデータを上位機器から
光データ伝送することによシ、リモート。

レンジ変更が実現されることになる。

以上の如くすることによ）、（１）最大入力範囲において、測定範囲が従来の固定レ
ンジ方式に比べて制約されず、柔軟性をもってレンジ変
更が出来る。

（２）入力の０〜１００％に対して出力００〜１００％
が正しく対応するので、入出力間の整合性が保たれる。

（３）遠隔で調整できるので、合理的で省力化がはから
れる。

（４）変換装置には種々の信頼性対策が盛シ込まれてい
るので、光７アイパケーブルに接続できる構成をとるこ
とによシ、リモート・レンジ設定・変更の際の信頼性が
保証される。

（５）メモリのフレキシブルな性質を利用することによ
）、多点入力の各点それぞれに対してレンジ変更が容易
となシ、入力点数が増加しても柔軟に対応できる。

（６）メモリの利用によシ、上位からは入力全点に対し
てレンジを一括変更することも、各点毎にそれぞれレン
ジ変更をすることも可能であ）、極めて柔軟性に富む変
換装置とすることができる。

などの利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、（１）多点入力信号変換装置を、上位機器などに光ファ
・イバケーブルを介して接続し、光デイジタル信号で送
受信可能としたので、信号路に対する障害要素を除去す
ることができる。特に、入力点数が増大するシステムで
は、データの交信の信頼性が強く要求されるので、か瓦
る場合に用いて好適である。

（２）多点入力信号変換装置は、上位からの光デイジタ
ル信号によって、遠隔的に、レンジ変更を多点の入力の
各点すべてに対して柔軟に行い得る効果がある。

（３）１つの多点入力信号変換装置がそれ自体で信頼性
を考慮した１つの要素となるので、多点の入力信号を集
中的に変換させてデータ密度を向上させ、上位でさらに
データの集中化と管理を行うことに対し信頼性があると
ともに、データ集中・管理化に伴う合理化が達成できる
効果がある。

（４）これらの個々の効果を総合することによシ保守・
保全の容易化、経費の削減、変換装置の低廉化（ハイコ
ストパフォーマンス化）、なラヒニシステムの合理化・
省力化・高信頼化が実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概要構成図、第２図は第
１図の動作を説明するための７０ニチヤート、第３図は
本発明を含む計測システム全体の構成を示す概要図、第
４図は本発明によるレンジ設定・変更動作を説明するた
めの説明図、第５図は計測システムの従来例を示すブロ
ック図、第６図は変換装置の従来例を示すブロック図、
第７図はレンジ切換回路の具体例を示す回路図、第８図
は第７図でレンジ切換えをした場合の入力と出力との関
係を示すグラフである。符号説明１・・・・・・多点入力信号変換装置、２，４・・・・
・・光フアイバケーブル、６・・・・・・オプティカル
スターカブ５．５＝マスタステーシヨン、１１・・・・
・・検出回路、１２・・・・・・増幅回路、１３・・・
・・・マルチプレクサ、１４・・・・・・Ｖ／Ｆ回路、
１５・・・・・・処理装置（ＣＰＵ）、１゛６・・・・
・・０／Ｅインタフエイス、１７・・・・・・Ｅ１０イ
ンタフェイス、１８・・・・・・光コネクタ、３１・・
・・・・検出器（センサ）、３２・・・・・・補償導線
または導線、４１．４２・・・・・・正相増幅器（オペ
アンプ）、４３・・・・・・アナログスイッチ。代理人　弁理士　並　木　昭　夫代理人弁理士　松　崎　　　　清「ｈ溝２図ＩＰ協４！０も第４図第　５　図１１７図剪８図

Claims

【特許請求の範囲】少なくともディジタル処理機能を備え、複数の測定点か
ら計測信号を与えられてこれをそれぞれディジタル信号
に変換する多点入力信号変換装置において、上位処理装置を含む他の機器との間で光ファイバケーブ
ルを介して情報を送受信するための光信号送受信手段を
設け、前記他の機器から各測定点に対する測定レンジ設定・変
更のための情報を受信したときは、該情報に応じて各測
定点のディジタル計測値のレンジ設定・変更処理を行う
ことを特徴とする多点入力信号変換装置。