JPH01159800A

JPH01159800A - 線式データ伝送方法

Info

Publication number: JPH01159800A
Application number: JP31740687A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sakamoto; 伸一坂本; Junichi Makino; 牧野　淳一; Satoshi Shimada; 智嶋田; Yasushi Shimizu; 康司清水
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-17
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1989-06-22

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、線式伝送路を用いてアナログ及びディジタル
のデータ伝送を行なう方法に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、プロセス制御等の分野においては、工業機器の
差圧、温度、静圧等のプロセス変量をデータとして検出
し、これらのデータをプロセス制御装置等に伝送してい
る。

従来、このようなデータ伝送を行なう場合には、送信側
のアナログ通信器（伝送器）でプロセス変量をアナログ
電流量（４〜２０ｍＡ）に変換し、このアナログ電流を
２線式伝送路を介して受信側の通信器に送っている（ア
ナログデータ伝送）。

このようなシステムは、データを遠隔地に伝送してプロ
セス制御を可能にする。

近年、このような伝送システムでは、システムの多様化
等から、伝送器のパラメータを伝送器から離れた位置で
変更したいと要求が生じてきた。

このような要求に対してアナログ伝送器にディジタル通
信機能を備えた装置が現われ、ディジタル通信によって
遠隔地から伝送器のパラメータを変更することが行なわ
れつつある。このような装置は、例えば特開昭５８−８
５６４９号「データ通信装置およびディジタルデータと
アナログデータを交互に通信する方法」、特開昭６０−
２４９４４１号「二線式データ伝送装置」等に挙げられ
ている。

この種の従来の伝送技術は、一般に線式伝送路の両端に
夫々アナログ通信器と共にディジタル通信器を並設して
なる。そして、定常時には、アナログ通信器を用いて前
述した如きアナログデータ伝送を行ない、また、ディジ
タル通信（ディジタルデータ伝送）を行なう場合には、
アナログデータ伝送を一時中断して、前記ディジタル通
信器を用いて行なっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、前述した如き従来の伝送技術は、同一の線式
伝送路を用いて異なるデータをアナログ伝送とディジタ
ル通信を利用して行ない得るが、アナログデータ伝送と
ディジタル通信のいずれかをモード選択して行なうため
１両者を同時に行ない得ない制約があった。従って、例
えばプロセス制御等においてアナログデータ伝送を中断
することなく、ディジタル通信を利用して伝送器（送信
側）の測定レンジを変更したり、伝送器を診断する等が
技術的に困難であった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、同一の線式伝送路を用いてアナログ
、ディジタルの同時伝送・通信を可能乙し、アナログ伝
送を中断することなく、例えば伝送器の測定レンジ変更
、伝送器診断等の種々の指令をディジタル通信で行ない
得るデータ伝送法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、データを線式伝送路を介して伝送する場合
に、伝送電流をパルス電流とし、このパルス電流の平均
値が前記データに対応するアナログ電流量となるように
該パルス電流の時比率を可変制御してアナログデータ伝
送を行ない、且つ前記アナログデータ伝送中に前記線式
伝送路を用いてディジタル通信を行なう場合には、前記
アナログデータ伝送に用いるパルス電流の平均値が前記
アナログ電流量を保つ条件の下で、該パルス電流自身の
パルス周期及びパルス幅の少なくとも一つをディジタル
コードに対応させて変調するか或いはディジタル値とな
るパルス電流を前記線式伝送路中に付加し、この付加さ
れたパルス電流の発生パターン、前記変調されたパルス
電流の変調パターンのいずれかを受信側で読取ることに
よりディジタル通信を行なうことで達成される。

〔作用〕

・　　　　　　　本発明によるデータ伝送法によれば、
データをアナログ伝送する場合には、データ（例えばプ
ロセス変量）に応じたアナログ電流量になるようにパル
ス電流（伝送路電流）の時比率（パルス幅／パルス周期
）が可変制御される。すなわち、データ値（アナログ電
流量）に応じてパルス電流の時比率を変えれば、パルス
電流の平均値がデータに対応するアナログ電流量となり
、このアナログ電流量を受信側で読取ればアナログデー
タ伝送がなされる。

また、アナログ伝送に使用されるパルス電流の平均値が
前記データに対応するアナログ電流量を保つ条件の下で
、（１）このパルス電流のパルス周期及びパルス幅の少
なくとも一つをディジタルコードに対応させて変調する
か或いは（２）ディジタル値となるパルス電流を付加す
れば、受信側では。

（１）で変調されたパルス電流の変調パターン或いは（
２）の付加パルス電流の発生パターンを読取ることがで
きる。

そして、（１）の変調パターンは通信すべきディジタル
コードに対応させてパルス周期、パルス幅のいずれかを
変えたもの（例えば“１″のディジタル値はパルス周期
成いはパルス幅を長くし、“０″のディジタル値はパル
ス周期成いはパルス幅を短かくする）であるから、この
変調パターンを読取ればディジタルコードを認識できる
。また（２）の場合には、アナログデータ伝送中にデイ
ジタル値となるパルス電流を付加したものであるから、
この付加電流の発生パターンを読取れば、そのディジタ
ルコードを読取れる。また、このような（１）、　（２
）のパルス電流の変調或いは付加は、あくまでも、アナ
ログデータ伝送に用いるパルス電流の平均値がアナログ
電流量（アナログデータに対応する電流量）を保つ条件
の下で行なわれるので、アナログデータ伝送に支障をき
たすことはない。なお（２）の場合は、ディジタル用の
付加パルス電流がアナログデータ伝送に使用されるパル
ス電流の一部にもなり、この付加電流込みのアナログデ
ータ伝送用のパルス電流の平均値がアナログデータに対
応するアナログ電流量となるよう設定されるものである
。なお、上記（１）は第４図に対応し、（２）は第７図
に対応するもので、具体的には〔実施例〕の項で述べる
。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明のデータ伝送法を具現化した伝送システ
ムを示す。

第１図において、Ａはデータ送信を行なう伝送器で、伝
送器Ａは２線式の伝送路１５．１６を介して受信計器１
７側と接続される。

伝送器Ａは、点線で囲、まれだ符号の１〜１２からなる
要素で構成される。１は複合センサで、プロセスの物理
量を電気信号に変換して、差圧、温度、静圧（絶対圧）
が計測可能なセンサ１ａ〜１ｃよりなる。２は複合セン
サ１を駆動させるための励起電圧である。

３はマルチプレクサ（以下、ＭＰＸと称する）、４はプ
ログラマブルゲインアンプ（以下、ＰＧＡと称する）、
５はＡ／Ｄ変換器、６はマイクロプロセッサユニット（
以下、ＭＰＵと称する）である。ＭＰＸ３は、ＭＰＵ６
からの指令を受けて、複合センサ１の中の差圧センサｌ
ａ、温度センサｌｂ、静圧センサ１ｃのいずれかを選択
して、この選択されたセンサ１とＰ、ＧＡ４とを接続す
る。

例えば、差圧データを得る場合には、ＭＰＸ３を介して
差圧センサ１ａとＰＧＡ４とを接続する。

そして、差圧センサ１ａの出力はＰＧＡ４で増幅されて
Ａ／Ｄ変換器５に送られる。ところで差圧センサ１ａの
出力はセンサに加わる差圧により変化する。また、Ａ／
Ｄ変換器５の分解能は一定である。Ａ／Ｄ変換器５の能
力を最大限に生かすためセンサ信号がＰＧＡ’４の適宜
のゲインで増°幅される方法を採る。ＭＰＵ６は、ＰＧ
Ａ４のゲインを適宜の値、一般にはＡ／Ｄ変換器５の最
上位ビットに１”となり、且つオーバーフローしない最
も大きいゲインにセットする。第２図は、ＭＰＵ６の動
作を示すフローチャートで、ステップ１０１でＭＰＸ３
のチャンネルをセットしくセンサ１ａ〜１ｃの選択）、
且つＰＧＡ４のゲインをセットする。次に、Ａ／Ｄ変換
器５に変換開始信号を与える（ステップ１０２）。Ａ／
Ｄ変換器５から変換終了信号を得たら、Ａ／Ｄ変換結果
をＲＡＭ７内の定められた測定差圧信号エリアに書き込
む。

このようにして差圧データは取り込まれる。同様な方法
にて、温度、静圧データも取り込まれる（ステップ１０
３）。ここで、１ａ〜１ｃの差圧。

温度、静圧センサの特性は、ＩＥＥＰＲＯＭ　（電気書
き込み電気消去メモリ）８に記憶されており、各センサ
１ａ〜１ｃの出力信号はＡ／Ｄ変換器５によってディジ
タル化された後、ＥＥＦＲＯＭの内容と参照され、各々
の物理量に変換しくステップ１０４）、更に使用圧力レ
ンジに応じて伝送路電流に変換しくステップ１’０５）
、電圧−電流変換回路（以下、Ｖ／Ｉ変換回路と略す）
１０を介して受信装置１７に伝送される。

１３は伝送路１５．１６に接続される電源で、Ｖ／Ｉ変
換回路１０のアナログ電流源となるものである。すなわ
ち、ＭＰＵ６がステップ１０５でデータ（プロセス物理
量）に対応する時比率（パルス幅／周期）を求め、この
信号を出力すると、Ｖ／Ｉ変換回路１０はこれに応じた
パルス電流を電源１２を介して伝送路１５．１６に流す
。そして、このパルス電流量の平均値がデータたるアナ
ログ電流量（平均伝送電流工）となる。平均伝送電流工
の制御はパルス幅を変調して、パルス電流の時比率を変
えて行なうものである。１１は、コミュニケータ１４側
のディジタル信号を受信するディジタル通信装置、１２
はレギュレータで、レギュレータ１２は伝送路１５．１
６から伝送器の各要素に所定の駆動電流を供給する。

第３図は、アナログデータ伝送に使用する伝送電流■の
電流波形を示す。ここで、平均伝送電流■は次のように
表わされる。

Ｉ＝（Ｔｌ・１１＋（Ｔ２−Ｔｌ）・Ｉ２）／Ｔ２・・
・（１）Ｉ＝Ｄ・（ＩＩ−Ｉ２）ＩＩ２　　　　　　　・・・（
２）ここで、Ｔ１はパルス幅、Ｔ２はパルス周期。

工１はパルス幅Ｔ１の電流（上限電流）、Ｔ２はＴ１以
外の下限電流である。

また、Ｄ＝Ｔ１／Ｔ２で、このＤはパルス信号の時比率
であり、パルス信号の周期Ｔ２を一定とするとＴ１を変
えることで伝送路電流工を制御できる。（２）式から制
御したい伝送路電流Ｉのパルス幅Ｔ１を計算する式を下
記に示す。

Ｔ１＝（（Ｉ−Ｉ２）・Ｔ　２）／（Ｉ　１−　Ｉ　２
＞・・・（３）ここで、Ｔ１の求める場合の具体例について説明する。

例えば、平均伝送電流■の制御すべき電流の下限を４ｍ
Ａ、上限を２０ｍＡとし、また、工２は平均伝送電流Ｉ
の下限より小さな値例えば３．５ｍＡ　、ＩＩは平均伝
送電流Ｉの上限より大きな値例えば２３．５ｍＡ　とす
る。この条件で下限４ｍＡの平均伝送電流を出力するに
はＴ２を１０ｍ５とするとＴ１は０．２５ｍ５、上限２
０ｍＡの平均伝送電流を出力するにはＴ２を同条件でＴ
１を８．２５ｍ５　　とすればよい。そして、このＴ１
及びＴ２の制御がＭＰＵ６にて行なわれる。

以上のように、パルス幅変調により伝送電流■を制御可
能なことがわかる。ここで、パルス幅はマイコンシステ
ムクロック周波数により決定されるが、伝送器Ａに要求
される伝送電流の分解能は十分満足することができる。

このようなアナログデータ伝送方法によると、例えば特
開昭５８−８５６４９号「データ通信装置およびディジ
タルデータとアナログデータを交互に通信する方法」と
比較すると、今までマイコンの出力（データ出力）をア
ナログ量に変換するために必要とされてぃたＤ／Ａ変換
器（ディジタル・アナログ変換器）が不要となり装置の
低価格化が図れる。

次に本実施例の伝送システムを用いて前述のパルス幅変
調によるアナログ伝送を行ないつつ、同時に伝送器Ａと
コミュニケータ１４との間でディジタル通信を行なう原
理を第４図〜第７図に基づき説明する。第４図（ａ）、
（ｂ）は、２線式伝送路１５．１６を用いてアナログ伝
送とディジタル伝送（第４図では、伝送器Ａ側からコミ
ュニケータ１４もしくは受信計器１１にディジタル信号
を送信する例である）を同時に行なった時の信号波形を
示す。

第４図（ａ）、（ｂ）は、周期Ｔ２．パルス幅Ｔ１の伝
送電流の中にパルス周期Ｔ４　（：Ｔ２／２）、パルス
Ｔ３（岬Ｔｌ／２）の伝送電流を組込んだものであり、
パルス周期がＴ２の時は１”。

Ｔ４の時はＩＩ　Ｏ１１と符号化する。また、周期Ｔ２
のパルスＴ１と周期Ｔ４のパルスＴ３とを１つのディジ
タルコード中に何個入れるか予め数を特定する〔第４図
（ａ）、（ｂ）ではＴ１を４個。

Ｔ３を３個とする〕。そして、パルス周期Ｔ２及びＴ４
の全ての電流値１１．Ｉ２の平均値によりアナログ伝送
電流Ｉａが決まるよう設定する。−方、ディジタル伝送
を同時に行なう場合には、周期Ｔ２と周期Ｔ１の配列を
組換えて行なう。このようにすれば、第４図（ａ）、（
ｂ）共にアナログ電流はＩａで同等であり、ディジタル
データは（ａ）は”１１０１０１０”、（ｂ）は“０１
０１１０１”と受信できる。従って５以上のデータ伝送
によれば現在必要とされるアナログ伝送のデータに対応
するアナログ量を変えることなく同時にディジタル通信
を行なうことが可能である。

なお、このパルス幅Ｔ１及びＴ３の幅は、アナログ伝送
路電流Ｉａをアナログデータに対応させて変化させる場
合には、それに伴ない変化するようにＭＰＵ６で設定さ
れる。また、以上の如くアナログデータ伝送とディジタ
ル通信を可能にするため、マイコン６にはパルス幅変調
手段とパルス周期調整手段とが設けられ、一方、第１図
の受信装置１７もしくはコミュニケータ１４には、図示
されない平均伝送電流検出手段と、パルスの周期がＩ２
の時は“１”、Ｉ４の時は０”との判定手段とが設けら
れている。

第５図は伝送器Ａの一部を更に詳細に表わした回路図、
第６図はコミュニケータ１４の回路図を示す。ここで、
第５図及び第６図に基づき、伝送器Ａ側から受信装置１
７側にアナログデータ伝送を行ないつつ、伝送器Ａとコ
ミュニケータ１４とが相互にディジタル通信を行なう具
体例について説明する。

先ず、伝送器Ａ側から受信装置１７にアナログデータ伝
送を行なう場合には、既述したように、伝送器Ａのマイ
コン６が計算によりプロセス変量をアナログ電流に変換
して、（３）式でアナログ電流Ｉａに対応する時比率の
伝送電流（パルス電流）を求め、この時比率信号（パル
ス幅変調信号）をＭＰＵ６のＰＷＭ出力端子よりＶ／Ｉ
変換回路１０に送る。これにより、伝送路１５．１６を
介してアナログ電流Ｉａに対応する伝送電流が受信側１
７に流れる。また、同時に伝送器Ａ側からコミュニケー
タ１４側にディジタル通信を行なう場合は、アナログ電
流Ｉａが変わらないようにして、パルス周期Ｔ２（パル
ス幅Ｔｌ）とパルス周期Ｔ４　（パルス幅Ｔ　３’）と
の配列を組換えてディジタルコード化し、コミュニケー
タ１４及び受信計器１１に伝送する。受信計器１７は、
第４図（ａ）。

（ｂ）等に示した波形電流（パルス周期Ｔ２のパルスＴ
１及びパルス周期Ｔ４のパルスＴ３に基づく上限電流■
１と、下限電流Ｉ２）を入力してアナログ伝送電流Ｉａ
を求める。また、ディジタル受信を行なうコミュニケー
タ１４においては、第６図に示すように波形整形回路１
４Ｃが伝送路１５．１６の端子電圧を入力して、伝送電
流が１１のとき“１”、Ｉ２のとき“０″の信号を出力
し、この信号がコミュニケータ１４側のＭＰＵ１４ａの
パルス入力端子に入力される。このパルス信号から、マ
イコン１４ａは“１”レベルの時間Ｔｌ。

Ｉ３及びパルス周期Ｔ２．Ｔ４を計測し、このＩ２．Ｉ
４の組合わせによりディジタルコードが判別できる。こ
のようにして伝送器Ａ側からコミュニケータ１４側にデ
ィジタル通信がなされる。

次に伝送器Ａ側からのアナログデータ伝送中にコミュニ
ケータ１４から伝送器Ａ側にディジタル通信を行なう場
合について、第５図、第６図の他に第７図を参照して説
明する。第７図は、この場合のタイムチャートを示すも
のである。

第７図の（ａ）は伝送器Ａ側のＭＰＵ６からＶ／Ｉ変換
回路１０に送られるアナログ伝送電流形成用のＰＷＭ出
力、（ｂ）は伝送路１５．１６を介してコミュニケータ
１４に流れるパルス電流（コミュニケータ電流）で、こ
のコミュニケータ電流の有無をＲＩ　ＩＩ　、　　ｌ（
Ｑ　ＩＩの二値信号とし、この二値信号を後述する如く
伝送器Ａ側のディジタル通信器１２を介してマイコン６
が読取ってディジタル受信を行なう。

すなわち、本例の場合には、パルス幅変調されたディジ
タル通信用の電流パルス幅の変化幅を予めコミュニケー
タ１４に記憶させておき、コミュニケータ１４から通信
を開始したい時には、第６図のＭＰＵ１４ａがコミュニ
ケータ側のＶ／Ｉ変換回路１４ｂに指令を与えて、第７
図（ｂ）に示すように伝送路１５．１６に波高値（ＩＩ
−Ｉ２）でパルス幅Ｔ５のコミュニケータ電流を流す。

このコミュニケータ電流は、伝送路１５．１６のアナロ
グデータ伝送用電流に付加されるので、アナログデータ
に対応するアナログ電流量Ｉａを保つには、伝送器Ａの
Ｖ／Ｉ変換回路１０から出力されるアナログ用のパルス
電流をコミュニケータ電流の付加分だけ相殺（減少）さ
せる必要がある。このようにすれば、受信装置１７側で
は、コミュニケータ電流が付加されてもアナログ電流量
Ｉａを入力することができる。第７図（ｂ）から第７図
（ａ）にかかる矢印Ｂは、この電流相殺の動作を表わす
。

これを第５図と合わせて説明する。第７図（ｂ）のコミ
ュニケータ電流が生じると、伝送器Ａの波形整形器１１
ａがこの信号をとらえ（波形整形器１１ａは伝送路電流
の波形をとらえ、コミュニケータ電流はそのうち第７図
（ｄ）の斜線部分に該当する）、排他オアゲートｌｌｂ
が、この斜線部分の信号と第７図（ａ）のＰＷＭ出力の
オアを出力することにより、（ｅ）のＦＯＲ出力がＭＰ
Ｕ６の割込み信号ＩＲＱ端子とデータ受信Ｒｘ端子に入
力される。ここで、Ｒｘ端子に入力される場合は、第７
図の（ｅ）の信号が単安定マルチバイブレータｌｌｃを
介して（ｆ）の単安定出力（ディジタル信号）として入
力され、ディジタル値の幅を充分にとってデータ信号の
判別を充分に行ない得るようにしである。

ＭＰＵ６のＩＲＱ端子にＦＯＲ出力が入力されると、Ｍ
ＰＵ６はコミュニケータ電流（ディジタル信号の１１１
１ｊ信号）があったものと判断し、その付加電流分（パ
ルス幅１５分）だけ第７図（ａ）に示すようにＰＷＭ出
力を減らし、伝送路１５゜１６にＶ／Ｉ変換回路１０を
介して第７＠　（ｇ）の伝送電流を流す。この伝送電流
は第７図（ａ）のＰＷＭ出力に対応するもので、これと
コミュニケータ電流の総和が受信計器１７側に受信され
るので、コミユニをり電流が付加されても、アナログデ
ータ伝送電流Ｉａが受信計器１７で読取られアナログデ
ータ伝送が可能となる。また、伝送器Ａ側のＭＰＵ６が
ＲＸ＠子に入力されるディジタル信号を読取ることによ
り、コミュニケーダ１４側から伝送器Ａ側へのディジタ
ル通信（ディジタルデータ伝送）が可能となる。このよ
うにすれば、コミュニケータ１４からのディジタル通信
も伝送路に流れるアナログ電流を変化させることなく行
えるので、アナログ伝送とディジタルデータ通信を同時
に行ない得る。

しかして、本実施例によれば、伝送器と受信装置間を、
アナログデータ伝送（プロセス変量）をパルス幅変調に
より行い、また、アナログデータ伝送のアナログ電流量
を保つ条件の下で、パルス幅変調信号の周期（周波数変
調）或いはディジタル信号（コミュニケータ電流）を付
加することでディジタル通信を行うことで、アナログデ
ータ伝送とディジタル通信を同時に行なうことができる
ので、システムを停止することなく、伝送器の測定レン
ジ確認、伝送器の診断等を容易に行える。

更に１本実施例によれば、従来のアナログ伝送器との互
換性をある程度保ちつつ、双方向のディジタル通信も可
能な伝送方法であり、その実用的価値も極めて高い。

なお、本実施例では、アナログデータ伝送は伝送器Ａか
ら受信側１７に一方向に行っているが双方同士でアナロ
グデータ伝送を行ってもよく、またこの場合のディジタ
ル通信は第４図、第７図のいずれか一方又は双方の通信
を任意に採用して行な得ばよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、同一の線式伝送路を用い
てアナログ、ディジタルの同時データ通信を可能にし、
その結果、アナログ伝送を中断することなく、例えばプ
ロセス制御等の測定レンジ確認、伝送器診断等をディジ
タル通信で行ない。

データ伝送システムの高機能化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデータ伝送方法を具現化した伝送シス
テム例を示す構成図、第２図は上記伝送システムの動作
を示すフローチャート、第３Ｍは本発明の原理を示すア
ナログ伝送時のタイムチャート、第４図は本発明におけ
るアナログ伝送とディジタルデータ通信を同時に行う原
理を示したタイムチャート、第５図は上記伝送システム
の要部を表わす回路図、第６図は上記伝送システムのコ
ミュニケータの回路図、第７図はコミュニケータから伝
送器に通信を行うときのタイムチャートである。１・・・複合センサ（データ検出手段）、６・・・マイ
クロプロセッサ（パルス電流時比率制御手段）、１０・
・・Ｖ／Ｉ変換回路（伝送電流出力手段）、１１・・・
ディジタル受信手段、１４・・・コミュニケータ（ディ
ジタルデータ送受信手段）、１５．１６・・・線式伝送
路、１７・・・受信計器（アナログデータ通信手段）、
Ａ・・・伝送器。

Claims

【特許請求の範囲】

１、データを線式伝送路を介して伝送する場合に、伝送
電流をパルス電流とし、このパルス電流の平均値が前記
データに対応するアナログ電流量となるように該パルス
電流の時比率を可変制御してアナログデータ伝送を行な
い、且つ前記アナログデータ伝送中に前記線式伝送路を
用いてディジタル通信を行なう場合には、前記アナログ
データ伝送に用いるパルス電流の平均値が前記アナログ
電流量を保つ条件の下で、該パルス電流自身のパルス周
期及びパルス幅の少なくとも一つをディジタルコードに
対応させて変調するか或いはディジタル値となるパルス
電流を前記線式伝送路中に付加し、この付加されたパル
ス電流の発生パターン、前記変調されたパルス電流の変
調パターンのいずれかを受信側で読取ることによりディ
ジタル通信を行なうことを特徴とする線式データ伝送方
法。