JPH03212799A - ２線式計器 - Google Patents

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、負荷側から２線の伝送線を介して電源の供給
を受けて測定すべき物理量を電気信号に変換しこれをマ
イクロプロセッサにより信号処理をして伝送線を介して
負荷に電流信号として伝送する２線式計器に係り、特に
この２線式計器の環境条件の異常を検出するように改良
された２線式計器に関する。

〈従来の技術〉 第８図は従来のいわゆる２線式計器の構成の概要を示す
構成図である。

マイクロプロセッサを含む２線式計器１０は、負荷１１
側から直流電源１２により２線の伝送線Ｊ２＋　、１２
を介し入力端子Ｔ　＋　、Ｔ　２を通じて電流の供給を
受けてこの電流から回路電源を作ると共に測定すべき物
理量を検出してこれを電流信号の変化として、同一の伝
送線Ｉ＋　、１２を通じて例えば４〜２０ｍＡの統一さ
れた統一電流ＩＬの形で負荷１１に伝達する。

このうち最小の電流は４ｍＡであるが、通常この電流は
ゼロ点の調整・確認のため３．２ｍＡ〜３．６ｍＡ程度
での動作が要求され、２線式計器１０での消費電流に対
する制限が大きい。特に、最近は多機能化の要求を満た
すためこの２線式計器１０にマイクロコンピュータが導
入されその電力に対する要求が厳しくなっている。

その電源回路の具体的な構成の１例を第９図に示す。

入力端子Ｔ１、Ｔ２には端子電圧７丁として通常１０Ｖ
程度が供給され、マイクロプロセッサ１４の電源電圧Ｖ
ｃは５ｖなので、この電圧差を利用して供給電流を増加
させるためにスイッチングレギュレータ１３が用いられ
ている。

スイッチングレギュレータ１３はその入力端子Ｔ１、Ｔ
２の両端にコンデンサＣ１が接続され、スイフチＳＷ、
とコイルし、との直列回路を介してマイクロプロセッサ
１４の電源回路に接続され、コイルし、の両端にはダイ
オードＤ、とコンデンサＣ２の一端がそれぞれ接続され
、これ等の他端は入力端子Ｔ２に接続されている。

この電源電圧ｖｃは制御回路１５で検出され内蔵された
所定の基準値と比較されて比較信号が例えばアンドゲー
トに印加され、このアンドゲートの他端に印加されてい
る内蔵された発振器からの周波数の高い発振周波数を比
較信号でオン／オフ制御してこのアンドゲートの出力端
に得られるスイッチング信号によりスイッチＳＷ１をオ
ン／オフ制御する。

スイッチＳＷ１が閉じられるとコイルＬ１に電流が注入
され、次にスイッチＳＷ、が開かれると、この間はコイ
ルし、に蓄積されたエネルギがダイオードＤ１を介して
放出され電源電圧ｖｃが作られる。

この場合の電源電圧Ｖｃは制御回路１５に内蔵されてい
る基準電圧を変更してスイッチＳＷ１の開閉時間を変え
て任意に変えることができる。

く本発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、端子電圧７丁と統一電流Ｉしについては
、例えば１２Ｖ≦Ｖ、≦４５Ｖ、４ｍＡ≦工し≦２０ｍ
Ａなどの動作範囲の仕様であるが、これを外れた場合で
も異常な動作をしないことが要求される。特に、ＶＴ　
＜　１２　Ｖ、　Ｉ　１　＜４　ｍＡのように信号処理
回路としてのマイクロプロセッサ１４に十分な電力を供
給できない場合にも異常動作を防止する必要がある。

演算増幅器などのアナログ回路のみで信号処理回路を構
成しているときにはこの様な異常時の出力をダウンさせ
るのは比較的容易であったが、マイクロプロセッサが信
号処理回路として使用されるときには初期化（リセット
）と警報が確実に実行されないと異常動作を起こす機会
が多くなり、安定性を欠くという問題がある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、負荷側がら２
線の伝送線を介して電源の供給を受けて？ｌ！’Ｉ定す
べき物理量を電気信号に変換しこれをマイクロプロセッ
サにより信号処理をして伝送線を介して負荷に電流信号
として伝送する２線式計器において、伝送線の両端に発
生する端子電圧のレベルを変換して第１電圧を作るスイ
ッチングレギュレータと一端子電圧を安定化して第２電
圧を作る安定化電源回路と、この第２電圧によって動作
し端子電圧の投入・停止・低下と第１電圧の監視を実行
して初期化信号と警報信号とを出力する自己診断回路と
、第１電圧によって動作し初期化信号と警報信号により
制御されるマイクロプロセッサを含む信号処理手段とを
具備するようにしたものである。

く作　用〉 スイッチングレギュレータにより伝送線の両端に発生す
る端子電圧のレベルを変換して第１電圧を作ると共に安
定化電源回路により端子電圧を安定化して第２電圧を作
る。

自己診断回路はこの第２電圧によって動作し端子電圧の
投入・停止・低下と第１電圧の監視を実行して初期化信
号と警報信号とを出力する。

そして、マイクロプロセッサはこの第１電圧によって動
作され初期化信号と警報信号により制御されるようにし
て環境条件の異常を検出する。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の１実施例の構成を示すブロック図である
。なお、第８図と第９図に示す回路と同一の機能を有す
る要素には同一の符号を付して適宜にその説明を省略す
る。

１６は２線式計器であり、この２線式計器１６はスイッ
チングレギュレータ１３、安定化電源回路１７、自己診
断回路１８、およびマイクロプロセッサを含む信号処理
回路１９などにより構成されている。そして、信号電圧
Ｖｓは入力端子Ｔ。

とＴ２にそれぞれ接続された伝送線１＋　−１２に直列
に接続された抵抗Ｒ１の両端で検出されて信号処理図＃
ｒ１９に出力され、ここで信号処理がなされて出力端子
Ｔ０に出力される。

スイッチングレギュレータ１３は端子電圧ｖＴが入力さ
れ、これをレベル変換して信号処理回路１つに第１電圧
として回路電圧Ｖｃを出力するが、端子電圧ＶＴの入力
に対して回路電圧Ｖｃの立上りが遅くしかも負荷電流も
大きいので、回路電圧■ｃが安定になるのは安定化電源
回路１７より一般に後になる。

安定化電源回路１７は端子電圧■Ｔが入力され、その出
力端に第２電圧として定電圧■ｋを出力する。この安定
化電源回路１７は、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ２、ツェ
ナダイオードＤ２などで構成されている。そして、端子
電圧ｖＴが抵抗Ｒ２とツェナダイオードＤ２との直列回
路に印加されてツェナダイオードＤ２の両端に発生した
ツェナー電圧を基準として動作し対応する定電圧ｖＫを
出力端に出力するが、この安定化電源回路１７は端子電
圧Ｖ丁が回路が動作出来る電圧まで上がると直ちに動作
して定電圧■にを自己診断回路１８に出力することがで
きる。

なお、第１図では安定化電源回路１７としてトランジス
タを用いる構成として説明したが、このトランジスタＱ
１は必ずしも必要ではなく、抵抗Ｒ２とツェナダイオー
ドＤ２の直列回路としてこのツェナダイオードＤ２の両
端の電圧を定電圧Ｖｋとする構成としても良い。

自己診断回路１８は、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、コ
ンデンサＣ３、ヒステリシスを持つインバータＱ２、Ｒ
／ＳフリップフロップＦＦ１、比較器Ｑ３、基準電圧源
Ｅ１などで構成されるリセット信号発生回路２０と、抵
抗Ｒ７、Ｒ８、基準電圧源Ｅ２、比較器Ｑ４などで構成
される異常検知回路２１などで構成されている。

まず、リセット信号発生回路２０について説明する。

定電圧ｖＫを抵抗Ｒ３とＲ４で分圧した分圧電圧がイン
バータＱ２の入力端に印加される。インバータＱ２の出
力端はＲ／Ｓフリヅプフロッ１ＦＦ１のセット端子Ｓに
接続されている。このリセット端子Ｒは、スイッチング
レギュレータ１３の出力である回路電圧Ｖｃを抵抗Ｒ５
とＲ６で分圧された分圧電圧が非反転入力＠（＋）に印
加され反転入力端（−）には基準電圧Ｅ１が印加された
比較器Ｑ３の出力端が接続されている。そして、Ｒ／Ｓ
フリップフロップＦＦＩの出力端Ｑからリセット信号Ｒ
３が信号処理回路１９に出力されている。

以上の構成で、電源が投入されるとインバータＱ２を介
してＲ／ＳフリップフロップＦＦ１がセットされる。

一方、回路電圧■ｃは端子電圧ｖＴが立ち上がっても暫
くの間は正規の電圧とはならず、このためＲ／Ｓフリッ
プフロッ１ＦＦＩのリセット端子Ｒはローレベルに保持
されその出力端Ｑからマイクロプロセッサを含む信号処
理回路１９にリセット信号（初期化信号）Ｒ８を与え続
けている。しかし、回路電圧ＶＣがある値、例えば信号
処理図Ｂ１９が動作する最低電圧に対応する基準電圧Ｅ
１を越えると比較器Ｑ３の出力がハイレベルに反転しＲ
／ＳフリップフロップＦＦＩのリセット端子Ｒをハイレ
ベルにしてその出力端Ｑに出ていたリセット信号Ｒ５を
解除する。この回路電圧ＶＣの最低の値としては例えば
４．７５Ｖなどが選択される。以上のようにしてマイク
ロプロセッサは確実に初期化される。

次に、異常検知回路２１について説明する。通常、スイ
ッチングレギュレータ１３などにはコンデンサが含まれ
ているので外部電源が低下しても直ぐに回路が死ぬこと
はない。

そこで、この異常検知回路２１が外部電源としての直流
電源１２の電圧の異常低下を早期に検知して警報信号Ａ
Ｌを信号処理回路１つに出力する。

この異常低下を検知する値としては、例えば仕様最低電
圧などが選定され、これは基準電圧Ｅ２で設定される。

信号処理回路１９はこの警報信号ＡＬを検知すると重要
なパラメータの退避、或いは動作の固定などを行い異常
動作を防止する。

第２図はリセット信号発生回路の第２の実施例を示す回
路図である。

これは、回路電圧Ｖｃが、例えば４．７５Ｖ以下なら電
源投入直後と想定される場合に、回路電圧■ｃの検知が
電源投入を兼ねるように構成したものである。

比較器Ｑ４の出力をインバータＱ５を介してリセット信
号Ｒ３を取り出す。なお、比較器Ｑ４にはヒステリシス
を持たせるために抵抗Ｒ９で正帰還がかけられている。

第３図はリセット信号発生回路の第２の実施例を示す回
路図である。

この実施例はマイクロプロセッサなどは回路電圧Ｖｃが
４．７５Ｖ以上になっても一定時間以上はリセットをか
け続ける必要がある。この様な場合に遅延回路によりリ
セット時間を長くするように構成したものである。

オア回路Ｑ６の入力の一端にはリセット信号Ｒ８が、そ
の他端には遅延回路りして所定時間τだけ遅延された遅
延信号ΔＲ３がそれぞれ入力され、オア回路Ｑ６でこれ
等の論理和か演算されてこの出力端に得られたリセット
信号Ｒ３−により信号処理回路１つをリセットする。

この場合のタイミング図を第４図に示す。（イ）に示す
リセット信号Ｒ３に対して（ロ）に示す遅延時間τだけ
遅延された遅延信号ΔＲ３により（ハ）に示すようにリ
セット信号Ｒ３−のパルス幅が拡大されている。

第５図は第３図に示す遅延回路ＤＬの第２の実施例を示
す回路図である。

この場合は、インバータＱ７、抵抗ＲＩＯ、コンデンサ
Ｃ４、ヒステリシスを持つインバータＱ８により遅延回
路を構成している。

第６図はリセット信号発生回路の第３の実施例を示す回
路図である。

この場合は、Ｒ／ＳフリップフロップＦＦ２．２ｎ＋１
カウンタＣＴを用いて構成した場合を示している。

リセット信号Ｒ３はＲ／ＳフリッグフロッグＦ■パ２の
セット端子Ｓに入力されると共にカウンタＣＴのリセッ
ト＃！Ｒに入力される。一方、カウンタＣＴのクロック
ｆ＠ＣＬにはタロツク信号ＣＬＫが入力され、その計数
結果は出力端ＱπからＲ／ＳフリップフロップＦＦ２の
リセット端子Ｒに出力され、その出力端Ｑから遅延され
たリセット信すｊｊＳ−が出力される。

リセット信号Ｒ３かローレベルになってからタロツク信
号ＣＬＫを２ｎ数えて立ち上がり、その出力をＲ／Ｓフ
リップフロップＦＦ２のリセット端子Ｒに印加する。こ
れによりその出力端Ｑがら出される反転されたリセット
信号Ｒ３−により信号処理回路１９のリセットが解除さ
れる。

第７図は異常検知回路の他の実施例を示す回路図である
。

この実施例は仕様より遥かに低い電圧を下回ったときに
警報信号としてタウン信号ＤＷＮをも出力できるように
構成したものである。

端子電圧ｖＴを抵抗Ｒ８、Ｒ１１、Ｒ１２で分圧し、抵
抗Ｒ８とＲ１１との接続点の電圧を電圧Ｅ２が印加され
た比較器Ｑ９の反転入力端（−）に印加して、その出力
端から信号処理回路１９にタウン信号ＤＷＮを出力する
。

また、異常信号の検知としては第１図に示すスイッチン
グレギュレータ１３のスイッチＳＷ、をオンにするデユ
ーティが規定以上になったときには負荷電流が入力電流
に比べて多くなっているので、これを検出して警報信号
としても良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、自己診断回路はマイクロプロセッサより早く立ち
上がる第２電圧で動作するので、電源投入のときに確実
に初期化をすることができ、また外部電源の低下・停電
を検出しているのでマイクロプロセッサ側で異常動作を
防止する対策が容易に行うことができる。さらに、第２
電圧は簡単な安定化電源で構成するので電力利用率が低
いか、これを利用するのは自己診断回路だけであり、信
号処理回路はスイッチングレギレータの第１電圧を使う
ので全体として電力の有効利用が可能となり、２線式計
器で重要な回路の低電力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１実施例の構成を示すブロック図、第
２図はリセット信号発生回路の第２の実施例を示す回路
図、第３図はリセット信号発生回路の第２の実施例を示
す回路図、第４図は第３図に示す回路の動作を説明する
タイミング図、第５図は第３図に示す遅延回路の第２の
実施例を示す回路図、第６図はリセット信号発生回路の
第３の実施例を示す回路図、第７図は異常検知回路の他
の実施例を示す回路図、第８図は従来の２線式計器の構
成の概要を示す構成図、第９図は第８図に示す電源回路
の具体的な構成の１例を示すブロック図である。 １０．１６・・・２線式計器、１１・・・負荷、１２・
・・直流電源、１３・・・スイッチングレギュレータ、
１４・・・マイクロプロセッサ、１７・・・安定化電源
回路、１８・・・自己診断回路、１９・・・信号処理回
路、２０・・・リセット信号発生回路、２１・・・異常
検知回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷側から２線の伝送線を介して電源の供給を受けて測
   定すべき物理量を電気信号に変換しこれをマイクロプロ
   セッサにより信号処理をして前記伝送線を介して前記負
   荷に電流信号として伝送する２線式計器において、前記
   伝送線の両端に発生する端子電圧のレベルを変換して第
   １電圧を作るスイッチングレギュレータと、前記端子電
   圧を安定化して第２電圧を作る安定化電源回路と、この
   第２電圧によって動作し前記端子電圧の投入・停止・低
   下と前記第１電圧の監視を実行して初期化信号と警報信
   号とを出力する自己診断回路と、前記第１電圧によって
   動作し前記初期化信号と前記警報信号により制御される
   前記マイクロプロセッサを含む信号処理手段とを具備す
   ることを特徴とする２線式計器。