JPH08251304A

JPH08251304A - 信号変換装置

Info

Publication number: JPH08251304A
Application number: JP5411295A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Noguchi; 博史野口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】安価でありながら高信頼性を有し、計測ポイ
ントが広域に及ぶ監視システムに適用可能な信号変換装
置を実現する。【構成】電話機３０６ａは信号変換ユニット３ａ、電
話回線４、通信モジュール２００の網制御回路２０１を
介し電話機２０５に接続される。フィールド機器１１ａ
等からの検出信号は信号変換ユニット３ａ、電話回線４
を介し通信モジュール２００の網制御回路２０１に供給
され、復調部２０３にて復調される。復調された信号は
インターフェース２０４を介し上位機器２０６に供給さ
れる。上位機器２０６の指令信号はインターフェース２
０４を介し変調部２０２で変調され、網制御回路２０
１、電話回線４を介し信号変換ユニット３ａ等に供給さ
れる。この電話回線４により、例えば現場作業員間の連
絡が実行されるとともに、上位機器２０６と信号変換ユ
ニット３ａとの間の信号伝送が実行される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種プラントのプロセ
ス制御に使用するフィールド計器あるいは温度センサ等
の信号を上位機器へ出力する信号変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２線式伝送器に代表されるフィールド計
器の信号や、測温抵抗体あるいは熱電対に代表される温
度センサの検出温度信号を上位機器で取扱う場合、これ
らの信号は、信号変換器によりＤＣ１〜５Ｖに代表され
る統一化されたアナログ信号に変換され、変換された信
号を上位機器に入力する構成が一般的である。

【０００３】また、分散形制御システムのように、上記
フィールド計器の信号等を数多く扱う場合、上記信号変
換器を複数個実装可能なようにした信号変換ユニットを
応用し、実装の効率化が図られている。

【０００４】さらに、近年、半導体集積回路技術の向上
によりフィールド計器あるいは温度変換器は、通信モジ
ュールを有するマイクロプロセッサを搭載しインテリジ
ェント化されており、測定レンジなどの各種計器管理情
報を上位機器から一括管理あるいは操作できる機能、あ
るいは、上位機器がプロセス変量をディジタル伝送で収
集する機能を有している。

【０００５】上記機能を実現する手段として、上位機器
とフィールド計器あるいは温度変換器との間で間接的に
データ交換が可能となるようにディジタル信号で通信す
るインタフェースを信号変換器に設けている。この種の
装置の通信方式の従来例としては、特願平１−１７２７
４９号公報および特願平３−９６７００号公報等があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、上位機器と通信モジュール間をディジタル信
号で通信するので、両者を結ぶ通信媒体の持つ周波数特
性の制限から、通常、数１０ｍ〜２ｋｍ程度の通信距離
が限界である。したがって、上位機器と、通信モジュー
ルを含む信号変換ユニットの設置場所は、上記制限か
ら、同一建屋内、あるいは、同一敷地内に限定される。

【０００７】計測ポイントが広域に及ぶシステム、例え
ば、上下水道監視システムや大規模プラントの監視制御
システムは、通常、１０数ｋｍの範囲で通信が可能でな
ければ適用できない。

【０００８】このため、従来の技術においては、通信距
離を延長するための中継器を途中に設置したり、光伝送
装置を上位機器と信号変換ユニットとの間に介在させ
て、光ファイバー伝送による通信で通信距離を延長する
方法が採られていた。

【０００９】しかしながら、中継器を設置する例や、光
ファイバー伝送を行う例にあっては、高価格となってし
まっていた。これは、監視制御システムが広域となれば
なるほど、高価格となる。

【００１０】また、別の方法として、上位機器と信号変
換ユニットとの間にテレメータなどの遠方監視装置を介
して計測信号を伝送する方法がある。しかしながら、こ
れは計測信号に付随する各種計器管理情報などの伝送、
いわゆるインテリジェント機能が不能であり、機能が制
限されるという問題がある。

【００１１】本発明の目的は、安価でありながら高信頼
性を有し、計測ポイントが広域に及ぶ監視システムに適
用可能な信号変換装置を実現することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】プラントの保守作業時な
どの際、上位機器が設置される中央監視所と信号変換ユ
ニットが設置される現場との間で作業員間の通話連絡が
必要であり、通常、通話用の電話回線設備を設けてい
る。そこで、本発明は、上記プラント等に設置されてい
る電話回線設備に着目し、この電話回線を利用すること
により、安価でありながら高信頼性を有し、計測ポイン
トが広域に及ぶ監視システムに適用可能な信号変換装置
を実現するものである。

【００１３】本発明は、上記目的を達成するため、次の
ように構成される。物理量を検出する検出器からの検出
信号を、複数の送受話器が接続される電話回線にて送信
可能な信号に変換し、電話回線を介して、指令信号を発
生する上位機器に送信する送信信号変換手段と、上位機
器から、電話回線を介して送信される指令信号を、電話
回線に接続された送受話器からの音声信号から分離し、
所定の信号に復調して格納する受信手段とを備える。

【００１４】好ましくは、上記信号変換装置において、
送信信号変換手段は送受話器に接続されており、変換し
た検出信号を送受話器からの音声信号に重畳して送信す
る。また、好ましくは、上記信号変換装置において、変
換された検出信号と、音声信号との使用周波数帯域は互
いに分割され、信号変換手段は、検出器からの検出信号
をディジタル信号に変換し、変換した信号を、第１の周
波数と第２の周波数とを加算した周波数信号と、第１の
周波数から第２の周波数を減算した周波数信号とで表す
周波数信号に変換して、この変換した周波数信号を送受
話器からの音声信号に重畳して上位機器に送信する。

【００１５】また、好ましくは、上記信号変換装置にお
いて、受信手段は、上位機器から、電話回線を介して受
信した指令信号を、第１の周波数と第２の周波数とが加
算された周波数信号と、第１の周波数から第２の周波数
が減算された周波数信号とに判別し、判別した周波数信
号に基づいて、指令信号をディジタル信号に復元する。

【００１６】また、好ましくは、上記信号変換装置にお
いて、受信手段は、上位機器から、電話回線を介して受
信した指令信号を、第３の周波数と第２の周波数とが加
算された周波数信号と、第３の周波数から第２の周波数
が減算された周波数信号とに判別し、判別した周波数信
号に基づいて、指令信号をディジタル信号に復元する。

【００１７】また、好ましくは、上記信号変換装置にお
いて、送信信号変換手段は、検出器からの検出信号が、
所定の上下限値からなる範囲を超過したときに、検出器
からの検出信号を、複数の送受話器が接続される電話回
線にて送信可能な信号に変換し、電話回線を介してこの
電話回線に接続された上位機器に送信する。

【００１８】また、好ましくは、上記信号変換装置にお
いて、送信信号変換手段は、送受話器に接続されてお
り、この送受話器から音声信号が発生されているときに
は、この音声信号を電話回線に出力し、送受話器から音
声信号が発生されていないときに、検出器からの検出信
号を、電話回線にて送信可能な信号に変換し、上位機器
に送信する。

【００１９】また、上位機器からのディジタル指令信号
を、複数の送受話器が接続される電話回線にて送信可能
な信号に変換し、電話回線を介して、物理量を検出する
検出器からの検出信号を所定の信号に変換するフィール
ド側信号変換装置に送信する送信信号変換手段と、フィ
ールド側信号変換装置から、電話回線を介して送信され
る信号を、電話回線に接続された送受話器からの音声信
号から分離し、所定の信号に復調して格納する受信手段
とを備える。

【００２０】好ましくは、上記信号変換装置において、
送信信号変換手段は送受話器に接続されており、変換し
た指令信号を送受話器からの音声信号に重畳する。ま
た、好ましくは、上記信号変換装置において、変換され
た指令信号と、音声信号との使用周波数帯域は互いに分
割され、信号変換手段は、上位機器からのディジタル指
令信号を、第１の周波数と第２の周波数とを加算した周
波数信号と、第１の周波数から第２の周波数を減算した
周波数信号とで表す周波数信号に変換して、この変換し
た周波数信号を送受話器からの音声信号に重畳してフィ
ールド側信号変換装置に送信する。

【００２１】また、好ましくは、上記信号変換装置にお
いて、受信手段は、フィールド側信号変換装置から、電
話回線を介して受信した検出信号を、第１の周波数と第
２の周波数とが加算された周波数信号と、第１の周波数
から第２の周波数が減算された周波数信号とに判別し、
判別した周波数信号に基づいて、検出信号をディジタル
信号に復元する。

【００２２】また、好ましくは、上記信号変換装置にお
いて、受信手段は、フィールド側信号変換装置から、電
話回線を介して受信した検出信号を、第３の周波数と第
２の周波数とが加算された周波数信号と、第３の周波数
から第２の周波数が減算された周波数信号とに判別し、
判別した周波数信号に基づいて、検出信号をディジタル
信号に復元する。

【００２３】また、好ましくは、上記信号変換装置にお
いて、送信信号変換手段は送受話器に接続されており、
この送受話器から音声信号が発生されているときには、
この音声信号を電話回線に出力し、送受話器から音声信
号が発生されていないときに、上位機器からの指令信号
を、電話回線にて送信可能な信号に変換し、フィールド
側信号変換装置に送信する。

【００２４】

【作用】広く一般に普及している電話回線は、通常、３
００Ｈｚ〜３ｋＨｚ程度の伝送帯域を持ち、この帯域範
囲内の信号であれば、１０数ｋｍの伝送距離を−３０ｄ
Ｂ程度の信号減衰で伝送できることが知られている。通
信モジュールと上位機器との間を電話回線で接続するこ
とのできるような変復調回路は、例えば、周波数変調方
式の場合、送信側では上位機器と通信モジュール間で取
り交わすディジタル信号の“１”、“０”は、それぞれ
（ｆ0−Δｆ）、（ｆ0＋Δｆ）の周波数に変調し、電話
回線に送出する。ここで（ｆ0−Δｆ）および（ｆ0＋Δ
ｆ）の周波数は、いずれも上記電話回線の持つ伝送帯域
範囲内の周波数である。

【００２５】一方、受信側は電話回線から入力された信
号から雑音や不必要な周波数成分を取り除き、信号振幅
を一定の大きさに整えた後、（ｆ0−Δｆ）、（ｆ0＋Δ
ｆ）の周波数を検出し、元の“１”、“０”のディジタ
ル信号に復調する。その他、位相変調方式や振幅位相変
調方式の変復調回路も適用できる。

【００２６】よって、このような変復調回路を内蔵した
通信モジュールを含む信号変換装置は、計測ポイントが
１０数ｋｍの広域に及ぶ監視システムにおいて、中央監
視所に設置される上位機器と現場に設置される信号変換
ユニットとの間を電話回線を介して接続でき、通信でき
る。

【００２７】また、フィールド側の信号変換装置におい
て、それぞれの、物理量を検出する検出器、フィールド
計器や温度センサからの信号に対し、下限値、または、
上限値を少なくとも１個は任意の値に設定でき、かつ、
フィールド計器や温度センサからの信号が上記下限値、
または、上限値に達した時点で警報信号を発するように
しておけば、プロセスの異常を検出できる。

【００２８】信号変換装置は、上記警報信号を感知した
時に回線捕捉、ダイヤル信号送出などの一連の発呼動作
を起動するようにしておけば、プロセスの異常発生に連
動して信号変換装置と上位機器が電話回線を介して接続
でき、通信できる。

【００２９】また、通話音声信号は、通常、３００Ｈｚ
〜２ｋＨｚの周波数帯域があれば特段支障なく受話でき
ることが知られている。電話回線が伝達し得る周波数信
号帯域を、上位機器と通信モジュール間で取り交わす通
信信号の周波数チャンネルと、通話音声信号の周波数チ
ャンネルとに分割しておく。例えば、３００Ｈｚ〜２ｋ
Ｈｚを通話音声信号用の周波数チャンネルに、２ｋＨｚ
〜３ｋＨｚを上位機器と通信モジュール間で取り交わす
通信信号用の周波数チャンネルにというように分割して
おく。

【００３０】送話側では、上位機器並びに送受話器は発
生される音を電気信号の通話音声信号に変換する。同じ
く受話側では、送話側の通話音声信号から通話音声信号
用の周波数チャンネルに割り当てた周波数帯域外の周波
数成分を取り除いた後、上記で説明した変調された通信
信号と多重合成し、電話回線に送出する。

【００３１】一方、受信側では、多重合成された電話回
線からの入力信号から、１つは通話音声信号用の周波数
チャンネルに割り当てた周波数帯域の信号成分に、もう
１つは通信信号用の周波数チャンネルに割り当てた周波
数帯域の信号成分にそれぞれ分波して出力する。

【００３２】送受話器は、分波した通話音声信号用の信
号成分を音としてスピーカから出力する。分波した通信
信号用の信号成分は、上述した変復調回路が“１”、
“０”のディジタル信号に復調する。これにより、通話
音声信号が通信信号にとってノイズ成分にはならず、通
信エラーを引き起こすことはない。

【００３３】また、逆に、通信信号が通話音声信号にと
ってノイズ成分にならず、不要な音を出力することはな
い。よって、信号変換装置と上位機器との間で１対の電
話回線を介して通信並びに通話が同時にできる。

【００３４】また、通話音声信号用の周波数チャンネル
と通信信号用の周波数チャンネルの互いの周波数帯域と
の間で、重複する帯域が生じる場合は、送受話器が使用
されているときは、通話音声信号用の周波数チャンネル
だけを選択し機能するようにしておき、逆に、送受話器
を使用していないときは、通信信号用の周波数チャンネ
ルだけを選択し機能するようにしておけば、信号変換装
置と上位機器との間で１対の電話回線を介して通話と通
信が切替えてできる。

【００３５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例である信号変換ユニ
ットを用いたプラント等の広域監視制御システムの全体
概略構成図である。

【００３６】図１において、電話機３０６ａは、信号変
換ユニット３ａ、既設又は新設の電話回線４、通信モジ
ュール２００の網制御回路２０１を介して電話機２０５
に接続される。また、電話機３０６ｂは、同様に、信号
変換ユニット３ｂ、電話回線４、通信モジュール２００
の網制御回路２０１を介して電話機２０５に接続され
る。

【００３７】また、フィールド機器１１ａ、１１ｂ、１
２ａ、１２ｂは、圧力、流量等の物理量を内蔵センサに
より検出する計器であり、一般には検出した物理量をＤ
Ｃ４〜２０ｍＡの統一化したアナログ電流信号で出力す
る。温度センサ１３ａ、１３ｂは、例えば、測温抵抗体
あるいは熱電対などの素子である。

【００３８】そして、これらフィールド機器１１ａ、１
２ａ、温度センサ１３ａ及びフィールド機器１１ｂ、１
２ｂ、温度センサ１３ｂからの検出信号は、信号変換ユ
ニット３ａ、３ｂ、電話回線４を介して通信モジュール
２００に供給される。この通信モジュール２００は、上
記網制御回路２０１、変調回路２０２、復調回路２０
３、インターフェース２０４を備えており、電話回線４
を介して送信された検出信号は、網制御回路２０１に供
給される。

【００３９】網制御回路２０１に供給された検出信号
は、復調部２０３に供給されて復調される。そして、復
調された検出信号は、インターフェース２０４を介して
上位機器に供給される。

【００４０】また、上位機器からの指令信号等は、イン
ターフェース２０４を介して変調部２０２に供給され、
後述するように変調され、網制御回路２０１、電話回線
４を介して信号変換ユニット３ａ又は３ｂ等に供給され
る。なお、図示は省略しているが、信号変換ユニット
は、３ａ、３ｂの他にも複数設置されており、フィール
ド機器、温度センサも１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２
ｂ、１３ａ、１３ｂ以外にも複数のフィールド機器等が
設置されているものである。

【００４１】この図１に示した電話回線４により、例え
ば現場作業員間の連絡が実行されるとともに、上位機器
２０６と信号変換ユニット３ａ、３ｂ・・・との間の信
号伝送が実行される。

【００４２】図２は、信号変換ユニット３ａの内部ブロ
ック図である。図２において、フィールドルド計器１１
ａ、１２ａからの圧力等の検出信号は、それぞれフィー
ルド伝送路２１、２２を介して、信号変換ユニット３ａ
に実装するフィールド計器変換モジュール３１、３２
に、それぞれ供給されする。同様に、温度センサ１３
ａ、・・・、１Ｎａからの温度検出信号は、それぞれフ
ィールド伝送路２３、・・・、２Ｎを介して、信号変換
ユニット３に実装する温度変換モジュール３３、・・
・、３Ｎにそれぞれ供給される。

【００４３】また、広域監視システムを想定して、計測
ポイントのある現場側には信号変換ユニット３ａと共に
プロセス信号の指示、記録あるいは制御のための受信計
器７１〜７Ｎが設置されており、信号変換ユニット３ａ
からのアナログ信号線５１〜５Ｎで受信計器７１〜７Ｎ
と、フィールド計器モジュール、温度変換モジュール、
３１、３２、・・・３Ｎとがそれぞれ接続されている。

【００４４】また、図１に示したように、現場から１０
数ｋｍ離れた中央監視所に設置された上位機器２０６
と、信号変換ユニット３ａとは加入者電話網あるいは専
用回線などの電話回線４及び通信モジュール２００を介
して、接続されている。

【００４５】信号変換ユニット３ａには、フィールド計
器変換モジュールあるいは温度変換モジュールを複数個
と、通信モジュール３０を実装可能である。フィールド
計器変換モジュール３１、３２および温度変換モジュー
ル３３、・・・、３Ｎは、信号変換ユニット３ａの内部
でディジタル伝送路６０を介して通信モジュール３０と
接続され、双方向通信が可能となっている。

【００４６】フィールド計器変換モジュール３１は、変
換アンプ回路３１１と論理演算回路３１２と通信インタ
フェース３１３とで構成されている。変換アンプ回路３
１１には、フィールド計器１１ａからの信号が供給さ
れ、例えば、ＤＣ４〜２０ｍＡの信号をＤＣ１〜５Ｖな
どの、フォーマットが統一された信号に変換する。そし
て、絶縁などの信号処理、つまり、フィールド機器の故
障の際の故障電流が、変換モジュール３１に悪影響を与
えないように、光電変換等を行ない、アナログ信号線５
１を介して現場に設置される指示計あるいは記録計など
の受信計器７１へ出力する。

【００４７】通信インタフェース３１３は、ディジタル
伝送路６０を介して、通信モジュール３０との通信信号
を処理すると共に、フィールド機器１１ａと伝送路２１
を介して、電気的に絶縁された状態で接続される。論理
演算回路３１２は、マイクロプロセッサと、プログラム
を格納したメモリと、データを格納するメモリと、Ｉ／
Ｏインタフェースなどで構成され、変換アンプ回路３１
１と通信インタフェース３１３の動作、機能動作を統括
的に制御する。フィールド計器変換モジュール３２も、
フィールド計器モジュール３１と同様な構成であるの
で、内部構成の図示は省略する。

【００４８】温度変換モジュール３３は、変換アンプ回
路３３１と、論理演算回路３３２と、通信インタフェー
ス３３３とで構成される。変換アンプ回路３３１は、温
度センサ１３ａの検出信号、例えば、測温抵抗体の場合
には、抵抗値を測定レンジに応じてＤＣ１〜５Ｖなど
の、フォーマットが統一された信号に変換し、上述と同
様な絶縁などの信号処理を行ない、アナログ信号線５３
を介して現場に設置される指示計あるいは記録計などの
受信計器７３へ出力する。

【００４９】通信インタフェース３３３は、ディジタル
伝送路６０を介して、通信モジュール３０との通信信号
を処理する。論理演算回路３３２は、マイクロプロセッ
サと、プログラムを格納したメモリと、データを格納す
るメモリと、Ｉ／Ｏインタフェースなどで構成され、変
換アンプ回路３３１と通信インタフェース３３３との動
作、機能を統括的に制御する。

【００５０】温度変換モジュール３Ｎ等の他の温度変換
モジュールも、温度変換モジュール３３と同様の構成と
なるので、内部構成の図示は省略する。

【００５１】通信モジュール３０は、上位通信インタフ
ェース３０１と、論理演算回路３０２と、下位通信イン
タフェース３０３と、変復調回路３０４と、網制御回路
３０５と、合波回路３０７と、分波回路３０８とで構成
されている。論理演算回路３０２は、マイクロプロセッ
サと、プログラムを格納したメモリと、データを格納す
るメモリと、Ｉ／Ｏインタフェースなどで構成し、上位
通信インタフェース３０１と、下位通信インタフェース
３０３と、変復調回路３０４と、網制御回路３０５との
動作機能を統括的に制御する。

【００５２】上位通信インタフェース３０１は、上位機
器２０６との間で取り交わす通信信号をディジタルの
“１”、“０”レベルで信号処理する。一般には、ビッ
トシリアルの形態で定められた伝文フォーマットを同期
化処理、伝送誤り検出など処理の後、マイクロプロセッ
サで取り扱いやすいようにビットパラレルの形態に変換
する受信処理と、ビットパラレルの形態の伝文に同期用
ビット、伝送誤り検出用ビットなどを付加し、規定した
ビットシリアルの形態の伝文フォーマットに変換する送
信処理を行う。

【００５３】下位通信インタフェース３０３は、ディジ
タル伝送路６０を介してフィールド計器変換モジュール
３１、３２および温度変換モジュール３３、・・・、３
Ｎとの間で送受される通信信号を処理する。

【００５４】変復調回路３０４は、例えば、周波数変調
方式の場合、送信側では上位機器２０６に通信モジュー
ル３０から送信するディジタル信号の“１”、“０”
は、それぞれ（ｆ0t−Δｆ）、（ｆ0t＋Δｆ）の周波数
に変調する。ここで（ｆ0t−Δｆ）および（ｆ0t＋Δ
ｆ）の周波数は、いずれも電話回線４の持つ伝送帯域範
囲内の周波数である。一方、変復調回路３０４は、受信
側では、上位機器２０６から電話回線４を介して入力さ
れた信号から雑音や不必要な周波数成分を取り除き、信
号振幅を一定の大きさに整えた後、（ｆ0r−Δｆ）、
（ｆ0r＋Δｆ）の周波数を検出し、元の“１”、“０”
のディジタル信号に復調する。

【００５５】つまり、例えば、３００Ｈｚ〜３ｋＨｚの
伝送帯域であり、全二重通信の場合には、ｆ0t（第１の
周波数）を２４００Ｈｚ、ｆ0r（第３の周波数）を２８
００Ｈｚ、△ｆ（第２の周波数）を１００Ｈｚとする。
また、例えば、３００Ｈｚ〜３ｋＨｚの伝送帯域であ
り、半二重通信の場合は、ｆ0t＝ｆ0rを２４００Ｈｚ、
△ｆを１００Ｈｚとする。なお、変調方式としては、上
述した周波数変調方式の他に、位相変調方式や振幅位相
変調方式を適用することができる。

【００５６】網制御回路３０５は、一般の加入者電話網
の発呼、着呼の信号を処理する。発呼処理は、電話回線
４のループ閉成、発信音検出、ダイヤル信号送出、呼出
音または話中音検出、着信応答検出、通信終了後のルー
プ開放までの一連の処理である。着呼処理は、呼出信号
検出、着信応答（ループ閉成）、通信終了後のループ開
放までの一連の処理である。

【００５７】送受話器（電話機）３０６ａは、内蔵マイ
クから入る音を電気信号の送話信号に変換して、合波回
路３０７に供給する。また、分波回路３０８から供給さ
れる受話信号を内蔵スピーカから音として出力する。

【００５８】ここで、電話回線４が伝達し得る周波数信
号帯域を、上位機器と通信モジュール３０間で取り交わ
す通信信号の周波数チャンネルと、通話音声信号の周波
数チャンネルとに分割しておく。例えば、上述したよう
に、伝送帯域を３００Ｈｚ〜３ｋＨｚとすれば、帯域３
００Ｈｚ〜２ｋＨｚを通話音声信号用の周波数チャンネ
ルに、帯域２ｋＨｚ〜３ｋＨｚを上位機器２０６と通信
モジュール３０との間で送受される通信信号用の周波数
チャンネルにというように分割しておく。

【００５９】合波回路３０７は、受話送話器３０６ａか
らの送話信号から通話音声信号用の周波数チャンネルに
割り当てた周波数帯域外の周波数成分をバンドパスフィ
ルタ回路で取り除いた後、変復調回路３０４で変調した
通信信号と多重合成し、電話回線４に送出する。

【００６０】分波回路３０８は、電話回線４からの多重
合成された入力信号から、１つは通話音声信号用の周波
数チャンネルに割り当てた周波数帯域の信号成分に、も
う１つは通信信号用の周波数チャンネルに割り当てた周
波数帯域の信号成分にそれぞれバンドパスフィルタ回路
で分波して出力する。

【００６１】これにより、通話音声信号が通信信号にと
ってノイズ成分にはならず、通信エラーを引き起こすこ
とはない。また、逆に、通信信号が通話音声信号にとっ
てノイズ成分にならず、不要な音を出力することはな
い。よって、信号変換ユニット３ａと上位機器２０６と
の間で１対の電話回線を介して通信並びに通話が同時に
できる。

【００６２】上記の構成とした通信モジュール３０は、
フィールド計器変換モジュール３１、３２および温度変
換モジュール３３、・・・、３Ｎが変換したプロセス変
量、測定レンジなどの各種計器管理情報を定期的あるい
はイベント的にディジタル値で収集する。そして、通信
モジュール３０は、上位機器２０６と通信し、収集した
プロセス変量、測定レンジなどの各種計器管理情報を上
位機器２０６との間で電話回線４を介してデータ交換で
きる。信号変換ユニット３ｂは、信号変換ユニット３ａ
と同様な構成となるので、内部構成ブロック図は、省略
する。

【００６３】以上説明した本発明の第１実施例によれ
ば、上位機器２０６と信号変換ユニット３ａ、３ｂ等と
の間の通信経路構成として、既設又は新設の広く一般に
普及している１対の電話回線４を介して通信できるよう
に構成したので、安価でありながら高信頼性を有し、計
測ポイントが広域に及ぶ監視システムに適用可能な信号
変換装置を実現することができるという効果がある。

【００６４】また、上位機器２０６と信号変換ユニット
３ａ、３ｂ、・・・と間で１対の電話回線４を介して通
信と通話ができることから、保守作業時など両者間で通
話連絡しながら作業でき、保守性に優れたシステムを安
価に提供できるという効果がある。

【００６５】上述した本発明の第１の実施例は、通話音
声信号用の周波数チャンネルと通信信号用の周波数チャ
ンネルとの互いの周波数帯域とは、互いに重複しない帯
域とする場合に例である。これに対して、両チャンネル
の周波数帯域との間で、重複する帯域が生じる場合の例
においても、本発明は適用可能である。

【００６６】本発明の第２の実施例は、通話音声信号用
の周波数チャンネルと通信信号用の周波数チャンネルの
互いの周波数帯域との間で、重複する帯域が生じる場合
の例である。つまり、送受話器３０６ａのオフフック、
オンフックに応じて、通信モジュール３０の合波回路３
０７及び分波回路３０８がその動作を切り換える。送受
話基０６ａがオフフックした時は、合波回路３０７及び
分波回路３０８は、通話音声信号用の周波数チャンネル
だけを選択し機能するようにしておき、逆に、送受話器
３０６ａがオンフックした時は、合波回路３０７及び分
波回路３０８が、通信信号用の周波数チャンネルだけを
選択し機能するように構成する。

【００６７】このように構成すれば、通話音声信号用の
周波数チャンネルと通信信号用の周波数チャンネルの互
いの周波数帯域との間で、重複する帯域が生じる場合に
おいても、信号変換ユニット３ａ等と上位機器２０６と
の間で１対の電話回線４を介して通話と通信とが、切替
えにより実行できる。以上の本発明の第２の実施例にお
いても、第１の実施例と同様な効果を得ることができ
る。

【００６８】図３は、本発明の実施例に用いられるおけ
るフィールド計器変換モジュールおよび温度変換モジュ
ールに組み込む変換アンプ回路、論理演算回路、通信イ
ンタフェースの一例である変換モジュール３Ｘを示す構
成ブロック図である。

【００６９】図３において、プリアンプ３９１は、伝送
路２９を介して入力されるフィールド計器あるいは温度
センサからの信号をＡ／Ｄコンバータ３９２が取り扱え
るように信号処理する。例えば、絶縁処理やＡ／Ｄコン
バータ３９２の変換レンジに対して充分な分解能が得ら
れる値にまで増幅処理する。

【００７０】マイクロプロセッサを中核としたディジタ
ル演算部３９３は、Ａ／Ｄコンバータ３９２によって得
たＡ／Ｄ変換値から、場合によってはリニアライズ演算
や補正演算などを施し、プロセス変量値を算出する。Ｄ
／Ａコンバータを中核としたアナログ出力部（変換アン
プ回路）３９４は、求めたプロセス変量値を別途与えら
れている測定レンジでスケーリングし、統一化したアナ
ログ信号、例えば、ＤＣ１〜５Ｖ信号に変換し、信号線
５９を介して受信計器に出力する。

【００７１】さらに、ディジタル通信インタフェース３
９５は、通信モジュール３０とディジタル伝送路６０を
介して接続され、プロセス変量値及び測定レンジなどの
各種計器管理情報を通信する。測定レンジなどの各種計
器管理情報は電気的に消去可能な不揮発性メモリ３９６
に記憶しておき、停電した場合でも保護できる。

【００７２】さて、上述した第１の実施例及び第２の実
施例においては、フィールド計器及び温度センサからの
検出信号を、選択することなく上位機器２０６に伝送す
る構成となっているが、本発明の第３の実施例として、
検出信号のうちの選択された信号のみ伝達する構成も考
えられる。

【００７３】つまり、計器管理情報の中の一部として、
警報設定値をメモリ３９６に記憶させておく。この警報
設定値は、所定の圧力安定範囲又は温度範囲を示す、プ
ロセス変量値に対する上限値あるいは下限値とし、複数
個設けても構わない。ディジタル演算部３９３は、上述
した警報設定値と、実際のプロセス変量値とを比較し、
プロセス変量値が警報設定値を超えた場合、プロセス異
常発生をディジタル通信インタフェース３９５により通
信モジュールに通知する。プロセス異常発生を感知した
通信モジュールは、上述した網制御回路３０５により発
呼起動するようにしておく。

【００７４】上記の構成としておくと、広域監視システ
ムにおけるアプリケーションの１つとして、各現場の監
視制御は現場側に設置した制御装置でいわゆるローカル
制御しており、その制御結果のみを比較的長い監視周期
で上位機器が収集したり、制御結果に異常が発生した場
合のみ上位機器に異常通知できるようなシステムに適用
できる。これにより、各現場に設置される信号変換ユニ
ットと中央監視所に設置される上位機器との間で取り交
わす通信頻度を極力減らすことで上位機器の負荷軽減お
よび簡素化や、通信費を軽減することができる。

【００７５】図４は、本発明の信号変換ユニットのシス
テム適用説明図である。図４において、本発明の信号変
換ユニット３００、３１０は、差圧伝送器、電磁流量計
などのフィールド計器１００、１２０および温度センサ
１１０、１３０の近傍に設置され、マルチコントローラ
８００、データハイウェイ８１０、オペレータズコンソ
ール８２０などで構成した上位の制御機器とそれぞれ１
対の電話回線４００、４１０を介して双方向のディジタ
ル通信で結ぶ広域監視システムが構築できる。このよう
なシステム構成は、特に、高価な補償導線などを必要と
するフィールド配線が短距離で済むことから、配線コス
トが低減できる。

【００７６】なお、上述した例においては、全二重通信
方式では、上位機器から信号変換ユニットへの信号送信
には、２８００Ｈｚ±１００Ｈｚの周波数を使用し、信
号変換ユニットから上位機器への信号送信には、２４０
０Ｈｚ±１００Ｈｚの周波数を使用することとしたが、
これらに限らず、２ｋＨｚ〜３ｋＨｚの間であれば、他
の周波数であっても、本発明は適用可能である。同様
に、半二重通信方式においては、上位機器と信号変換ユ
ニットとの間の信号伝達には、２４００Ｈｚ±１００Ｈ
ｚの周波数を使用することとしたが、これに限らず、２
ｋＨｚ〜３ｋＨｚの間であれば、他の周波数であっても
本発明は適用可能である。

【００７７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。本発明によれば、
上位機器とフィールド側信号変換装置との間の通信経路
構成として、広く一般に普及している１対の電話回線を
介して通信できるので、高価な補償導線などのフィール
ド配線が短くでき、配線コストを低減できる。したがっ
て、安価でありながら高信頼性を有し、計測ポイントが
広域に及ぶ監視システムに適用可能な信号変換装置を実
現することができるという効果がある。

【００７８】また、広域監視システムにおいて、検出器
からの検出信号が、所定の範囲を超過したときに、検出
信号を上位機器に送信する構成とすれば、各現場に設置
される信号変換装置と、中央監視所に設置される上位機
器との間で取り交わす通信頻度を極力減らすことで上位
機器の負荷軽減および簡素化や、通信費を軽減すること
ができるという効果がある。

【００７９】また、上位機器とフィールド側信号変換装
置との間で１対の電話回線を介して通信と通話ができる
ことから、保守作業時など両者間で通話連絡しながら作
業でき、保守性に優れたシステムを安価に提供できると
いう効果がある。

【００８０】また、ディジタル信号の周波数変調方式で
変調する場合、フィールド側信号変換装置から、上位機
器への送信周波数を第１の周波数±第２の周波数とし、
上位機器から、フィールド側信号変換装置への送信周波
数を第３の周波数±第２の周波数とすれば、上位機器と
フィールド側信号変換装置との間で、全二重通信を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用されるプロセス監視シ
ステムの全体概略構成図である。

【図２】本発明の第１実施例である信号変換ユニットの
構成ブロック図である。

【図３】本発明の実施例のフィールド計器変換モジュー
ルおよび温度変換モジュールに組み込む変換アンプ回
路、論理演算回路、通信インタフェースの一例の構成ブ
ロック図である。

【図４】本発明の信号変換ユニットのシステム適用説明
図である。

【符号の説明】

３ａ、３ｂ、３００、３１０信号変換ユニット４、４００、４１０電話回線１１ａ、１１ｂフィールド計器１２ａ、１２ｂフィールド計器１３ａ、１Ｎａ温度センサ２１、２２、２３、２Ｎフィールド伝送路３０通信モジュール３１、３２フィールド計器変換モ
ジュール３３、３Ｎ温度変換モジュール５１、５２、５３、５Ｎアナログ信号線６０ディジタル伝送路７１、７２、７３、７Ｎ受信計器１００、１２０フィールド計器１１０、１３０温度センサ２００通信モジュール２０１網制御回路２０２変調部２０３復調部２０４インターフェース２０５送受話器２０６上位機器３００信号変換ユニット３１０信号変換ユニット３０１上位通信インタフェー
ス３０２論理演算回路３０３下位通信インタフェー
ス３０４変復調回路３０５網制御回路３０６ａ、３０６ｂ送受話器３０７合波回路３０８分波回路３１１、３３１変換アンプ回路３１２、３３２論理演算回路３１３、３３３通信インタフェース３９１プリアンプ３９２Ａ／Ｄコンバータ３９３ディジタル演算部３９４アナログ出力部３９５ディジタル通信インタ
フェース３９６不揮発性メモリ８００マルチコントローラ８１０データハイウェイ８２０オペレータズコンソー
ル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物理量を検出する検出器からの検出信号
を、複数の送受話器が接続される電話回線にて送信可能
な信号に変換し、上記電話回線を介して、指令信号を発
生する上位機器に送信する送信信号変換手段と、上記上位機器から、電話回線を介して送信される指令信
号を、電話回線に接続された送受話器からの音声信号か
ら分離し、所定の信号に復調して格納する受信手段と、を備えることを特徴とする信号変換装置。
【請求項２】請求項１記載の信号変換装置において、
上記送信信号変換手段は送受話器に接続されており、上
記変換した検出信号を送受話器からの音声信号に重畳し
て送信することを特徴とする信号変換装置。
【請求項３】請求項２記載の信号変換装置において、
上記変換された検出信号と、音声信号との使用周波数帯
域は互いに分割され、信号変換手段は、検出器からの検
出信号をディジタル信号に変換し、変換した信号を、第
１の周波数と第２の周波数とを加算した周波数信号と、
第１の周波数から第２の周波数を減算した周波数信号と
で表す周波数信号に変換して、この変換した周波数信号
を上記送受話器からの音声信号に重畳して上位機器に送
信することを特徴とする信号変換装置。
【請求項４】請求項３記載の信号変換装置において、
上記受信手段は、上位機器から、電話回線を介して受信
した指令信号を、第１の周波数と第２の周波数とが加算
された周波数信号と、第１の周波数から第２の周波数が
減算された周波数信号とに判別し、判別した周波数信号
に基づいて、上記指令信号をディジタル信号に復元する
ことを特徴とする信号変換装置。
【請求項５】請求項３記載の信号変換装置において、
上記受信手段は、上位機器から、電話回線を介して受信
した指令信号を、第３の周波数と第２の周波数とが加算
された周波数信号と、第３の周波数から第２の周波数が
減算された周波数信号とに判別し、判別した周波数信号
に基づいて、上記指令信号をディジタル信号に復元する
ことを特徴とする信号変換装置。
【請求項６】請求項２記載の信号変換装置において、
上記送信信号変換手段は、検出器からの検出信号が、所
定の上下限値からなる範囲を超過したときに、検出器か
らの検出信号を、複数の送受話器が接続される電話回線
にて送信可能な信号に変換し、上記電話回線を介してこ
の電話回線に接続された上位機器に送信することを特徴
とする信号変換装置。
【請求項７】請求項１記載の信号変換装置において、
上記送信信号変換手段は送受話器に接続されており、こ
の送受話器から音声信号が発生されているときには、こ
の音声信号を電話回線に出力し、送受話器から音声信号
が発生されていないときに、検出器からの検出信号を、
電話回線にて送信可能な信号に変換し、上記上位機器に
送信することを特徴とする信号変換装置。
【請求項８】上位機器からのディジタル指令信号を、
複数の送受話器が接続される電話回線にて送信可能な信
号に変換し、上記電話回線を介して、物理量を検出する
検出器からの検出信号を所定の信号に変換するフィール
ド側信号変換装置に送信する送信信号変換手段と、上記フィールド側信号変換装置から、電話回線を介して
送信される信号を、電話回線に接続された送受話器から
の音声信号から分離し、所定の信号に復調して格納する
受信手段と、を備えることを特徴とする信号変換装置。
【請求項９】請求項８記載の信号変換装置において、
上記送信信号変換手段は送受話器に接続されており、上
記変換した指令信号を送受話器からの音声信号に重畳す
ることを特徴とする信号変換装置。
【請求項１０】請求項９記載の信号変換装置におい
て、上記変換された指令信号と、音声信号との使用周波
数帯域は互いに分割され、信号変換手段は、上位機器か
らのディジタル指令信号を、第１の周波数と第２の周波
数とを加算した周波数信号と、第１の周波数から第２の
周波数を減算した周波数信号とで表す周波数信号に変換
して、この変換した周波数信号を上記送受話器からの音
声信号に重畳してフィールド側信号変換装置に送信する
ことを特徴とする信号変換装置。
【請求項１１】請求項１０記載の信号変換装置におい
て、上記受信手段は、フィールド側信号変換装置から、
電話回線を介して受信した検出信号を、第１の周波数と
第２の周波数とが加算された周波数信号と、第１の周波
数から第２の周波数が減算された周波数信号とに判別
し、判別した周波数信号に基づいて、上記検出信号をデ
ィジタル信号に復元することを特徴とする信号変換装
置。
【請求項１２】請求項１０記載の信号変換装置におい
て、上記受信手段は、フィールド側信号変換装置から、
電話回線を介して受信した検出信号を、第３の周波数と
第２の周波数とが加算された周波数信号と、第３の周波
数から第２の周波数が減算された周波数信号とに判別
し、判別した周波数信号に基づいて、上記検出信号をデ
ィジタル信号に復元することを特徴とする信号変換装
置。
【請求項１３】請求項８記載の信号変換装置におい
て、上記送信信号変換手段は送受話器に接続されてお
り、この送受話器から音声信号が発生されているときに
は、この音声信号を電話回線に出力し、送受話器から音
声信号が発生されていないときに、上位機器からの指令
信号を、電話回線にて送信可能な信号に変換し、上記フ
ィールド側信号変換装置に送信することを特徴とする信
号変換装置。