JPS5962999A - トリツプ信号を発生する装置および方法 - 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】 発明の分野 本発明は計測に関し、特に計測装置の動作中やこの計測
装置が動作しているシステムの動作中ノ試験データを正
確に且つ連続的に抽出することを要求する環境における
計測に関する。本発明の特定の用途は精密なアナログ・
レベル検出の場合であり、例えば、所定のしきい値レベ
ルにおり−るアナログ信号の発生を検出する必要のある
運転中の原子カプラントもしくはプロセス等である。こ
うした重要な環境においては監視および試験装置の故障
は許されない。従って、フェール・セーフ試験技術をも
つこんだ装置を実現しなければならない。

従来技術の記載 計測技術においては、アナログ・トリップ装置は比較的
周知である。また、そのような装置のモジー−ル化も周
知である。例えば、前記原子カプラントの分野において
は、ローズモント・コーポレーション（Ｒｏｓｅｍｏｎ
ｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）　　によりアナログ制
御ユニットと呼ばれる一連のアナログ・トリップ・モジ
ュールが製造されている。

しかしながら、今まで任意の時点に試験可能であり、特
に通常のシステム動作中のどの時点でも試験可能である
アナログ・トリップ装置は公知ではない。その結果、こ
のような装置についてしばしば行われるオフライン試験
において、広範な労力を費やしているのが現状である。

従って、動作中も試験可能であるアナログ・トリップ装
置が必要である。特に装置の正常な機能的動作すなわち
完全性を決して混乱もしくは低下させないで、自己試験
可能であるモジー−ル化されたアナログ・トリップ装置
が必要である。

発明の概要 本発明によれば、装置のすべての機能を試行して分析す
るだめの短時間の試験プロトコル（Ｐｒｏｉｏｃｏｌ　
）を与えることにより試験が可能となり、そして試験プ
ロトコルを実施する前に存在した精密な状態に自動的に
復帰ずろ、アナログレベルを精密に検出する装置が提供
される。／ミリ秒程度の時間が、試験パルスの注入、整
定時間および初期状態への装置の復帰のために用意され
る。試験前の初期状態へ装置を適切に回復させることは
、アナログ・トリップ・レベルのプログラムされたヒス
テリシスに起因する状態の曖昧さが生じるのを避けろ上
で重要である。実施例によれば、アナログ＊　ト’）　
ノブ・モジュールは、アナログ信号源と診断試験回路と
に結合された前処理回路、およびこの前処理回路から信
号を受けとるように結合された回路モジー−ルを有する
。このモジー−ルは、複数のトリップ指示器と全体故障
（ｇｒｏｓ５［ａｉｌｕｒｅ　）を検出するだめの回路
モジュールとを含んでいる。また診断試験回路は、試験
用およびトリップ指示器のリセット用に前処理回路に試
験信号を与えるように動作する。

本発明のこれらの特徴やその他の特徴および種々の利点
は、添付された図面と共に以下の詳細な記述から明ぎら
かになろう。

特定の実施例の説明 第７図を参照すると、中央試験制御システム１２および
前処理回路１４とに結合された本発明に係るアナログ・
トリップ・モジー−ル１ｏのブロック図が示されている
。この前処理回路１４にはトランステ−−サ手段が結合
されており、これはアナログ機能入力信号を供給する。

この信号はアナログ・トリップ−モジュール１０のトリ
ップ回路１８．２０．２２により検知される。

トランスデユーサ手段１６は隔離回路、たとえば磁気結
合２６を介し・てトランスデー−サ２８に結合された電
流源２４を有する。典壓的なトランスデユーサは抵抗を
調整して電流を変化させる流体圧カドランスデューサで
ある。トランスデユーサ２８の出力は後述する如く、前
処理回路１４の機能入力３０に結合されている。

中央試験制御システム１２は、自動もしくは手動の診断
機能制御信号をアナログ・トリップ・モジー−ルに供給
する。制御信号としては、カード選択線３２上の力・−
ド選択信号やデータ母線３４上の試験条件信号、並びに
データ人力およびデータ出力速度を制御するクロック信
号３５が含まれている。アナログ−トリップ書モジュー
ル１０の診断回路は、試験条件を特定するディジタル値
を記憶するだめの注入レジスタ３６と、試験結果のゲイ
ジタル指示値を記録するだめの監視レジスタ３８と、予
期されたアナログ入力信号の範囲を超えるアナログ信号
を検知するだめの第１および第２のスケール外トリップ
・センサ４０および４２を有する。

また、圧入レジスタ３６は、３つの命令ビット、すなわ
ち最大オーバースケール信号をセットするだめのトリッ
プ・アップ信号、最大アンダースケール信号をセットす
るだめのトリップ・ダウン信号、およびスケール外トリ
ップ・センサ４０．４２をリセットするだめの全体故障
リセット信号を記憶する。

監視レジスタ３８は、後述するように、モジュール１０
の選択された出力機能指示値の一時的なディジタル記憶
を行う。この監視レジスタ３８は、直列データ出力線４
８を介して中央試験制御システム１２に直列データ出力
を供給する。

中央試験制御システム１２と前処理回路１４と組合わせ
たアナログ・トリップ・モジュール１０は次のように動
作する。通常の機能状態においては前処理回路１４内の
スイッチ５０がトランスデユーサ手段１６からの信号を
アナログ・トリップ・モジュール１０の共通人力母線５
２に送り出す。

この場合、このようにして供給される信号のレベルは夫
々用１．第ユおよび第３のトリップ・レベル・センサ１
８．２０．２２によって検知される。また入力母線５２
上のアナログ信号はアナログ・トリップ・モジュールを
介してアナログ出力５４に伝搬され、これにより、トリ
ップ機能を並列な複数のシステムに拡張することが出来
る。一方トリップ・レベル・センサ１８，２０．２２の
出力状態は監視レジスタ３８に伝送される。この状態指
示信号はクロックにより制御されて、中央試験制御シス
テムへ直列データ出力線４８を介して伝送され、トリッ
プ・モジュール１Ｂ、２０．２２の状態を連続的に監祝
すＱことを可能にする。

試験プロトコルによれば、わずか／ミリ秒の時間を、ア
ナログ・トリップ・モジュール１０（７）各要素の試験
を実施するために、用意することが必要である。アナロ
グ電トリップ・モジー−ル１゜のシステム全体は、／ミ
リ秒の信号がこのアナログ・トリップ・モジー−ル１ｏ
を通って伝送されたとしても、診断目的を除いて、有意
味な機能的応答を生じないように設計される。この目的
のために低域通過フィルタをシステムの出力チャンネル
の内の選択された４ａ号路に用いてもよい。

診断順序を開始するために、中央試験制御システム１２
はデータ入力線３４を介して試験条件を注入レジスタ３
６へ伝送する。注入レジスタ３６は、約／ミリ秒までの
持続時間を有するトリップ・アップ信号もしくはトリッ
プ・ダウン信号を線３７もしくは３９を介して伝送する
。トリップ信号線３７，３９０一方が能動状態である場
合には、スイッチ５０の入力が捕捉され、アナログ信号
が入力母線５２に印加される。／ミリ秒のパルスはスケ
ール外トリップ・センサのうち少くとも一方（４０）、
並びにトリップ・モジュール１８．２０．２２の各々が
正の指示信号を発生ずるようにする。これらの指示信号
は監視レジスタ３８に伝送されて、監視レジスタ３８中
に一時的に記憶され、次いで通常のクロックの制御によ
り、中央試験制御システム１２に直列に読み出される。

スイッチ５０と監視レジスタ３８間に結合された校正／
機能線５６ば、アナログ・トリップ・モジュール１０の
動作モードの指示を中央試験制御システム１２に供給す
る。

第２図を参照すると、７個のトリップ指示器１８、第１
のスケール外トリップ・センサ４ｏと第ユのスケール外
トリｙブ・センサ４２の回路図が示されている。

トリップ指示器１８は、トリップ指示信号の損失を防ぐ
ために調整可能なヒステリシスを有する精密な正帰還ラ
ッチ回路であり、スケール外トリップ・センサ４０．４
２と並列に、共通入力母線５２に結合されている。実施
例においては、トリップ指示器１８への入力は、電圧／
電流変換抵抗５８を介して精密なレベル比較器６２の加
算接続点６０へ供給される。この加算接続点６０は、分
圧回路網６４を介して調整可能な精密な基準レベルに関
連付けられている。比較器６２は、接続点６０における
電圧が接続点６６における電圧以下にＦがった場合にト
リップするように設計されている０ この接続点６０と非反転入力接続点６６は、夫々クラン
プ・ダイオード６８．７０を介して、接地電位より僅か
に高い電圧基準接続点６７に結合されている。これらの
クランプ・ダイオード６８．７００目的は、比較器６２
への接続点５０．６６におげろ入力が負電圧に決して駆
動されないようにするためである。従って、通常動作の
間、前記ダイオード６８．７０は回路の一部ではない。

本発明によれば、スイッチ制御ヒステリシス回路網７２
が設けられ、この回路網７２は調整可能な精密な電圧基
準と接続点６６における非反転入力との間に結合されて
いる。また前記ヒステリシス回路網７２はヒステリシス
・スイッチ７６を含んでいる。このヒステリシス・スイ
ッチ７６は例えば、インバータ８０からの人力信号を受
けとるように結合されたゲート入カフ８、ポテンショメ
ータ８６のワイパ・アーム８４に結合されたドレイン電
極８２およびインピーダンスの高い抵抗９０を介して非
反転接続点６６に結合されたソース電極８８を有するＭ
ＯＳトランジスタのような電圧制御アナログ・スイッチ
である。また、このヒステリシス回路網７２は、前記接
続点６６と接続点６γしたがってポテンションメータ８
６の第１の端子９４との間に結合された第コのインピー
ダンスの高い抵抗９２を含んでいろ。なお、この接続点
６７は仮想接地基準として通常使用される安定な電圧基
準である。また、ポテンションメータ８６の第コの端子
９６は抵抗９８を介して安定な電圧基準（ＶｕＥＦ　／
　）　７４に結合されている。

前記比較器６２の出力はインバータ１００に結合され、
このインバータ１００の出力はアナログ書トリップ・モ
ジュール１０の出力となる。このインバータ１００の出
力は、また／ミリ秒低域通過フィルタ１０２にも結合さ
れている。フィルタ１０２の出力は、スイッチ７６のゲ
ート回路にあるインバータ８００Å力に結合されている
。

次に、トリップ・チャンイ・ル（１８）の動作について
説明する。

共通ＦＪ線５２に印加されたアナログ信号が電圧／電流
変換抵抗５８を介して比較器６２の反転入力に伝送され
る。入力端子レベルが接続点６６における非反転入力の
電圧よりもより負となると、比較器６２の出力が「低」
に切り換わって、インバータ１００を瞬時にトリップさ
せて高い出力レベル信号を発生させる。このようにして
生じた信号は、／ミリ秒低域通過フィルタ１０２０入力
に供給されると共に、アナログ・トリップ・モジュール
１０の出力に伝送される。前記の状態変化信号の持続時
間が７４９秒を超えない場合には、ヒステリシス・スイ
ッチ７２は閉成せずヒステリシス・レベルは変化しない
。次いで前記入力が実質的に相対的により負でない信号
レベルになると、比較器は元に戻るように切り換わり、
システム出力指示信号が変化する、すなわち、最初の状
態に復帰する。しかしながら、７４９秒のパルスは比較
器出力における信号を監視レジスタ３８へ伝送するのに
十分な持続時間である。

アナログ入力信号の持続時ｊ川が７４９秒より大ぎい場
合には、ヒステリシス再生が生じる、すなわち、トリッ
プ・レベルが切り換えられて、トリップ指示器の出力を
そのオン・レベルにラッチする。具体的に云うと、入力
信号は／ミリ秒低域通過フィルタ１０２とインバータ８
０を介してＭＯ８形スイッチ７６のゲート電極に伝送さ
れる。その結果、ゲート電極ｒ８はインバータ・スイッ
チ７６を開放して接続点６６上の電圧を接続点６７にお
ける仮想接地基準に向けて下げる。そうでない場合には
、スイッチ７６はオンに留まり、接続点６６を、ポテン
ションメータ８６上のワイパ・アーム８４の設定により
選択された電圧に関連付ける。

従って、トリップ・チャンネル（１日）は正確にプログ
ラム可能なヒステリシス・レベルを備えており、その結
果、トリップ指示器１日はその通常の動作を乱すことな
く試験することが出来る。言い換えるならば、トリップ
指示器１８は、トリップ・レベルにおける曖昧さを生じ
させるようなヒステリシス再生を引き起すことなく試験
される。

次に、第１のスケール外トリップ・センサ４０と第ユの
スケール外トリップ・センサ４２について説明する。共
通母線５２上の共通な入力信号が各入力抵抗１０６，１
０８に夫々印加される。各スケール外トリップ・センサ
４０．４２は、トリップ・レベルのしきい値を調整可能
に設定できる分圧器回路網１１０，１１２をもっており
、その各出力は対応する入力抵抗１０６．１０８の出力
と共通な接続点に結合されている。比較器１１６０反転
入力は、分圧器１１０と抵抗１０６を介しての入力との
加算接続点である。相対的により負の電圧が入力抵抗１
０６に印加されると、比較器１１６の出力はトリガされ
てオア・ゲート１１８へ正の論理「／」信号を発生する
。

比較器１２０の非反転入力接続点は、入力抵抗１０８と
分圧器１１２との加算接続点として作用する。

（ゼロボルトの方向への）相対的に負でない方へ向う入
力信号は、オア・ゲート１１８の入力へ論理「／」出力
を発生する。分圧器１１０．１１２のトリップ°レベル
は、このトリップ・レベルのいずれかを超えて印加され
た入力信号が直ちに検知されるように、アナログ・トリ
ップ・モジュール中のトリップ・チャンネルのいずれか
の動作の外側限界の境界として選択される。通常の機能
動作中か又は短い診断動作中かにか〜わらず、共通入力
母線５２へ印加される各人力信号は、スケール外トリッ
プ・センサ４０，４２の予じめ選択されたトリップ・レ
ベルを超えた場合に検出され且つそれが指示される。各
トリップ−レベル指示信号は、オアΦゲート１１８およ
び低域通過フィルタ３００を介してフリップフロップ４
４に伝送され、いずれかの正の結果が記憶される。フリ
ップフロップ４４の出力は監視レジスタ３日に伝送され
る。このクリップフロップ４４は、注入レジスタ３６か
らリセット人力４５（、第１図および第２図参照）に印
加される信号によってリセットされる。スケール外トリ
ップ・センサ４０．４２の回路において実質的にいかな
る時間遅延もないので、システムは何らかの診断ルーチ
ンからほとんど瞬時に復帰することが出来る。

診断ルーチンにはユつのタイプがある。すなわち、スケ
ール上限試験とスケール下限試験である。

第３図を参照すると、本発明に関連した診断回路の・一
部のブロック図が示されている。注入レジスタ３６は、
クロック線３５０ｊｌｊｌＪ御によりデータ人力線３４
を介して診断ルーチンの試験条件を決める直列データ入
力を受けとる。線４３の注入レジスタへのクロック入力
は、カード選択線３２上のカード選択信号により制御さ
れたアンド・ゲート３９を介して印加される。カード選
択線３２上に作動用信号がない場合、注入レジスタ３６
は休止している。少くとも、３つの出力ビット、すなわ
ちトリップ・ダ’７ン、トリップ−アップおよび全体リ
セットが注入レジスタ３６から供給される。注入レジス
タ３６の出力が供給される７群のアンド・ゲート４１に
カード選択線３２上の作動用信号を印加することによっ
て、試験順序が作動可能となる。

トリップ・アップ・ビットは、前処理回路１４（第７図
および第を図参照）の第１の入力に供給さレル。一方、
トリップ・ダウン拳ビットは前処理回路１４の第ユの入
力に供給されろ。また、全体リセット、ビットは、フリ
ップ・フロップ４４のリセット人力４５（第１図参照）
に供給されろ。

通常の／ミリ秒試験順序はトリップ・アップ・ビットを
有する０他の試験はトリップ・ダウン・ビットを有する
。

監視レジスタ３８は、アナログ番トリップ・モジュール
１０中の予じめ選択された試験点への入力接続を有する
、並列入力で直列出力のシフト・レジスタである。これ
らの入力は、全体故障、トリップ１．ト′″ｌ）ツブ２
、トリップ３、全体故障上限、全体故障下限、および校
正／機能であるａこの監視レジスタ３８は、クロック入
力線４３上の作動用信号すなわちクロック入力（３５）
とカード選択信号（３２）により制御される。この作動
用信号は注入レジスタ３６にも印加されている。データ
は中央試験制御システム１２（第１図参照）へのデータ
線４８に直列にクロック作用により読出される。すべて
のクロックの機能は、新しいデータが監視レジスタ３８
に装入されるにつれてデータがクロック作用により読み
出されるように、オーバーランプしている。

次に第７図に、本発明に係る前処理回路１４の概略図を
示す。この前処理回路１４は、新規なスイッチ回路５０
を含んで：ｔ６つ、このスイッチ回路５０によって機能
信号もしくは試験信号のいずれかが共通母線５２に印加
される。光隔離器１３０゜１３２により光学的に隔離さ
れた試験信号が、高域通過フィルタ１３４，１３６に印
加される。持続時間の短いパルスだけがスイッチ５０に
通過し、これにより、試験モード用の部品の故障の際に
装置が試験モードにロックされないようにする。このス
イッチ５０は、プッシュプルＭＯＳゲートの形式の／対
の固体単極双投スイッチ１３８　、１４０で構成される
。

スイッチ１３８，１４０の各々のプツシニブル出力はイ
ンピーダンスの高い電圧／電流変換抵抗１４２，１４４
を介して隔離用演算増幅器１４６の共通入力接続点１４
５へ結合される。トランスデユーサからの入力は、電圧
／電流加算抵抗１４８によってスイッチ５０を介して接
続点１４５に印加される。トランすデー一サ２８は安定
な電圧電源から電力を受けとる。

また、このトランスデユーサ２８は検出されるべきパラ
メータに比例した可変電流出力を供給する。

トランスデユーサ２８の出力は、入力負荷抵抗３１に機
能入力線３０を介して校正用電流を流すように設定され
得る校正スイッチ２９を介して供給される。

前記スイッチ５０の動作は次の通りである。通常の機能
動作の間、トリップ・アップ入力とトリップ・ダウン入
力信号は通常存在せず、このためスイッチ１３８，１４
４は変換抵抗１４２．１４４に対する入力を接地基準に
保持する。隔離用演算増幅器１４６の入力接続点１４５
は電流接続点である。従って、通常の状態では、いかな
る電流もスイッチ１３８゜１４０から接続点１４５へ流
れ込まない。しかしながら、スイッチ１３８が高電圧基
準へ切り換えられろかもしくはスイッチ１４０が低電圧
基準へ切り換えられた時は常に、電流が、接続点１４５
に流れろ。

この場合、電流レベルは、どのような機能入力電流をも
無効にするのに十分な大きさとなるよう選択され、それ
によって機能入力電流が隔離用演算増幅器１４６の入力
接続点１４５において有するいかなる作用にも優先する
作用を持つ。入力接続点１４５には何ら電圧変化が存在
しないので、スイッチングは急速である。従って、比較
的短い時間の試験は、システム全体の機能にほとんど又
は何の影響も及ぼすことなく行うことが出来ろ。

前記隔離用演算増幅器１４Ｇは、演算増幅器のΩ本機能
として入出力間の回路の隔離を備えたものである。これ
らの要求を満足させる適切な装置は、マサチューセノツ
州、ノアウッド所在のＡｎａｌｏｇｐｃｖｉｃｃｓ　ｐ
　Ｉｎｃによって製造された乙０ワグタイプの隔離用演
算増幅器である。

以上本発明を特定の実施例を参照して説明してきた。し
かしながら、他の実施例も当業者にとって明きらかであ
ろう。従って、本発明は特許請求の範囲に基づいて限定
されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は診断回路、前処理回路、全体故障回路およびト
リップ指示回路を含むアナログ・トリップ・モジュール
のブロック図、第２図は７個のトリップ指示器および全
体故障検出チャンネルの概略図、第３図は本発明に係る
診断回路の概略図、第７図は本発明に係る前処理回路の
概略図である。 １０・・アナログ−トリップ・モジュール；１２・・・
・°°中央試験制御システム；１４・・前処理回路；１
８．２０．２２・・トリップ・レベル・センサ；３０・
・・機能人力；３Ｇ　・注入レジスタ；３８・・監視レ
ジスタ；４０，４２・・・スケール外トリップ・センサ
；５０・スイッチ；５２・・・共通入力母線；７２・・
。 スイッチ制御ヒステリシス回路網。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）精密なアナログ・レベルでトリップ指示を発生す
   るだめの自己試験装置において、アナログ機能入力信号
   に応答して、このアナログ機能入力信号が変化するとぎ
   第１の精密なトリップ・レベルで第１の正のトリップ指
   示信号を発生する手段と、 前記アナログ機能入力信号に応答して・このアナログ機
   能入力信号が最少の時間の間前記第１の精密なトリップ
   ・レベルを超えたレベルに維持されるとぎに、前記アナ
   ログ機能入力信号のｍ２の精密なトリップ・レベルにヒ
   ステリシスのしきい値を設定する手段と、 前記第１の発生手段に接続され、ヒステリシス再生を防
   ぐために前記最少の時間より短い時間の間前記第１のト
   リップ°レベルを超えた第１の診断レベル信号を任意の
   時点で印加する手段と、前記第１と第ユの発生手段に接
   続され、前記発生手段のすべての動作を実質的に監視す
   ると共に、前記発生手段のいかなる動作中においても前
   記トリップ・レベル間の曖昧さを引き起すことなく機能
   することができる監視手段とを備えることを特徴とする
   自己試験装置。
2. （２）前記監視手段は、前記発生手段と並列に前記機能
   入力信号を受けとるよう接続されると共に、第１の所定
   の限界値又は第スの所定の限界値のいずれかの外側のア
   ナログ入力信号を表わす正の指示信号を供給するよう動
   作する第１のトリップ・レベル・センサおよび第ユのト
   リップ・レベル・センサを含んでいる、特許請求の範囲
   第（１１項記載の装置。
3. （３）　　注入された試験信号を受けとって記憶すると
   共に、前記第１の診断レベル信号を前記発生手段に供給
   し且つ前記第ユの診断レベル信号を前記発生手段に供給
   するよう動作する注入レジスタを更に含んでいる、特許
   請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の装置。
4. （４）診断入力信号と並列に機能入力信号を受けとるよ
   う結合されると共に、前記機能入力信号および前記診断
   信号のいずれかを共通入力母線を介して前記発生手段に
   送るように動作し且つ前記最少の時間より短い時間の間
   ゛前記診断信号を印加するように動作する入力処理手段
   を更に含んでいる、特許請求の範囲第（３）項記載の装
   置。
5. （５）前記発生手段、前記監視手段および前記前処理手
   段に結合され、前記診断レベルに対する応答を表わす複
   数の信号を並列に受けとるよう動作する記憶レジスタ手
   段を更に含んでいる、特許請求の範囲第（４）項記載の
   装置。
6. （６）　　最少の時間より犬ぎい持続時間を有する人力
   信号に応答した場合のみ、第１の精密トリップ・レベル
   と第２の精密トリップ・レベル間のヒステリシスを呈し
   、精密なアナログ信号レベルにおけるトリップ指示を発
   生する装置を試験する方法であって、 前記最少の時間より短い時間の間前記第１のトリップｅ
   レベルを超えたレベルの診断レベル信号を、前記装置の
   動作中の任意の時点に印加する段階と、 前記最少の時間内での前記診断レベル信号に対する前記
   装置の応答を記憶する段階とを有することを特徴とする
   方法。
7. （７）　　前記最少の時間が／ミリ秒である、特許請求
   の範囲第（６）項記載の方法。