JPS63310099A - 多点入力信号変換装置 - 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〕 本発明は多点入力信号変換装置に関し、詳しくは、例え
ば多数の測定点から供給されるアナログ量の入力信号を
マイクロコンピュータ等で処理し得るディジタル信号に
変換し、さらにそのディジタル信号を光ディジタル信号
に変換しつる多点入力信号変換装置、特に複数のセンサ
の各結線の有無および有結線邪についてその後に発生す
る断線の有無を検知することが可能な多点入力信号変換
装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の多点入力信号変換装置をシステム化したものと
して第７図のようなものが知られている。

同図ではあ各リモートスキャナが多点入力のアナログ４
２号をディジタル信号に変換するための多点入力信号変
換装置に相当する。

従来、このような多点人カイｉｆ号変換装置としての各
リモートスキャナにおける入力信号ラインの結線／未結
線の識別は、中央制御表示器のデーターキーより測定箇
所各点の点番号（タグ番号）を与えて予め定義付けを付
なうことが必要であり、その定Ｈ付けの履行を前提に各
リモートスキャナの各入力点の測定可否の決定や、ま・
ｊ定可能点の断（該検知などの入力！Ａ常点のｆ１定を
行なうようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような多点入力信号変換装置は、第８図の
ような予め用意した表にもとづいて、前述のデーターキ
ーからマニュアルで指定しなければならないため多大な
人的労力を要し、殊に測定点の入力点数が増加すれば機
器及びシステムの不合理性、非能率性ひいては測定のた
めの労務コストなどの上昇が顕著となると云う問題点が
ある。

したがって、本発明は測定箇所各点の結線／未結線の識
別を電源投入とともに自動的になしうる多点入力変換装
置を提供すること、さらに、結線点に断線が発生した際
にも、これを迅迷に検知しう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〕

測定対象の物理量を検出するセンサと接続されてブリッ
ジ回路を形成すると＼もにセンサ種別に応じてその接紅
態様が変更可能な複数の検出手段と、法検出手段対応に
設けられセンサ信号および基準信号を順次取り出す信号
取出手段と、センサ種別に応じてゲインの調整が可能で
該各信号取出手段からの信号をそれぞれ増幅する複数の
増幅手段と、該各増幅手段からの出力信号を順次選択す
る選択手段と、該選択手段を介する前記増幅手段出力を
パルス数に変換する変換手段と、該変換手段による変換
開始時期を制御し複数のセンサからの各物理量対応のパ
ルス数をディジタル値に換算する演算制御手段と、複数
のセンサの各結線の有無を電源投入時に識別する結線識
別手段と、有結線部についてその後に発生する断線の有
無を０別上位装置へ送信する通信手段とを設ける。

〔作用〕

多点入力信号変換装置の多数点存在する入力の紡な／禾
結線を、自動登録させるようにすると＼もに、結線部に
その後に発生した際の断線検知をも可能にし、信頼性の
向上を図る。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２区は本発明
による多点入力信号変換装置を用いた計劇システムの一
例を示す概要図である。

第１図において、１は検出部、２は１次フィルタ、３は
ダイオード、４はアナログスイッチ、５は増幅回路、６
はマルチプレクサ、７は；圧／周波ユＣＶ／Ｆ”　’）
変換回路、８はカウンタ、９，１０は７リツププロツプ
（ＦＦ）、ＩＩＡ、ＩＩＢはインバータゲート、１２は
ナントゲート、１３は制御パス回路、１４は演算制御装
ｆｉｔ（ＣＰＵ）、１５は光／電気（０／Ｅ　）インタ
７エイス、１６は電気／光（Ｅｌｏ　）インタ７エイス
、ｌｌｔ光ニーニット、１８は光ファイバーである。な
お、第１図の如く示される多点入力信号変換装置は例え
ば第２図の如く、光７アイパおよびスターカプラ等を介
してマスターステーション（上位装置）と接続される。

センサ入力信号源として、と＼では測温抵抗体。

熱電対またはｍＶ入力々どを想定しているが、アナログ
入力信号一般を対象として取り扱うことができる。すな
わち、゛センサの混在利用については、（イ）同じ熱電
対でもタイプの異なるもの（例えば、Ｊ、Ｅ、にタイプ
など）を混在させる場合（ロ）熱電対と測温抵抗体の如
く異種のセンサを任意に混在させる場合 の２種類が考えられる。（イ）については結局、増幅回
路５のオペアンプＡ　Ｍ　Ｐのゲインノ違いだけが問題
となる。より具体的には、＠１図で抵抗Ｂ６をどのセン
サに対してもコンスタントとすれば、抵抗Ｂ５だけをセ
ンサに応じてアレンジすれば良い。したがって、顧客要
求の仕様に応じた任意のセンサ混在形の多点入力信号変
換装置が、抵抗Ｒ５のコンビネーシ胃ンだけで実現可能
である。

−万、（四）については、測温抵抗体および熱電対を顧
客要求仕様の任意の入力チャンネル位置に配置し、検出
部ｌのブリッジ回路をセンサ種別にｈ６じてアレンジす
れば良い仁とＫなる。

ｖ）Ｊ　”−安定化電源電圧であり、図示されないロー
パワーのレギュレータｉｃより供給される。また、増幅
回路５のオペアンプＡＭＰとしてはローパワータイプの
低置なものを用いるとと＼し、ブリッジ回路はもとより
増幅回路５に流れる？！流を極力絞れるよう、基準の電
源電圧Ｖゆを低く抑えると＼もに、高位の抵抗を用いる
など、全体的にパワーセーブおよび誼−パワー化を図る
ようＫする。さらに、ＣＰＵ１４についてもローパワー
のＣＭＯ８Ｉイ１Ｃ）ｉ　Ｃを用に％、Ｏ／Ｅ４ｙりｙ
ｘイス１５．Ｂ１０インタフェイス１６についても回路
上のパワーを絞ると＼もに、最−小の構成としてｐ−パ
ワー化と低廉化を図るようにしている。

以下、チャンネル１についてｔ９明するが、他のチャン
ネルについてもこれと同様であることは云う迄もない。

（１）測温抵抗体をセンサとする場合 検出部１のブリッジ回路の抵抗ｆＬ４をオープンとし、
端子０Ｍｔ−基準電圧Ｖゆ２に接続する。ζ。

の基準電圧ｖＩＢ□は、後述するＶ／Ｆ回路７の基準電
圧から作られる。ブリッジ回路には、Ｖ部４　Ｒ１→Ｒ
４ＣＭ−＋ＶＢ、、２２を流れるｔ流１１と、 ｖＥＥ−＋Ｒ２→几３　→ＣＭ　−＋　Ｖ、、　２を流
れる電４ｉ　　とがあり、１１ＸＲ（センサ抵抗）によ
り発生する起電圧■、と、１２　Ｘ　Ｒａにより発生す
る起電圧（基準電圧）　Ｖ２とがそれぞれ１次７４．％
！１２．ダイオード３を介してアナログスイッチ４に与
えられる。こ＼て、　Ｒ１＝Ｒ２である。また、ｖ２は
常に一定の４位を保つが、■１は測温抵抗体が検知する
温度により抵抗Ｒが増減するので、ｖｌは測定対象温度
により変化する。

したがって、■２は基準電圧となるので、ｖｌ−ｖ２が
実質的に温度に依存する電圧値となる。なお、１次フィ
ルタ２ｔｊ：ノイズ除去のため、またダイオード３は入
力のサージ吸収のために設けられる。

アナログスイッチ４は所定の周期でＡ、Ｂが交互に切り
侠えられるので、電圧ｖｌおよびｖ２が増幅回路５に与
えられ、と＼で増幅されてｔｉｔ定範囲の電圧値に変換
される。増幅回路５はオペアンプＡＭＰ１ゲイン形成の
ための抵抗Ｒ５，几６、フィルタコンデンサＣ，ノイズ
キテー用コンデンサ（図示なし）等より構成される。増
幅回路５で増幅された電圧は、ＣＭ０８タイプのアナロ
グマルチプレクサ６により選択さｎた後、Ｖ／Ｆ回路７
で電圧パルス信号に変換され、犯二抵抗体の抵抗値Ｈの
大小がパルス曲間の大小に２侯されるようになっている
。

第３南にＶ／Ｆ回路の具体１２示し、第４１にその動作
波形を示す。Ｖ／Ｆ回路７讐よ優３１の如く、コンパレ
ータ７１．ＦＦ７２、リセット回路７３、アナログスイ
ッチ７４、積分器７５およびｓ　７７７アンｙ７６等よ
６構成され、＠１図のＶ／Ｆスタート制御信号Ｓにより
コントロールされる。

／（７）７アンプ７６は基準電圧ｖｓより■ＥＸ□電圧
を作り、積分器７５は基準電圧ｖｓを積分して第４図（
イ）、（ホ）の如き鋸歯状波電圧を作る。この鋸歯状波
電圧はコンパレータ７１において増１１胞路５からの出
力ｖｉｎと北壁され、これが電圧Ｗｉｎを越えると、コ
ンパレータ７１およびＦＦ７２の出力がそれぞれ第４図
（ロ）　、　（ハ）および（へ）、（））の如く立ち上
がる。リセット回路７３はＱ出力にょって起動され、所
定時間後にＦ’Ｆ７２をリセットするためのリセット信
号を出力するので、ＦＦ７２は立ち上がりから一定時ｒ
＃！Ｊ後にリセットされ、これによりスイッチ７４が閉
じられるため、積分器７５はそのコンデンサＣが放電し
、リセットされる。こうして１つのパルスが形成され、
これを仰り返して入力電圧Ｖｉｎに応じたパルス列信号
が得られる。なお、＠４図（イ）〜（ニ）は入力電圧ｖ
ｉｎが１ｖの場合、（ホ）〜（チ）は入力電圧が３ｖの
場合をそれぞれ示している。また、゛同図（ニ）、（チ
）はＦＦ７２のＱ出力波形を示す。

Ｖ／Ｆ回路７で生成されたパルス列信号は第１−〇カウ
ンタ８に入力され、分周される。このカウンタ８はＣＰ
Ｕ１４からインバータゲー）１１Ａ、ＩＩＢを介して与
えられるｒａｉ１２　ＣＪ号Ｓによってυセットされ、
この時点からＶ／Ｆ回路７からのパルス列信号の計数を
開始し、例えば１／８分１、！ａおよびｌ／１２８分周
を行なう。そして、１／８分周出力をＦＦ９に、また１
／１２８分周出力をＦＦｌ０にそれぞれ感人し、これら
をセットする。ＦＦ９およびＦＦｌ０の出力はナントゲ
ート１２に与えられ、両出力の４理積がとられる。すな
わち、ＦＦ９　、ＦＦｌ０およびナントゲート１２によ
りＶ／Ｆ出力に比例する一定のインターバル（時間幅信
号）を形成し、この間にＣＰＵ１４でどれだけの基準ク
ロックをカウントするかで、Ｖ／Ｆ入力または出力に比
例したパルスカウント値を得るものである。

＠５５Ａおよび第５Ｂ図は以上の動作を示すもので、第
５Ａ図は入力電圧が１ｖの場合の例、第５Ｂ図は入力電
圧が３ｖの場合の例である。また、図 第５Ａ図および第５Ｂ７において、ａはＶ／Ｆ’回路７
の出力、ｂ、ｄはカウンタ８の１／８．１／１２８分周
出力、ｃ、ｅはＦＦ９，１（１）出力、ｆはナントゲー
ト１２の出力、ＣＬは基準クロック、ＣＴはカウント値
を示す。第５Ａ図と第５Ｂ図とを比較すれば明らかなよ
うに、ナントゲート出力ｆは入力電圧の大きさ、すなわ
ちＶ／Ｆ回路７の出力ａのパルス間隔て応じて変わるの
で、この間にＣＰＵ１４内の図示されないカウンタによ
り基準クロックＣＬがいくつカウントされるかで、Ｖ／
Ｆ回路７の出力ａのパルス間隔に比例したカウント値Ｃ
Ｔを得ることができる。なお、基準クロックのカウント
開始時期は信号ｆの立ち上りエツジ、またその終了時期
は信号ｆの立ち下りエツジとしてそれぞれＣＰＵ１４に
識別させることにより、クロックＣＬの計数が可能であ
る。

ＣＰＵ１４で計数されたパルスカウント値は、その内部
のソフトウェア（狭餞のプログラム）によりディジタル
値として取り扱われ、入力のＺＥＲＯ（ゼロ）調、　Ｓ
　ＰＡＮ　（スパン）調、リニアライス等の種々の加工
が施される。なお、ＣＰＵ１４は例えばワンチップマイ
コンで、内部にＲＯＭ、ＩＮＡＭおよび１６ビツトカウ
ンタ等を備えたものを想定しているが、これに限らず小
型かつ安価で四−パワーの演Ｂ制御装置を用いることが
できる。

こうして得られたディジタル測定値は、上位システムか
らの指令にもとづき一芯の光７アイパ１８を経由して、 光ユニツト１７→０／Ｂインタフエイス１５→ＰＵ１４ のルートで上位装Ｕ（第２図のマスタステーション）か
ら指令が与えられることにより、これを上位システム側
へ光ディジタル信号として送出する。

すなわち、 ＣＰＵ１４→Ｅ１０インタ７工イス１６→元ユニット１
７→光７アイパ１８ のルートで信号が送出される。このように、光ユニット
１７は一芯の光ケーブル１８を用いて光ディジタル信号
を伝送するために、光信号の分岐を行なう。

な、お、瀉１図において、コントロールボート信号Ｐ１
はＣＰＵ１４に備わっている出力ボートから出力され、
マルチプレクサ６の制御を行なう。

また、制御パス回ｗ！１３はＣＰＵ１４からのボート信
号Ｐ２によりアナログスイッチ４のコントロール等を行
なうもので、倒えばデコーダ回路で溝成される。先に、
このアナログスイッチ４に与えられる起電圧Ｖｌ　ｔ　
Ｖ２について説明したが、その切り侠えは一定の周期で
行なわれ、側温抵抗体による起電圧ｖｌと、その基準電
圧ｖ２とを把握する。

なお、アナログスイッチ４を適当なタイミングで切り換
えてＶ２　ｆ適宜把握するのは、周囲や変換回路の温り
り上昇または下降によって、増幅回路５のオペアンプＡ
　Ｍ　Ｐにオフセット変動等が生じ、予め調整しておい
たゼロ点が変動するおそれがあるためである。

測定に際しての調整としてゼロｎウスパン調を行なうが
、これらの調整は図示されていない四−タリスイッチの
番号をＣＰＵ１４に読み込ませるなどして、各チャンネ
ル毎に予め実行しておくことが必要である。この謁整時
のゼロ調データ、スパン調データはそれぞれメモリ（Ｒ
ＡＭ）の所定位ｕＫ格納され、測定時に参照される。と
ころが、温度によるゼロ点の変動があったのでは、温度
誤差が生じることになる。このため、自動的に測定時の
ゼロ点を知り、誤差を解消させる制御を行なっている。

また、スパンの温度補正は、回路に使用されている電子
の温度７アクターを考慮して、設定規格の温度練差内に
入るように抑制している。

なお、これらはＣＰＵ１４のソフトウェアを利用して行
なう。

このようにして、測温抵抗体をセンサとする５合の測定
が可能となる。

（２）熱電対をセンサとする場合 抵抗Ｒ２をオープンとし、抵抗Ｒ３をショート−する。

Ｒ１はバーンアウト検出用の高抵抗（例えば２２ＭΩ）
である。なお、ＦＧは外部のアースラインであり、アー
ス用のシールド付きのセンサを用いるとき、第１図のＡ
１２．Ａ２２．人３２゜・・・の各端子に接読すること
ができる。これにより、測温抵抗体と熱電対の入力端子
を共通化することが可能となる。こ＼で、 ｖＥＥ−Ｒ１−ｅａ’４対ｅ→ｅ と伝わってｖＥＥ２に１！流が流れ込まないように、抵
抗几４を電流制限用抵抗として用いる。その他Ｖ／Ｆ変
供回路等は測温抵抗体の場合と同様なので、説明は省略
する。たＹし、熱電対の場合は基準接点補償回路が不可
欠であり、これは実際はマルチプレクサ６とＶ／Ｆ回路
７との間に設けられるものであるが、と＼では直接関係
がないので図示は省略した。

次に、結腺、未結線の識別および断線のコ別について説
明する。

（３）未結ｍ／結綜の自動登録について側温抵抗体入力
であれ、熱電対入力やｍＶ入力、であれ、未結υＯ場合
は増幅回路５０アンプが飽和し、Ｖ／ＦｇＪ路７からは
出力パルスが生成されない。従って゛、Ｖｌ源投入直後
にＣＰ［Ｊ１４よりＶ／Ｆｆ換指令信号Ｓを与えても＋
、ＣＰＵ１４は一定時期までにナンＶゲー）１２からの
立ち上がりエツジ信号を検知できないため、ＣＰＵ１４
はこれを未結線として扱うことができる。このとき、誤
って過大入力を発生させてアンプが飽和する可能性は、
この発明による変換器ではあり得ない。

と云うのは、使用する入力範囲に応じてアンプの入力は
入力信号のオーバー７Ｏ−ＣＦ！７ｇえばスパンの１２
ｏｓ）ｔアンタフ０−（例えばスパンの−１２０１）を
想定し、かつ入力範囲に余裕をもたせて設計しているの
で、使用人力ｉ囲をオーバ７０−、アンダ７０−するよ
うな値以上に、入力値がいきなり入る可能性は通常では
ありえまいこと、また、一般に温度センサなどの場合は
センサの応答性が極めて遅いので、応答速度内に結稼／
未結腺を２３別するようにソフトウェアをプログラム化
しておけば、電源投入後の識別は可能であるからである
。たとえ、結線状態で過大入力などが入ってきても、応
答速度に連子るまではアンプは未飽和領域にあるので、
ＣＰＵＩ　４は結線状態を識別することができ、しかる
のちに入力が異常であることをオーバー７０−などで検
知することができる。

一方、未結線の場谷は、センサの応答辻度よりも変換回
路の応答速度の方がはるかに速いので、直ちにアンプが
飽和領域をζえていることが判別できる。すなわち、ｖ
／Ｆ回路７は基準電圧を積分したものと入力電圧との比
較により矩形波パルスを生成させ、さらにこれを７リツ
プ７０ツブでパルス生成させているので、初段の増＠回
路のアンプが飽和すればパルスが生成されないので、Ｃ
ＰＵ１４よりＶ／Ｆ変候指令Ｓを与えても、ナントゲー
ト１２の出力の立ち上がりエツジ信号がＣＰＵ１４に返
ってこない場合は、未結線とｖ４別することができる。

（４）断心検知について 従来のマニュアルによる登録方式では、キー操作を課っ
てタダ番号にすればその入力点は測定できなくなる。つ
まり、マニュアルで登録されたものに対してのみ断ね検
知を行う方式であった。これに対し、本発明では自動登
録されるので、誤りなく結線されたものについてその後
に断線が発生したか否かを検知することができる。これ
は、電源投入時にＣＰＵ内のメモリへ結線／未結自情報
をメモリしておき、このメモリを一定周期で３照するプ
ログラムにより、その後の測定時にソフトウェア的に、
紡線部のみについて断線の有然を周期的に碌認すること
ができる。

まず、熱電対の場合、測定中に補償導線（図示せず）が
断線すれば、バーンアウト抵抗Ｂａｌによって増幅回路
５のオペアンプが飽和するので、一定周期毎にＣＰＵ１
４よりＶ／Ｆスタート制御信号Ｓを与えても、一定のタ
イミングまでにナントゲート出力の立ち上がりエツジ信
号がＣＰＵ１４へ何ら返ってとない仁とから、断線が識
別可能である。

一方、測温抵抗体の場合の導９Ｊ　（図示せず）の断線
の場合も、どの緑が断線しても同様にオペアンプが飽和
するので、断線検知が可能である。

以上、（３）、（４）の処理を時間軸で表わすと、第６
図のようになる。なお、これらの結線／未Ｖｉυ↑ｙ報
は光ディジタル信号として送出され、上位システムに知
らせることが可能である。また、現在測定中の入力チャ
ンネル情報を逐次ＣＰＵのメモリに記口されているよう
にプログラムすることにより、断線が発生した際はその
断Ｏｆ￥所の’ｏｌ報とともに断線発生を上位装置（第
２図のマスターステーション）に知らせることができる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、結線／未結１線を電びス投入後ＣＰＵ
にて自動登録させることができるので、雪路化を図るこ
とができ、全体的な稼動コストおよび管理費を大幅に低
減することが可能となる。また、断線検知も同一の斐侠
回路構成を利用して行なえるので、コストメリットが生
じ、変侠装】の信頼性が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は本発明
による多点入力信号変換装置を用いた計測システムの一
列を示す概要図、第３図はＶ／Ｆ回路の具体例を示す回
路図、第４図はその動作を説明するための各部波形図、
第５Ａ図および第５Ｂ図はともにＶ／Ｆ回路の出力をパ
ルス数に変換する変換動作を説明するための各部波形図
、第６図は結線、未結線のｈ別動作および断線の識別動
作のタイミングを説明するための説明図、第７回は多点
入力信号変換装置を用いたシステムの従来例を示す８！
要図、第８図はリモートスキャナ設定表を説明するため
の説明図である。 符号説明 １・・・・・・侵出部、２・・・・・・１次フィルタ、
３・川・・ダイオード、４，７４・・・・・・アナログ
スイッチ、５・・・・・・増幅回路、６・・・・・・マ
ルチプレクサ、７・・・−Ｖ／Ｆ回路、８・・・・・・
カウンタ、９，１０．７２・・・・・・７リツプ７０ツ
ブ（ＦＦ）、ＩＩＡ、ＩＩＢ・・・・・・インバータゲ
ート、１２・・・・・・ナントゲート、１３・・・・・
・制御バス回路、１４・・曲演算制御装置（、ＣＰＵ）
、１５・・−−−−０／Ｅインタ７エイス、１６・・・
・・・Ｅ１０インタ７エイス、１７・・四元ユニット、
１８・・・・・・光７アイパ、７１・・曲コンパレータ
、７−３・・曲リセット回路、７５・・四枳分器、７６
・・曲バッファアンプ、Ｓ・・曲Ｖ／ＦスタートＦＴＡ
御信号、Ｐｌ。 Ｐ、・・・・・・コントセールボート信号。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第　３　図 第　６　図 応百 １Ｋ　４　図 りｒ、、、１−ａｉ定で２コ′こ三１ｑま３日デ）□、
１６第　８３ ・リモート、フキ雫プ篩つ表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定対象の物理量を検出するセンサと接続されてブリッ
   ジ回路を形成するとゝもにセンサ種別に応じてその接続
   態様が変更可能な複数の検出手段と、 該検出手段対応に設けられセンサ信号および基準信号を
   順次取り出す信号取出手段と、 センサ種別に応じてゲインの調整が可能で該各信号取出
   手段からの信号をそれぞれ増幅する複数の増幅手段と、 該各増幅手段からの出力信号を順次選択する選択手段と
   、 該選択手段を介する前記増幅手段出力をパルス数に変換
   する変換手段と、 該変換手段による変換開始時期を制御し複数のセンサか
   らの各物理量対応のパルス数をディジタル値に換算する
   演算制御手段と、 複数のセンサの各結線の有無を電源投入時に識別する結
   線識別手段と、 有結線部についてその後に発生する断線の有無を識別す
   る断線識別手段と、 結線、未結線および断線の発生の有無を示すデータを光
   ディジタル信号に変換して上位装置へ送信する通信手段
   と、 を有してなることを特徴とする多点入力信号変換装置。