JP2003218673A - OVERLOAD AND SHORT CIRCUIT PROTECTING CIRCUIT OF SLAVE FOR AS-i - Google Patents
OVERLOAD AND SHORT CIRCUIT PROTECTING CIRCUIT OF SLAVE FOR AS-iInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、プロセス入出力
機器として用いられるアクチュエータ,センサおよび負
荷等に対してインターフェースを司るアクチュエータ,
センサインターフェース回路(Actuator Se
nsor interface、以下、AS−iとも略
記する)用スレーブの過負荷・短絡保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】AS−iはEN規格(EN50295)
で規定されたビットレベルの信号を取り扱うネットワー
クで、フィールドネットワークの中で最下位層に位置す
る。図3にAS−iのネットワーク構成例を示す。上位
にマスタ2があり、このマスタ2から通信と電源を兼用
した2本の電線が延びている(AS−i+(正),AS
−i−(負))。AS−i+とAS−i−には、通信信
号を減衰させないためのデカップリング回路とDC30
V電源を内蔵したAS−i専用電源3が接続される。4
はDC24Vの電源である。スレーブ11〜14はここ
では4台示すが、最大で31台接続される(近年は62
台まで接続可能である)。
【0003】スレーブ11〜14としては、負荷を制御
するための出力のみを持ったもの(スレーブ11)、セ
ンサまたはアクチュエータの信号を取り入れる入力を持
ったもの(スレーブ14)、または出力および入力の両
方を持ったもの(スレーブ12,13)等の種類があ
る。また、スレーブの入力には、上記のようにセンサま
たはアクチュエータの信号を入力するが、スレーブはセ
ンサの電源も供給できるようにセンサ電源を内蔵してい
る。51〜54は各種の入出力機器を示す。マスタ2は
プログラマブルコントローラ(PLC)と組み合わされ
ており、センサおよびアクチュエータの入力に対して要
求される負荷の動作をさせるため、マスタ2で必要なプ
ログラムを組み、動作の制御をするようにしている。
【0004】図4にスレーブの従来例を示す。これらの
回路では、AS−i+側は、逆接続防止用のダイオード
D1を通して、AS−iスレーブ用のIC回路(ASI
C)を内蔵したスレーブ主回路1AおよびコイルL1に
接続される。また、AS−i−側はスレーブ主回路1A
およびコイルL2に接続される。コイルL1とL2間に
はコンデンサC2が接続され、これらのコイルとコンデ
ンサによりフィルタを形成し、これ以降の回路に信号が
のらないようにして、コンデンサC2間の電圧をセンサ
用電源に使用する。センサに供給される電圧は、AS−
i+とAS−i−間に接続されたAS−i電源から供給
される。また、スレーブ主回路1Aには入力取り込み用
の端子部INがあり、この端子部の電圧が所定値以上に
なったとき、スレーブ主回路1Aは入力が入ったと判断
し、そのことを示す信号をAS−i+とAS−i−間に
のせる。
【0005】通常の状態では、トランジスタT3は抵抗
R2を通してベース電流が流れ、オンとなっている(T
4はオフ)。したがって、T3によりT1にベース電流
が供給され、通常ではT1はオン状態になっている。こ
れにより、センサ消費電流IがトランジスタT1のコレ
クタ・エミッタ間を流れる。センサ消費電流が増大する
につれて、抵抗R1間の電圧が増大してくる。抵抗R1は
過負荷・短絡保護回路が動作する電流値を決定するもの
で、例えばR1=Vbe2/Iopの値に設定される。
ここに、Vbe2はトランジスタT2のベース・エミッ
タ間電圧、Iopは過負荷・短絡保護回路の動作電流を
示す。
【0006】R1間の電圧がVbe2以上になる電流I
が流れると、T2にベース電流が流れT2がオンとな
る。コンデンサC1は通常の場合は約30Vに充電され
ているが、過負荷あるいは短絡電流が流れてT2がオン
すると、瞬時に放電され約0Vになる。そのため、T4
のベース電流が抵抗R2および抵抗R6を通して流れ、
T4が瞬時にオンとなる。T4がオンするとT3のベー
ス電位が上昇してT3がオフし、これによりT1がオフ
となる。コンデンサC1は抵抗7を通る電流I1とトラ
ンジスタT4のベース電流I2により充電され、徐々に
電圧が上昇する。そして、コンデンサC1の端子間電圧
Vcが、
Vc≒[30×R5/(R2+R5)]−Vbe4
になったとき、T4は再びオフとなる。なお、Vbe4
はトランジスタT4のベース・エミッタ間電圧を示す。
【0007】T4のオフにより、トランジスタT3およ
びT1がオンするが、過電流が流れているため瞬時にT
2がオンしてC1の電荷を放電し、T1をオフにする。
抵抗R2,R3,R5およびトランジスタT3,T4か
らなる回路は、オンレベルとオフレベルにヒステリシス
を持たせるためのシュミット回路を形成する。このシュ
ミット回路と抵抗R6,R7およびC1で決定された周
期で、トランジスタT1の瞬時のオンを繰り返す。電圧
Vc,Vaの波形変化を図5に示す。T1は瞬時のオン
なので、電流はほとんどシャットダウンされる。以上の
ような動作により、センサ電源の過負荷電流または短絡
電流から保護するようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の過負荷・短絡保
護回路では、瞬時の過負荷電流が流れても、その電流を
検知して過負荷・短絡保護回路が動作する。しかし、通
常のセンサは内部にコンデンサを内蔵しているため、電
源接続時に突入電流が流れる。そのため、従来の回路は
センサ接続時に、センサの突入電流が瞬時でも設定値を
越えると過負荷・短絡保護回路が動作してしまい、セン
サに電源が供給されないと言う問題がある。その結果、
使用できるセンサが制限されることになる。したがっ
て、この発明の課題は、センサ突入電流が設定値を越え
る時間が一定時間内のときは不動作とし、使用できるセ
ンサ(種別)が制限を受けないようにすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項1の発明では、スレーブ主回路を有し、
アクチュエータ,センサおよび負荷を含む入出力機器と
のインタフェースを司るアクチュエータ,センサインタ
フェース回路(AS−i)から電源を供給され、かつ、
センサ接続用電源端子を持つAS−i用スレーブに対
し、前記センサ接続用電源(−)端子に第1トランジス
タのコレクタを接続し、この第1トランジスタのエミッ
タを第1抵抗および第2トランジスタのベースに接続
し、第1トランジスタのベースを第3トランジスタのコ
レクタと第3抵抗との接続点に接続し、第3トランジス
タのエミッタを第2抵抗に接続しかつベースを第4トラ
ンジスタのコレクタと第5抵抗との接続点に接続し、第
4トランジスタのエミッタを第3トランジスタのエミッ
タに、ベースを第6抵抗に接続し、第6抵抗の他端を第
7抵抗,第1コンデンサおよび第2トランジスタのコレ
クタに接続し、第7抵抗の他端を第2抵抗の第3トラン
ジスタが接続されていない側に接続するとともに、ダイ
オードを通してAS−i電源(+)端子に接続された第
1コイルの他端とセンサ接続用電源(+)端子に接続
し、第1コンデンサの第6抵抗に接続されていない側を
第1,第3および第5抵抗の各トランジスタが接続され
ていない側に接続するとともに、AS−i電源(−)端
子に接続された第2コイルの他端に接続したAS−i用
スレーブの過負荷・短絡保護回路において、前記第4ト
ランジスタのベースと、前記第2抵抗,第7抵抗の接続
点との間に第2コンデンサを接続したことを特徴とす
る。
【0010】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施の形態を示
す回路図、図2はその動作を説明するための波形図であ
る。図1からも明らかなように、この回路は図4に示す
ものに対し、前記第4トランジスタT4のベースと、前
記第2抵抗R2,第7抵抗R7の接続点との間に第2コ
ンデンサC3を接続した点が特徴である。すなわち、セ
ンサ消費電流Iが増大し過電流検知状態になると、トラ
ンジスタT2がオンし、コンデンサC1間の電圧を、瞬
時に約0Vに放電する点は従来の回路と同じである。し
かし、コンデンサC3の一端がトランジスタT4のベー
スに、他端が抵抗R2と抵抗R7との接続点に接続され
ているため、トランジスタT4のベース電圧Vbは瞬時
には変化せず、コンデンサC3と抵抗R6で決まる時定
数で徐々に降下する。
【0011】そして、トランジスタT4のベース電圧V
bが徐々に降下し、
Vb≒Vbe2+Vbe1+Vce3−Vbe4
になったとき、はじめてトランジスタT4がオンする。
ここに、
Vbe2:トランジスタT2のベース・エミッタ間電圧
Vbe1:トランジスタT1のベース・エミッタ間電圧
Vce3:トランジスタT3のコレクタ・エミッタ間電
圧
Vbe4:トランジスタT4のベース・エミッタ間電圧
を示す。
【0012】従って、過電流を検知してから過負荷・短
絡保護回路が動作状態になるまでには、コンデンサC3
と抵抗R6で決定される遅延時間tdが発生する。この
遅延時間tdを図2のトランジスタT4のベース電圧V
bの波形、トランジスタT1と抵抗R1との直列回路電
圧Vaの波形等に示す。なお、図2のVc波形は、コン
デンサC1の端子電圧波形を示す。よって、センサを電
源に接続したときなどに発生する瞬時の突入電流が、過
負荷・短絡保護回路が動作する規定値を越えても、突入
電流の持続時間が遅延時間td以下であれば過負荷・短
絡保護回路は動作せず、センサには正常に電源が供給さ
れることになる。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、センサ接続時などに
突入電流が設定値を瞬時越えても、過負荷・短絡保護回
路は動作せず、センサには正常に電源が供給されるた
め、接続可能なセンサが制限を受けることもなく、自由
度を増すことができる利点が得られる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator for controlling an interface with an actuator, a sensor, a load, etc. used as a process input / output device.
Sensor interface circuit (actuator Se
The present invention relates to an overload / short-circuit protection circuit for a slave for an N.S. 2. Description of the Related Art AS-i is an EN standard (EN50295).
This is a network that handles bit-level signals specified by, and is located at the lowest layer in a field network. FIG. 3 shows an example of an AS-i network configuration. There is a master 2 on the upper level, and two electric wires that serve both communication and power supply extend from this master 2 (AS-i + (positive), AS
-I- (negative)). AS-i + and AS-i- include a decoupling circuit for preventing a communication signal from being attenuated and a DC30.
An AS-i dedicated power supply 3 containing a V power supply is connected. 4
Is a 24 VDC power supply. Although four slaves 11 to 14 are shown here, a maximum of 31 slaves are connected.
Can be connected up to one). The slaves 11 to 14 have only an output for controlling a load (slave 11), have an input for receiving a signal of a sensor or an actuator (slave 14), or have both an output and an input. (Slaves 12, 13). As described above, the signal of the sensor or the actuator is input to the input of the slave, but the slave has a built-in sensor power so that the power of the sensor can also be supplied. Reference numerals 51 to 54 denote various input / output devices. The master 2 is combined with a programmable controller (PLC), and in order to operate a load required for input of a sensor and an actuator, a program necessary for the master 2 is set and the operation is controlled. . FIG. 4 shows a conventional example of a slave. In these circuits, the AS-i + side receives an AS-i slave IC circuit (ASI-I +) through a diode D1 for preventing reverse connection.
C) is connected to the slave main circuit 1A and the coil L1. The AS-i- side is a slave main circuit 1A.
And the coil L2. A capacitor C2 is connected between the coils L1 and L2, a filter is formed by these coils and the capacitor, and a signal between the coils C1 and L2 is used as a sensor power supply so that no signal is applied to the subsequent circuits. . The voltage supplied to the sensor is AS-
It is supplied from an AS-i power supply connected between i + and AS-i-. The slave main circuit 1A has a terminal IN for taking in an input. When the voltage of this terminal exceeds a predetermined value, the slave main circuit 1A determines that an input has been made, and outputs a signal indicating that. Put between AS-i + and AS-i-. In a normal state, a base current flows through the transistor T3 through the resistor R2, and the transistor T3 is turned on (T
4 is off). Therefore, a base current is supplied to T1 by T3, and T1 is normally in an on state. As a result, the sensor consumption current I flows between the collector and the emitter of the transistor T1. As the sensor current consumption increases, the voltage across the resistor R1 increases. The resistor R1 determines a current value at which the overload / short-circuit protection circuit operates, and is set, for example, to a value of R1 = Vbe2 / Iop.
Here, Vbe2 indicates a base-emitter voltage of the transistor T2, and Iop indicates an operating current of the overload / short-circuit protection circuit. The current I at which the voltage between R1 becomes Vbe2 or more
Flows, a base current flows through T2, and T2 is turned on. The capacitor C1 is normally charged to about 30V, but is discharged instantaneously to about 0V when T2 is turned on due to overload or short-circuit current. Therefore, T4
Base current flows through the resistors R2 and R6,
T4 is instantly turned on. When T4 turns on, the base potential of T3 rises and T3 turns off, thereby turning off T1. The capacitor C1 is charged by the current I1 passing through the resistor 7 and the base current I2 of the transistor T4, and the voltage gradually increases. When the voltage Vc between the terminals of the capacitor C1 becomes VcV [30 × R5 / (R2 + R5)] − Vbe4, T4 is turned off again. In addition, Vbe4
Indicates a base-emitter voltage of the transistor T4. When T4 is turned off, transistors T3 and T1 are turned on.
2 turns on to discharge the charge of C1 and turns off T1.
A circuit composed of the resistors R2, R3, R5 and the transistors T3, T4 forms a Schmitt circuit for providing on-level and off-level hysteresis. The transistor T1 is turned on instantaneously at a cycle determined by the Schmitt circuit and the resistors R6, R7 and C1. FIG. 5 shows waveform changes of the voltages Vc and Va. Since T1 is momentarily on, the current is almost shut down. The above operation protects the sensor power supply from overload current or short-circuit current. In the conventional overload / short-circuit protection circuit, even if an instantaneous overload current flows, the overload / short-circuit protection circuit operates by detecting the current. However, since a normal sensor has a built-in capacitor, an inrush current flows when the power supply is connected. For this reason, the conventional circuit has a problem that when the rush current of the sensor exceeds the set value even instantaneously when the sensor is connected, the overload / short-circuit protection circuit operates and power is not supplied to the sensor. as a result,
The sensors that can be used will be limited. Therefore, an object of the present invention is to make the sensor inoperative when the time when the sensor rush current exceeds the set value is within a predetermined time, so that the usable sensors (types) are not restricted. In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 has a slave main circuit,
Power is supplied from an actuator and a sensor interface circuit (AS-i) that controls an interface with an input / output device including an actuator, a sensor, and a load, and
For an AS-i slave having a power supply terminal for sensor connection, a collector of a first transistor is connected to the power supply (-) terminal for sensor connection, and an emitter of the first transistor is connected to a first resistor and a base of a second transistor. , The base of the first transistor is connected to a connection point between the collector of the third transistor and the third resistor, the emitter of the third transistor is connected to the second resistor, and the base is connected to the collector of the fourth transistor and the fifth resistor. A connection point with the resistor, the emitter of the fourth transistor is connected to the emitter of the third transistor, the base is connected to the sixth resistor, and the other end of the sixth resistor is connected to the seventh resistor, the first capacitor, and the second transistor. The other end of the seventh resistor is connected to the side of the second resistor to which the third transistor is not connected, and the AS- The other end of the first coil connected to the power supply (+) terminal and the power supply (+) terminal for sensor connection, and the sides of the first capacitor that are not connected to the sixth resistor are the first, third, and fifth sides. In the overload / short-circuit protection circuit of the AS-i slave connected to the other side of the second coil connected to the AS-i power supply (-) terminal while being connected to the side where the respective transistors of the resistor are not connected, A second capacitor is connected between a base of the fourth transistor and a connection point between the second resistor and the seventh resistor. FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a waveform diagram for explaining its operation. As is clear from FIG. 1, this circuit is different from that shown in FIG. 4 in that a second capacitor C3 is connected between the base of the fourth transistor T4 and the connection point of the second resistor R2 and the seventh resistor R7. Is connected. That is, the transistor T2 is turned on when the sensor consumption current I increases and the overcurrent detection state occurs, and the voltage across the capacitor C1 is instantaneously discharged to about 0 V, as in the conventional circuit. However, since one end of the capacitor C3 is connected to the base of the transistor T4 and the other end is connected to the connection point between the resistor R2 and the resistor R7, the base voltage Vb of the transistor T4 does not change instantaneously, and the capacitor C3 and the resistor It gradually descends with the time constant determined by R6. Then, the base voltage V of the transistor T4
When b gradually decreases and becomes Vb は じ め Vbe2 + Vbe1 + Vce3-Vbe4, the transistor T4 is turned on for the first time.
Here, Vbe2: a base-emitter voltage Vbe1 of the transistor T2, a base-emitter voltage Vce3 of the transistor T1, a collector-emitter voltage Vbe4 of the transistor T3, and a base-emitter voltage of the transistor T4. Therefore, from the detection of the overcurrent to the activation of the overload / short-circuit protection circuit, the capacitor C3
And the delay time t d is determined by the resistor R6 is generated. This delay time t d is set to the base voltage V of the transistor T4 in FIG.
b, the waveform of the series circuit voltage Va of the transistor T1 and the resistor R1, and the like. The Vc waveform in FIG. 2 shows a terminal voltage waveform of the capacitor C1. Therefore, even if the instantaneous inrush current generated when the sensor is connected to the power supply exceeds the specified value at which the overload / short-circuit protection circuit operates, if the duration of the inrush current is equal to or less than the delay time t d , The load / short-circuit protection circuit does not operate, and power is normally supplied to the sensor. According to the present invention, the overload / short circuit protection circuit does not operate even if the rush current instantaneously exceeds the set value when the sensor is connected, and the power is normally supplied to the sensor. Therefore, there is an advantage that the degree of freedom can be increased without limiting the connectable sensors.
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示す回路図である。
【図2】図1の動作を説明する波形図である。
【図3】一般的なAS−iネットワーク構成例を示す構
成図である。
【図4】AS−iスレーブの過負荷・短絡保護回路の従
来例を示す回路図である。
【図5】図4の動作説明図である。
【符号の説明】
1,11,12,13,14…AS−iスレーブ、1A
…スレーブ主回路、…、2…マスタ、3…AS−i電
源、4…DC電源、51,52,53,54…入出力機
器、55…センサ、L1,L2…コイル、C1〜C3…
コンデンサ、R1〜R7…抵抗、T1〜T4…トランジ
スタ、D1…ダイオード。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram illustrating the operation of FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a general AS-i network configuration. FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional example of an AS-i slave overload / short-circuit protection circuit. FIG. 5 is an operation explanatory diagram of FIG. 4; [Description of Signs] 1,11,12,13,14 ... AS-i slave, 1A
... Slave main circuit, ... 2 Master, 3 ... AS-i power supply, 4 ... DC power supply, 51, 52, 53, 54 ... I / O device, 55 ... Sensor, L1, L2 ... Coil, C1-C3 ...
Capacitors, R1 to R7 resistors, T1 to T4 transistors, D1 diodes.
Claims (1)
タ,センサおよび負荷を含む入出力機器とのインタフェ
ースを司るアクチュエータ,センサインタフェース回路
(AS−i)から電源を供給され、かつ、センサ接続用
電源端子を持つAS−i用スレーブに対し、 前記センサ接続用電源(−)端子に第1トランジスタの
コレクタを接続し、この第1トランジスタのエミッタを
第1抵抗および第2トランジスタのベースに接続し、第
1トランジスタのベースを第3トランジスタのコレクタ
と第3抵抗との接続点に接続し、第3トランジスタのエ
ミッタを第2抵抗に接続しかつベースを第4トランジス
タのコレクタと第5抵抗との接続点に接続し、第4トラ
ンジスタのエミッタを第3トランジスタのエミッタに、
ベースを第6抵抗に接続し、第6抵抗の他端を第7抵
抗,第1コンデンサおよび第2トランジスタのコレクタ
に接続し、第7抵抗の他端を第2抵抗の第3トランジス
タが接続されていない側に接続するとともに、ダイオー
ドを通してAS−i電源(+)端子に接続された第1コ
イルの他端とセンサ接続用電源(+)端子に接続し、第
1コンデンサの第6抵抗に接続されていない側を第1,
第3および第5抵抗の各トランジスタが接続されていな
い側に接続するとともに、AS−i電源(−)端子に接
続された第2コイルの他端に接続したAS−i用スレー
ブの過負荷・短絡保護回路において、 前記第4トランジスタのベースと、前記第2抵抗,第7
抵抗の接続点との間に第2コンデンサを接続したことを
特徴とするAS−i用スレーブの過負荷・短絡保護回
路。Claims 1. An actuator having a slave main circuit, which controls an interface with an input / output device including an actuator, a sensor, and a load, is supplied with power from a sensor interface circuit (AS-i), and For an AS-i slave having a sensor connection power supply terminal, a collector of a first transistor is connected to the sensor connection power supply (-) terminal, and an emitter of the first transistor is connected to a first resistor and a second transistor. Connected to the base, the base of the first transistor is connected to a connection point between the collector of the third transistor and the third resistor, the emitter of the third transistor is connected to the second resistor, and the base is connected to the collector of the fourth transistor and the fourth resistor. 5 connected to the connection point with the resistor, the emitter of the fourth transistor is connected to the emitter of the third transistor,
The base is connected to the sixth resistor, the other end of the sixth resistor is connected to the seventh resistor, the first capacitor, and the collector of the second transistor, and the other end of the seventh resistor is connected to the third transistor of the second resistor. And the other end of the first coil connected to the AS-i power supply (+) terminal through a diode and the sensor connection power supply (+) terminal, and connected to the sixth resistor of the first capacitor. The side that is not
The overload of the AS-i slave connected to the other side of the second coil connected to the AS-i power supply (-) terminal while being connected to the side where the third and fifth resistance transistors are not connected. In the short-circuit protection circuit, the base of the fourth transistor, the second resistor, the seventh
An AS-i slave overload / short-circuit protection circuit, wherein a second capacitor is connected between the resistor and a connection point of the resistor.
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