JP2005038075A

JP2005038075A - 電流信号変換器

Info

Publication number: JP2005038075A
Application number: JP2003198245A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Matsuno; 博和松野; Morihiko Sakata; 盛彦坂田
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】センサと電流信号変換器間の配線を容易にする。
【解決手段】制御部２１は、スイッチ１４，１９をａ側に接続してセンサ１１の出力を第２の電流入力回路３に供給し、Ａ／Ｄ変換器２０の出力により、センサ１１から４〜２０ｍＡの範囲内の電流が出力されているかを判定する。範囲内のときは、センサ１１は電源を供給する必要がないセンサであると判断する。所定の範囲よりも低いときは、スイッチ１４，１９をｂ側に接続して、電源２３の出力をセンサ１１に供給し、センサ１１の出力を第１の電流入力回路２に供給する。その結果、Ａ／Ｄ変換器２０の出力が４〜２０ｍＡの範囲内にあるときは、センサ１１が電源供給が必要なものであると判定し、範囲内にないときはセンサ１１が未接続であると判定する。判定結果は記憶部２２に格納し、電源投入時に該記憶内容に応じて切替スイッチ１４，１９を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサからのアナログ電流信号をインターフェースする電流信号変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｔｒｏｌ）やシーケンサ等においては、流量計などのセンサからのアナログ信号が取り込まれる。例えば、特許文献１には、入力されるアナログ信号が電圧入力であるか電流入力であるかを判別し、電圧入力回路又は電流入力回路に切替えて入力することにより、センサなどの外部機器から電圧入力と電流入力のいずれが入力されても正しい回路接続が可能なプログラマブルコントローラのアナログモジュールが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３３９０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
センサには、電源を内蔵したもの、外部から電源の供給を受けるものなどがあるが、近年、センサの小型化に伴い、センサ部に電源を持たず、センサに外部から電源を供給する形態のセンサが、特に電流信号を出力するタイプのセンサに多くみられるようになっている。
図３の（ａ）は、電源を持たないセンサの接続を示す図であり、３１は電源を持たないセンサ、３２はセンサ３１の外部電源となる直流電源、３３は該センサからの出力電流が入力される電流信号変換器である。
この図に示すように、センサ３１の２つの端子間に、センサ３１用の外部電源３２と電流信号変換器３３に含まれている電流を電圧に変換するための負荷抵抗Ｒとが直列に接続されている。これにより、センサからの電流信号出力線とセンサへ電源を供給する電源供給線とが共用され、２本の線ですむようになっている（２線式）。なお、外部からの電源供給線を別個に有するものは３線式又は４線式とよばれている。
【０００５】
図３の（ｂ）は、上述した２線式のセンサと電源を内蔵しているセンサを含む複数のセンサを電流信号変換器に接続する場合の配線例を示す図である。
この図において、４１と４２は前述した２線式のセンサ、４３は電源を内蔵し外部から電源を供給する必要のないセンサ、４４は前記センサ４１及び４２の外部電源、４５は中継端子、４６は３つのセンサ（４１，４２，４３）からの電流信号が入力されるように３つのポート（センサからの信号を入力するための２個の端子）を有する電流信号変換器（シーケンサ等の制御装置を含む）である。
この図に示すように、電源を持たないセンサ４１及び４２については、センサ用の外部電源４４と中継端子４５を別途用意し、図示するように、外部電源４４と中継端子４５と電流信号変換器４６の間で複雑な配線作業を必要とするため、配線作業と配線チェックに多大な工数を要し、さらに、電源内蔵のセンサ４１，４２と電源を持たないセンサ４３では配線方法が異なるため誤配線を起こしやすいという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、センサと電流信号変換器との間の配線処理が簡単となり、誤配線も少なくし、配線チェックも容易とすることができる電流信号変換器を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電流信号変換器は、センサから出力されるアナログ電流が入力される電流信号変換器であって、センサに接続される２個の端子と、センサ用電源と、単一の入力端子を有し、該入力端子と接地との間に接続された抵抗器を有する第１の電流入力回路と、２個の入力端子を有し、該入力端子間に接続された抵抗器を有する第２の電流入力回路と、アナログデジタル変換器と、第１の状態では、前記センサに接続される２個の端子を前記第２の電流入力回路の前記２個の入力端子に接続し、第２の状態では、前記センサに接続される２個の端子のうちの一方を前記センサ用電源に接続し、他方を前記第１の電流入力回路の入力端子に接続する第１の切替スイッチと、第１の状態では、前記第２の電流入力回路の出力を前記アナログデジタル変換器の入力に接続し、第２の状態では、前記第２の電流入力回路の出力を前記アナログデジタル変換器の入力に接続する第２の切替スイッチと、前記アナログデジタル変換器の出力に基づいて前記第１の切替スイッチ及び前記第２の切替スイッチを切り替え制御する制御部とを有するものである。
また、前記制御部は、前記第１の切替スイッチ及び前記第２の切替スイッチの状態を切替えたときの前記アナログデジタル変換器の出力に基づいて、接続されているセンサが電源の供給を必要とするものであるか否かを判定する機能と、該判定結果を記憶する機能を有するものであり、電源投入時に、該記憶されている判定結果に応じて、前記第１の切替スイッチ及び前記第２の切替スイッチの状態を設定するようになされているものである。
さらに、複数のセンサを接続することができるように、前記センサに接続される２個の端子からなるポートを複数備えているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の電流信号変換器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
この図において、１は本発明の電流信号変換器、１１はセンサである。
センサ１１はセンサの計測範囲において現在の計測値に合った電流出力をする。ここで、温度、湿度、圧力等のセンサでは、センサ側の電流出力は他の制御機器とのインターフェースが容易に行えるように４〜２０ｍＡ電流信号が採用されており、本実施の形態におけるセンサ１１の電流出力も４〜２０ｍＡのアナログ信号を想定する。
電流信号変換器１において、１２ａ及び１２ｂはセンサ接続部（端子、又はコネクタ）であり、センサ１１の＋端子はセンサ接続部１２ａに、センサ１１の−端子はセンサ接続部１２ｂに接続される。
１４は前記センサ接続部１２ａ及び１２ｂが接続される回路を切替える第１の切替スイッチであり、前記センサ接続部１２ａに固定接点が接続された上側スイッチ１４Ｕと前記センサ接続部１２ｂに固定接点が接続された下側スイッチ１４Ｌの２個の連動する切替スイッチを有している。
【０００９】
また、２は第１の電流入力回路であり、図示するように、差動増幅器１７とその非反転入力と接地との間に接続された抵抗器１５とにより構成されている。そして、前記上側スイッチ１４Ｕのａ接点と前記下側スイッチ１４Ｌのｂ接点は、第１の電流入力回路２の入力、すなわち、前記差動増幅器１７の非反転入力に接続されている。
さらに、３は第２の電流入力回路であり、図示するように、差動増幅器１８とその非反転入力と反転入力との間に接続された抵抗器１６から構成されている。そして、前記上側スイッチ１４Ｕのａ接点と前記下側スイッチ１４Ｌのｂ接点がこの第２の電流入力回路３の一方の入力端子（前記差動増幅器１８の非反転入力）に接続され、前記下側スイッチ１４Ｌのｂ接点が第２の電流入力回路３の他方の入力端子（前記差動増幅器１８の反転入力）に接続されている。
１９は第２の切替スイッチであり、図示するように、前記第１の電流入力回路２の出力（前記差動増幅器１７の出力）に接続されたｂ接点と、前記第２の電流入力回路３の出力（前記差動増幅器１８の出力）に接続されたａ接点とを有し、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２０の入力に前記第１の電流入力回路２と前記第２の電流入力回路３の出力を選択して供給するものである。
【００１０】
２１は制御部であり、前記第１の切替スイッチ１４と前記第２の切替スイッチ１９の切替を制御するものである。また、２２は、前記制御部２１に設けられ、接続されているセンサが電源を供給する必要があるものであるか否かの判定結果を記憶する記憶部である。なお、この記憶部２２は、電流信号変換器１の電源を切断したときであっても、その記憶情報が失われることのない不揮発性の記憶手段とされている。
さらに、２３は前記センサ１１の外部電源となる直流電源回路であり、その＋出力は、前記第１の切替スイッチ１４の上側スイッチ１４Ｕのｂ接点に接続されている。
【００１１】
このように構成された本発明の電流信号変換器１における前記制御部２１の動作について図２のフローチャートを参照して説明する。
電源が投入されると、まず、前記記憶部２２に前記センサ接続部１２ａ，１２ｂからなるポートに接続されているセンサ１１に関する情報が記憶されているか否かを判定する（Ｓ１）。
その結果、記憶部２２に情報が記憶されていないときは、ステップＳ２に進み、前記第１の切替スイッチ１４及び前記第２の切替スイッチ１９をａ側に設定する。これにより、センサ１１の出力が前記第２の電流入力回路３の抵抗器１６の両端に接続され、センサ１１の出力信号は第２の電流入力回路と閉回路を構成することとなる。このとき、抵抗器１６の両端に現れる電圧は差動増幅器１８で増幅され、前記第２の切替スイッチ１９を通って、Ａ／Ｄ変換器２０に入力される。このＡ／Ｄ変換器２０の出力は、前記制御部２１で読み取られる。
【００１２】
次に、ステップＳ３に進み、前記Ａ／Ｄ変換器２０の出力が所定の範囲内の値、すなわち、センサ１１から出力される４〜２０ｍＡの範囲の電流に対応する値であるか否かが判定される。
所定の範囲内の値であるときは、センサ１１は電源内蔵のセンサであると判断することができ、前記切替スイッチ１４及び１９をそのままの状態に保持して通常動作を行うとともに、前記記憶部２２にセンサ１１は電源内蔵のセンサであることを示す情報を記憶する（ステップＳ４）。
【００１３】
一方、Ａ／Ｄ変換器２０の出力が所定の値（センサの４〜２０ｍＡに対応する値）よりも低い値であるときは、センサ１１が電源を備えていないセンサであると判断されるため、前記第１及び第２の切替スイッチ１４，１９をｂ側に接続する（ステップＳ５）。
これにより、前記センサ用電源２３の＋端子、第１の切替スイッチの上側スイッチ１４Ｕのｂ接点、センサ接続部１２ａ、センサ１１の＋、センサ１１の−、センサ接続部１２ｂ、下側スイッチ１４Ｌのｂ接点、第１の電流入力回路２の抵抗器１５、接地、センサ用電源２３の−端子へと接続される閉回路が構成される。これにより、電源２３からセンサ１１に電源が供給されることとなり、電源が供給されたセンサ１１から、センサ１１の計測範囲に合った直流電流（４〜２０ｍＡ）が出力され、前記抵抗器１５の両端に発生する電圧が差動増幅器１７で増幅されて、前記第２の切替スイッチ１９のｂ接点を介してＡ／Ｄ変換器２０に入力される。
【００１４】
前記制御部２１は、このＡ／Ｄ変換器２０の出力を読み取り、その値が、前記所定範囲内の値（センサ１１の４〜２０ｍＡに対応する値）であるか否かを判定する（ステップＳ６）。
その結果、所定範囲内の値であるときには、センサ１１は内部電源を備えていないセンサであったと判定することができ、前記切替スイッチ１４及び１９の状態をそのまま保持して通常動作を行うとともに、前記記憶部２２にセンサ１１は内部電源を備えていないものであることを示す情報を記憶する（ステップＳ７）。
一方、Ａ／Ｄ変換器２０の出力が前記所定の範囲内の値となっていないときは、センサ１１が接続されていないと判断し、前記記憶部２２にセンサ未接続であることを示す情報を記憶する。
【００１５】
さて、前記電源投入時に実行される前記ステップＳ１において、記憶部２２にセンサの状態が記憶されている場合には、ステップＳ９に進み、その記憶内容にしたがって前記切替スイッチ１４及び１９の状態を制御する。まず、記憶内容がセンサ１１が未接続であるときは、前記ステップＳ２に進み、記憶情報がない場合と同様に、切替スイッチ１４，１９を切替えて、センサ１１が内部電源を備えているか、外部電源を必要とするかを判断し、その結果を記憶部２２に記憶する処理を行う。
また、記憶部２２にセンサ１１が電源を供給する必要がないものであることを示す情報が記憶されているときは、前記切替スイッチ１４及び１９をａ側に接続し、センサ１１からの出力信号を前記第２の電流入力回路３を用いて処理する（ステップＳ１０）。
一方、記憶部２２にセンサ１１が電源を供給することが必要なものであることを示す情報が記憶されているときは、前記切替スイッチ１４及び１９をｂ側に接続し、前記センサ用電源２３の出力をセンサ１１に供給し、第１の電流入力回路２を用いてセンサ１１からの信号を処理する（ステップＳ１１）。
このように、記憶部２２にセンサの状態（センサが内部電源を備えているものであるか、内部電源を備えていないものであるか、あるいは、センサがポートに接続されていないか）が記憶されているために、電源投入時に切替スイッチの状態を適切な状態に設定することができる。
【００１６】
なお、前記記憶部２２の記憶がセンサ１１の未接続を記憶している場合のセンサ１１が内部電源を備えているか、外部電源を必要とするかの判断処理については、上述した電流信号変換器１の電源が投入される場合のほかに、スイッチ等によることで実施してもよいし、前記電流信号変換器１が通信機能を備えていればネットワーク上の例えば操作部を備えた装置からの通信コマンドで処理させるようにしてもよい。
また、センサ１１の接続状態の記憶情報は電流信号変換器１の表示部に表示するようにしてもよいし、電流信号変換器１が通信機能を備えていればネットワークを通して参照できるようにしてもよい。
【００１７】
なお、図１の電流信号変換器１にはセンサ１１が１点の接続形態を示したが、例えば、Ａ／Ｄ変換器が８チャンネル備えたものであれば、８点のセンサが接続できるものであってもよい。すなわち、前記センサ接続部１２ａ，１２ｂからなるポート、前記第１の切替スイッチ１４、前記第１の電流入力回路２及び前記第２の電流入力回路３を接続されるセンサに応じて複数個設け、複数個のセンサを処理することができるようにすることができる。
また、上記においてはセンサからの出力信号が４〜２０ｍＡ電流信号であるものとして説明したが、他の電流値のものであっても同様に適用することができる。
また、前記切替スイッチ１４及び１９はアナログスイッチを用いてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の電流信号変換器によれば、外部電源を必要とするセンサも必要としないセンサもセンサの電流信号出力端子と電流信号変換器の入力端子を１対１に接続するだけでよいため、従来のように外部電源とセンサと電流信号変換器の３ケ所に及ぶ複雑な配線作業が不要となり、配線の間違いが少なく、配線チェックも容易となり、センサと電流信号変換器の配線接続の作業性が良くなるという効果がある。
また、外部電源や中継端子等を必要としないため、これらセンサ、電流信号変換器を組み込む装置をコンパクトに、かつ安価にすることができる。
さらに、電流信号変換器に複数のセンサを接続するポートが設けられている場合には、ポイント当たりの単価を安価にし、ポイント当たりの変換器の容積をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流信号変換器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の電流信号変換器における制御部の動作を示すフローチャートである。
【図３】電源を備えないセンサを電流信号変換器に接続する従来例を示す図である。
【符号の説明】
１：電流信号変換器、２：第１の電流入力回路、３：第２の電流入力回路、１１：センサ、１２ａ，１２ｂ：センサ接続部、１４：第１の切替スイッチ（１４Ｕ：上側スイッチ、１４Ｌ：下側スイッチ）、１５，１６：抵抗器、１７，１８：差動増幅器、１９：第２の切替スイッチ、２０：Ａ／Ｄ変換器、２１：制御部、２２：記憶部、２３：センサ用電源

Claims

センサから出力されるアナログ電流が入力される電流信号変換器であって、
センサに接続される２個の端子と、
センサ用電源と、
単一の入力端子を有し、該入力端子と接地との間に接続された抵抗器を有する第１の電流入力回路と、
２個の入力端子を有し、該入力端子間に接続された抵抗器を有する第２の電流入力回路と、
アナログデジタル変換器と、
第１の状態では、前記センサに接続される２個の端子を前記第２の電流入力回路の前記２個の入力端子に接続し、第２の状態では、前記センサに接続される２個の端子のうちの一方を前記センサ用電源に接続し、他方を前記第１の電流入力回路の入力端子に接続する第１の切替スイッチと、
第１の状態では、前記第２の電流入力回路の出力を前記アナログデジタル変換器の入力に接続し、第２の状態では、前記第２の電流入力回路の出力を前記アナログデジタル変換器の入力に接続する第２の切替スイッチと、
前記アナログデジタル変換器の出力に基づいて前記第１の切替スイッチ及び前記第２の切替スイッチを切り替え制御する制御部とを有することを特徴とする電流信号変換器。
前記制御部は、前記第１の切替スイッチ及び前記第２の切替スイッチの状態を切替えたときの前記アナログデジタル変換器の出力に基づいて、接続されているセンサが電源の供給を必要とするものであるか否かを判定する機能と、該判定結果を記憶する機能を有するものであり、
電源投入時に、該記憶されている判定結果に応じて、前記第１の切替スイッチ及び前記第２の切替スイッチの状態を設定するようになされていることを特徴とする請求項１記載の電流信号変換器。
複数のセンサを接続することができるように、前記センサに接続される２個の端子からなるポートを複数備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流信号変換器。