JP2010152596A - 電流入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可動部品を持たない共通の電圧／電流変換手段により、電流出力動作と電流入力動作の切り替え機能並びに過電流保護機能を備えた電流入出力装置を実現する。
【解決手段】 制御手段からの電流指令値に基づき、接続される機器に所定値の動作電流を出力し、または接続される機器からの動作電流を入力する電流入出力装置において、
前記制御手段からの電流指令値を、ＤＡ変換器を介して入力すると共に、前記機器の動作電流に比例した電圧値を、ＡＤ変換器を介して前記制御手段にアンサーバックする電圧／電流変換手段を備え、
電流出力動作時には、前記電圧／電流変換手段は、前記制御手段からの電流指令値に比例した動作電流を前記機器に出力すると共に、
電流入力動作時には、前記電圧／電流変換手段は、前記機器から入力される電流を前記制御手段からの電流指令値にリミットする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、制御手段からの電流指令値に基づき、接続される機器に所定値の動作電流を出力し、または接続される機器からの動作電流を入力する電流入出力装置に関するものである。

図５は、特許文献１に開示されている、従来の電流入出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。図５（Ａ）は電流出力動作時の構成、図５（Ｂ）は電流入力動作時の構成を示している。

図５（Ａ）の電流出力動作において、入出力端子Ｔ１，Ｔ２間には、端子Ｔ１から供給される電流出力信号Ｉoutで操作されるバルブ等の負荷Ｌが接続されている。負荷Ｌを流れる電流は、端子Ｔ２を介して電流検出抵抗Ｒ１を流れ、フィードバック電圧Ｖｏを発生している。

切り替えスイッチＳＷは、接点Ｓ１側を選択し、フィードバック電圧Ｖｏを差動増幅器Ａ１のマイナス入力端子に与える。差動増幅器Ａ１のプラス入力端子には、電流設定手段（図示せず）からの設定電圧値Ｖｉが与えられている。

差動増幅器Ａ１の出力は、電流制御トランジスタＱ１のベースに与えられている。電流制御トランジスタＱ１のコレクタは、直流電源Ｖｃｃに接続され、エミッタは入出力端子Ｔ１に接続されている。

このような回路構成では、フィードバック電圧Ｖｏが、設定電圧値Ｖｉと等しくなるように電流出力信号Ｉoutが制御される定電流回路が形成され、設定値Ｖｉを変化させることにより、負荷Ｌに所定の動作範囲（例：４〜２０ｍＡ）の電流を出力させることができる。

図５（Ｂ）の電流入力動作において、入出力端子Ｔ１，Ｔ２間には、端子Ｔ１から供給される電源電圧Ｖoutで駆動され、物理量Ｐの測定スパンに対応した電流（例：４〜２０ｍＡ）Ｉinを出力する差圧伝送器等の負荷Ｌが接続される。負荷Ｌからの電流Ｉinは、端子Ｔ２を介して入力され、アンサーバック抵抗Ｒ１を流れてアンサーバック電圧Ｖａを発生させる。

切り替えスイッチＳＷは、接点Ｓ２側を選択し、端子Ｔ１の電圧を抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧した電圧Ｖｆを差動増幅器Ａ１のマイナス入力端子に与える。差動増幅器Ａ１のプラス入力端子には、電圧設定手段（図示せず）からの設定電圧値Ｖｓが与えられている。

このような回路構成では、電圧Ｖｆが、設定電圧値Ｖｓと等しくなるように端子Ｔ１，Ｔ２間の電圧Ｖoutが制御される定電圧回路が形成され、設定電圧値Ｖｓに基づいて端子Ｔ１，Ｔ２間の電源電圧Ｖoutを所定値に保持することができる。

特開平５−１３４７０１号公報

従来構成による電流入出力装置の動作切り替え手法では、次のような問題がある。
（１）電流出力動作と電流入力動作の動作切り替えのために、切り替えスイッチＳＷ等の可動部品を必要とし、回路構成が煩雑になる。

（２）図５（Ｂ）の電流入力動作時に、負荷Ｌまたは伝送ラインの故障等で動作スパンを超える過電流が流れた場合に、その電流を所定の安全電流に制限する過電流保護回路を別途追加する必要があり、構成が煩雑となると共に、コストアップの要因となる。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、可動部品を持たない共通の電圧／電流変換手段により、電流出力動作と電流入力動作の切り替え機能並びに過電流保護機能を備えた電流入出力装置の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）制御手段からの電流指令値に基づき、接続される機器に所定値の動作電流を出力し、または接続される機器からの動作電流を入力する電流入出力装置において、
前記制御手段からの電流指令値を、ＤＡ変換器を介して入力すると共に、前記機器の動作電流に比例した電圧値を、ＡＤ変換器を介して前記制御手段にアンサーバックする電圧／電流変換手段を備え、
電流出力動作時には、前記電圧／電流変換手段は、前記制御手段からの電流指令値に比例した動作電流を前記機器に出力すると共に、
電流入力動作時には、前記電圧／電流変換手段は、前記機器から入力される電流を前記制御手段からの電流指令値にリミットする、
ことを特徴とする電流入出力装置。

（２）前記電圧／電流変換手段は、前記ＤＡ変換器の出力電圧と前記機器の電流検出抵抗の電圧を入力する差動増幅器と、この差動増幅器の出力をゲートに入力し、前記電流検出抵抗をソースに接続し、ドレインを前記機器に接続するＦＥＴと、を備えることを特徴とする（１）に記載の電流入出力装置。

（３）電流出力動作時には、前記制御手段は、前記機器の動作電流範囲に対応した範囲の電流指令値を前記電圧／電流変換手段に与えることを特徴とする（１）または（２）に記載の電流入出力装置。

（４）電流入力動作時には、前記制御手段は、前記機器の動作電流範囲を所定値超えたリミット電流値に対応した電流指令値を前記電圧／電流変換手段に与えることを特徴とする（１）または（２）に記載の電流入出力装置。

（５）前記制御手段は、前記電流指令値とアンサーバック電圧を監視し、電流出力動作時または電流入力動作時に接続される前記機器の誤接続をチェックする誤接続監視手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の電流入出力装置。

本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）制御手段から電流指令値を与えるＤＡ変換器の出力値を変更するだけで、可動部品を持たない共通の回路構成で、電流出力動作と電流入力動作の機能を切り替えることができる。

（２）過電流保護機構を特別に設けることなく、電流入力動作時の過電流保護機能を実現することができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した電流入出力装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。本発明を適用した電流入出力装置１００は、入出力端子１０１，１０２を備え、この入出力端子間に電流入出力の負荷となる機器２００が接続される。

電流入出力装置１００において、入出力端子の一方１０１は、直流電源１０３に接続され、他方１０２は、電圧／電流変換手段１０４の電流出力用ＦＥＴＱ２のドレインに接続されている。ＦＥＴＱ２のソースは、フィードバック抵抗Ｒｆを介して基準電位に接続されている。

電圧／電流変換手段１０４内の差動増幅器Ｑ２の出力が、ＦＥＴＱ１のドレインに接続され、フィードバック抵抗Ｒｆに発生する電圧Ｖｆが差動増幅器Ｑ２のマイナス入力端子に与えられている。

差動増幅器Ｑ２のプラス入力端子には、制御手段１０５からのディジタル値の電流指令値ＤｉをＤＡ変換器１０６でアナログ値に変換した電圧Ｖｉが入力される。フィードバック抵抗Ｒｆに発生するアンサーバック電圧Ｖｆは、ＡＤ変換器１０７でディジタル値Ｄｆに変換されて制御手段１０５に渡される。

図２は、電流出力動作を説明する機能ブロック図である。入出力端子１０１，１０２間には、出力電流Ｉｏの所定の電流スパン（４〜２０ｍＡ）で操作されるバルブ３００が接続されている。

制御手段１０５は、ＤＡ変換器１０６を介して、出力電流Ｉｏのスパンが４〜２０ｍＡとなる電圧Ｖｉを差動増幅器Ｑ２に入力する。フィードバック抵抗Ｒｆの値を２５０Ωとすれば、Ｖｉは１〜５Ｖのスパンを有する。この電流出力動作時の構成は、図５（Ａ）に示した定電流回路の構成と基本的に同一である。

図３は、電流入力動作を説明する機能ブロック図である。入出力端子１０１，１０２間には、２線式の差圧伝送器４００が接続され、圧力Ｐの測定スパンに対応するスパン４〜２０ｍＡを持つ出力電流Ｉｏが電流入出力装置１００に流入する。

制御手段１０５は、ＤＡ変換器１０６を介して、出力電流Ｉｏのスパンが４〜２０ｍＡとなるスパン１〜５Ｖの電圧よりは高い電圧、例えば６Ｖの固定電圧Ｖｉを差動増幅器Ｑ２のプラス入力端子に与える。

差圧伝送器４００が正常動作し、その出力電流スパンが４〜２０ｍＡであれば、フィードバック抵抗Ｒｆ（２５０Ω）に発生するアンサーバック電圧Ｖｆのスパンは１〜５Ｖである。従って、６Ｖがプラス入力端子に与えられた差動増幅器Ｑ２の出力はプラス側に飽和し、ＦＥＴＱ１のドレイン・ソース間は導通状態となり、出力電流ＩｏがそのままＦＥＴＱ１のドレイン・ソース間を通過する。

出力電流Ｉｏの上限が、差圧伝送器４００またはリード線等の短絡故障により２０ｍＡを超える過電流状態になれば、フィードバック抵抗Ｒｆ（２５０Ω）に発生するアンサーバック電圧Ｖｆは、５Ｖを超えて増加するが、出力電流Ｉｏが２４ｍＡ（Ｖｆ＝６Ｖ）以上になろうとした時に、差動増幅器Ｑ２の差動増幅機能が復帰し、定電流回路が機能して出力電流Ｉｏが２４ｍＡに維持されるので、過電流保護が実現される。

図４は、本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１との相違点は、制御手段１０５内に、誤接続監視手段１０８を設けた構成にある。制御手段１０５は、電流出力動作時及び電流入力動作時におけるＡＤ変換器１０７からのアンサーバック電圧Ｄｆを監視することで、入出力端子１０１，１０２間に接続される機器の異常接続をチェックすることができ、オペレータに警報することが可能である。

例えば、図２の電流出力動作時に、入出力端子１０１，１０２間に差圧伝送器４００が誤って接続された場合には、定電流回路が機能せず、制御手段１０５は、設定電圧値Ｖｉに等しいアンサーバック電圧Ｖｆを取得することができないことで、異常を検出することができる。

また、図３の電流入力動作時に、入出力端子１０１，１０２間にバルブ３００が誤って接続された場合には、固定の設定電圧値Ｖｉ（６Ｖ）に相当する電流２４ｍＡが流れ、ＶｆがＶｉに等しく６Ｖになることで、異常を検出することができる。

本発明を適用した電流入出力装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 電流出力動作を説明する機能ブロック図である。 電流入力動作を説明する機能ブロック図である。 本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。 従来の電流入出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１００ 電流入出力装置
１０１，１０２ 入出力端子
１０３ 電源
１０４ 電圧／電流変換手段
１０５ 制御手段
１０６ ＤＡ変換器
１０７ ＡＤ変換器
２００ 機器

Claims (5)

1. 制御手段からの電流指令値に基づき、接続される機器に所定値の動作電流を出力し、または接続される機器からの動作電流を入力する電流入出力装置において、
   前記制御手段からの電流指令値を、ＤＡ変換器を介して入力すると共に、前記機器の動作電流に比例した電圧値を、ＡＤ変換器を介して前記制御手段にアンサーバックする電圧／電流変換手段を備え、
   電流出力動作時には、前記電圧／電流変換手段は、前記制御手段からの電流指令値に比例した動作電流を前記機器に出力すると共に、
   電流入力動作時には、前記電圧／電流変換手段は、前記機器から入力される電流を前記制御手段からの電流指令値にリミットする、
   ことを特徴とする電流入出力装置。
2. 前記電圧／電流変換手段は、前記ＤＡ変換器の出力電圧と前記機器の電流検出抵抗の電圧を入力する差動増幅器と、この差動増幅器の出力をゲートに入力し、前記電流検出抵抗をソースに接続し、ドレインを前記機器に接続するＦＥＴと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流入出力装置。
3. 電流出力動作時には、前記制御手段は、前記機器の動作電流範囲に対応した範囲の電流指令値を前記電圧／電流変換手段に与えることを特徴とする請求項１または２に記載の電流入出力装置。
4. 電流入力動作時には、前記制御手段は、前記機器の動作電流範囲を所定値超えたリミット電流値に対応した電流指令値を前記電圧／電流変換手段に与えることを特徴とする請求項１または２に記載の電流入出力装置。
5. 前記制御手段は、前記電流指令値とアンサーバック電圧を監視し、電流出力動作時または電流入力動作時に接続される前記機器の誤接続をチェックする誤接続監視手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電流入出力装置。

Images