JP3779133B2 - デジタル入力装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工場、鉄鋼プラントまたは発電所などの制御システムに利用されるデジタル入力装置に関し、とくに制御システムの消費電流及びデジタル入力装置内の発熱の低減に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、デジタル入力装置は、外部機器の負荷のON/OFFを検出するものであり、外部機器の接点のON/OFFを監視する際に、接点の接触信頼性を確保する必要があり、そのために数mA〜10mA程度の電流を接点に流す必要がある。そこで、従来は、このような要求に応えるものとして、図10に示すようなデジタル入力装置が考えられている。
図10は、従来のデジタル入力装置を示す回路図である。
図10において、1は電圧に応じて適当な電流を流すために設けられた内部負荷、2は直流電流を検知する直流電流センス回路、3は端子台(またはコネクタ)a、bによって、デジタル入力装置が接続される外部機器である。
【0003】
次に、この装置の動作について説明する。
今、外部機器3の負荷がONであったとすると、内部負荷1により、デジタル入力装置内に一定値以上の電流が流れ、この電流を直流電流センス回路2が検知し、ONの検知信号を出力する。この信号により、デジタル入力装置は、外部機器3の電圧信号がONであると識別する。
また、同様に、外部機器3の負荷がOFFであったとすると、直流電流センス回路2が、OFFの検知信号を出力し、外部機器3の負荷がOFFであると識別する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデジタル入力装置は、以上に示すように、外部機器3の接点がONとなっている場合は、常に電流が流れる構造となっている。そのため、内部負荷1による発熱のため、デジタル入力装置内の温度上昇が問題となっていた。
また、制御システム全体での消費電力が高くなるといった問題も生じる。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、装置内部の発熱を抑えると共に、制御システムの消費電力を低減することができるデジタル入力装置を得ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるデジタル入力装置においては、外部機器に接続され、外部機器の負荷の状態を示す交流電圧信号を交流電流に変換する内部負荷と、この内部負荷によって形成される交流電流を検出する交流電流センス回路と、内部負荷と外部機器との接続を制御する入力スイッチと、この入力スイッチの閉状態で交流電流センス回路が交流電流を検出するよう入力スイッチ及び交流電流センス回路を同期制御する同期回路を備え、更に、内部負荷は、コンデンサによって構成されているものである。
また、外部機器の交流電圧信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、同期回路は、ゼロクロス検出回路によって検出されたゼロクロス点の近傍で同期制御を行うものである。
【0007】
加えて、同期回路は、ソフトウエアによって形成されているものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図1において、1は外部機器の電圧信号を電流に変換するための内部負荷、2は内部負荷1によって形成される直流電流を検出する直流電流センス回路、3は端子台(またはコネクタ)a、bを介してデジタル入力装置に接続され、直流電流によって負荷のON/OFFが検出される外部機器である。4は外部機器3と内部負荷1の接続を、周期的にON/OFFさせるための入力スイッチ、5は入力スイッチ4と直流電流センス回路2を同期制御する同期回路であり、同期制御を行うソフトウェアによって形成することもできる(以下、同じ)。
【0009】
図2は、この発明の実施の形態1によるデジタル入力装置の入力信号を説明する図であり、内部負荷電圧と入力信号について、従来のデジタル入力装置と実施の形態1によるデジタル入力装置との比較を示すものである。
図2において、(a)は入力スイッチ4の切替信号、(b)は外部入力電圧である。(c)は従来の内部負荷電圧、(d)は実施の形態1による内部負荷電圧、(e)は従来の直流電流センス回路に印加される電圧である入力信号、(f)は実施の形態1による直流電流センス回路に印加される電圧を示す入力信号である。
【0010】
次に、動作について説明する。
図1において、今、外部機器3の負荷がONであったとすると、同期回路5により、入力スイッチ4がONされ、内部負荷1により直流電流が流れる。一定時間経過後、同期回路5が直流電流センス回路2を動作させ、直流電流センス回路2が電流を検知し、ONの検知信号を出力する。それにより、外部機器3の負荷が、ONであると識別する。
また、外部機器3の負荷がOFFである時も、同様に、同期回路5により、入力スイッチ4がONされ、一定時間経過後、同期回路5が直流電流センス回路2を動作させ、直流電流センス回路2は、OFFの検知信号を出力する。この信号により、外部機器3の電圧信号がOFFであると識別する。
【0011】
なお、図2に示すように、実施の形態1による直流電流センス回路に印加される入力信号(f)は、従来の入力信号(e)に比べて、外部機器3の負荷がON/OFFであることを識別するために、最大で、入力スイッチ切替信号(a)をOFFとする時間t1に、入力スイッチ4を切り換えてから直流電流センス回路2を動作させるまでの時間t2を足した時間だけ、遅れが生じるが、t1+t2を装置に要求される応答時間内とすることにより、回避可能である。
【0012】
実施の形態1によれば、図2に示すように、従来は、内部負荷電圧(c)は外部入力電圧(b)と同様の値であったが、実施の形態1の内部負荷電圧(d)は、入力スイッチ切替信号(a)がOFFの時にはOFFとなるため、デジタル入力装置の内部消費電力を減少させることが可能である。
【0013】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図3において、1〜5は図1におけるものと同一のものである。
図3では、複数の入力スイッチ4、複数の直流電流センス回路2を一つの同期回路5により、同時制御可能としたものである。
このように構成することにより、実施の形態1に比べて、部品の点数を削減することが可能となる。
【0014】
実施の形態2によれば、実施の形態1によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減可能で、さらに、実施の形態1に比べて部品点数を削減することが可能である。
【0015】
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図4において、1〜5は図1におけるものと同一のものである。cはデジタル入力装置と外部機器を接続する端子台である。
図4では、同期回路5及び入力スイッチ4を、複数のデジタル入力装置で共通化して使用したものである。
このように構成することにより、実施の形態2に比べて、さらに部品点数の削減が可能となる。
【0016】
実施の形態3によれば、実施の形態1によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減することが可能で、さらに、実施の形態2に比べて、部品点数を削減可能である。
【0017】
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図5において、1、2、4、5は図1におけるものと同一のものである。6はデジタル入力装置に付加された内部直流電源で、外部機器の負荷のON/OFFを検出するための直流電流を供給する。7は内部直流電源6からの直流電流により、負荷のON/OFFが検出される外部機器である。外部機器7を接続するdは、端子台である。
図5では、実施の形態1によるデジタル入力装置に、内部直流電源6を付加し、外部機器の負荷のON/OFFの検出を、内部直流電源6からの直流電流によって行うようにしたものである。
【0018】
実施の形態4によれば、外部機器には、負荷のON/OFFを検出するための電源を必要とせず、実施の形態1によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減することが可能である。
【0019】
実施の形態5.
図6は、この発明の実施の形態5によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図6において、1、2、4、5は図1におけるものと同一のものである。8はデジタル入力装置に付加され、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路である。9は交流電流によって負荷のON/OFFが検出される外部機器である。
実施の形態5は、図6に示されるように、実施の形態1のデジタル入力装置に、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路8を付加したものである。これにより、外部機器9から交流電圧が入力されても、直流電圧に変換することができ、実施の形態1を交流のデジタル入力装置として利用することができる。
【0020】
実施の形態5によれば、交流と直流との違いがあるが、実施の形態1によるデジタル入力装置と同様に、入力スイッチをOFFとしている分だけ消費電力の削減が可能である。
【0021】
実施の形態6.
実施の形態6は、実施の形態2の構成に、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路を付加するもので、こうすることにより、外部機器から交流電圧が入力されても、直流電圧に変換することができ、実施の形態2を交流のデジタル入力装置として利用することができる。
【0022】
実施の形態6によれば、実施の形態5によるデジタル入力装置と同様に消費電力を削減することが可能であり、さらに、実施の形態5に比べて、部品点数を削減することが可能である。
【0023】
実施の形態7.
実施の形態7は、実施の形態3の構成に、交流成分を直流成分に変換する整流平滑回路を付加するものである。
こうすることにより、外部機器から交流電圧が入力されても、直流電圧に変換することができ、実施の形態3を交流のデジタル入力装置として利用することができる。
【0024】
実施の形態7によれば、実施の形態5によるデジタル入力装置と同様に消費電力の削減が可能で、さらに、実施の形態6に比べて、部品点数を削減することが可能である。
【0025】
実施の形態8.
実施の形態8は、実施の形態5に示す整流平滑回路の外部機器側に内部交流電源を付加したものである。
このように構成することにより、外部機器の負荷のON/OFFの検出を、この内部交流電源からの交流電流により行うことができる。
【0026】
実施の形態8によれば、外部機器には、負荷のON/OFFを検出するための電源を必要とせず、実施の形態5によるデジタル入力装置と同様に消費電力の削減が可能である。
【0027】
実施の形態9.
以下、この発明の実施の形態9を、図7に基づいて説明する。
図7は、この発明の実施の形態9によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図7において、1、4、5、9は図6におけるものと同一のものである。内部負荷は外部機器9の交流電圧信号を交流電流に変換する。10は交流電流を検出する交流電流センス回路で、同期回路5の制御によって、入力スイッチ4と同期するように制御される。11は交流のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路である。
図8は、この発明の実施の形態9によるデジタル入力装置の交流電圧信号の読み込みを説明する図である。
【0028】
次に、動作について説明する。
初期化時にゼロクロス検出回路11は、交流のゼロクロス点を検出する。同期回路5は、図8に示すゼロクロス点Aの近傍(入力スイッチON点)Bで、入力スイッチ4をONさせる。一定時間経過後、同期回路5は、交流電流センス回路10を動作させる。交流電流センス回路10の動作によって、交流電流の有無を検知し、外部機器9の負荷のON/OFFの状態が検知信号として通知される。その後、ピーク電圧点Dに達する前(入力スイッチOFF点C)に、入力スイッチ4をOFFとする。以上の動作により、外部機器9のON/OFFを識別する。
なお、入力スイッチ4のON/OFFを、上記に示す点以外で行った場合は、上記の場合に比べて、消費電力が大きくなるが、動作には特に問題はなく、同様の効果を奏する。
【0029】
実施の形態9によれば、実施の形態5によるデジタル入力装置と同様に、入力スイッチOFFの時間分だけ消費電力を低減可能である。また、図8に示すように、ピーク電圧点Dより低い電圧を利用して、外部機器9のON/OFF識別を行っているため、さらに消費電力を低減可能である。
【0030】
実施の形態10.
図9は、この発明の実施の形態10によるデジタル入力装置を示す回路図である。
図9において、4、5、9〜11は図7におけるものと同一のものである。12は交流負荷となるコンデンサである。
実施の形態10は、実施の形態9の内部負荷1を交流負荷となるコンデンサ12としたもので、コンデンサ12を用いることにより、無効電力が生じ、有効電力が減少するため、実施の形態9に比べてさらに消費電力を削減可能である。
【0031】
実施の形態10によれば、実施の形態9によるデジタル入力装置の効果に加えて、コンデンサによる無効電力の分だけ、消費電力が削減できる。
【0032】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
外部機器に接続され、外部機器の負荷の状態を示す交流電圧信号を交流電流に変換する内部負荷と、この内部負荷によって形成される交流電流を検出する交流電流センス回路と、内部負荷と外部機器との接続を制御する入力スイッチと、この入力スイッチの閉状態で交流電流センス回路が交流電流を検出するよう入力スイッチ及び交流電流センス回路を同期制御する同期回路を備えたので、入力スイッチの閉状態のときのみ電流が流れるように制御され、装置の発熱を抑えることができ、更に、内部負荷は、コンデンサによって構成されているので、コンデンサによる無効電力分の消費電力が削減できる。
また、外部機器の交流電圧信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、同期回路は、ゼロクロス検出回路によって検出されたゼロクロス点の近傍で同期制御を行うので、さらに、消費電力の削減ができる。
【0033】
加えて、同期回路は、ソフトウエアによって形成されているので、ハードウエアを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図2】 この発明の実施の形態1によるデジタル入力装置の入力信号を説明する図である。
【図3】 この発明の実施の形態2によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図4】 この発明の実施の形態3によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図5】 この発明の実施の形態4によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図6】 この発明の実施の形態5によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態9によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図8】 この発明の実施の形態9によるデジタル入力装置の交流電圧信号の読み込みを説明する図である。
【図9】 この発明の実施の形態10によるデジタル入力装置を示す回路図である。
【図10】 従来のデジタル入力装置を示す回路図である。
【符号の説明】
1 内部負荷、2 直流電流センス回路、3,7,9 外部機器、4 入力スイッチ、5 同期回路、6 内部直流電源、8 整流平滑回路、10 交流電流センス回路、11 ゼロクロス検出回路、12 コンデンサ。
Claims (3)
- 外部機器の負荷の状態に応じた信号を出力するデジタル入力装置において、上記外部機器に接続され、外部機器の負荷の状態を示す交流電圧信号を交流電流に変換する内部負荷、この内部負荷によって形成される交流電流を検出する交流電流センス回路、上記内部負荷と外部機器との接続を制御する入力スイッチ、この入力スイッチの閉状態で上記交流電流センス回路が上記交流電流を検出するよう上記入力スイッチ及び上記交流電流センス回路を同期制御する同期回路を備え、
更に、上記内部負荷は、コンデンサによって構成されていることを特徴とするデジタル入力装置。 - 外部機器の交流電圧信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、同期回路は、上記ゼロクロス検出回路によって検出されたゼロクロス点の近傍で同期制御を行うことを特徴とする請求項1記載のデジタル入力装置。
- 同期回路は、ソフトウエアによって形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のデジタル入力装置。
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