JPH075992A - アナログ信号入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アナログのデータ信号ａをデジタルのデータ
信号に変換して出力するアナログ信号入力装置におい
て、装置内温度ｔを検出して、出力されるデータ信号の
信頼性を向上させる。 【構成】 周囲温度Ｔを検出する温度検出部１６と、装
置内温度ｔが周囲温度Ｔに等しいと仮定した場合におけ
る各周囲温度Ｔに対応する各基準電圧値Ｖを各期待電圧
Ｖｓとして記憶する期待電圧テーブル１８とを設け、検
出された周囲温度に対応する期待電圧と実際にＡ／Ｄ変
換された基準電圧との間の偏差電圧ΔＶを算出し、算出
された偏差電圧を周囲温度に対する温度特性に変換して
出力する。また、算出された偏差電圧が許容限界を越え
たとき警報出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば工場等における
プラント設備から各機器の動作状態を示す各種のアナロ
グのデータ信号を収集して、デジタル信号に変換してプ
ロセス制御装置等の上位装置へ送出するアナログ信号入
力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラント設備の動作を制御するプロセス
制御装置においては、プラントを構成する各種機器から
の動作状態を示すプロセスデータ（データ信号）を収集
して、この収集したプロセスデータに対して所定の制御
演算を実施して、各機器に対する操作量を算出して各機
器へ送出する。

【０００３】一般にプロセス制御装置は小型コンピュー
タで構成されているので、各機器から出力される多数の
アナログのデータ信号を一旦デジタルのデータ信号に変
換した後、プロセス制御装置へ入力する必要がある。

【０００４】このような機能を有するアナログ信号入力
装置は例えば図４に示すように構成されている。プラン
トの各機器に取付けられた各センサ１から出力されたア
ナログのデータ信号ａは信号線２を介して監視制御室内
の端子台３で纏められて専用ケーブル４を介して、アナ
ログ信号入力装置を構成するアナログ信号入力カード５
へ入力される。なお、各センサ１から出力されるデータ
信号ａは４〜２０ｍＡの電流範囲及び１〜５Ｖの電圧範
囲を有する。

【０００５】アナログ信号入力カード５内へ入力された
データ信号ａはマルチプレクサ６の１番目から１６番目
までの各入力端子に印加される。１７番目の入力端子に
は、制御電圧Ｖｃを可変抵抗７ａと固定抵抗７ｂとで分
圧した基準電圧回路７からアナログの基準電圧Ｖが印加
されている。

【０００６】マルチプレクサ６はマイクロプロセッサ８
からフォトカプラ９を介して送出される選択信号ｂにて
一定周期で順番に指定される１個の信号を選択して次の
増幅器１０へ送出する。増幅器１０は順番に選択される
各データ信号ａ及び基準電圧Ｖを所定の信号レベルに増
幅して次の絶縁増幅器１１を介してＡ／Ｄ変換器１２へ
送出する。なお、絶縁増幅器１１は信号系の電源とマイ
クロプロセッサ系の電源とを絶縁する機能を有する。

【０００７】Ａ／Ｄ変換器１２は入力された各データ信
号ａ又は基準電圧Ｖをデジタルのデータ信号ａ又はデジ
タルの基準電圧Ｖに変換する。Ａ／Ｄ変換器１２から出
力されたデジタルのデータ信号ａ又はデジタルの基準電
圧Ｖはマイクロプロセッサ８へ入力される。Ａ／Ｄ変換
器１２におけるサンプリング周期はマルチプレクサ６に
入力される選択信号ｂの周期と同期しているので、マイ
クロプロセッサ８はサンプリング周期で順次入力される
デジタルのデータ信号ａ及びデジタルの基準電圧Ｖをそ
れそれ区別して取込むことが可能である。

【０００８】このマイクロプロセッサ８は入力したデジ
タルのデータ信号ａに対して所定の加工処理を実行した
後、インタフェース１３及び上位専用バス１４を介して
プロセス制御装置等で構成された上位装置１５へ送出す
る。

【０００９】また、このマイクロプロセッサ８は各セン
サ１から収集した各データ信号ａをＡ／Ｄ変換して上位
装置１５へ送信する本来の機能の他に、Ａ／Ｄ変換され
た基準電圧Ｖの値を監視して、この基準電圧Ｖが予め設
定された許容範囲を外れた場合は、Ａ／Ｄ変換器１２が
故障したと判断して、上位装置１５に対して故障検出信
号を送出する機能を有する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示すように構成されたアナログ信号入力装置においても
まだ解消すべき次のような課題があった。すなわち、Ａ
／Ｄ変換器１２が全く動作しなくなったり、異常な値を
出力する場合は、前述した手法でもって、このＡ／Ｄ変
換器１２の故障を検出できる。

【００１１】しかし、このアナログ信号入力装置内に
は、増幅器１０や絶縁増幅器１１やＡ／Ｄ変換器１２等
のアナログ信号を取扱う電子部品が多数組込まれてい
る。基準電圧回路７ももちろんアナログ信号を取扱う電
子部品である。一般に、アナログ信号は温度変化の影響
を受けやすい。

【００１２】もちろん、装置内の温度が大きく上昇し
て、電子部品等が熱破壊された場合は、前述したＡ／Ｄ
変換された基準電圧Ｖが異常値を示すので、マイクロプ
ロセッサ８はこの異常事態を検知できる。しかし、電子
部品が熱破壊されない限り異常と判断されない。

【００１３】一般に各電子部品にはその特性を保証でき
る許容温度範囲が存在する。しかし、装置内温度がこの
許容温度範囲を外れたとしても、特性は劣化するが熱破
壊されることはない。このように、装置内温度が特性上
の許容温度範囲を外れているが、熱破壊温度まで上昇し
ていない状態においては、何等警告が出力されないの
で、上位装置１５としては、常に正しいデジタルのデー
タ信号がアナログ信号入力装置から出力されている確証
を得る事ができない。

【００１４】また、このアナログ信号入力装置の稼働中
における温度特性を知ることも、このアナログ信号入力
装置を正しく使用したり、出力データ信号に対する温度
補償を実施する上で重要なことである。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、周囲温度を検出する温度検出部を設け、こ
の周囲温度に対応する基準電圧の期待電圧からの偏差量
に基づいて装置内の温度を検出でき、出力されるデータ
信号の信頼性を確保でき、かつ稼働中における装置内の
温度特性も把握できるアナログ信号入力装置を提供する
ことを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明は、外部から入力されたアナログのデータ信号
及び内部の基準電圧源から出力された基準電圧をマルチ
プレクサでもって一定周期毎に取込んでＡ／Ｄ変換し
て、データ信号をデジタルのデータ信号として出力する
と共に、Ａ／Ｄ変換された基準電圧でＡ／Ｄ変換動作の
動作異常を監視するアナログ信号入力装置において、周
囲温度を検出する温度検出部と、装置内温度が周囲温度
に等しいと仮定した場合における各周囲温度に対応する
各基準電圧値を各期待電圧として記憶する期待電圧テー
ブルと、検出された周囲温度に対応する期待電圧と実際
にＡ／Ｄ変換された基準電圧との間の偏差電圧を算出す
る偏差電圧算出手段と、算出された偏差電圧を周囲温度
に対する温度特性に変換して出力する温度特性出力手段
とを備えたものである。

【００１７】また、別の発明においては、上述した発明
における温度特性出力手段の代りに、偏差電圧算出手段
にて算出された偏差電圧が許容限界を越えたとき警報出
力する警報出力手段を備えている。

【００１８】

【作用】このように構成されたアナログ信号入力装置に
よれば、装置内温度が上昇すれば基準電圧も変化する。
周囲温度に対応する期待電圧が期待電圧テーブルから読
出される。そして、Ａ／Ｄ変換された基準電圧と期待電
圧との偏差電圧が算出される。すなわち、この偏差電圧
は装置内温度と周囲温度との温度差に対応する値とな
る。したがって、この算出された偏差電圧を周囲温度に
対する温度特性に変換して出力することが可能である。

【００１９】例えば、周囲温度を室温と想定すれば、室
温からの温度上昇特性となる。また、別の発明において
は、装置内温度が周囲温度と大きく違わない場合におい
ては、Ａ／Ｄ変換された基準電圧は該当周囲温度に対応
する期待電圧と大きく違わない。したがって、偏差電圧
は小さいので警報は出力されない。しかし、各電子部品
の特性が保証できない程度に温度上昇した場合には、偏
差電圧が許容限界を越えるので警報出力される。

【００２０】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は実施例のアナログ信号入力装置の概略構成を
示すブロック図である。図４に示す従来のアナログ信号
入力装置と同一部分には同一符号が付してある。したが
って、重複する部分の詳細説明は省略されている。

【００２１】この実施例装置においては、アナログ信号
入力カード５の外部に周囲温度を検出する温度検出部１
６が設けられている。温度検出部１６は検出した周囲温
度Ｔを例えば８ビット構成のデジタル信号に変換してア
ナログ信号入力カード５内のマイクロプロセッサ１７へ
送出する。

【００２２】このマイクロプロセッサ１７内には、図２
に示す期待電圧テーブル１８が記憶されている。期待電
圧テーブル１８内には、温度検出部１６で検出される例
えば１０．０℃から４０．０℃までの各周囲温度Ｔ毎
に、装置内温度ｔ、すなわちアナログ信号カード５内の
温度がこの周囲温度Ｔと等しい（ｔ＝Ｔ）と仮定した場
合における、各期待電圧Ｖｓが記憶されている。

【００２３】また、実際のＡ／Ｄ変換後の基準電圧Ｖと
期待電圧Ｖｓとの偏差電圧ΔＶ（Ｖ−Ｖｓ）と、周囲温
度Ｔに対する温度変化量ΔＴとの関係が温度特性テーブ
ル１９に記憶されている。

【００２４】このようなアナログ信号入力装置におい
て、図４に示す各センサ１から出力されたアナログの各
データ信号ａは図１のアナログ信号入力カード５内のマ
ルチプレクサ６へ入力される。このマルチプレクサ６に
は、各データ信号ａの他に、基準電圧回路７から基準電
圧Ｖが入力される。マルチプレクサ６は、マイクロプロ
セッサ１７からの選択信号ｂにて一定周期で順番に指定
される１個の信号を選択して次の増幅器１０へ送出す
る。

【００２５】マルチプレクサ６で時分割多重化された１
番から１６番までの各データ信号ａ及び基準電圧Ｖは、
増幅器１０で増幅され、絶縁増幅器１１を介してＡ／Ｄ
変換器１２でそれぞれデジタルの各データ信号ａ及び基
準電圧Ｖに変換された後、マイクロプロッセッサ１７へ
入力される。

【００２６】このマイクロプロセッサ１７は入力したデ
ジタルのデータ信号ａに対して所定の加工処理を実行し
た後、インタフェース１３及び上位専用バス１４を介し
てプロセス制御装置等で構成された上位装置１５へ送出
される。

【００２７】また、このマイクロプロセッサ１７は各セ
ンサ１から収集した各データ信号ａをＡ／Ｄ変換して上
位装置１５へ送信する本来の機能の他に、Ａ／Ｄ変換さ
れた基準電圧Ｖの値を監視して、この基準電圧Ｖが予め
設定された許容範囲を外れた場合は、Ａ／Ｄ変換器１２
が故障したと判断して、上位装置１５に対して故障検出
信号を送出する機能を有する。

【００２８】さらに、このマイクロプロセッサ１７は図
３に示す流れ図に従って、アナログ信号入力カード５内
の装置内温度ｔの監視処理を実行する。流れ図が開始さ
れ、前述した一定周期でＡ／Ｄ変換器１２からデジタル
の基準電圧Ｖが入力されると（Ｐ１）、温度検出部１６
から出力されているデジタルの周囲温度Ｔを読取る。そ
して、読取った周囲温度Ｔで期待電圧テーブル１８を検
索して対応する期待電圧Ｖｓを読出す。基準電圧Ｖから
期待電圧Ｖｓを減算して偏差電圧ΔＶを求める。

【００２９】ΔＶ＝Ｖ−Ｖｓ また、温度特性テーブル１９から該当温度偏差ΔＶに対
応する温度変化ΔＴを読出して、装置内温度ｔを算出す
る。

【００３０】ｔ＝Ｔ＋ΔＴ 算出した装置内温度ｔを上位装置１５へ送出する（Ｐ
２）。次に、算出した装置内温度ｔが例えば２５℃等の
電子機器及び電子素子の動作基準温度より高いか低いか
を調べる（Ｐ３）。高い場合、算出した偏差電圧ΔＶ
が、このアナログ信号入力装置を構成するマルチプロセ
ッサ６，増幅器１０，絶縁増幅器１１，Ａ／Ｄ変換器１
２，基準電圧回路７等の各電子部品の特性上で定められ
る許容温度範囲に対応する許容電圧Ｖｍを越えていたと
きに（Ｐ４）、上位装置１５に対して装置内温度ｔが許
容温度範囲の上限を越えた事の警報を送出する。

【００３１】一方、Ｐ３において、装置内温度ｔが動作
基準温度より低い場合は偏差電圧ΔＶが許容電圧Ｖｍ未
満のとき（Ｐ４）、上位装置１５に対して装置内温度ｔ
が許容温度範囲の下限を下回った事の警報を送出する。

【００３２】このように構成されたアナログ信号入力装
置であれば、アナログ信号入力装置の装置内温度ｔは、
既設の基準電圧回路７の基準電圧Ｖ及び外部に取付けた
温度検出部１６の検出温度Ｔを用いて一定周期で測定さ
れて上位装置１５へ送信される。

【００３３】したがって、上位装置１５は常時アナログ
信号入力装置の正確な装置内温度ｔを把握できる。よっ
て、必要に応じて、アナログ信号入力装置から受信した
デジタルのデータ信号ａに対して温度修正を実施する事
が可能である。

【００３４】さらに、アナログ信号入力装置の装置内温
度ｔが装置を構成する各電子部品の特性上の許容範囲を
外れた場合は、警報が上位装置１５へ送出される。した
がって、上位装置１５はその警報を受理すると、その期
間に入力したデータ信号ａを破棄する等の処理を実施し
て、誤ったデータ信号ａに基づいて制御演算処理を行う
ことを未然に防止することが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のアナログ信
号入力装置によれば、周囲温度を検出する温度検出部を
設け、この周囲温度に対応する基準電圧の期待電圧から
の偏差量に基づいて装置内の温度を検出している。そし
て、許容範囲を外れた場合に警報を出力している。した
がって、出力されるデータ信号の信頼性を確保でき、か
つ稼働中における装置内の温度特性も把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係わるアナログ信号入力装
置の概略構成を示すブロック図。

【図２】 同実施例装置内に設定された期待電圧テーブ
ルおよび温度特性テーブルを示す図。

【図３】 同実施例装置の動作を示す流れ図。

【符号の説明】

１…センサ、３…端子台、５…アナログ信号入力カー
ド、６…マルチプレクサ、７…基準電圧回路、１０…増
幅器、１１…絶縁増幅器、１２…Ａ／Ｄ変換器、１３…
インタフェース、１５…上位装置、１６…温度検出部、
１７…期待電圧テーブル、１８…温度特性テーブル。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】追加

【補正内容】

【図４】 従来のアナログ信号入力装置の概略構成を示
すブロック図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から入力されたアナログのデータ信
   号及び内部の基準電圧源から出力された基準電圧をマル
   チプレクサでもって一定周期毎に取込んでＡ／Ｄ変換
   し、前記データ信号をデジタルのデータ信号として出力
   すると共に、Ａ／Ｄ変換された基準電圧でＡ／Ｄ変換動
   作の動作異常を監視するアナログ信号入力装置におい
   て、 周囲温度を検出する温度検出部と、装置内温度が前記周
   囲温度に等しいと仮定した場合における各周囲温度に対
   応する各基準電圧値を各期待電圧として記憶する期待電
   圧テーブルと、前記検出された周囲温度に対応する期待
   電圧と実際にＡ／Ｄ変換された基準電圧との間の偏差電
   圧を算出する偏差電圧算出手段と、この算出された偏差
   電圧を周囲温度に対する温度特性に変換して出力する温
   度特性出力手段とを備えたアナログ信号入力装置。
2. 【請求項２】 外部から入力されたアナログのデータ信
   号及び内部の基準電圧源から出力された基準電圧をマル
   チプレクサでもって一定周期毎に取込んでＡ／Ｄ変換
   し、前記データ信号をデジタルのデータ信号として出力
   すると共に、Ａ／Ｄ変換された基準電圧でＡ／Ｄ変換動
   作の動作異常を監視するアナログ信号入力装置におい
   て、 周囲温度を検出する温度検出部と、装置内温度が前記周
   囲温度に等しいと仮定した場合における各周囲温度に対
   応する各基準電圧値を各期待電圧として記憶する期待電
   圧テーブルと、前記検出された周囲温度に対応する期待
   電圧と実際にＡ／Ｄ変換された基準電圧との間の偏差電
   圧を算出する偏差電圧算出手段と、この算出された偏差
   電圧が許容限界を越えたとき警報出力する警報出力手段
   とを備えたアナログ信号入力装置。