特開2021-25934(P2021-25934A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-25934(P2021-25934A)
(43)【公開日】2021年2月22日
(54)【発明の名称】監視診断装置
(51)【国際特許分類】
   G01R 19/165 20060101AFI20210125BHJP
【FI】
   G01R19/165 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2019-145245(P2019-145245)
(22)【出願日】2019年8月7日
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】成田 浩昭
【テーマコード(参考)】
2G035
【Fターム(参考)】
2G035AA12
2G035AA21
2G035AB02
2G035AC01
2G035AC18
2G035AD03
2G035AD10
2G035AD20
2G035AD23
2G035AD26
2G035AD28
2G035AD39
2G035AD43
2G035AD65
(57)【要約】
【課題】部品点数の増大を抑えつつ、電源電圧の監視診断を実現する。
【解決手段】監視診断装置は、電源電圧を電流に変換する電圧電流変換回路20)と、入力端子が前記電圧電流変換回路の出力端子に接続されたフォトカプラ(24)と、前記フォトカプラの出力電流を電圧に変換する抵抗(25)と、前記抵抗によって変換された前記電圧に基づいて前記電源電圧の診断を行う診断回路(30)とを有する。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源電圧を電流に変換する電圧電流変換回路と、
入力端子が前記電圧電流変換回路の出力端子に接続されたフォトカプラと、
前記フォトカプラの出力電流を電圧に変換する抵抗と、
前記抵抗によって変換された前記電圧に基づいて前記電源電圧の診断を行う診断回路と
を有する監視診断装置。
【請求項2】
請求項1に記載された監視診断装置において、
前記診断回路は、
前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内であるときは、前記電源電圧は第1の状態にあると判定し、前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内にないときは、前記電源電圧は第2の状態にあると判定する、
監視診断装置。
【請求項3】
請求項1に記載された監視診断装置において、
前記診断回路は、
前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内であるときは、前記電源電圧は正常な状態にあると判定し、前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内にないときは、前記電源電圧は異常な状態にあると判定する、
監視診断装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか一項に記載された監視診断装置において、
前記診断回路は、
前記抵抗によって変換された前記電圧をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路を含む、
監視診断装置。
【請求項5】
電源電圧と基準電圧とを比較するコンパレータと、
入力端子が前記コンパレータの出力端子に接続されたフォトカプラと、
前記フォトカプラの出力端子に接続されて、前記電源電圧の診断を行う診断回路と
を有する監視診断装置。
【請求項6】
請求項5に記載された監視診断装置において、
前記診断回路は、
前記フォトカプラの出力レベルがHIGHレベルであるときは、前記電源電圧は第1の状態にあると判定し、前記フォトカプラの出力レベルがLOWレベルであるときは、前記電源電圧は第2の状態にあると判定する、
監視診断装置。
【請求項7】
請求項5に記載された監視診断装置において、
前記診断回路は、
前記フォトカプラの出力レベルがLOWレベルであるときは、前記電源電圧は第1の状態にあると判定し、前記フォトカプラの出力レベルがHIGHレベルであるときは、前記電源電圧は第2の状態にあると判定する、
監視診断装置。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか一項に記載された監視診断装置において、
前記電源電圧は、直流電圧を出力する電源回路の出力電圧および内部電圧のいずれかである、
監視診断装置。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれか一項に記載された監視診断装置において、
前記診断回路による前記電源電圧の診断の結果を外部に出力する出力回路をさらに備える、
監視診断装置。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれか一項に記載された監視診断装置において、
前記診断回路は、コンピュータプログラムを記憶した記憶装置と、前記コンピュータプログラムに従って動作する演算処理装置とを含む、
監視診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源電圧の監視診断装置に関し、特に電動アクチュエータに用いられる電源電圧の監視診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電動アクチュエータは、駆動装置となるモータの回転に応じて出力機構を機械的に変位させる装置であり、様々な分野で利用されている。一例として、ボール弁等のロータリ式の調節弁の弁軸を操作する電動アクチュエータの構成を図13に示す。電動アクチュエータ12は、モータ121の回転をギアその他の伝達機構122を介して、図示しないバルブの弁体に連結された回転軸123を回動させる。制御装置125は、角度センサ124によって検出した回転軸123の回転角度θptと上位装置等から設定される目標角度θspとの差分をゼロにするように、駆動回路126を制御してモータ121を回転させる(特許文献1参照)。
【0003】
電動アクチュエータ12には、商用電源あるいはスイッチング電源のような外部電源装置(以下、これらを総称して「商用電源等」ということがある。)10から直流電圧を生成する電源回路11が設けられ、この電源回路11から駆動回路126を介してモータ121に電力が供給される(特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−74935号公報
【特許文献2】特開2013−236446号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、電動アクチュエータは、定期的に点検および保守が行われるとしても、実際に不具合が生じたときには、作業員が現場に赴き、しばしばその不具合の原因を特定する作業から始めなければならず、その負担は小さくない。また、原因の特定や修理のために、電動アクチュエータのみならず、その電動アクチュエータを含むシステム全体の使用を臨時に中止しなければならないこともある。このようなシステムの使用中止を回避するとともに、点検・修理の負担を軽減することは、人手不足の問題を抱える中で、緊急の課題ともいえる。このような課題を解決する手段として、電動アクチュエータの故障診断を不具合が発生する前から適宜行うことが有効であると考えられる。
【0006】
しかしながら、従来の電動アクチュエータにおいて、電源電圧の監視診断を行っているものはない。
【0007】
仮に電源電圧の監視診断を行う回路を設けようとすると、例えば図14に示すように、アナログ入力回路14およびアナログ/デジタル変換回路(AD変換回路)15を追加することが考えられる。すなわち、電源回路11の出力電圧VOUTをアナログ入力回路14に入力し、ノイズ除去した信号をAD変換回路15によってデジタル信号に変換し、電気的絶縁を図るために設けられたフォトカプラ16から出力される電流信号を抵抗13によって電圧信号に変換して、メモリ32とともに診断回路30を構成するCPU31のSPI (Serial Peripheral Interface) /I2C (Inter-Integrated Circuit) ポートSIに入力する。
【0008】
しかしながら、図14に示したように、アナログ入力回路14とAD変換回路15とを実装すると、部品点数が増大することにより、装置が大型化するとともにコストが上昇するという問題点があった。また、部品点数が増大すると、信頼性の低下につながるおそれもある。このような問題は、電動アクチュエータに限らず、電源回路を備える電子機器において同様に発生する。
【0009】
そこで、本発明は、部品点数の増大を抑えつつ、電源電圧の監視診断を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、本発明に係る監視診断装置は、電源電圧を電流に変換する電圧電流変換回路(20)と、入力端子が前記電圧電流変換回路の出力端子に接続されたフォトカプラ(24)と、前記フォトカプラの出力電流を電圧に変換する抵抗(25)と、前記抵抗によって変換された前記電圧に基づいて前記電源電圧の診断を行う診断回路(30)とを有する。
【0011】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記診断回路は、前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内であるときは、前記電源電圧は第1の状態にあると判定し、前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内にないときは、前記電源電圧は第2の状態にあると判定する。
【0012】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記診断回路は、前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内であるときは、前記電源電圧は正常な状態にあると判定し、前記抵抗によって変換された前記電圧が所定の範囲内にないときは、前記電源電圧は異常な状態にあると判定する。
【0013】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記診断回路は、前記抵抗によって変換された前記電圧をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路(310)を含む。
【0014】
また、本発明に係る監視診断装置は、電源電圧と基準電圧とを比較するコンパレータ(40)と、入力端子が前記コンパレータの出力端子に接続されたフォトカプラ(43)と、前記フォトカプラの出力端子に接続されて、前記電源電圧の診断を行う診断回路(30A)とを有する。
【0015】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記診断回路(30A)は、前記フォトカプラの出力レベルがHIGHレベルであるときは、前記電源電圧は第1の状態にあると判定し、前記フォトカプラの出力レベルがLOWレベルであるときは、前記電源電圧は第2の状態にあると判定する。
【0016】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記診断回路(30A)は、前記フォトカプラの出力レベルがLOWレベルであるときは、前記電源電圧は第1の状態にあると判定し、前記フォトカプラの出力レベルがHIGHレベルであるときは、前記電源電圧は第2の状態にあると判定する。
【0017】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記電源電圧は、直流電圧を出力する電源回路(11)の出力電圧および内部電圧のいずれかである。
【0018】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記診断回路による前記電源電圧の診断の結果を外部に出力する出力回路(33)をさらに備える。
【0019】
本発明に係る監視診断装置の一実施の形態においては、前記診断回路は、コンピュータプログラムを記憶した記憶装置(32)と、前記コンピュータプログラムに従って動作する演算処理装置(31)とを含む。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、部品点数の増大を抑えつつ、電源電圧の監視診断を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1図1は、本発明の第1の実施の形態に係る監視診断装置の構成を説明する図である。
図2図2は、第1の実施の形態に係る監視診断装置の動作を説明するフローチャートである。
図3図3は、第1の実施の形態に係る監視診断装置の変形例を説明する図である。
図4図4は、第1の実施の形態に係る監視診断装置の他の変形例を説明する図である。
図5図5は、第1の実施の形態に係る監視診断装置の他の変形例で用いられるサーバ装置の構成を説明する図である。
図6図6は、本発明の第2の実施の形態に係る監視診断装置の構成を説明する図である。
図7図7は、第2の実施の形態に係る監視診断装置の動作を説明するフローチャートである。
図8図8は、第2の実施の形態に係る監視診断装置の動作を説明するフローチャートである。
図9図9は、第2の実施の形態に係る監視診断装置の変形例を説明する図である。
図10図10は、第2の実施の形態に係る監視診断装置の他の変形例で用いられるサーバ装置の構成を説明する図である。
図11図11は、第2の実施の形態に係る監視診断装置の他の変形例を説明する図である。
図12図12は、第2の実施の形態に係る監視診断装置の他の変形例を説明する図である。
図13図13は、電動アクチュエータの構成を説明する図である。
図14図14は、電源電圧の監視診断装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0023】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態に係る監視診断装置は、図1に示すように、電源回路11の出力電圧VOUTを監視診断する装置である。本実施の形態においては、電源回路11は、商用電源あるいはスイッチング電源のような外部電源装置などの商用電源等10から所定の大きさの直流電圧を生成して出力する電源回路とする。
【0024】
監視診断装置200は、電源回路11の出力電圧VOUTを電流に変換する電圧電流変換回路20と、入力端子が電圧電流変換回路20の出力端子に接続されたフォトカプラ24と、このフォトカプラ24の出力電流を電圧に変換する抵抗25と、この抵抗25によって変換された電圧に基づいて電源回路11の出力電圧VOUTの診断を行う診断回路30とを備えている。
【0025】
ここで、電圧電流変換回路20は、非反転入力端子が電源回路11の出力端子に接続されたオペアンプ21と、ゲートがオペアンプ21の出力端子に接続され、ドレイン(電圧電流変換回路20の電流出力端子)がフォトカプラ24のカソードに接続され、ソースがオペアンプ21の反転入力端子に接続されたMOSFET22と、一端がオペアンプ21の反転入力端子およびMOSFET22のソースに接続され、他端が接地された抵抗23とから構成される。
【0026】
この電圧電流変換回路20では、抵抗23の両端の電圧が電源回路11の出力電圧VOUTと等しくなるように、MOSFET22のドレイン−ソース間を流れる電流を制御する。図1に示す例において、例えば、電源回路11の出力電圧をVOUT[V]、抵抗23の抵抗をR1[Ω]、抵抗23に流れるフォトカプラ24の入力電流をI1[A]とすれば、これらの関係は、次の式(1)で表すことができる。
【0027】
I1 = VOUT/R1 (1)
【0028】
こうして、電源回路11の出力電圧VOUTを電流に変換することができる。すなわち、電圧電流変換回路20は、電源回路11の出力電圧VOUTの大きさに応じた電流を供給する可変電流源として動作する。
【0029】
フォトカプラ24は、電源回路11および電圧電流変換回路20とCPU31とを電気的に絶縁するために設けられている。フォトカプラ24は、第1の入力端子となるカソードが電圧電流変換回路20の出力端子に接続され、第2の入力端子となるアノードが電源電圧Vcc1に接続されたフォトダイオードと、第1の出力端子となるコレクタが電源電圧Vccに接続され、第2の出力端子となるエミッタが演算処理装置(CPU)31のAD入力ポートADIに接続されたフォトトランジスタとからなる。抵抗25は、一端がフォトカプラ24の第2の出力端子に接続されるとともに、他端が接地されて、フォトカプラ24の出力電流を電圧に変換する。
【0030】
ここでフォトカプラの電流伝達率(CTR:Current Transfer Ratio)をη[%]、抵抗25の抵抗R[Ω]、AD変換回路に入力される電圧Vad[V]とすれば、フォトカプラ24の入力電流をI1[A]と電圧Vadとの関係は次の式(2)で表すことができる。
【0031】
Vad = I1・η・R2/100 (2)
【0032】
上述したように、電圧電流変換回路20によって供給される電流は、フォトカプラ24に入力され、フォトカプラ24からは、入力された電流に応じた電流が出力されて、抵抗25によって電圧に変換される。したがって、抵抗25の端子間電圧は、電源回路11の出力電圧VOUTに対応する。抵抗25の端子間電圧は、CPU31のAD入力ポートADIに入力されて、CPU31内に設けられたアナログ/デジタル変換回路(AD変換回路)310によってデジタル信号に変換される。
【0033】
診断回路30は、CPU31と、CPU31用のコンピュータプログラムを記憶する記憶装置(メモリ)32とを備え、CPU31がメモリ32に記憶されたコンピュータプログラムに従って動作する。すなわち、CPU31のAD入力ポートADIに入力された抵抗25の端子間電圧が、所定の範囲内にあるときは(例えば、上限閾値以下で、かつ下限閾値以上のときは)、電源回路11の出力電圧VOUTは正常な状態にあると判定し、所定の範囲内にないときは(例えば、上限閾値を越える、あるいは、下限閾値未満のときは)、電源回路11の出力電圧VOUTは異常な状態にあると判定する。
【0034】
なお、本実施の形態に係る監視診断装置200は、診断回路30による電源電圧VOUTの診断の結果を外部に出力する出力回路33をさらに備えている。この出力回路33としては、図示しない表示装置に診断結果を表示させるドライバ回路や、ネットワークを介して上位装置となるサーバ装置に通信で診断結果を通知するネットワーク・インターフェース回路が考えられる。
【0035】
[診断回路30の動作]
次に、診断回路30の動作について図2を参照して説明する。
電源回路11からの出力電圧VOUTは、電圧電流変換回路20によって電流に変換され、その電流は、フォトカプラ24の入力電流としてフォトダイオードに入力されて、フォトカプラ24のフォトトランジスタのコレクタ−エミッタ間に、この入力電流に応じた出力電流が流れる。すなわち、可変定電流回路でもある電圧電流変換回路20によって電源回路11の出力電圧VOUTに応じた電流をフォトカプラ24のフォトダイオードに流すことによって、フォトトランジスタのコレクタに出力電流が流れる。このフォトカプラ24の出力電流を抵抗25によって再び電圧に変換して、この電圧がCPU31のAD入力ポートADIに入力される。
【0036】
CPU31は、図2に示すように、メモリ32に格納されたコンピュータプログラムに従って次のような処理を実行する。
まず、電源電圧、すなわち、電源回路11の出力電圧VOUTに応じた電圧をAD変換し(ステップS110)、所定のしきい値と比較して、電源電圧が正常範囲として予め設定された範囲内にあるか否かを判断する(ステップS120)。電源電圧が正常範囲内にあれば(ステップS120:YES)、電源電圧は正常と判断して(ステップS130)、一連の診断処理を終了する。一方、電源電圧が正常範囲内になければ(ステップS120:NO)、電源電圧は異常と判断して(ステップS140)、一連の診断処理を終了する。なお、電源電圧が異常と判断された場合は、出力回路33を介してその旨を通知する信号を出力するようにしてもよい。
【0037】
本実施の形態に係る監視診断装置200によれば、オペアンプ21と、MOSFET22と、フォトカプラ24と、抵抗25と、CPU31といった比較的簡素な構成で監視診断装置200を構成できるので、部品点数の増大を抑えつつ、小型化、低コストおよび信頼性の向上を実現した電源電圧の監視診断を実現することができる。
【0038】
なお、本実施の形態においては、電圧電流変換回路20を構成するにあたり、スイッチング素子としてMOSFET22を用いた例を示したが、MOSFETに代えて、JFETやトランジスタなど、どのようなタイプのスイッチング素子を用いてもよい。また、フォトカプラ24を使用しているが、入力側と出力側とを電気的に絶縁し、かつ、入出力特性が線形の関係にある素子であれば、フォトカプラ以外の素子を用いてもよい。
【0039】
[第1の実施の形態の変形例]
[変形例1]
上述した監視診断装置200は、監視対象とする電源電圧として、電源回路11の出力電圧VOUTを電圧電流変換回路20によって電流に変換しているが、電流に変換する電源電圧は、必ずしも電源回路11の出力電圧VOUTである必要はなく、例えば、図3に示すように、電源回路11の内部電圧を電圧電流変換回路20によって電流に変換してもよい。
【0040】
図3において、電源回路11は、4個のダイオードからなる整流ブリッジ112と、平滑用の第1の電解コンデンサ113と、第1の電解コンデンサと並列に接続された高周波トランス114の一次巻線とからなる一次側回路と、高周波トランス114の二次巻線と、ダイオード115を介して並列に接続された平滑用の第2の電解コンデンサ116とからなる二次側回路と、高周波トランス114の一次巻線と直列に設けられたスイッチング素子117と、このスイッチング素子117をオン/オフする制御回路118とから構成されている。
【0041】
ここで、内部電圧とは、電源回路11内において出力電圧VOUTに変換される前の電圧であり、例えば、図3に示すように、第1の電解コンデンサ113の端子間電圧を電流に変換するようにしてもよい。
【0042】
[変形例2]
上述した第1の実施の形態においては、抵抗25の電圧が入力されたCPU31が診断処理を行う例について説明したが、変形例2に係る監視診断装置200’においては、図4に示すように、ネットワークNWを介してCPU31と通信可能に構成されたサーバ装置50に、上述した診断機能を有する診断回路52を設ける。
【0043】
フォトカプラ24と接続されたCPU31は、AD変換回路300によってアナログ/デジタル変換されたデジタル信号を、ネットワーク・インターフェース回路(NW I/F)34を介してネットワークNWに送出する。一方、このネットワークNWには、上位装置となるサーバ装置50が接続されており、CPU31より送出されたデジタル信号は、ネットワーク・インターフェース回路51を介してサーバ装置50によって受信される。
【0044】
サーバ装置50は、図5に示すように、演算処理装置521、メモリ522、ネットワーク・インターフェース回路51、出力回路53とが、バス523を介して通信可能に接続された、コンピュータである。演算処理装置521をはじめとするハードウェア資源がメモリ522に記憶されたコンピュータプログラムと協働することによって、例えば、図2に示した情報処理を実行して、上述した診断回路30と同等の情報処理を行う診断回路52を実現する。
したがって、サーバ装置50に設けられた診断回路52が、ネットワーク・インターフェース回路51を介して受信したデジタル信号に基づいて、図2に示した処理を実行することによって、電源電圧の監視診断を行うことができる
なお、サーバ装置50においては、診断回路52による診断結果を、出力回路53を介して表示装置54に表示するように構成してもよい。
【0045】
このようなネットワークNWを介することによって、遠隔(リモート)での監視診断ができるようになる。
【0046】
[第2の実施の形態]
次に本発明の第2の実施の形態に係る監視診断装置について、図6図8を参照して説明する。なお、上述した第1の実施の形態と共通する構成要素については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0047】
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る電源電圧の監視診断装置の構成を示す図である。図6に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る監視診断装置200Aも、第1の実施の形態に係る監視診断装置200と同様に、電源回路11の出力電圧VOUTを監視診断する装置である。
【0048】
監視診断装置200Aは、電源回路11の出力電圧VOUTと基準電圧Vrefとを比較するコンパレータ40と、入力端子がコンパレータ40の出力端子に接続されたフォトカプラ43と、フォトカプラ43の出力端子に接続されて、電源回路11の出力電圧VOUTの診断を行う診断回路30Aとを有している。
【0049】
より具体的には、コンパレータ40の非反転入力端子は、電源回路11の出力端子に接続され、コンパレータ40の反転入力端子は、基準電源41に接続されている。コンパレータ40の出力端子には、抵抗42の一端が接続されている。
フォトカプラ43は、第1の入力端子となるカソードが抵抗42の他端に接続され、第2の入力端子となるアノードが電源電圧Vcc1に接続されたフォトダイオードと、第1の出力端子となるコレクタが抵抗44を介して電源電圧Vccに接続されるとともに、CPU31Aのデジタル入力ポートDIに接続され、第2の出力端子となるエミッタが接地(GND)されたフォトトランジスタとからなる。デジタル入力ポートDIは、例えば、オン/オフのポートである。
【0050】
診断回路30Aは、CPU31Aと、CPU31A用のコンピュータプログラムを記憶するメモリ32Aとを備え、CPU31Aがメモリ32Aに記憶されたコンピュータプログラムに従って動作する。
【0051】
なお、本実施の形態に係る監視診断装置200Aは、診断回路30Aによる電源電圧VOUTの診断の結果を外部に出力する出力回路33Aをさらに備えている。この出力回路33Aとしては、図示しない表示装置に診断結果を表示させるドライバ回路や、ネットワークを介して上位装置となるサーバ装置に通信で診断結果を通知するネットワーク・インターフェース回路が考えられる。
【0052】
[監視診断装置200Aの動作]
まず、電源回路11の出力電圧VOUTが正常な状態では、電源回路11の出力電圧VOUTが基準電源41の基準電圧Vrefよりも高くなるように、基準電圧Vrefを予め設定した場合について説明する。
コンパレータ40は、電源回路11の出力電圧VOUTと基準電源41から出力される基準電圧Vrefとを比較して、電源回路11の出力電圧VOUTが正常な場合には、コンパレータ40は、ハイ(HIGH)レベルの電圧を出力する。このようにコンパレータ40の出力レベルがハイ(HIGH)レベルの場合は、フォトカプラ43がオフになり、CPU31Aのデジタル入力ポートDIには、ハイ(HIGH)レベルの信号が入力される。逆に、電源回路11の出力電圧VOUTに異常があり、基準電圧Vref以下となる場合には、コンパレータ40は、ロー(LOW)レベルの電圧を出力する。このようにコンパレータ40の出力レベルがロー(LOW)レベルの場合は、フォトカプラ43がオンになり、CPU31Aのデジタル入力ポートDIには、ロー(LOW)レベルの信号が入力される。
【0053】
このとき、診断回路30Aを構成するCPU31Aは、メモリ32Aに格納されたコンピュータプログラムに従って、図7に示すように、次のような処理を実行する。すなわち、電圧VOUTが基準電圧Vrefよりも高くなるように定められている場合には、CPU31Aは、デジタル入力ポートDIがハイ(HIGH)レベルかどうかを判定する(ステップS210)。デジタル入力ポートDIがハイレベルの場合(ステップS210:YES)、CPU31Aは、電源電圧は正常であると判定して(ステップS220)、一連の診断処理を終了する。逆にデジタル入力ポートDIがロー(LOW)レベルの場合(ステップS210:NO)、電源電圧は異常であると判定して(ステップS230)、一連の診断処理を終了する。なお、電源電圧が異常と判断された場合は、出力回路33Aを介してその旨を通知する信号を出力するようにしてもよい。
【0054】
図7に示した処理は、電源回路11の出力電圧VOUTが正常な状態では、電源回路11の出力電圧VOUTが基準電源41の基準電圧Vrefよりも高くなるように、基準電圧Vrefを予め設定した場合のものである。これに対し、電源回路11の出力電圧VOUTが正常な状態では、電源回路11の出力電圧VOUTが基準電源41の基準電圧Vref以下となるように、基準電圧Vrefを予め設定した場合には、監視診断装置200Aの動作は、次のようになる。
【0055】
コンパレータ40は、電源回路11の出力電圧VOUTと基準電源41から出力される基準電圧Vrefとを比較して、電源回路11の出力電圧VOUTが正常な場合には、電源回路11の出力電圧VOUTは基準電源41から出力される基準電圧Vref以下となるので、コンパレータ40は、ロー(LOW)レベルの電圧を出力する。このようにコンパレータ40の出力レベルがロー(LOW)レベルの場合は、フォトカプラ43がオンになり、CPU31Aのデジタル入力ポートDIには、ロー(LOW)レベルの信号が入力される。逆に、電源回路11の出力電圧VOUTに異常があり、基準電圧Vrefより大きくなる場合には、コンパレータ40は、ハイ(HIGH)レベルの電圧を出力する。このようにコンパレータ40の出力レベルがハイ(HIGH)レベルの場合は、フォトカプラ43がオフになり、CPU31Aのデジタル入力ポートDIには、ハイ(HIGH)レベルの信号が入力される。
【0056】
このとき、診断回路30Aを構成するCPU31Aは、図8に示すように、メモリ32Aに格納されたコンピュータプログラムに従って次のような処理を実行する。
まず、CPU31Aは、デジタル入力ポートDIがロー(LOW)レベルかどうかを判定する(ステップS310)。デジタル入力ポートDIがロー(LOW)レベルの場合(ステップS310:YES)、CPU31Aは、電源電圧は正常とみなして(ステップS320)、一連の診断処理を終了する。また、デジタル入力ポートDIがハイ(HIGH)レベルの場合(ステップS310:NO)、電源電圧は異常であると判定し(ステップS330)、一連の診断処理を終了する。なお、この例においても、電源電圧が異常と判断された場合は、出力回路33Aを介してその旨を通知する信号を出力するようにしてもよい。
【0057】
以上のように、本実施例では、コンパレータ40と、基準電源41と、抵抗42,44と、フォトカプラ43と、CPU31といった比較的簡素な構成で監視診断装置200Aを構成できるので、部品点数の増大を抑えつつ、小型化、低コストおよび信頼性の向上を実現した電源電圧の監視診断を実現することができる。
【0058】
本実施の形態に係る監視診断装置200Aを、電動アクチュエータに適用する場合には、電動アクチュエータの制御に用いられるCPUのデジタル入力ポートに空きがあれば、このCPUを診断回路30Aを構成するCPU31Aとして利用することができる。
なお、本実施の形態においては、電気的絶縁を図るためにフォトカプラ43を使用しているが、フォトカプラ43に代えて、フォトモスリレー、リレーなどを用いてもよい。
【0059】
[第2の実施の形態の変形例]
[変形例1]
上述した監視診断装置200Aは、監視対象とする電源電圧として、電源回路11の出力電圧VOUTと基準電圧Vrefとをコンパレータ40によって比較しているが、比較する電源電圧は、必ずしも電源回路11の出力電圧VOUTである必要はなく、電源回路11の内部電圧と基準電圧Vrefとを比較してもよい。ここで、内部電圧とは、電源回路11内において出力電圧VOUTに変換される前の電圧であり、例えば、図9に示すように、電源回路11の一次側の第1の電解コンデンサ113の端子間電圧を基準電圧Vrefと比較してもよい。
【0060】
[変形例2]
上述した第2の実施の形態においては、抵抗44を介して電源電圧Vccに接続された、フォトカプラ43の第1の出力端子に現れる信号レベルに基づいて、CPU31Aが診断処理を行う例について説明したが、変形例2に係る監視診断装置200”においては、図10に示すように、ネットワークNWを介してCPU31Nと通信可能に構成されたサーバ装置50Aに、上述した診断機能を有する診断回路52Aを設ける。
【0061】
この変形例2において、フォトカプラ43に接続されたCPU31Nは、デジタル入力ポートDIに入力された信号を、ネットワーク・インターフェース回路(NW I/F)34を介してネットワークNWに送出する。このようなCPU31Nの動作は、メモリ32Nに記憶されたプログラムによって実現される。一方、このネットワークNWには、上位装置となるサーバ装置50Aが接続されており、CPU31Nより送出されたデジタル信号は、ネットワーク・インターフェース回路51を介して、サーバ装置50Aに受信される。
【0062】
サーバ装置50Aは、図示はしないが、演算処理装置、メモリ等を備えたコンピュータであり、これらのハードウェア資源が、このサーバ装置50Aにインストールされたコンピュータプログラムと協働することによって、上述した診断回路52Aを実現する。
したがって、サーバ装置50Aに設けられた診断回路52Aが、ネットワーク・インターフェース回路51を介して受信したデジタル信号に基づいて、図7図8に示した処理を実行することによって、電源電圧の監視診断を行うことができる。
なお、サーバ装置50Aにおいては、診断回路52Aによる診断結果を、出力回路53を介して表示装置54に表示するように構成してもよい。
【0063】
このように、ネットワークNWを介することによって、遠隔(リモート)での監視診断ができるようになる。
【0064】
[変形例3]
第2の実施の形態に係る監視診断装置200Aにおいては、コンパレータ40が電源回路11の出力電圧VOUTと1つの基準電圧Vrefとを比較する例を示したが、変形例3として、複数の基準電圧を置くことによって、電圧電流回路を用いた第1の実施の形態に係る監視診断装置200と同様に、連続的に変化する出力電圧VOUTに対しても同様な監視診断が可能となる。
【0065】
複数の基準電圧を置く具体的な構成例としては、図11に示すように、複数の基準電圧Vref1,Vref2,Vref3をマルチプレクサ61を介して選択的にコンパレータ40に入力することが考えられる。具体的には、CPU31Aのデジタル出力から基準電圧を選択するための信号がフォトカプラ62に入力されると、CPU31Aのデジタル出力信号レベルに応じた電流が電源Vccより抵抗63を介してフォトカプラ62に供給され、これに応じた電流が電源Vcc1 から抵抗64を通ってフォトカプラ62の出力を流れる。その結果、フォトカプラ62の出力側の電圧は、電源Vcc1 から抵抗64における電圧降下分の電圧となり、この電圧がマルチプレクサ61に基準電圧選択信号として入力される。マルチプレクサ61が、フォトカプラ62を介してCPU31Aから入力される基準電源選択信号に基づいて、複数の基準電圧Vref1,Vref2,Vref3のいずれか1つをコンパレータ40に入力することによって、コンパレータ40に入力する基準電圧Vrefを変更することができる。
【0066】
また、他の構成例としては、図12に示すように、CPU31Aからのパルス幅変調(PWM)信号をフォトカプラ72を介してアナログ出力回路71に入力し、このPWM信号をアナログ出力回路71において平滑化してコンパレータ40に入力することが考えられる。PWM信号を平滑化することによっても、コンパレータ40に入力する基準電圧Vrefを変更することができる。この例では、CPU31AのPWM変調出力からPWM変調信号がフォトカプラ72に入力されると、このPWM変調信号に応じた電流が電源Vccより抵抗73を介してフォトカプラ72に供給され、これに応じた電流が電源Vcc1 から抵抗74を通ってフォトカプラ72の出力を流れる。その結果、フォトカプラ72の出力側の電圧は、電源Vcc1 から抵抗74における電圧降下分の電圧となる。フォトカプラ72には、PWM変調された信号が入力されることから、フォトカプラ72の出力側の電圧もまた、PWM変調された電圧信号となる。このPWM変調された電圧信号をアナログ出力回路71によって平滑化することによって、コンパレータ40に入力する基準電圧Vrefを得ることができ、したがって、PWM変調の変調率を変えることによって基準電圧Vrefのレベルを変更することができる。
【0067】
なお、上記の実施の形態においては、電動アクチュエータの電源回路を例に説明したが、本発明は、電動アクチュエータのみならず、電源回路を搭載する全ての製品に適用することができる。
【0068】
また、本実施の形態に係る監視診断装置を搭載した電動アクチュエータを弁の開閉に用いた場合には、電源電圧を容易に把握することができるようになり、当初の設計値からの乖離幅に応じて、電源回路の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、電源電圧の当初の設計値からの乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。
これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。電動アクチュエータの既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく極めて簡素な構成で、電動アクチュエータの信頼性を高めることが可能となる。
【0069】
この場合、電源電圧の当初の設計値からの乖離幅を計算して、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。
さらには、電源電圧のデータをメモリに時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来の電源電圧の当初の設計値からの乖離幅を推定し、この推定値が正常範囲Eから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、電源回路の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。
【0070】
また、電源電圧の経時変化を、監視診断装置や上位装置でモニタすることにより、電源回路の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、流量制御バルブや風量調整ダンパーなどの予知保全に極めて有用である。また、電源電圧を測定する時には、その所要時間は、極めて短い時間で済むため、アプリケーションによっては、通常の運転動作中であっても測定することができる。したがって、電源電圧を定期的に測定することにより、電源回路の劣化状態の変化をいち早く検出でき、迅速な対応をとることが可能となる。
【0071】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【0072】
本発明は、電源回路を備えた電子機器に適用することができる。
【符号の説明】
【0073】
10…商用電源等、11…電源回路、200、200A…監視診断装置、20…電圧電流変換回路、21…オペアンプ、22…MOSFET、23,25,42,44…抵抗、24,43…フォトカプラ、30,30A…診断回路、300…AD変換回路、31,31A…CPU、32,32A…メモリ、33,33A…出力回路、40…コンパレータ、41…基準電源。
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