特開 2024-41527 入出力信号測定システム

(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】P2024041527

(43)【公開日】2024-03-27

(54)【発明の名称】入出力信号測定システム

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/05 20060101AFI20240319BHJP

   H04L 25/02 20060101ALN20240319BHJP

【ＦＩ】

G05B19/05 L

H04L25/02 302Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022146393

(22)【出願日】2022-09-14

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】村上 和彦

【テーマコード（参考）】

5H220

5K029

【Ｆターム（参考）】

5H220BB15

5H220CC02

5H220CX05

5H220JJ07

5H220JJ17

5H220JJ34

5H220KK03

5K029KK01

5K029KK22

5K029KK24

5K029KK25

(57)【要約】

【課題】設備稼働中に各種入出力信号の波形をリアルタイムで測定できる入出力信号測定システムを提供する。
【解決手段】実施形態は、複数の外線と盤内に設けられたＩＯユニットの複数の端子とをそれぞれ中継して接続するＩＯアダプタと、前記複数の外線を介して前記複数の端子にそれぞれ入出力する複数の信号のうち少なくとも１つの信号を取得し、前記少なくとも１つの信号の信号波形の異常の有無を判定する信号波形診断装置と、を備える。前記ＩＯアダプタは、前記複数の外線から分岐された複数の配線と、前記複数の配線に接続された複数の接続端子と、前記信号波形診断装置から出力される選択信号を入力する選択端子と、前記選択信号にもとづいて、前記複数の配線のいずれかを選択する選択回路と、を有するコネクタを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の外線と盤内に設けられたＩＯユニットの複数の端子とをそれぞれ中継して接続するＩＯアダプタと、
前記複数の外線を介して前記複数の端子にそれぞれ入出力する複数の信号のうち少なくとも１つの信号を取得し、前記少なくとも１つの信号の信号波形の異常の有無を判定する信号波形診断装置と、
を備え、
前記ＩＯアダプタは、
前記複数の外線と前記複数の端子との間の電気的接続をそれぞれ分岐する複数の配線と、
前記複数の配線を前記信号波形診断装置に接続する複数の接続端子と、
前記信号波形診断装置から出力される選択信号を入力する選択端子と、
前記選択信号にもとづいて、前記複数の配線のいずれかを選択する選択回路と、
を有するコネクタを含み、
前記信号波形診断装置から出力された選択信号にもとづいて、前記複数の信号のいずれかを選択して、前記信号波形診断装置に出力する入出力信号測定システム。

【請求項2】

前記選択回路は、前記複数の配線と前記複数の接続端子との間にそれぞれ接続された複数のオペアンプ回路を含み、
前記複数のオペアンプ回路は、前記選択信号によりイネーブルされることによって、前記複数の配線のいずれかを選択する請求項１記載の入出力信号測定システム。

【請求項3】

前記少なくとも１つの信号は、繰り返しパルス信号であり、
前記信号波形診断装置は、前記繰り返しパルス信号の１サイクル分のデータにもとづいて、前記少なくとも１つの信号の信号波形の異常の有無を判定する請求項１記載の入出力信号測定システム。

【請求項4】

前記信号波形診断装置は、前記少なくとも１つの信号の信号波形が異常と判定された場合に、前記少なくとも１つの信号の信号波形に関するデータを保存する波形データ格納装置を含む請求項３記載の入出力信号測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、外線から制御盤に入出力する信号を測定する入出力信号測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉄鋼製造ライン等の設備において、パルスジェネレータ信号等の異常発生時や設備状態の調査時等に、制御盤に入出力する信号の調査が必要な場合がある。このような調査は設備稼働中に行いたい場合も多い。

【0003】

しかしながら、制御盤では、外線がＩＯアダプタに直接接続されているため、ＩＯアダプタと外線の間に信号測定用の端子台を設けて、外線の信号を分岐させる必要がある。そのため、設備の休止中に端子台の接続作業を行い、その後、設備を稼働させてから信号の波形測定を行う。

【0004】

設備の再稼働により、異常とされた現象が解消されたり、異常が再現されなかったりする場合があるとの問題がある。

【0005】

また、このような調査は、現地の作業者がオシロスコープ等を用いて、波形測定を行い、入出力信号問題の有無を判断する。そのため、異常の有無の判断のための知識、経験等の多寡によって、原因調査の期間は質等に差が出る場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５７７８６１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、設備稼働中に各種入出力信号の波形をリアルタイムで測定できる入出力信号測定システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態は、複数の外線と盤内に設けられたＩＯユニットの複数の端子とをそれぞれ中継して接続するＩＯアダプタと、前記複数の外線を介して前記複数の端子にそれぞれ入出力する複数の信号のうち少なくとも１つの信号を取得し、前記少なくとも１つの信号の信号波形の異常の有無を判定する信号波形診断装置と、を備える。前記ＩＯアダプタは、前記複数の外線と前記複数の端子との間の電気的接続をそれぞれ分岐する複数の配線と、前記複数の配線を前記信号波形診断装置に接続する複数の接続端子と、前記信号波形診断装置から出力される選択信号を入力する選択端子と、前記選択信号にもとづいて、前記複数の配線のいずれかを選択する選択回路と、を有するコネクタを含み、前記信号波形診断装置から出力された選択信号にもとづいて、前記複数の信号のいずれかを選択して、前記信号波形診断装置に出力する。

【発明の効果】

【0009】

実施形態によれば、設備稼働中に各種入出力信号の波形をリアルタイムで測定できる入出力信号測定システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る入出力信号測定システムを例示する模式図である。

【図2】実施形態に係る入出力信号測定システムのＩＯアダプタを例示する模式的な回路図である。

【図3】実施形態に係る入出力信号測定システムの各部の動作を説明するための模式図である。

【図4】実施形態に係る入出力信号測定システムの信号波形診断装置を例示する模式図である。

【図5】図５（ａ）は、実施形態に係る入出力信号測定システムの入力処理部の動作を説明するための模式である。図５（ｂ）および図５（ｃ）は、入力処理部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施形態に係る入出力信号測定システムの波形整形処理部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施形態に係る入出力信号測定システムの波形データ診断部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。

【図8】実施形態に係る入出力信号測定システムの波形形状診断部の動作を説明するための模式図である。

【図9】実施形態に係る入出力信号測定システムの波形形状診断部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。

【図10】実施形態に係る入出力信号測定システムの波形形状診断部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、比較例の制御盤における入出力信号の測定方法を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0012】

図１は、実施形態に係る入出力信号測定システムを例示する模式図である。
図１に示すように、入出力信号測定システム１００は、ＩＯアダプタ１３と、信号波形診断装置３０と、を備える。ＩＯアダプタ１３は、制御盤１０内に設けられている。ＩＯアダプタ１３は、制御盤１０内に設置されたＩＯユニット１４に外線ケーブル１６を中継接続するとともに、外線ケーブル１６を信号波形診断装置３０に分岐させて接続する。ＩＯアダプタ１３は、パルス波形測定用ケーブル３２ａを介して信号波形診断装置３０に接続されている。信号波形診断装置３０は、パルス波形測定用ケーブル３２ａを介して、複数の外線ケーブル１６から選択された所望の外線ケーブルに接続される。信号波形診断装置３０は、パルス波形測定用ケーブル３２ａおよび選択された外線ケーブルを介して、ＩＯユニット１４に入出力する信号の波形をリアルタイムで取得する。

【0013】

制御盤１０には、ＩＯユニット１４が収納されている。ＩＯユニット１４は、ＩＯ中継ケーブル１５を介して、ＩＯアダプタ１３に接続されている。ＩＯアダプタ１３は、ＩＯアダプタユニット１２に複数個設けることができ、ＩＯアダプタユニット１２には、ＩＯアダプタ１３の個数に応じたＩＯユニット１４を設けることができる。図１の具体例では、８台のＩＯユニット１４がＩＯアダプタユニット１２に設けられている。この例では、１段分のＩＯアダプタユニット１２が描かれているが、たとえば、制御盤１０には、複数段のＩＯアダプタユニット１２を設置して収納することができる。信号波形診断装置３０は、これら複数のＩＯユニット１４に入出力する信号を波形測定用コネクタ３１で分岐させ、選択信号で所望の信号を取得することが可能である。

【0014】

信号波形診断装置３０は、切替装置３２、処理装置３４および表示装置３５等を含んでいる。切替装置３２は、ＩＯアダプタ１３の波形測定用コネクタ３１と処理装置３４との間に接続されている。切替装置３２は、処理装置３４から出力された選択信号を中継して、波形測定用コネクタ３１を介してＩＯアダプタ１３に出力する。切替装置３２は、選択信号に応じた外線を入出力する信号の波形をＩＯアダプタ１３から取得し、処理装置３４に出力する。

【0015】

処理装置３４は、入出力信号測定システム１００の操作者やあらかじめ設定されプログラム等にしたがって、取得すべき入出力信号の選択信号を生成して切替装置３２に出力する。処理装置３４は、切替装置３２から出力された信号を入力して所定の処理を実行して、取得した信号波形の異常の有無を判定する。この例では、信号波形の異常判定には、機械学習を用いる。新たなモードの異常が生じた場合には、学習済みデータをその異常が生じたときの波形である異常波形で更新する。

【0016】

表示装置３５は、処理装置３４によって処理されたデータを、操作者等の操作にしたがって表示する。処理装置３４は、たとえばコンピュータ装置であり、表示装置３５は、たとえば、コンピュータ装置に接続された表示モニタである。処理装置３４を構成する各部について後に詳述するが、これら各部は、処理装置３４を構成するコンピュータ装置のプログラムの一部として実現されてもよい。

【0017】

上述の構成により、実施形態に係る入出力信号測定システム１００では、設備稼働中にリアルタイムで所望の信号波形を取得することができる。取得した信号波形は、学習済みデータを用いて、異常の有無を判定するので、操作者の経験や知識によらず、客観的かつ迅速に信号波形の異常の有無を判定することができる。

【0018】

信号波形診断装置３０は、たとえば、制御盤１０内に収納されてもよいし、制御盤１０の外部に設置するようにしてもよい。信号波形診断装置３０を小型化し、可搬型として、必要時に操作者が現場でＩＯアダプタ１３に接続するようにしてもよい。信号波形診断装置３０を制御盤１０内やその付近に常置し、信号波形診断装置３０を通信ネットワークに接続して、リモート操作によりリアルタイムの波形データを取得するようにしてもよい。

【0019】

ＩＯアダプタ１３の構成について詳細に説明する。
図２は、実施形態に係る入出力信号測定システムのＩＯアダプタを例示する模式的な回路図である。
図２に示すように、ＩＯアダプタ１３は、外線側コネクタ１３ａ、ＩＯ中継ケーブル側コネクタ１３ｂおよび波形測定用コネクタ３１を有する。外線側コネクタ１３ａおよび中継ケーブル側コネクタ１３ｂの各端子は、ＩＯアダプタ１３の内部で、配線１３ｃによって、１対１に電気的に接続されている。配線１３ｃは、ＩＯアダプタ１３の内部で分岐しており、波形測定用コネクタ３１の外線接続用端子３１ａ１に接続されている。

【0020】

この例のように、外線接続用端子３１ａ１と配線１３ｃとの間にオペアンプ３１ｂを設けることが好ましい。オペアンプ３１ｂを設けることによって、外線ケーブル１６に入出力する信号を高いインピーダンスで受けて、信号波形診断装置３０に供給することができ、より正確な信号波形を取得することができる。オペアンプ３１ｂは、ゲイン１のボルテージフォロワとされていてもよいし、選択信号によって、ゲインを設定できるようにしてもよい。オペアンプを用いない場合には、選択信号によって外線を選択できる切替回路が用いられる。

【0021】

波形測定用コネクタ３１は、選択信号用端子３１ａ２を有する。選択信号用端子３１ａ２は、この例では、複数のオペアンプ３１ｂのいずれかを選択するようにＩＯアダプタ１３の内部で接続されている。選択信号によって選択されたオペアンプ３１ｂは、たとえばゲイン１のボルテージフォロワとして機能し、選択されないオペアンプ３１ｂは、ディスエーブルされる。

【0022】

図２に示されたこの例では、５本の外線ケーブル１６のうち、４本の外線ケーブル１６から４個の外線接続用端子３１ａ１に外線ケーブル１６を入出力する信号を分岐させて波形を測定することができる。選択信号は、４本の外線を入出力する信号を識別するようにあらかじめ設定されている。選択信号用端子３１ａ２に入力する選択信号によって、取得する外線の信号が決定される。

【0023】

波形測定用コネクタ３１は、ＩＯアダプタ１３にあらかじめ設けられ、上述の配線１３ｃおよびオペアンプ３１ｂを含む構成を有している。そのため、信号波形診断装置３０の測定用コネクタやプローブを波形測定用コネクタ３１に接続することによって、波形観測用の端子台を別途設ける必要なく、設備稼働中にＩＯアダプタユニット１２に入出力する信号の波形をリアルタイムで取得することができる。

【0024】

実施形態に係る入出力信号測定システム１００の動作についてより詳細に説明する。
図３は、実施形態に係る入出力信号測定システムの各部の動作を説明するための模式図である。
図３に示すように、切替装置３２は、この例では、複数台設けられている。切替装置３２は、複数のＩＯアダプタユニット１２のそれぞれについて設けられている。切替装置３２は、切替装置３２ごとに処理装置３４に接続されてもよいし、この例のように、デイジーチェーンで接続されてもよい。

【0025】

切替装置３２は、パルス波形測定用ケーブル３２ａを介してＩＯアダプタ１３の波形測定用コネクタ３１に接続される。パルス波形測定用ケーブル３２ａは、波形測定用コネクタ３１の外線接続用端子３１ａ１に接続されるケーブルおよび選択信号用端子３１ａ２に接続されるケーブルを含んでいる。

【0026】

選択信号は、複数の外線ケーブル１６のそれぞれに対応するようにあらかじめ設定されており、たとえば、テーブルとして処理装置３４が有している。処理装置３４は、信号波形診断装置３０の操作者の設定やあらかじめ設定されたプログラムにしたがって、測定する信号に対応する外線を選択するように選択信号を切替装置３２に出力する。

【0027】

選択信号は、ＩＯアダプタ１３を識別する識別データにも紐づけられている。つまり、外線ケーブル１６の信号は、ＩＯアダプタ１３の識別データに紐づけられ、さらに選択信号に紐づけられている。切替装置３２は、選択信号を選択すべきＩＯアダプタ１３の波形測定用コネクタ３１に出力する。たとえば、この例では、２台のＩＯアダプタ１３のうちの一方のＩＯアダプタ１３では、選択信号で指定された外線ケーブル１６に対応するオペアンプ３１ｂが動作して、選択された信号の波形を取得する。信号波形は、パルス波形測定用ケーブル３２ａを介して切替装置３２に出力される。切替装置３２は、取得した信号波形を処理装置３４に出力する。

【0028】

処理装置３４は、取得した信号波形を所定の処理を実行して、表示装置３５に出力する。

【0029】

信号波形診断装置３０の動作について、詳細に説明する。
まず、信号波形診断装置３０の構成例について説明する。
図４は、実施形態に係る入出力信号測定システムの信号波形診断装置を例示する模式図である。

【0030】

図４に示すように、処理装置３４は、入力処理部４４、波形整形処理部４５、波形データ診断部４６、波形形状診断部４７、波形保存処理部４８、波形通信処理部４９および波形データ格納装置４０を有している。

【0031】

入力処理部４４は、切替装置３２のＩＯアダプタ出力コネクタ４１に接続されている。ＩＯアダプタ出力コネクタ４１は、ＩＯアダプタ１３の波形測定用コネクタ３１に接続されている。入力処理部４４は、取得した信号のアナログデータをディジタルデータに変換して波形整形処理部４５に出力する。波形整形処理部４５は、入力処理部４４からデータを取得して、信号のパルス波形に関する所定のデータを測定する。波形データ診断部４６は、入力処理部４４によって生成されたディジタルデータを用いて、所定のデータを測定する。波形形状診断部４７は、波形整形処理部４５によって測定された１サイクルのパルス信号のデータを用いて、パルス波形の異常の有無を判定する。

【0032】

各部で取得され、測定されたデータは、選択信号に紐づけされて、波形保存処理部４８を介して、たとえば実測のアナログの測定波形データとともに、波形データ格納装置４０に記憶される。波形データ格納装置４０に記憶されたデータは、信号波形診断装置３０の操作者の操作等にしたがって、波形通信処理部４９によって所望のデータ出力形式に変換され、表示装置３５に出力される。波形通信処理部４９は、リアルタイムで取得され、後述する処理や診断等された信号の波形に関するデータを所望のデータ出力形式に変換して表示装置３５に出力する。

【0033】

処理装置３４の各部の構成例および動作について説明する。
図５（ａ）は、実施形態に係る入出力信号測定システムの入力処理部の動作を説明するための模式図である。図５（ｂ）および図５（ｃ）は、入力処理部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。

【0034】

図５（ａ）に示すように、入力処理部４４は、入力切替処理部５１およびＡＤ変換器５２を有する。入力切替処理部５１は、切替装置３２に接続されている。入力切替処理部５１は、取得すべき信号を入出力する外線に対応する選択信号４２を切替装置３２に出力する。入力切替処理部５１は、切替装置３２によって取得された選択信号４２に対応する外線の信号をＩＯアダプタ出力信号４３として入力する。

【0035】

入力切替処理部５１の出力には、ＡＤ変換器５２が接続されている。ＡＤ変換器５２は、アナログ信号であるＩＯアダプタ出力信号４３をディジタル信号であるディジタル出力信号５３に変換して出力する。

【0036】

ＡＤ変換器５２が入力するＩＯアダプタ出力信号４３は、たとえば、図５（ｂ）に示すようなパルス信号波形である。ＡＤ変換器５２は、アナログ信号であるＩＯアダプタ出力信号４３を、図５（ｃ）に示すようなディジタル出力信号５３に変換して出力する。

【0037】

なお、図５（ｃ）におけるプロットは、アナログ値のようにプロットして表示しているが、各データＸ１～Ｘ１８の値および形式は、たとえば１０ビットのディジタルデータである。ディジタルデータを表すデータ構造は、配列（Ｔ，Ｘｎ）で表される。たとえば、配列（Ｔ，Ｘｎ）の各データは、サンプリングした順に波形データ格納装置４０に記憶される。サンプリング周期Ｔは一定であり、Ｔ＝ｔｎ－（ｔｎ－１）である。Ｘｎは、時刻ｔｎにおける測定値である。この例では、ｎは、１～１８の整数である。後述するディジタルデータの場合も同様である。配列（Ｔ，Ｘｎ）は、選択信号４２に紐づけされて、つまり外線ケーブル１６を入出力する信号に紐づけされて、後の処理のために用いられる。

【0038】

図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施形態に係る入出力信号測定システムの波形整形処理部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。
図４に示した波形整形処理部４５は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、パルス信号の立上り検出および立下り検出の各測定を実行する。ここで、図６（ａ）および図６（ｂ）のそれぞれの上段に示すように、パルス信号は、図５（ｂ）に示したＩＯアダプタ出力信号４３である。実際に測定されるデータは、図６（ａ）および図６（ｂ）それぞれの下段に示すように、図５（ｃ）に示したＡＤ変換後のディジタル出力信号５３である。
図６（ａ）に示すように、パルス信号においては、立上り時のしきい値および立下り時のしきい値があらかじめ設定されている。波形整形処理部４５は、立上り時のしきい値に達する直前の時刻ｔ４を記憶し、立下り時のしきい値に達した直後の時刻ｔ１１を記憶する。

【0039】

図６（ｂ）に示すように、波形整形処理部４５は、時刻ｔ１１以降も立上り時の値を監視し、次に立上り時のしきい値に達する直前の時刻ｔ１２を記憶する。波形整形処理部４５は、１つ目の立上り時の時刻ｔ４および２つ目の立上り時の時刻ｔ１２を用いて、取得したパルス信号の周期Ｔ（＝ｔ１２－ｔ４）を計算し、記憶する。

【0040】

信号波形診断装置３０は、このときの立上り時刻ｔ４、立下り時刻ｔ１１、周期Ｔをアナログ信号の波形とともに、波形保存処理部４８を介して、波形データ格納装置４０に記憶する。波形データ格納装置４０には、外線ケーブル１６を入出力するいずれかの信号（以下、外線信号ともいう）に紐づけられた、立上り時刻ｔ４、立下り時刻ｔ１１、周期Ｔおよびディジタル出力信号５３の配列（Ｔ，Ｘｎ）が記憶され、データベースが更新される。アナログ信号であるＩＯアダプタ出力信号４３を、外線信号に紐づけて、データベースに格納するようにしてもよい。

【0041】

波形データ診断部４６は、この例では、取得したパルス信号について、あらかじめ設定されたＯＮ検出電圧およびＯＦＦ検出電圧にもとづいて、クロストークの影響の有無を判定する。
図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施形態に係る入出力信号測定システムの波形データ診断部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、波形データ診断部４６は、あらかじめ設定されたＯＮ検出値およびＯＦＦ検出値を有している。図７（ａ）に示した波形は、クロストークを生じていないことを表している。図７（ｂ）に示した波形は、Ａ部でクロストークを生じていることを表している。なお、図では、説明のために、各波形をアナログ信号で示しているが、波形データ診断部４６は、ディジタル信号の各時刻ｔｎにおけるデータ値Ｘｎを用いて、検出値超過の有無の判定を実行する。

【0042】

波形データ診断部４６は、信号波形について、１周期Ｔ内や、ＯＮ期間内、ＯＦＦ期間内で、ＯＮ検出値またはＯＦＦ検出値のいずれかを再度通過したか否かを判定する。波形データ診断部４６は、１周期Ｔ内や、ＯＮ期間内、ＯＦＦ期間内でいずれかの検出値を再度通過した場合には、クロストークが発生したと判断する。波形データ診断部４６は、クロストークが発生したと判断した信号の配列（Ｔ，Ｘｎ）を外線信号に紐づけて、波形保存処理部４８を介して、波形データ格納装置４０に記憶し、データベースを更新する。ＩＯアダプタ出力信号４３の実波形データを同時に記憶するようにしてもよい。

【0043】

波形形状診断部４７は、１周期Ｔ内の信号波形（以下、１サイクル波形ともいう）を用いて、その信号が異常を生じ得る信号波形であるか否かを判定する。
図８は、実施形態に係る入出力信号測定システムの波形データ診断部の動作を説明するための模式図である。
図９は、実施形態に係る入出力信号測定システムの波形形状診断部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。
図１０は、実施形態に係る入出力信号測定システムの波形形状診断部の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。

【0044】

波形形状診断部４７では、ディジタル信号データを解析して、すでに登録されている波形異常のデータと比較することによって、その信号の良否を判定するものである。
図８に示すように、波形形状診断部４７は、波形形状抽出処理部８１、波形形状認識処理部８２および波形異常検出出力部８３を有している。

【0045】

波形形状抽出処理部８１は、波形整形処理部４５で生成された１サイクル波形を波形整形処理部４５または波形データ格納装置４０から取得する。図９には、波形異常の有無を判定する信号波形の例が示されている。上段の図は、ＩＯアダプタ出力信号４３ａを示しており、下段の図は、入力処理部４４によりディジタル化され、波形整形処理部４５により１周期Ｔ分の信号波形とされたディジタル出力信号５３ａを示している。

【0046】

波形形状認識処理部８２は、１サイクル波形であるディジタル出力信号５３ａと、波形異常データとを比較して、ディジタル出力信号５３ａが波形異常データと一致した場合には、取得したディジタル出力信号５３ａは波形異常であると判定する。

【0047】

波形異常検出出力部８３は、ディジタル出力信号５３ａが波形異常であると判定された場合に、その信号波形が異常であるとデータベースを更新する。

【0048】

波形データ格納装置４０には、波形異常を有するデータが学習済みデータとしてあらかじめ登録されており、波形形状認識処理部８２は、取得したディジタル出力信号５３の各時刻のデータと、異常波形の各時刻のデータとを比較する。たとえば、波形形状認識処理部８２は、ディジタル出力信号５３および異常波形のそれぞれの特徴量を計算し、特徴量の一致する割り合いが所定のしきい値に達した場合に、取得したディジタル出力信号５３の波形は、異常状態を示していると判定する。

【0049】

図１０に示すように、波形形状認識処理部８２は、波形異常データとの比較に限らず、複数の波形異常データとディジタル出力信号５３ａとをそれぞれ比較し、一致するか否かを判定する。

【0050】

波形形状診断部４７は、取得したディジタル出力信号５３ａがいずれの波形異常データとも一致しないと判断した場合であっても、そのディジタル出力信号５３ａがシステムの異常に影響していることがある。そのような場合には、そのデータを新たな波形異常データとして波形データ格納装置４０に記憶する。このようにして、波形異常を有する信号についての学習済みデータのデータベースは、逐次更新される。

【0051】

実施形態に係る入出力信号測定システム１００の効果について、比較例の入出力信号の測定方法と比較しつつ説明する。
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、比較例の制御盤における入出力信号の測定方法を説明するための模式図である。
図１１（ａ）に示すように、比較例の制御盤１１０では、外線ケーブル１６は、ＩＯアダプタ１１３およびＩＯ中継ケーブル１５を介してＩＯユニット１４に接続される。

【0052】

このような制御盤１１０に、オシロスコープのような波形測定装置１２０を接続する場合には、波形測定用端子台１２１が設けられる。

【0053】

図１１（ｂ）に示すように、波形測定用端子台１２１は、信号を測定する外線ケーブル１６と外線コネクタ１６ａとの間に設けられる。ＩＯアダプタ１１３は、外線ケーブル１６をＩＯ中継ケーブル１５に中継するように接続する。したがって、この例では、ＩＯアダプタ１１３の外線コネクタ１６ａから外線ケーブル１６を一旦取り外す必要がある。外線ケーブル１６をコネクタから取り外すには、設備の休止期間中に行う必要があり、タイムリーな波形測定をすることが困難である。さらに、取り外した外線ケーブル１６に波形測定用端子台１２１を接続する作業が必要になる。

【0054】

実施形態に係る入出力信号測定システム１００は、波形測定用コネクタ３１が設けられたＩＯアダプタを備えている。波形測定用コネクタ３１は、外線ケーブル１６とＩＯ中継ケーブル１５との間に設けられ、外線ケーブル１６を分岐した端子が設けられている。そのため、設備稼働中であっても、波形測定用コネクタ３１に測定機器を接続することによって、リアルタイムで信号波形を観測することができる。

【0055】

測定機器を接続する波形測定用コネクタ３１の端子と外線側コネクタ１３ａとの間には、オペアンプ３１ｂが接続されている。そのため、波形測定用コネクタ３１に設けられた端子のインピーダンスを高くすることができ、波形測定用コネクタ３１に測定機器を接続した場合であっても、稼働中の設備に影響を与えることなく信号波形を測定することができる。

【0056】

実施形態に係る入出力信号測定システム１００は、波形測定用コネクタ３１を介して接続された信号波形診断装置３０を備えている。信号波形診断装置３０は、複数の外線ケーブル１６から所望の外線を選択できるように選択信号を生成する。ＩＯアダプタ１３は、選択信号に応じて、外線ケーブル１６を選択して切り替える選択回路やオペアンプ３１ｂを有しているので、選択信号に応じて複数種類の信号波形を測定することが可能である。

【0057】

実施形態に係る入出力信号測定システム１００の信号波形診断装置３０は、アナログ信号として取得した信号波形をディジタル出力信号に変換して信号処理するので、高い自由度で各種判定を行うことができる。信号波形診断装置３０は、このようにディジタル信号の処理を行うので、すでに異常判定された学習済みの波形データとの比較により、自動的に異常の有無を判定することができる。そのため、異常波形に対するノウハウ等を要することなく、誰でも信号波形診断装置３０により、不具合発生時の信号波形を識別することができる。

【0058】

上述では、リアルタイムで測定する信号を外線を入出力する信号のうち、パルスジェネレータ等のパルス信号であるとして説明したが、信号波形診断装置の波形整形機能や診断機能等を変更することによって、パルス信号以外の信号にも適用することが可能である。

【0059】

このようにして、設備稼働中に各種入出力信号の波形をリアルタイムで測定できる入出力信号測定システムを実現することができる。

【0060】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0061】

１０…制御盤、１２…ＩＯアダプタユニット、１３…ＩＯアダプタ、１３ｃ…配線、１４…ＩＯユニット、１５…ＩＯ中継ケーブル、１６…外線ケーブル、３０…信号波形診断装置、３１…波形測定用コネクタ、３１ａ１…外線接続用端子、３１ａ２…選択信号用端子、３１ｂ…オペアンプ、３２…切替装置、３４…処理装置、３５…表示装置、４０…波形データ格納装置、４４…入力処理部、４５…波形整形処理部、４６…波形データ診断部、４７…波形形状診断部、１００…入出力信号測定システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】