JP2011186518A - デジタル出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作不良となる前に予防保全を可能とし、接続・切断制御の信頼性および稼働率を向上させることができるデジタル出力装置を実現すること。
【解決手段】 光デバイスが発光部の出力光に基づきスイッチをオン、オフすることによりデバイスの異常診断を実行する受診回路に２値のデジタル信号を出力するデジタル出力装置において、出力電流値が可変で前記光デバイスの発光部に電流を出力する可変電流源と、前記スイッチのオンおよびオフ時に前記光デバイスが前記受診回路に出力する電圧を検出する出力読み出し手段と、前記可変電流源が電流値を変化させて出力した電流ごとに前記出力読み出し手段が検出した電圧に基づいて、前記光デバイスの劣化診断を実行する制御手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、安全計装システム（Safety Instrumented System）における、光デバイスが発光部の出力光に基づきスイッチをオン、オフすることによりデバイスの異常診断を実行する受診回路に２値のデジタル信号を出力するデジタル出力装置に関し、特に、接続・切断制御の信頼性の向上、稼働率の向上に関する。

また本発明のデジタル出力装置は、プロセスオートメーションの分野で特に高信頼、高稼働率を必要とする機能安全（ＩＥＣ６１５０８）のアプリケーションに必要な自己診断方式で信号絶縁回路部などに用いる光デバイス（フォトカプラ、フォトモスリレー）の劣化状態を診断する方式に関するものであり、高信頼・高稼働率にするために有効である。

従来、安全計装システムにおけるデジタル出力装置は、プラント等の稼動を停止させずにポンプ、バルブ、アクチュエータ、モータなどのフィールドデバイス（フィールド機器）に影響を与えない方法で異常診断を実行している。

ここで安全計装システムとは、プロセス制御システムの動作を監視するために用いられるシステムである。安全計装システムは、故障、あるいは切迫した故障を検知するために用いられる。安全計装システムによって、フィールドデバイスの有効性を高められ、フィールドデバイス等のプロセス構成要素の故障の影響を軽減するための適切な措置を取ることができる。

図６は、従来のデジタル出力装置の構成図であり、ＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する制御回路１と、制御回路１からのＯＮ／ＯＦＦ信号に基づき電流を経路の接続と切断をするスイッチなどのＯＮ／ＯＦＦ回路２と、デジタル出力装置の動作電源でありＯＮ／ＯＦＦ回路２により電流経路が接続されると光デバイス４に一定の電流を供給する定電流源３と、レーザダイオードなどの発光部４１と発光部４１からの出力光に基づきスイッチ（Tr、MOSFETなど）のＯＮまたはＯＦＦするスイッチ部４２とから構成されるフォトカプラ、フォトモスリレーなどの光デバイス４と、光デバイス４から出力された電圧に基づき図示しないフィールドデバイスからのプロセス制御における制御信号を受信しフィールドデバイスの状態を診断する受診回路５と、から構成される。

このような構成で従来のデジタル出力装置は、制御回路１から出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号により光デバイス４の発光部４１を駆動（ＯＮ／ＯＦＦ）させ、スイッチ部４２をＯＮ／ＯＦＦさせて信号絶縁する。
ここで光デバイス４は、一定電流で駆動され、スイッチ部４２がＯＮ／ＯＦＦすることにより受診回路５に２値のデジタル信号を出力する。
受診回路５は、光デバイス４から出力された電圧に基づき図示しないフィールドデバイスからのプロセス制御における制御信号を受信しフィールドデバイスの状態を診断する。

この結果、従来のデジタル出力装置は、プラントの稼動を停止させずにフィールドデバイスに影響を与えずに異常診断できる点で有効であった。

このようなデジタル出力装置に関連する先行技術文献として下記の特許文献１がある。

特開２００６−２０９６１８号公報

しかし、従来のデジタル出力装置では、光デバイスの（特に発光部）が一般的に寿命部品として扱われており、部品の特性上、使用される環境（温度、湿度など）や時間等により発光輝度が低下し応答劣化などによる誤動作等の動作不良を引き起こすという問題点があった。

本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、動作不良となる前に予防保全を可能とし、接続・切断制御の信頼性および稼働率を向上させることができるデジタル出力装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
光デバイスが発光部の出力光に基づきスイッチをオン、オフすることによりデバイスの異常診断を実行する受診回路に２値のデジタル信号を出力するデジタル出力装置において、
出力電流値が可変で前記光デバイスの発光部に電流を出力する可変電流源と、
前記スイッチのオンおよびオフ時に前記光デバイスが前記受診回路に出力する電圧を検出する出力読み出し手段と、
前記出力読み出し手段が検出した電圧に基づいて、前記光デバイスの劣化診断を実行する制御手段と
を備えることを特徴とするデジタル出力装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のデジタル出力装置において、
前記制御手段が、
前記発光部が正常な場合の前記光デバイスが前記機器に出力する電圧の出力タイミングの正常な時間幅を示す正常応答範囲を記憶し、
この正常応答範囲と前記出力読み出し手段が検出した電圧の出力タイミングとを比較し前記光デバイスの劣化診断を実行することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のデジタル出力装置において、
前記可変電流源は、
出力電流を変化させて第１の電流または第１の電流よりも小さい電流値である第２の電流を出力し、
前記制御手段は、
前記第１の電流が出力される時の前記正常応答範囲を記憶し、
前記正常応答範囲と、前記可変電流源から前記第２の電流が出力されるときの前記光デバイスが前記フィールドデバイスに出力する電圧の出力タイミングとに基づき前記光デバイスの劣化診断を実行することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のデジタル出力装置において、
前記制御手段は、前記出力読み出し手段が検出した電圧が前記正常応答範囲を超えるタイミングで出力される場合は前記光デバイスの前記発光部が劣化していることを判断することを特徴とする。

この結果、本発明のデジタル出力装置であれば、出力電流値が可変で光デバイスの発光部に電流を出力する可変電流源と、スイッチのオンおよびオフ時に光デバイスが出力する電圧を検出する出力読み出し手段と、出力読み出し手段が検出した電圧に基づいて、光デバイスの劣化診断を実行する制御手段とを備えることにより、光デバイスが動作不良となる前に予防保全を可能とし、接続・切断制御の信頼性および稼働率を向上させることができる点で有効である。

また本発明のデジタル出力装置であれば、光デバイス特有の劣化に対し自己診断性能をあげることができ、主に信頼性と保守性の向上を図ることが可能となる。このため顧客が安心して使用可能な安全計装システムを提供可能となる点で有効である。

本発明に係るデジタル出力装置の一実施例を示す構成図である。 本発明に係るデジタル出力装置の光デバイス４の劣化診断の説明図である。 本発明に係るデジタル出力装置の駆動回路の構成図である。 本発明に係るデジタル出力装置の他の実施例における劣化診断状態を説明する説明図である。 図４の各劣化診断状態における光デバイス４の劣化診断の説明図である。 従来のデジタル出力装置の構成図である。

本発明に係るデジタル出力装置の特徴は、可変電流源が出力電流値が可変で光デバイスの発光部に電流を出力し、出力読み出し手段がスイッチのオンおよびオフ時に光デバイスがフィールドデバイスを診断する受診回路等に出力する電圧等を検出し、制御手段が出力読み出し手段の検出した電圧等に基づいて光デバイスの劣化診断を実行する点、また光デバイスの駆動電流を変化させることにより光デバイスの応答をモニタして光デバイスの劣化をデジタル出力装置の基本動作である異常診断の稼働状態にて診断できる点である。

＜実施例１＞
図１は、本発明に係るデジタル出力装置の一実施例を示す構成図であり、図６と共通する部分については適宜省略して説明する。
図６との相違点は、制御回路１０から出力される信号を光デバイスを介して受信する構成において、光デバイス４の駆動電流を変更できる可変電流源６を備え、また受診回路５側に光デバイス４の出力状態をモニタし、その出力を制御回路に接続した出力読み返し回路７を備えた点が相違する。

（構成の説明）
図１において本発明に係るデジタル出力装置は、主に、ＯＮ／ＯＦＦ信号および電流値を制御するための制御信号を出力する制御手段の一例である制御回路１０と、制御回路１０からのＯＮ／ＯＦＦ信号に基づき電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチなどのＯＮ／ＯＦＦ回路２と、ＯＮ／ＯＦＦ回路２から電流が印加されると光デバイス４の発光部４１に電流を出力する出力電流値が可変な可変電流源６と、レーザダイオードなどの発光部４１と発光部４１からの出力光に基づきスイッチ（トランジスタ、MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）など）のＯＮまたはＯＦＦするスイッチ部４２とから構成されるフォトカプラ、フォトモスリレーなどの光デバイス４と、光デバイス４から出力された電圧に基づき光結合デバイスの劣化診断をする、または、図示しないフィールドデバイスからのプロセス制御における制御信号を受信しフィールドデバイスの状態を診断する受診回路５と、光デバイス４におけるスイッチ部４２のオンおよびオフ時に光デバイス４が受診回路５に出力する電圧を検出する（いいかえれば光デバイスの出力状態をモニタする）出力読み出し手段の一例である出力読み出し回路７から構成される。

可変電流源６は、制御回路１０からの制御信号が入力されると、この制御信号に基づき電流値を変更して電流を出力する。すなわち可変電流源６は、制御回路１０からの制御信号に基づき光デバイス４の駆動電流を変更する。

出力読み出し回路７は、受診回路５からの応答出力（または光デバイス４からの出力）に基づき、光デバイス４が受診回路５に出力する電圧を検出すると検出結果を示す出力信号を制御回路１０に出力する。

制御回路１０は、発光部４１が正常な場合の光デバイス４が受診回路５に出力する電圧の出力タイミングの正常な時間幅を示す正常応答範囲と出力タイミングが異常な時間幅を示す異常応答範囲とを予め記憶している。
この正常応答範囲と異常応答範囲は、使用している光デバイス４の発光部４１を構成する部品の特性よりＯＦＦ→ＯＮ及びＯＮ→ＯＦＦした際の正常な応答速度範囲を予め定義するものであって制御回路１０に予め記憶されている。

制御回路１０は、出力読み出し回路７からの出力信号に基づいて、正常応答範囲と出力読み出し手段が検出した電圧の出力タイミングとを比較し光デバイス４の発光部４１劣化診断を実行することを特徴とする。

なお、本発明のデジタル出力装置は、制御回路１０と電気的に接続された正常応答範囲と異常応答範囲とを記憶する記憶手段を備えるものでもよい。またこの記憶手段は、制御回路１０内に備えられるものでもよい。

また、本発明に係るデジタル出力装置は受診回路５を一構成要素としているが、特にこれに限定するものではなく、受診回路５がフィールドデバイス側に設けられているものでもよい。

（動作説明）
このような構成で本発明に係るデジタル出力装置は、以下の動作を行なう。
ここで、本発明のデジタル出力装置は、光デバイス４に印加される電流の電流値の大小によってスイッチ部４２がＯＮ状態となる速度が異なる点に着目し、劣化判断（診断）を実行するものである。
たとえば、フォトカプラ、フォトモスリレーである光デバイス４は、発光部４１の劣化が進んでいる場合では、電流Ｉ２が印加されると発光部４１がＩ１のときよりも輝度が低下した状態で発光し、スイッチ部４２が通常電流Ｉ１（Ｉ１＞I２）のときよりも遅いタイミングでＯＮ状態となる。本発明のデジタル出力装置は、このような電流値の大小に応じた応答速度の差異に着目して光デバイス４の劣化判断（診断）を実行する。

以下、本発明のデジタル出力装置による光デバイス４の劣化判断（診断）の動作を説明する。
まず、制御回路１０がＯＮ信号をＯＮ／ＯＦＦ回路２に出力する。
ＯＮ／ＯＦＦ回路２は、ＯＮ信号が入力されるとスイッチ等がＯＮ状態になる。このとき、ＯＮ／ＯＦＦ回路２でＯＮ状態となると電流が各構成要素に流れることになる。

一方、制御回路１０は、可変電流源６の電流値を制御するための制御信号を可変電流源６に出力する。可変電流源６は、制御信号が入力されると、制御信号で示される電流値の値で電流を出力する。通常状態では可変電流源６は、デジタル出力装置の基本動作である異常診断を行なうための電流Ｉ１を出力する。

光デバイス４では、可変電流源６から電流Ｉ１が印加されると発光部４１が発光し、出力光をスイッチ部４２に出力する。
光デバイス４のスイッチ部４２は、発光部４１からの出力光を受光すると、スイッチがＯＮ状態となる。光デバイス４のスイッチ部４２がＯＮ状態となると、受診回路５にハイ（Ｈｉｇｈ）レベル電圧（またはロウ（Ｌｏｗ）レベル電圧）が印加される。
一方、スイッチ部４２は、発光部４１からの出力光を受光しないときはＯＦＦ状態となり、受診回路５にロウ（Ｌｏｗ）レベル電圧（またはハイ（Ｈｉｇｈ）レベル電圧）が印加される。
つまり光デバイス４は、スイッチ部４２がＯＮ／ＯＦＦ状態となることにより、受診回路５に２値のデジタル信号を出力することになる。
なお、スイッチのＯＮ／ＯＦＦにより受診回路５に印加される電圧のハイ・ロウレベルは、いずれでもよく、アプリケーションにて決まるものでもよい、すなわち、光デバイスの劣化診断を可能とするものであればどのようなものでよい。

受診回路５は、光デバイス４から電圧が印加されると、図示しないフィールドデバイスからのプロセス制御における制御信号を受信しフィールドデバイスの状態の診断動作を実行する。
出力読み出し回路７は、たとえば受診回路５からの応答出力に基づき、光デバイス４におけるスイッチ部４２のオンおよびオフ時に光デバイス４が受診回路５に出力する電圧を検出し（いいかえれば光デバイスの出力状態をモニタし）、検出結果を示す出力信号を制御回路１０に出力する。

制御回路１０は、出力読み出し回路７からの出力信号に基づいて、正常応答範囲と出力読み出し手段が検出した電圧の出力タイミングとを比較し光デバイス４の発光部４１の劣化診断を実行する。

次に、本発明のデジタル出力装置は可変電流源６からの電流をＩ１よりも電流値が小さいＩ２に変更して、その応答結果に基づき光デバイス４の劣化診断を実行する。

具体的には、制御回路１０は、ＯＦＦ信号をＯＮ／ＯＦＦ回路２に出力し、一旦ＯＮ／ＯＦＦ回路２をＯＦＦ状態とした後、再びＯＮ信号を出力してＯＮ／ＯＦＦ回路２をＯＮ状態とするとともに可変電流源６の電流をＩ１からＩ１よりも電流値が小さいＩ２に変更するための制御信号を可変電流源６に出力する。
可変電流源６は、制御信号が入力されると電流Ｉ２を出力し、光デバイス４は可変電流源６から電流Ｉ２が印加されると発光部４１が発光しスイッチ部４２がＯＮ状態となる。
光デバイス４のスイッチ部４２がＯＮ状態となると、受診回路５に電圧が印加され、出力読み出し回路７は、光デバイス４が受診回路５に出力する電圧の検出結果を示す出力信号を制御回路１０に出力する。
そして制御回路１０は可変電流源６の電流をＩ２からＩ１に変更するための制御信号を可変電流源６に出力する。

これらＩ１からＩ２に変更して光デバイス４の劣化診断を行なう一連の動作は、デジタル出力装置の基本動作であるデバイスの異常診断（または図示しないフィールドデバイスの異常診断）に影響を与えないタイミング、いいかえれば図示しないフィールドデバイスがデジタル出力装置の受診回路からの出力に反応しない程度の早いタイミングで行なわれる。

制御回路１０は、Ｉ１およびＩ２における出力読み出し回路７からの出力信号に基づき、正常応答範囲と出力読み出し手段が検出した受診回路５からの応答出力（いいかえれば光デバイス４の電圧の出力）のタイミングとを比較し光デバイス４の発光部４１劣化診断を実行する。

具体的には、制御回路１０は、電流Ｉ１およびＩ２が印加される状態で出力読み出し手段が検出した電圧が正常応答範囲を超えるタイミングで出力される場合、すなわち異常応答範囲にて出力される場合には光デバイス４の発光部４１が劣化しているものとして判断する。

図２は本発明に係るデジタル出力装置の光デバイス４の劣化診断の説明図である。図２では、制御回路１０がＯＮ信号を出力したタイミング（ＯＮ／ＯＦＦ回路２をＯＦＦからＯＮ状態とするタイミング）と、電流Ｉ１が印加されるときの受診回路の応答出力から得た光デバイス４の電圧の出力タイミングと、電流Ｉ２が印加されるときの受診回路の応答出力から得た光デバイス４の電圧の出力タイミングと、を示す。
なお、図２ではロウレベル電圧を対象に劣化診断を行なっているが、図２の波形の極性等には特に意味はなく、アプリケーションにて決まるものであり、光デバイスの劣化診断を可能とするものであればハイレベル電圧を対象とするものでよい。

また、図２では、制御回路１０に記憶されている正常応答範囲と異常応答範囲をそれぞれＴ０〜Ｔ３００までの時間を正常応答範囲として、Ｔ３００以降の時間を異常応答範囲として示している。なおＴ０はＯＮ信号が出力された時間を示すものである。

たとえば、図２に示すように、電流Ｉ１が印加される場合では、制御回路１０がＯＮ信号１を出力すると、ＯＮ信号の出力タイミングから光デバイス４が電流Ｉ１の電流値に応じた所定の時間Ｔ１００だけ遅れてロウ（Ｌｏｗ）電圧を出力する。
電流Ｉ２が印加される場合では、制御回路１０がＯＮ信号１を出力すると、ＯＮ信号の出力タイミングから光デバイス４が電流Ｉ２の電流値に応じた所定の時間Ｔ２００（Ｔ１００よりも長時間）だけ遅れてロウ（Ｌｏｗ）電圧を出力する。
これらの場合であれば、制御回路１０は、電流Ｉ１およびＩ２の印加中に出力読み出し手段が受診回路５からの応答出力により検出した電圧は正常応答範囲内（Ｔ０〜Ｔ３００）で出力され、光デバイス４は劣化していないものと判断する。

一方、電流Ｉ２が印加される場合で、ＯＮ信号の出力タイミングから光デバイス４が時間Ｔ４００だけ遅れてロウ（Ｌｏｗ）電圧を出力する場合であると、制御回路１０は、電流Ｉ２の印加中に出力読み出し手段が受診回路５からの応答出力により検出した電圧は正常応答範囲外（Ｔ０〜Ｔ３００）で出力されており、光デバイス４は劣化しているものとして判断する。
すなわち、本発明のデジタル出力装置は、Ｉ１を流した際に正常であってもＩ２を流した際に正常応答範囲内ではなく異常応答範囲内における動作となった場合、光デバイス４が劣化していると判断するものである。

このように本発明のデジタル出力装置は、光デバイスの劣化診断を行う場合は、Ｉ１より小さな電流値となるよう可変電流源６の電流値をＩ２に変更しＩ１を流していた時との応答差を出力読み返し回路にてモニタし制御回路で正常動作しているか判断している。

この結果、本発明に係るデジタル出力装置は、出力電流値が可変で光デバイスの発光部に電流を出力する可変電流源と、スイッチのオンおよびオフ時に光デバイスが出力する電圧を検出する出力読み出し手段と、出力読み出し手段が検出した電圧に基づいて、光デバイスの劣化診断を実行する制御手段とを備えることにより、光デバイスが動作不良となる前に予防保全を可能とし、接続・切断制御の信頼性および稼働率を向上させることができる点で有効である。

また、本発明に係るデジタル出力装置であれば、上述の構成とすることにより、光デバイス特有の劣化に対し自己診断性能をあげることができ、主に信頼性と保守性の向上を図ることが可能となる。このため顧客が安心して使用可能な安全計装システムを提供可能となる点で有効である。

また、本発明に係るデジタル出力回路は、電流源の切り替え数や組み合わせについては特に制限はなく、多くすれば詳細診断が可能となるものである。但し、回路規模が大きくなるのでコストや実装面とのトレードオフで判断されることになる。

また、本実施例に係るデジタル出力装置の駆動回路の構成は図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示すような構成としてもよい。図３は本発明に係るデジタル出力装置の駆動回路の構成図である。

図３（Ａ）において、本発明のＯＮ／ＯＦＦ回路と可変電流源は、制御回路とそれぞれ電気的に接続されるトランジスタと可変抵抗素子とから構成されるものでもよく、トランジスタの一端と可変抵抗素子の一端は相互に接続される。また可変抵抗素子の他端は光デバイス４と接続され、トランジスタの他端はグランドに接続される。このような構成で本発明のデジタル出力装置は、制御回路１０からの制御信号とＯＮ／ＯＦＦ信号（またはＯＮ信号の出力の有無）によりトランジスタが電流を流すか否かの状態を決定し、可変抵抗素子により所望の値の電流が出力されることになる。

また図３（Ｂ）において本発明のＯＮ／ＯＦＦ回路と可変電流源は、制御回路とそれぞれ電気的に接続される複数のトランジスタと複数の抵抗素子（たとえば異なる電流Ｉ１、Ｉ２を出力するための抵抗素子）とから構成されるものでもよい。具体的には、各トランジスタの一端と各抵抗素子の一端は相互に接続される。各抵抗素子の他端は光デバイス４と接続され、各トランジスタの他端はグランドに接続される。
このような構成で本発明のデジタル出力装置は、制御回路１０が所望の電流を出力させるために所望の電流を出力するための抵抗素子に接続されているトランジスタにＯＮ信号を出力し他のトランジスタには信号出力をしない（またはＯＦＦ信号を出力する）ことにより各トランジスタが電流を流すか否かの状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を決定し、抵抗素子により所望の値の電流が出力されることになる。

＜実施例２＞

なお、本発明に係るデジタル出力装置の可変電流源６の可変する電流値は、上記実施例ではＩ１、Ｉ２の２値として説明したが、特にこれに限定するものではなく、３値以上の電流値により、より細かな劣化判断（診断）を行なうものでもよい。
たとえば、本発明のデジタル出力装置は、可変電流源６が出力するＩ１、Ｉ２の電流を独立して制御可能な回路構成とすると、電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３（Ｉ１＋Ｉ２）の３値の電流に基づいてより細かな劣化診断が可能となる。なお、このときの各電流値の大小関係は、Ｉ３＞Ｉ１＞Ｉ２である。

このような場合、デジタル出力装置は、電流値Ｉ３（Ｉ１＋Ｉ２）が光デバイス４に印加される状態をデジタル出力装置の通常稼働に必要な状態であるものとして、Ｉ１、Ｉ２の電流が流れるときを劣化診断状態として取り扱うものでもよい。

たとえば、デジタル出力装置は、状態Ａ〜Ｄ（状態Ａ：通常ＯＦＦ状態、状態Ｂ：劣化診断ＯＮ状態（検出感度レベル低）、状態Ｃ：劣化診断ＯＮ状態（検出感度レベル高）、状態Ｄ：通常ＯＮ状態）を定義して劣化診断を行なう。

図４は、このような本発明に係るデジタル出力装置の他の実施例における劣化診断状態を説明する説明図であり、デジタル出力装置がＩ１、Ｉ２の電流を独立して制御可能な回路構成とした場合のより細かな劣化診断状態を説明する。

図４において、デジタル出力装置は電流値（０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ１＋Ｉ２）ごとに機器の状態Ａ〜Ｄを以下のように定義する。
状態Ａ：
本発明のデジタル出力装置では、電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ独立して制御して電流Ｉ１をＯＦＦ、電流Ｉ２をＯＦＦとし光デバイス４に印加される電流値を０とすれば、「通常ＯＦＦ状態」となる。
状態Ｂ：
電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ独立して制御して電流Ｉ１をＯＮ、電流Ｉ２をＯＦＦとし光デバイス４に印加される電流値はＩ１となり、検出感度低レベルでの「劣化診断ＯＮ状態」となる。
状態Ｃ：
電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ独立して制御して電流Ｉ１をＯＦＦ、電流Ｉ２をＯＮとし光デバイス４に印加される電流値はＩ２（Ｉ１＞Ｉ２）となり、検出感度高レベルでの「劣化診断ＯＮ状態」となる。
状態Ｄ：
電流Ｉ１、Ｉ２をそれぞれ独立して制御して電流Ｉ１をＯＮ、電流Ｉ２をＯＮとし光デバイス４に印加される電流値はＩ３（Ｉ１＋Ｉ２）である場合は、「通常ＯＮ状態」となる。

制御回路１０は、これらの状態Ａ〜Ｄを利用し、予め記憶している正常応答範囲・異常応答範囲と各劣化診断ＯＮ状態（検出感度高・低レベル）における、出力読み出し手段７が検出した光デバイス４が出力する電圧の出力タイミングとに基づき光デバイス４の劣化診断を実行する。

このため、本発明のデジタル出力装置は、可変電流源６が３値以上の電流値を出力し、制御回路１０が劣化判断（診断）を行なうことにより、検出感度の高・低レベルを使い分けて劣化診断を行なうことが可能となる点で有効である。

なお本実施例における図４中の状態Ａは、デジタル出力装置の光デバイス４はＯＦＦ状態となり受信回路５がフィールドデバイスの異常診断は行なわれない状態であるものでもよいし、状態Ｄではデジタル出力装置の受信回路５がフィールドデバイスの異常診断を実行しているものでもよい。

図５は図４の各劣化診断状態における光デバイス４の劣化診断の説明図である。
図５では、制御回路１０がＯＮ信号を出力したタイミング（ＯＮ／ＯＦＦ回路２をＯＦＦからＯＮ状態とするタイミング）と、電流Ｉ１が印加されるときの受診回路の応答出力から得た光デバイス４の電圧の出力タイミングと、電流Ｉ２が印加されるときの受診回路の応答出力から得た光デバイス４の電圧の出力タイミングと、電流Ｉ３（Ｉ１＋Ｉ２）が印加されるときの受診回路の応答出力から得た光デバイス４の電圧の出力タイミングと、を示す。なお、図の波形の極性等には特に意味はなく、アプリケーションにて決まるものである。
なお電圧の出力タイミングは、出力読み出し回路７からの出力信号に基づき得られるものである。

たとえば、図５に示すように、電流Ｉ１が印加される場合では、制御回路１０がＯＮ信号１を出力すると、ＯＮ信号の出力タイミングから光デバイス４が電流Ｉ１の電流値に応じた所定の時間Ｔ１００だけ遅れてロウ（Ｌｏｗ）電圧を出力する。
電流Ｉ２が印加される場合では、制御回路１０がＯＮ信号１を出力すると、ＯＮ信号の出力タイミングから光デバイス４が電流Ｉ２の電流値に応じた所定の時間Ｔ２００（Ｔ１００よりも長時間）だけ遅れてロウ（Ｌｏｗ）電圧を出力する。
電流Ｉ３（Ｉ１＋Ｉ２）が印加される場合では、制御回路１０がＯＮ信号１を出力すると、ＯＮ信号の出力タイミングと同時またはほぼ同時に光デバイス４がロウ（Ｌｏｗ）電圧を出力する。
これらの場合であれば、制御回路１０は、電流Ｉ１およびＩ２の印加中に出力読み出し手段が受診回路５からの応答出力により検出した電圧は正常応答範囲内（Ｔ０〜Ｔ３００）で出力され、光デバイス４は劣化していないと判断する。

一方、電流Ｉ２が印加される場合（状態Ｃ）で、ＯＮ信号の出力タイミングから光デバイス４が時間Ｔ４００だけ遅れてロウ（Ｌｏｗ）電圧を出力する場合であると、制御回路１０は、電流Ｉ２の印加中に出力読み出し手段が受診回路５からの応答出力により検出した電圧は正常応答範囲外（Ｔ０〜Ｔ３００）で出力されており、光デバイス４は劣化しているものとして判断する。
すなわち、本発明のデジタル出力装置は、Ｉ１を流した際に正常であってもＩ２を流した際に正常応答範囲内ではなく異常応答範囲内における動作となった場合、光デバイス４が劣化していると判断するものである。
つまり本発明のデジタル出力装置は、状態Ｂ、Ｃを利用し、状態Ｂ（検出感度低）で正常応答と判断された場合でも、状態Ｃ（検出感度高）で光デバイス４の劣化診断することにより、比較的検出感度が高い状態で光デバイス４の劣化検出ができる。

このように本発明のデジタル出力装置は、可変電流源６が出力するＩ１、Ｉ２の電流を独立して制御可能な回路構成とすれば、電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３（Ｉ１＋Ｉ２）の３値の電流に基づいてより細かな劣化判断（診断）が可能となる。

＜実施例３＞
また、本発明に係るデジタル出力装置は、可変電流源６が出力するＩ１、Ｉ２の電流を独立して制御可能な回路構成とする場合、制御回路１０が上記図４で説明した状態Ａ〜Ｄを異なる使い方をすることにより、劣化診断にて劣化していると判断された場合に一時的に電流を多く流すものでもよい。

たとえば、制御回路１０は、図４で説明した状態Ａを「通常ＯＦＦ状態」、状態Ｂを「通常ＯＮ状態」、状態Ｃを「劣化診断ＯＮ状態」、状態Ｄを「応答マージンＯＮ状態」とするものでもよい。
この場合、デジタル出力装置は、状態Ｃ（劣化診断ＯＮ状態）で、発光部４１の劣化を把握すると、Ｉ１＋Ｉ２の電流を光デバイス４に出力して状態Ｄ（応答マージンＯＮ状態）として光デバイス４（スイッチ部４２）の応答速度を早めるものでもよい。

このため、劣化診断結果に基づき一時的に電流を多く流せば、一時的に発光量が増すため光デバイス４（スイッチ部４２）の応答速度が早くなり、劣化している発光部４１の交換をしばらくは行なわなくてもよい点で有効である。いいかえれば、交換せずに応答マージンを得ることを可能となる点で有効である。

＜その他の実施例＞
なお、本発明に係るデジタル出力装置の制御回路１０は、劣化判断（診断）するにあたり、検出電圧が減少し始めるタイミングを判断タイミングとしてもよいし、検出電圧が減少し始めてから完全にロウ（Ｌｏｗ）電圧となるまでのいずれかのタイミングであればどのタイミングを劣化の判断基準とするものでもよい。

また、本発明に係るデジタル出力装置の制御回路１０または図示しない記憶手段が記憶している正常応答範囲または異常応答範囲は、可変とするものでもよい。また本発明のデジタル出力装置の制御回路１０は、劣化判断（診断）に用いる電流値に応じて正常応答範囲を変更するものでもよい（たとえば上述電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３のそれぞれケースに合わせて正常応答範囲を拡大または縮小するものでもよい）。

以上説明したように、本発明のデジタル出力装置では、出力電流値が可変で光デバイスの発光部に電流を出力する可変電流源と、スイッチのオンおよびオフ時に光デバイスが受診回路に出力する電圧を検出する出力読み出し手段と、可変電流源が電流値を変化させて出力した電流ごとに出力読み出し手段が検出した電圧に基づいて、光デバイスの劣化診断を実行する制御手段とを備えることにより、光デバイスが動作不良となる前に予防保全を可能とし、接続・切断制御の信頼性および稼働率を向上させることができる点で有効である。

１０ 制御回路
２ ＯＮ／ＯＦＦ回路
４ 光デバイス
４１ 発光部
４２ スイッチ部
５ 受診回路
６ 可変電流源
７ 出力読み出し回路

Claims (4)

1. スイッチと発光部とを対向配置した光デバイスを有し、前記発光部の出力光に基づき前記スイッチをオン、オフすることにより前記光デバイスが２値のデジタル信号を出力し、この出力をデバイスの異常診断を実行する受診回路に与えるデジタル出力装置において、
   出力電流値が可変で前記光デバイスの発光部に電流を出力する可変電流源と、
   前記スイッチのオンおよびオフ時に前記光デバイスが前記受診回路に出力する電圧を検出する出力読み出し手段と、
   前記出力読み出し手段が検出した電圧に基づいて、前記光デバイスの劣化診断を実行する制御手段と
   を備えることを特徴とするデジタル出力装置。
2. 前記制御手段が、
   前記発光部が正常な場合に前記光デバイスが前記機器に出力する電圧の出力タイミングの正常な時間幅を示す正常応答範囲を記憶し、
   この正常応答範囲と前記出力読み出し手段が検出した電圧の出力タイミングとを比較し前記光デバイスの劣化診断を実行することを特徴とする
   請求項１記載のデジタル出力装置。
3. 前記可変電流源は、
   出力電流を変化させて第１の電流または第１の電流よりも小さい電流値である第２の電流を出力し、
   前記制御手段は、
   前記第１の電流が出力される時の前記正常応答範囲を記憶し、
   前記正常応答範囲と、前記可変電流源から前記第２の電流が出力されるときの前記光デバイスが前記フィールドデバイスに出力する電圧の出力タイミングとに基づき前記光デバイスの劣化診断を実行することを特徴とする
   請求項１または２に記載のデジタル出力装置。
4. 前記制御手段は、
   前記出力読み出し手段が検出した電圧が前記正常応答範囲を超えるタイミングで出力される場合は前記光デバイスの前記発光部が劣化していることを判断することを特徴とする
   請求項２または３に記載のデジタル出力装置。

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