專利名稱：數(shù)字信號輸入裝置及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將所輸入的直流電壓轉換成數(shù)字信號并取入的數(shù)字信 號輸入裝置，特別涉及一種適合用于變電站等電力站的數(shù)字信號輸入裝置。
背景技術：
作為本發(fā)明的對象的數(shù)字信號輸入裝置具有設置在能夠輸入直流電 壓的第1輸入端子和第2輸入端子之間的充電電路；及將該充電電路的充 電電壓超過預定的檢測電平時邏輯值為"1"、未超過所述預定的檢測電平 時邏輯值為"0"的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出的數(shù)字信號檢測部。此外，由 于可將全部的所述充電電路及數(shù)字信號檢測部稱為對于內(nèi)部電路的所謂輸 入電路，因此以下為方便說明，在指全部的所述充電電路及數(shù)字信號檢測 部時使用"輸入電路" 一詞。
作為現(xiàn)有的數(shù)字信號輸入裝置，例如有專利文獻1的圖3所示的裝置。 該專利文獻1的圖3所示的現(xiàn)有的數(shù)字信號輸入裝置中，將所述輸入電路 作為數(shù)字信號輸入部(10)來表示。
所述充電電路在數(shù)字信號輸入部(10)中，用在通過SW與電源(5)的正
極側連接的輸入端子(以下，將該連接狀態(tài)的輸入端子作為上述的例如"第
l端子")、和與電源(5)的負極側連接的輸入端子(以下，將該連接狀態(tài)的輸 入端子作為上述的例如"第2端子")之間串聯(lián)連接的限流用電阻器(l)及噪 聲除去用的RC濾波器(2)的全部構成來表示。RC濾波器(2)由電容器和電阻 器的并聯(lián)電路來構成。
在限流用電阻器(1)和RC濾波器(2)的串聯(lián)電路中，當在第l輸入端子 與第2輸入端子之間施加直流電壓時，按照該串聯(lián)電路中的時間常數(shù)，對 構成RC濾波器(2)的電容器進行充電動作。另外，當在第l輸入端子與第2 輸入端子之間沒有施加直流電壓時，在構成RC濾波器(2)的電容器和電阻器的閉合電路中，按照該閉合電路的時間常數(shù)進行放電動作。
另外，示出所述數(shù)字信號檢測部采用如下結構，即在數(shù)字信號輸入部
(IO)中，將穩(wěn)壓二極管(3)和絕緣用光耦合器(4)的內(nèi)置發(fā)光二極管串聯(lián)配置 在RC濾波器(2)的兩端之間，且絕緣用光耦合器(4)的內(nèi)置光敏晶體管將數(shù) 字信號("l" "0")對內(nèi)部電路輸出。該結構中，提供穩(wěn)壓二極管(3)的導 通動作電壓和絕緣用光耦合器(4)的導通動作電壓之和作為對于充電電路中 的充電電壓的檢測電平。
這種數(shù)字信號輸入裝置例如用變電站等電力站的例子來說，用于將配 置于電力站的與同一直流控制電源連接的多個設備的狀態(tài)、使用該直流控 制電源轉換成數(shù)字信號的邏輯值"1" "0"并取入控制盤等。
因而，在電力站所使用的數(shù)字信號輸入裝置中的所述輸入電路，具有 以和并聯(lián)連接在直流控制電源的正極側的多個開關一一對應的關系而設置 的多個第l輸入端子、及可連接在所述直流控制電源的負極側的第2輸入 端子，同一電路結構的所述輸入電路以其一側輸入端與多個第1輸入端子 所對應的端子連接、另一側輸入端與共同的第2輸入端子連接的形式來設 置。
但是，現(xiàn)有的數(shù)字信號輸入裝置的輸入電路中，由于限流用電阻器或 穩(wěn)壓二極管會因使絕緣用光耦合器的內(nèi)置發(fā)光二極管發(fā)光的驅動電流而發(fā) 熱，因此多個并聯(lián)配置的輸入電路中在同時流過所述驅動電流時，會有相 當大的發(fā)熱量。
為解決該發(fā)熱問題，專利文獻1中，如其圖1所示披露了如下結構例， 即，將相應于第1輸入端子的數(shù)量的分時用光敏晶體管通過穩(wěn)壓二極管、 RC濾波器與1個絕緣用光敏晶體管并聯(lián)連接，并利用分時控制信號對各分 時用光敏晶體管選擇一個進行導通動作，以分時的方式將對各第l輸入端 子施加的直流電壓轉換成數(shù)字信號并取入。電力站中使用的數(shù)字信號輸入 裝置也采用該結構時，由于限流用電阻器或穩(wěn)壓二極管中流過短時間的脈 沖電流，因此大幅減小發(fā)熱程度。
專利文獻l:日本國專利特開2002 — 84169號公報(圖1、圖3)
但是，在電力站所使用的數(shù)字信號輸入裝置中，除所述發(fā)熱問題之外，還有用專利文獻l(圖l)所示的結構無法處理的問題。
電力站中，使用DC48V、 DC110V、 DC220V等多種電壓的直流控制電 源。而且，在電力站所使用的數(shù)字信號輸入裝置中，要求滿足電力用保護 繼電器的電氣標準JEC — 2500等中規(guī)定的各種要求事項。該要求事項中規(guī) 定例如輸入的直流電壓處在額定電壓的變化范圍內(nèi)時應檢測出"有電壓 輸入"的要求；以及在電壓變化范圍不重復的2個不同的額定電壓中相同 值的直流電壓成為判斷對象時、在一個額定電壓中檢測出"有電壓輸入"、 在另一個額定電壓中應檢測出"無電壓輸入"的要求等。
艮P，電力站所使用的數(shù)字信號輸入裝置中，除所述的抑制發(fā)熱的措施 外，需要根據(jù)不同值的直流電壓，進一步根據(jù)所述的要求事項，能正確地 進行所述的轉換成數(shù)字信號的動作。
對此問題，由于需要對于由穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓與絕緣用光耦合器 的導通動作電壓之和決定的檢測電平，根據(jù)不同的額定電壓，進一步根據(jù) 所述的要求事項，適當?shù)貨Q定限流用電阻器的值及RC濾波器的值，因此 用同一結構的輸入電路無法處理。
因此，電力站所使用的現(xiàn)有的數(shù)字信號輸入裝置中，使輸入電路按照 電力站中配置的直流控制電源的每個電壓采用不同的結構。即，輸入電路 采用如下結構，它按照電力站中配置的直流控制電源的每個電壓，對于限 流用電阻器和穩(wěn)壓二極管，進行元件的選擇使其能承受與對應的直流電壓 所相應的功耗，根據(jù)需要絕緣用光耦合器也進行元件的選擇，另外，限流 用電阻器的值及RC濾波器的時間常數(shù)也根據(jù)對應的直流電壓來確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于得到用同一結構的輸入 電路能對于多種直流電壓進行發(fā)熱抑制、并且能夠將該多種直流電壓轉換 成合適的數(shù)字信號的數(shù)字信號輸入裝置及控制方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的數(shù)字信號輸入裝置，其特征在于，具有 施加了直流電壓的第1輸入端子及第2輸入端子；在所述第1輸入端子和
所述第2輸入端子之間連接的充電電路；及數(shù)字信號檢測部，該數(shù)字信號檢測部將與所述充電電路的充電電壓是否超出預定的檢測電平相對應的邏 輯值的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出，其中，具有脈沖控制部，該脈沖控制 部使用所指定的脈沖寬度及脈沖周期來生成并輸出固定周期的脈沖信號； 及開關元件，該開關元件設置在所述第1輸入端子或所述第2輸入端子和 所述充電電路之間，并利用所述脈沖信號的脈沖寬度來控制對所述充電電 路施加所述直流電壓的期間。
根據(jù)本發(fā)明，起到能夠實現(xiàn)用同一結構的輸入電路能對于多種直流電 壓進行發(fā)熱抑制、并且能夠將該多種直流電壓轉換成合適的數(shù)字信號的數(shù) 字信號輸入裝置的效果。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的數(shù)字信號輸入裝置的結構的方框圖。 圖2是說明圖1所示的數(shù)字信號輸入裝置的1個輸入系統(tǒng)中的動作用
的電路圖。
圖3是表示圖2所示的電路中的各部分的動作波形的時序圖。 圖4是說明圖2所示的電路中輸入的直流電壓變化時的動作(其l)的時序圖。
圖5是說明圖2所示的電路中輸入的直流電壓變化時的動作(其2)的時序圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施方式2的數(shù)字信號輸入裝置的結構的方框圖。 圖7是說明圖6所示的數(shù)字信號輸入裝置的動作的時序圖。 圖8是說明圖6所示的數(shù)字信號輸入裝置的動作的流程圖。 圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的數(shù)字信號輸入裝置的結構的方框圖。 圖10是說明對輸入至圖9所示的數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓采用最
大非檢測電壓時的脈沖寬度的調整動作的時序圖。
圖11是說明對輸入至圖9所示的數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓采用最
小檢測電壓時的脈沖寬度的調整動作的時序圖。
圖12是說明對輸入至圖9所示的數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓采用最
大非檢測電壓和最小檢測電壓的兩者時的脈沖寬度的調整動作的流程圖(其1)。
圖13是說明對輸入至圖9所示的數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓采用最 大非檢測電壓和最小檢測電壓的兩者時的脈沖寬度的調整動作的流程圖 (其2)。
圖14是說明圖12和圖13中在假設為脈沖控制部的振蕩周期的脈沖寬 度A和調整后得到的脈沖寬度B之間決定脈沖寬度的動作的時序圖。
圖15是說明圖12和圖13中在調整后得到的脈沖寬度A和脈沖寬度B 之間決定脈沖寬度的動作的時序圖。
標號說明
la、 lb、 lc數(shù)字信號輸入裝置 l一l l一n第l輸入端子 2第2輸入端子 3數(shù)字信號輸入部 4 緩沖電路
5a、 5b、 5c 控制部(CPU) 6存儲部
7a、 7b、 7c 脈沖控制部 8輸入控制用光耦合器 8a內(nèi)置發(fā)光二極管 8b內(nèi)置光敏晶體管 11限流用電阻器 12 RC濾波器 12a 電容器 12b 電阻器 13穩(wěn)壓二極管 14絕緣用光耦合器 14a內(nèi)置發(fā)光二極管 14b 內(nèi)置光敏晶體管 15上拉電阻器16信號接收部
E外部的直流電源(直流控制電源)
SWl SWn 外部的開關
具體實施例方式
以下參照附圖，詳細說明本發(fā)明所涉及的數(shù)字信號輸入裝置的優(yōu)選的 實施方式。
實施方式1
圖l是表示本發(fā)明的實施方式1的數(shù)字信號輸入裝置的結構的方框圖。
圖1中，直流電源E和n個開關(SWl SWn)不是附屬于數(shù)字信號輸入 裝置la的設備，而是在設置數(shù)字信號輸入裝置la的現(xiàn)場(這里指變電站等 電力站)設置的設備。
艮P，直流電源E是設置在變電站等電力站的直流控制電源。作為該直 流電源E的電壓，使用DC48V、 DC110V、 DC220V等多種電壓。該直流 電壓E的電壓不一定在所有的電力站都是相同的電壓值，有時也會根據(jù)電 力站而有所不同。而且，如圖1所示，為確保接地故障時的電壓，有時也 會以使串聯(lián)連接的2個電源的中點接地的方式來設置直流電源E。
另外，n個開關(SWl SWn)的一端與直流電源E的正極端并聯(lián)連接， 并分別根據(jù)從外部提供的二進制電平的數(shù)字信號DIl DIn來進行開閉動 作。
如圖1所示，本實施方式1的數(shù)字信號輸入裝置la具有作為外部輸 入端子的、可連接上述的n個開關(SWl SWn)的各另一端的n個第1輸入 端子l一l l一n;和可連接上述的直流電源E的負極端的第2輸入端子2。
而且，還具有以和n個第l輸入端子l一l l一n—一對應的關系而設 置的n個數(shù)字信號輸入部3、緩沖電路4、控制部(CPU)5a、存儲部6、脈沖 控制部7a、及輸入控制用光耦合器8。
n個數(shù)字信號輸入部3分別具有限流用電阻器11、由電容器12a和電 阻器12b的并聯(lián)電路構成的噪聲除去用RC濾波器12、穩(wěn)壓二極管13、絕 緣用光耦合器14、及信號接收部16。此外，專利文獻1的圖3中，示出在n個數(shù)字信號輸入部3中除去信號接收部16后的結構。
以在第l輸入端子1一1和第2輸入端子之間的連接關系為例，來表示 n個第l輸入端子l一l l一n及第2輸入端子2與n個數(shù)字信號輸入部3 的連接關系。第l輸入端子l一l通過限流用電阻器ll，與RC濾波器12 的一端和穩(wěn)壓二極管13的陰極端子連接。
穩(wěn)壓二極管13的陽極端子通過絕緣用光耦合器14的內(nèi)置發(fā)光二極管 14a，與RC濾波器12的另一端、和本實施方式1的輸入控制用光耦合器8 的內(nèi)置光敏晶體管8b的集電極端子連接。該內(nèi)置光敏晶體管8b的發(fā)射極 端子與第2輸入端子2連接。
而且，絕緣用光耦合器14的內(nèi)置光敏晶體管14b的集電極端子通過上 拉電阻器15與動作電源連接，并且通過本實施方式1的信號接收部16與 緩沖電路4連接，其發(fā)射極端子與信號接地端SG連接。
艮P，本實施方式1的輸入控制用光耦合器8的內(nèi)置光敏晶體管8b，對 于所述的作為充電電路的限流用電阻器11和RC濾波器12的串聯(lián)電路進 行串聯(lián)連接，第l輸入端子1一1和第2輸入端子2與這些所有串聯(lián)電路的 兩端連接。而且，所述的作為數(shù)字信號檢測部的穩(wěn)壓二極管13和絕緣用光 耦合器14的串聯(lián)電路，并聯(lián)配置在RC濾波器12的兩端之間。從該結構 可理解，輸入控制用光耦合器8的內(nèi)置光敏晶體管8b在圖1中設置在第2 輸入端子2和RC濾波器12之間，但也可設置在第1輸入端子l一l和限 流用電阻器11之間。
輸入控制用光耦合器8的內(nèi)置發(fā)光二極管8a的陽極端子，與本實施方 式1的脈沖控制部7a的輸出端連接，其陰極端子與信號接地端SG連接。 即，輸入控制用光耦合器8接收如后所述由脈沖控制部7a輸出的固定周期 T的脈沖信號b，只在相當于各脈沖信號b的脈沖寬度的期間內(nèi)成為導通動 作狀態(tài)。由此，控制RC濾波器12的另一端及絕緣用光耦合器14的內(nèi)置 發(fā)光二極管14a的陽極端子、和第2輸入端子2之間的通路，只在輸入控 制用光耦合器8的內(nèi)置光敏晶體管8b導通動作的期間成為導通狀態(tài)。
因而，在n個數(shù)字信號輸入部3中，分別只在輸入控制用光耦合器8 的內(nèi)置光敏晶體管8b導通動作的期間，對作為充電電路的限流用電阻器11和RC濾波器12的串聯(lián)電路的兩端施加直流電壓，進行充電動作。由此，
充電電路的充電電壓達到用穩(wěn)壓二極管13的穩(wěn)壓電壓和絕緣用光耦合器 14的導通動作電壓之和所規(guī)定的檢測電平的時間，將根據(jù)內(nèi)置光敏晶體管 8b的導通動作時間、即脈沖信號b的脈沖寬度的長短而改變。
脈沖控制部7a具有脈沖信號發(fā)生器、和對該脈沖信號發(fā)生器設定從 CPU5a接收到的脈沖寬度及脈沖周期a的控制電路。由此，脈沖控制部7a 使用由CPU5a指定的脈沖寬度及脈沖周期a，每隔固定周期T輸出固定脈 沖寬度的脈沖信號b。
n個數(shù)字信號輸入部3中的n個信號接收部16分別基本上具有鎖存電 路，并將來自對應的絕緣用光耦合器14的內(nèi)置光敏晶體管14b的集電極端 子的輸出狀態(tài)在脈沖控制部7a所輸出的脈沖信號b的后沿(圖示例中為下降 沿)取入，且將其在1個脈沖周期T的期間保持，但由于內(nèi)置光敏晶體管14b 的集電極端子的輸出電平在圖l所示的結構中，如上所述，對邏輯值"l" 的信號電平為信號接地端SG電位的低電平，對邏輯值"0"的信號電平為 動作電源電位的高電平，因此在鎖存電路的輸入級設置有將該輸出電平反 相并取入的反相電路。
緩沖電路4將n個信號接收部16分別保持的數(shù)字信號("1" "0")取 入并存儲。
CPU5a所具有的整定處理26作為出廠前的初始設定模式，進行如下處 理相關人員通過手動操作，將按照電力站中配置的直流電源E的電壓種 類輸入的、對該數(shù)字信號輸入裝置la施加的直流電壓(即額定電壓)和對于 該額定電壓的脈沖寬度及頻率(脈沖周期)存儲在存儲部6。因而，也可使用 CPU5a所具有的存儲部，來作為存儲部6。
CPU5a在對該數(shù)字信號輸入裝置la輸入的直流電壓被確定且開始運行 時，從存儲部6讀出對于該輸入的直流電壓的額定電壓時的脈沖寬度及脈 沖周期a，并對脈沖控制部7a提供。
然后，CPU5a執(zhí)行信號讀取處理25，從緩沖電路4中讀出數(shù)字信號， 該數(shù)字信號為邏輯值"1"時判定為"有電壓輸入"，為邏輯值"0"時判 定為"無電壓輸入"，但也進行滿足所述的電力用保護繼電器的電氣標準
13JEC — 2500中規(guī)定的各種要求事項的判定動作。
該電氣標準JEC — 2500所規(guī)定的要求事項中包含例如如下要求。
例如，具有當某開關閉合動作時輸入的直流電源E的電壓處在額定電 壓的變化范圍"額定電壓的+30% 一20%"內(nèi)的情況下、應檢測出"有電 壓輸入"這樣的要求。
另外，作為直流電壓E如圖l所示是將串聯(lián)連接的2個電源的中點接 地的狀態(tài)時的要求事項，具有當在第l輸入端子發(fā)生接地故障時輸入電壓 雖然變成1/2、但此時不可錯誤地檢測出"有電壓輸入"的要求。
具體來講，額定電壓為DC110V時的要求事項如下在DC88V DC143V的電壓范圍時，檢測出作為"有電壓輸入"，而在DC143X 1/2"72V 以下時必須檢測出作為"無電壓輸入"。
另外，額定電壓為DC220V時的要求事項如下在DC176V DC286V 的電壓范圍時，檢測出作為"有電壓輸入"，而在DC286X 1/2"143V以 下時必須檢測出作為"無電壓輸入"。
這樣，在2種額定電壓、用上述例子來說的話即DC110V和DC220V 的各電壓變化范圍中，還有如下相反的要求事項即，雖然輸入的直流電 壓為同一DC143V，但在一個額定電壓中要求檢測出作為"有電壓輸入"， 而在另一個額定電壓中要求檢測出作為"無電壓輸入"。
本實施方式l中，根據(jù)上述結構，由于能夠控制達到檢測電平的電容 12a的充電時間，因此使用同一結構的輸入電路(數(shù)字信號輸入部)，能對多 種直流電壓進行發(fā)熱抑制，并且能夠將該多種直流電壓在包括如上述的例 子所示的相反的要求事項的情況下，轉換成可對1/2以下的電壓不檢測等、 合適的數(shù)字信號。下面具體進行說明。
此外，表示與權利要求l、 2的對應關系時，限流用電阻器11和RC 濾波器12的全部串聯(lián)電路對應于充電電路，全部穩(wěn)壓二極管13和絕緣用 光耦合器14對應于數(shù)字信號檢測部，輸入控制用光耦合器8對應于開關元 件，同名的脈沖控制部7a對應與脈沖控制部，CPU5a對應于動作管理部， 同名的存儲部6對應于存儲部。
接著，參照圖2 圖5，說明如上述那樣構成的數(shù)字信號輸入裝置la的動作。此外，圖2是說明圖l所示的數(shù)字信號輸入裝置la的l個輸入系 統(tǒng)中的動作用的電路圖。圖3是表示圖2所示的電路中的各部分的動作波 形的時序圖。圖4是說明圖2所示的電路中輸入的直流電壓變化時的動作 (其l)的時序圖。圖5是說明圖2所示的電路中輸入的直流電壓變化時的動 作(其2)的時序圖。
圖2中，在對第1輸入端子l一l和第2輸入端子2之間施加直流電壓 VI的狀態(tài)下，脈沖控制部7a在內(nèi)置的脈沖信號發(fā)生器中設定從CPU5a輸 入的脈沖寬度及寬度周期a，并以固定周期T輸出所指定的脈沖寬度的脈沖 信號b時，輸入控制用光耦合器8只在輸入的脈沖信號b的脈沖寬度的期 間內(nèi)進行導通動作，直流電壓Vl只在脈沖信號b的脈沖寬度的期間內(nèi)，對 限流用電阻器11和RC濾波器12的串聯(lián)電路的兩端施加。對RC濾波器 12的兩端施加將直流電壓VI由限流用電阻器11的電阻值Rl和電阻器12b 的電阻值R2分壓后的電壓V2。
由此，對電容器12a的充電電流以第1輸入端子1一1 限流用電阻器 U RC濾波器12 輸入控制用光耦合器8的內(nèi)置光敏晶體管8b 第2輸 入端子2的路徑流過，RC濾波器12的端子電壓通過根據(jù)限流用電阻器11 的電阻值Rl和電容器12a的電容值C和電阻器12b的電阻值R2的RC時 間常數(shù)的充電動作，朝分壓電壓V2上升。
若設從施加直流電壓VI后的經(jīng)過時間為t，則此時的作為RC濾波器 12的端子電壓的電容器12a的充電電壓達到分壓電壓V2的情況由式(l)來 表示。
<formula>formula see original document page 15</formula>
這樣，將根據(jù)式(l)而充電生成的電容器12a的充電電壓V2(t)對穩(wěn)壓二 極管13和絕緣用光耦合器14的內(nèi)置發(fā)光二極管14a的串聯(lián)電路的兩端施加。
該充電電壓V2(t)在經(jīng)過時間t(這里相當于脈沖寬度的時間tl)內(nèi)，超過使穩(wěn)壓二極管13和絕緣用光耦合器14的內(nèi)置發(fā)光二極管14a的串聯(lián)電路 從開路狀態(tài)轉變成閉路狀態(tài)的電壓、即用式(2)所示的檢測電平VD時， VD = ZD + Vpc ……(2)
從絕緣用光耦合器14的內(nèi)置光敏晶體管14b輸出邏輯值"1"的數(shù)字 信號。未超過時，從內(nèi)置光敏晶體管14b輸出邏輯值"0"的數(shù)字信號。此 外，式(2)中，ZD是穩(wěn)壓二極管13的穩(wěn)壓電壓，Vpc是絕緣用光耦合器14
的導通動作電壓。
信號接收部16在輸入的脈沖信號b下降時取入內(nèi)置光敏晶體管14b的 輸出，并將其在直到下一個脈沖信號b下降為止的期間內(nèi)保持。信號接收 部16所保持的邏輯值"1"或邏輯值"0"的數(shù)字信號存儲在緩沖電路4， CPU5a執(zhí)行信號讀取處理25將其讀取。
接著，輸入控制用光耦合器8在輸入的脈沖信號b下降時進行斷開動 作時，由于對電容器12a的充電電路消失，因此通過由電容器12a和電阻 器12b形成的閉合電路進行放電。此時的放電的情況用式(3)來表示。此外， 式(3)中，V2max是式(l)中將經(jīng)過時間t作為相當于脈沖寬度的時間tl的 V2(tl)。另外，經(jīng)過時間t是從V2max開始的經(jīng)過時間，與式(l)中的經(jīng)過 時間t是不同的值。
V2(t)=V2maxXEXpf——^~~)[V] …(3)
由于該放電而使RC濾波器12的端子電壓V2(t)相比檢測電平VD變小 時，絕緣用光耦合器14輸出邏輯值"0"的數(shù)字信號。g卩，即使經(jīng)過相當 于脈沖寬度的時間tl后，RC濾波器12的端子電壓V2(t)相比檢測電平VD 要大時，絕緣用光耦合器14也輸出邏輯值"1"的數(shù)字信號。因而，若設 式(3)中降低到可忽略放電后的端子電壓V2(t)的程度為止的經(jīng)過時間為t2， 則脈沖信號b的周期T通過滿足下式的關系來確定。
tl+t2《T ...... (4)
而且，提供直流電壓VI的電力站中的直流控制電源的電壓如上所述， 具有DC220V、 DC110V、 DC48V等各種情況。識別各自的電壓并轉換成數(shù)字信號時，由上述說明能夠理解，設R1、 R2、 C為一定時，只要將脈沖控
制部7a所輸出的脈沖信號b的脈沖寬度在輸入的直流電壓較高時縮短、較 低時加長即可?？深A先對每個輸入的直流電壓算出這些脈沖寬度的合適的 值。即，存儲于存儲部6的對于直流電壓(額定電壓)的脈沖寬度和頻率(脈 沖周期)是這樣確定的。
接著，圖3中，以2種直流電壓DC220、 DC110為例，示出圖2所示 的1個系統(tǒng)的電路中的動作波形。
圖3(1):脈沖控制部7a輸出的脈沖信號b的周期T不管對哪個電壓都 為同一固定值，但V1二220V時的脈沖b的脈沖寬度相比V1 = 110V時的 脈沖信號b的脈沖寬度變短。其結果，如圖3(2)所示，對RC濾波器12施 加的直流電壓的施加時間在V1 = 220V時變短，在V1 = 110V時變長。
圖3(3): RC濾波器12的端子電壓V2在V1二220V時如特性曲線20 那樣變化，在V1二110V時如特性曲線21那樣變化。各自的特性曲線在脈 沖控制部7a所輸出的脈沖信號b的接通時間的結束端成為最大值，在該脈 沖信號b斷開時，成為經(jīng)過下降并消失的過程的波形。脈沖信號的周期T 不管對哪個電壓、相比達到最大值為止的時間tl與減少到可忽略的程度為 止的時間t2之和都是足夠長的時間。
圖3(4):將絕緣用光耦合器14的輸出狀態(tài)進行邏輯反相來表示，但絕 緣用光耦合器14不管對哪個電壓都只在從RC濾波器21的端子電壓V2超 過檢測電平VD開始到下降至該值為止的期間內(nèi)進行導通動作，并輸出邏 輯值"1"的數(shù)字信號。
圖3(5):信號接收部16不管對哪個電壓，在輸入的脈沖信號(圖3(1)) 下降時取入絕緣用光耦合器14的輸出，并將其在直到下一個脈沖信號下降 為止的期間內(nèi)保持。
接著，參照圖4和圖5，對滿足所述的"電力用保護繼電器的電氣標準 JEC — 2500中規(guī)定的、在直流控制電源的電壓變化范圍"額定電壓的+ 30% 一20%"中、必須檢測出"有輸入電壓"的要求事項"的動作進行說 明。此外，圖4禾B圖5中，(1)表示脈沖控制部7a所輸出的脈沖信號b的脈 沖寬度，(2)表示用電壓變化范圍內(nèi)的各直流電壓VI的充電動作時的RC濾波器12的端子電壓V2和檢測電平VD之間的關系，(3)表示絕緣用光耦合 器14的輸出狀態(tài)，(4)表示信號處理部16的輸出狀態(tài)。
圖4表示額定電壓為DC110V時的動作例。如上所述，額定電壓為 DC110V時的要求事項如下在DC88V DC143V的電壓范圍，檢測出作 為"有電壓輸入"，而在DC143X1/2"72V以下時必須檢測出作為"無電 壓輸入"。
將圖4(1)所示的額定電壓為DC110V時的脈沖寬度確定為在輸入的直 流電壓VI為V1 = 80V時、RC濾波器12的端子電壓V2達到檢測電平VD 的時間寬度。圖4(2)中，示出直流電壓VI以V1 = 143V V1 = 88V V1 = 80V來變化的情況。而且，檢測電平VD采用例如V1 = 80V。
這樣，如圖4(2)所示，在V1 = 143V V1 = 88V時，RC濾波器12的 端子電壓V2超過檢測電平VD，而在V1二80V以下，RC濾波器12的端 子電壓V2未達到檢測電平VD。因而，如圖4(3)所示，絕緣用光耦合器14 在V1 = 143V V1 = 88V的電壓范圍進行導通動作，在V1 = 80V以下時進 行斷開動作。
其結果，如圖4(4)所示，信號接收部16在輸入的脈沖信號b下降時鎖 存的數(shù)字信號在V1》88V時成為邏輯值"1"的數(shù)字信號，而可檢測出"有 電壓輸入"，而在V1 = 80V以下時成為邏輯值"0"的數(shù)字信號，而可檢 測出"無電壓輸入"。
另外，圖5表示額定電壓為DC220V時的動作例。如上所述，額定電 壓為DC220V時的要求事項如下在DC176V DC286V的電壓范圍，檢測 出作為"有電壓輸入"，而在DC286X 1/2"143V以下時必須檢測出作為 "無電壓輸入"。
將圖5(1)所示的額定電壓為DC220V時的脈沖寬度確定為在輸入的直 流電壓VI為V1 = 80V時、RC濾波器12的端子電壓V2達到檢測電平VD 的時間寬度。圖5(2)中，表示直流電壓VI以V1 = 286V V1 = 176V V1 二160V來變化的情況。而且，檢測電平VD采用例如V1 = 80V。
這樣，如圖5(2)所示，RC濾波器12的端子電壓V2在V1二286V V1 二176V時，超過檢測電平VD，而在V1 = 160V以下時，未達到檢測電平VD。因而，如圖5(3)所示，絕緣用光耦合器14在V1 = 286V V1 = 176V 的電壓范圍進行導通動作，在V1 = 160V以下時進行斷開動作。
其結果，如圖5(4)所示，信號接收部16在輸入脈沖b下降時鎖存的數(shù) 字信號在V1》176V時成為邏輯值"1"的數(shù)字信號，而可檢測出"有電壓 輸入"，而在V1 = 160V以下時成為邏輯值"0"的數(shù)字信號，而可檢測出 "無電壓輸入"。
如上所述，根據(jù)實施方式l，由于使得施加直流電壓時形成的對RC濾 波器的充電電路只在直流電壓高時變短、低時變長的脈沖寬度的期間內(nèi)閉 合，在經(jīng)過脈沖寬度的期間后開路，因此能夠使得在直流電壓高時也不較 多地增加限流用電阻器或穩(wěn)壓二極管中的功耗，并能夠用同一結構的輸入 電路來處理而不問直流電壓的大小。
另外，由于使得施加直流電壓時的RC濾波器的充電電壓達到檢測電 平的時間，用施加的直流電壓高時變短、低時變長的脈沖寬度來確定，因 此即使輸入的直流電壓具有多種，也無需根據(jù)額定電壓來改變限流用電阻 器、RC濾波器、穩(wěn)壓二極管、及絕緣用光耦合器，而能夠用同一結構的輸 入電路來處理。
而且，即使在對作為額定電壓施加的直流電壓確定變化范圍、并要求 與該變化范圍相對應的"有電壓輸入""無電壓輸入"的檢測動作的情況 下，通過在該"有電壓輸入""無電壓輸入"的中間確定檢測電平，并根 據(jù)該檢測電平?jīng)Q定脈沖寬度，也同樣無需根據(jù)額定電壓來改變限流用電阻 器、RC濾波器、穩(wěn)壓二極管、及絕緣用光耦合器，而能夠用同一結構的輸 入電路來處理。
實施方式2
圖6是表示本發(fā)明的實施方式2的數(shù)字信號輸入裝置的結構的方框圖。 此外，圖6中，對與圖l(實施方式l)所示的構成要素相同或同等的構成要 素附加同一標號。這里，以與本實施方式2相關的部分為中心進行說明。
如圖6所示，本實施方式2的數(shù)字信號輸入裝置lb在圖l(實施方式 l)所示的結構中，設置CPU5b來代替CPU5a，設置脈沖控制部7b來代替 脈沖控制部7a。在CPU5b中追加時間常數(shù)判定處理27。之前所示的實施方式1中，示出預先將額定電壓和對于該額定電壓的 脈沖寬度及脈沖周期存儲在存儲部6的情況，但本實施方式2中，示出的
情況是，使本裝置在對任意的第l輸入端子和第2輸入端子2之間施加的 預定的額定電壓下實際進行動作，時間常數(shù)判定處理27從此時得到的脈沖 寬度判定時間常數(shù)并確定輸入的額定電壓，將確定的額定電壓與脈沖寬度 一起存儲在存儲部6。 CPU5b具有額定電壓設定模式作為控制該動作的動
作模式。
脈沖控制部7b從CPU5b接收額定電壓設定模式指令c時，在直到從 CPU5b接收輸入檢測通知d為止的期間，將以固定周期T輸出的脈沖信號 b的脈沖寬度從預先設定的短脈沖寬度進行逐漸每次加長單位寬度的處理， 在接收輸入檢測通知d時，停止脈沖輸出，將之前剛調整處理后的脈沖寬 度e通知CPU5b。
下面，參照圖6、圖7并沿著圖8的步驟，說明與本實施方式2相關的 部分的動作。此外，圖7是說明圖6所示的數(shù)字信號輸入裝置的動作的時 序圖。圖8是說明圖6所示的數(shù)字信號輸入裝置的動作的流程圖。此外， 圖7中，圖7(2)表示由圖7(1)輸入的直流電壓(額定電壓)的充電動作時的 RC濾波器12的端子電壓V2和檢測電平VD的關系。圖7(3)表示逐漸加長 脈沖控制部7b所輸出的脈沖信號的脈沖寬度的動作。圖7(4)表示CPU5b 執(zhí)行信號讀取處理25而進行的判定動作。圖7(5)表示CPU5b執(zhí)行時間常 數(shù)判定處理27而進行的確定額定電壓的動作。另外，圖8中，將表示處理 順序的步驟簡單地用縮寫ST來表示。
圖8中，在ST1中，當CPU5b的動作模式變?yōu)轭~定電壓設定模式時， 對脈沖控制部7b通知額定電壓設定模式指令c。在ST2中，對任意的第l 輸入端子(例如第1輸入端子l一l)和第2輸入端子之間施加預定的額定電 壓(例如DC110V)(圖7(1))。
在ST3中，脈沖控制部7b當從CPU5b接收額定電壓設定模式指令c 時，將以固定周期T輸出的脈沖信號b的脈沖寬度從短脈沖寬度起在各脈 沖周期T進行逐漸每次加長單位寬度的處理(圖7(3))。
該過程中，如圖7(2)所示，在RC濾波器12中，作為端子電壓的充電電壓V2朝檢測電平VD(例如80V)上升，當超過檢測電平VD時，信號接 收部16將邏輯值"1"的數(shù)字信號在脈沖信號b下降時取入并保持，且進 行如下動作在直到下一個脈沖信號b下降時之前對緩沖電路4寫入邏輯 值"1"的數(shù)據(jù)信號。圖7(4)所示的小四邊形是在這次對上次的脈沖寬度加 長后的脈沖寬度，由于在該時刻充電電壓V2超過檢測電平VD，因此示出 將邏輯值"1"的數(shù)字信號對緩沖電路4寫入的狀態(tài)。
在ST4中，CPU5b對脈沖控制部7b通知額定電壓設定模式指令c后， 執(zhí)行信號讀取處理25，監(jiān)視從緩沖電路4中讀出邏輯值"1"。然后，如圖 7(4)中小四邊形所示，從緩沖電路4中讀出邏輯值"1"的數(shù)字信號時(ST4: 是)，在ST5中，CPU5b對脈沖控制部7b通知輸入檢測d。
在ST6中，脈沖控制部7b從CPU5b接收輸入檢測通知d時，停止脈 沖輸出，將加長處理后的總的脈沖寬度e通知CPU5b。
圖7(5)所示的向右粗箭頭的范圍30表示CPU5b從脈沖控制部7b接收 到的脈沖寬度e所表示的時間寬度。在ST7中，CPU5b從脈沖控制部7b 接收脈沖寬度e的通知時，執(zhí)行時間常數(shù)判定處理27，并利用所述的式(l) 求出與該接收到的脈沖寬度e對應的電壓。而且，由于求出的電壓是對輸 入端子施加的電壓，因此確定與其對應的額定電壓。例如，若求出的電壓 為DC111V，則將額定電壓確定為DC110V。在ST8中，執(zhí)行整定處理26， 將已確定的額定電壓與從脈沖控制部7b接收到的脈沖寬度e—起存儲在存 儲部6。
如上所述，根據(jù)本實施方式2，由于僅對任意的第l輸入端子和第2 輸入端子之間施加預定的額定電壓，就能夠自動地設定該額定電壓和對于 該額定電壓的脈沖寬度，因此相比實施方式1能夠高效地對額定電壓和對 于該額定電壓的脈沖寬度進行設定。
實施方式3
圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的數(shù)字信號輸入裝置的結構的方框圖。 此外，圖9中，對與圖l(實施方式l)所示的構成要素相同或同等的構成要 素附加同一標號。這里，以與本實施方式3相關的部分為中心進行說明。
如圖9所示，本實施方式3的數(shù)字信號輸入裝置lc在圖l(實施方式1)所示的結構中，設置CPU5c來代替CPU5a，設置脈沖控制部7c來代替脈 沖控制部7a。在CPU5c中追加脈沖寬度調整處理28。
本實施方式3中示出的情況是，對于構成限流用電阻器11或RC濾波 器的電容器12a、電阻器12b的個體誤差、以及由穩(wěn)壓二極管13或絕緣用 光耦合器14的長年變化所引起的檢測電平的波動，進行脈沖寬度的調整來 應對。
CPU5c除正常運行模式之外，還具有出廠前進行上述的脈沖寬度的調 整用的脈沖寬度調整模式。所追加的脈沖寬度調整處理28在脈沖寬度調整 模式時執(zhí)行。
脈沖控制部7c在從CPU5c輸入脈沖寬度調整模式指令f的期間內(nèi)，根 據(jù)從CPU5c輸入的脈沖寬度調整指令g，對以固定周期T輸出的脈沖信號 b的脈沖寬度進行增減變化的調整。
關于由脈沖控制部7c輸出的脈沖信號b的脈沖寬度的調整，原理上是 將對任意的第1輸入端子和第2輸入端子之間施加預定的額定電壓后、直 到信號接收部16輸出某邏輯值的數(shù)字信號為止所需的實測時間和理論時間 之差加以比較來進行的，理論時間是與施加的額定電壓對應的已知的時間， 還可推出對應的邏輯值。
因而，實際上根據(jù)所得到的邏輯值(實測值)和預定的邏輯值(理論值)是 否一致來判斷是否需要進行脈沖寬度調整。此時，在實測時間和理論時間 之間存在差值的情況下，其大小關系具有實測時間<理論時間的情況和實測 時間>理論時間的情況。對于由脈沖控制部7c輸出的脈沖信號b的脈沖寬 度，在實測時間<理論時間時進行縮短的調整，在實測時間>理論時間時進 行加長的調整。
而且，對于脈沖寬度調整中使用的輸入至數(shù)字信號輸入裝置的直流電 壓，例如直流電源E如圖9所示采用使串聯(lián)連接的2個電源的中點接地的 方式的情況下要求的必須檢測出作為"有電壓輸入""無電壓輸入"的電壓。
艮P，額定電壓為DC220V時的要求事項如下在DC176V DC286V的 電壓范圍時檢測出作為"有電壓輸入"，在DC286X1/2"143V以下時必須檢測出作為"無電壓輸入"。此情況下，由于DC143V是必須檢測出作
為"無電壓輸入"的最大電壓，因此將其稱為"最大非檢測電壓"。另外，
由于DC176V是必須檢測出作為"有電壓輸入"的最小電壓，因此將其稱 為"最小檢測電壓"，來區(qū)別兩者。
此外，必須檢測出作為"無電壓輸入"的情況相當于所述的"實測時 間<理論時間"的情況，將不能檢測出作為"無電壓輸入"而檢測出作為"有 電壓輸入"的情況稱為"誤檢測"。另外，必須檢測出作為"有電壓輸入" 的情況相當于所述的"實測時間>理論時間"的情況，將不能檢測出作為 "有電壓輸入"而檢測出作為"無電壓輸入"的情況稱為"誤不檢測"， 來區(qū)別兩者。
對于這些方面，額定電壓為DC110V的情況也相同。即，由于額定電 壓為DC110V時的要求事項如下在DC88V DC143V的電壓范圍時檢測 出作為"有電壓輸入"，在DC143X1/2&72V以下時必須檢測出作為"無 電壓輸入"，因此最大非檢測電壓成為DC72V，最小檢測電壓成為DC88V。
因而，本實施方式3的脈沖寬度的調整動作中，對于脈沖寬度調整中 使用的輸入至數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓，具有(l)采用最大非檢測電 壓的情況；(2)采用最小檢測電壓的情況；(3)采用最大非檢測電壓和最小檢 測電壓的兩者的情況。下面，參照圖10 圖15，按此順序說明本實施方式 3的脈沖寬度的調整動作。
(1)圖IO是說明對輸入至圖9所示的數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓采 用最大非檢測電壓時的脈沖寬度的調整動作的時序圖。圖10中，示出將額 定電壓為DC220時的最大非檢測電壓二DC143V作為直流電壓的動作例。
圖10中，將額定電壓為DC220V時的DC143V作為最大非檢測電壓， 施加在任意的第l輸入端子和第2輸入端子之間(圖10(1))。 CPU5c在變?yōu)?脈沖寬度調整模式時，對脈沖控制部7c通知脈沖寬度調整模式指令f、和 包括脈沖寬度調整用所確定的校正脈沖寬度的脈沖寬度調整指令g，并使脈 沖控制部7c輸出使用校正脈沖寬度的固定周期T的脈沖信號b。
校正脈沖寬度成為當輸入的直流電壓VI為例如DC80V時RC濾波器 12的充電電壓V2達到檢測電平VD所需的時間寬度。例如如圖10(2)所示，考慮如下情況該校正脈沖寬度時的RC濾波器12的充電電壓V2沿相比
用虛線表示的理想值曲線30上升得要快的用實線表示的實測值曲線31上 升，RC濾波器12的充電電壓V2達到檢測電平VD的實測時間相比理論時 間變短。
此時，由于信號接收部16鎖存的數(shù)字信號的邏輯值在理論上雖然應為 邏輯值"0"，但實際上為邏輯值"1"，因此CPU5c的信號讀取處理25 不能檢測出"無電壓輸入"，判定為輸入誤檢測(圖10(4))。
因此，在CPU5c的脈沖寬度調整處理28中，對脈沖控制部7c通知使 脈沖寬度縮短的脈沖寬度調整指令g，并再次轉移到能否檢測出"無電壓輸 入"的確認處理。脈沖控制部7c接收脈沖寬度調整指令g，輸出使用了將 校正脈沖寬度僅縮短1個調整寬度后的脈沖寬度的脈沖信號b。
在CPU5c的脈沖寬度調整處理28中，對于使脈沖寬度縮短的脈沖寬 度調整指令g重復進行通知，直到能夠確認檢測出"無電壓輸入"為止。 脈沖控制部7c每接收一次脈沖寬度調整指令g，就將脈沖寬度每次縮短1 個調整寬度(圖10(3))。該過程中，CPU5c能夠確認檢測出"無電壓輸入" 時，將由目前為止己通知的脈沖寬度調整指令g的內(nèi)容所得到的確認檢測 出"無電壓輸入"時的脈沖寬度存儲在存儲部6。然后，CPU5c取消對脈 沖控制部7c指示的脈沖寬度調整模式指令f，作為結束處理。
此外，CPU5c能夠確認檢測出"無電壓輸入"時，也可對脈沖控制部 7c通知處理結束，并從脈沖控制部7c中取得此時的脈沖寬度，存儲在存儲 部6。
(2)圖11是說明對輸入至圖9所示的數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓采 用最小檢測電壓時的脈沖寬度的調整動作的時序圖。圖11中，示出將額定 電壓為DC220時的最小檢測電壓二DC176V作為直流電壓的動作例。
圖11中，將額定電壓為DC220V時的DC176V作為最小檢測電壓，施 加在任意的第l輸入端子和第2輸入端子之間(圖ll(l))。 CPU5c在變?yōu)槊} 沖寬度調整模式時，對脈沖控制部7c通知脈沖寬度調整模式指令f、和包 括脈沖寬度調整用所確定的校正脈沖寬度的脈沖寬度調整指令g，并使脈沖 控制部7c輸出使用校正脈沖寬度的固定周期T的脈沖信號b。校正脈沖寬度成為當輸入的直流電壓VI為例如DC80V時RC濾波器 12的充電電壓V2達到檢測電平VD所需的時間寬度。例如如圖11(2)所示， 考慮如下情況該校正脈沖寬度時的RC濾波器12的充電電壓V2沿相比 用虛線表示的理想值曲線32上升得要慢的用實線表示的實測值曲線33上 升，RC濾波器12的充電電壓V2達到檢測電平VD的實測時間相比理論時 間變長。
此時，由于信號接收部16鎖存的數(shù)字信號的邏輯值在理論上雖然應為 邏輯值"1"，但實際上為邏輯值"0"，因此CPU5c的信號讀取處理25 不能檢測出"有電壓輸入"，判定為輸入誤不檢測(圖11(4))。
因此，在CPU5c的脈沖寬度調整處理28中，對脈沖控制部7c通知使 脈沖寬度加長的脈沖寬度調整指令g，并再次轉移到能否檢測出"有電壓輸 入"的確認處理。脈沖控制部7c接收脈沖寬度調整指令g，輸出使用了將 校正脈沖寬度僅加長1個調整寬度后的脈沖寬度的脈沖信號b。
在CPU5c的脈沖寬度調整處理28中，重復進行脈沖寬度調整指令g 的輸出，直到能夠確認檢測出"有電壓輸入"為止。脈沖控制部7c每接收 一次脈沖寬度調整指令g，就將脈沖寬度每次加長1個調整寬度(圖11(3))。 該過程中，CPU5c能夠確認檢測出"有電壓輸入"時，將由目前為止已通 知的脈沖寬度調整指令g的內(nèi)容所得到的確認檢測出"有電壓輸入"時的 脈沖寬度存儲在存儲部6。然后，CPU5c取消對脈沖控制部7c指示的脈沖
寬度調整模式指令f，作為結束處理。
此外，CPU5c能夠確認檢測出"有電壓輸入"時，也可對脈沖控制部 7c通知處理結束，并從脈沖控制部7c中取得此時的脈沖寬度，存儲在存儲 部6。
(3)圖12和圖13是說明對輸入至圖9所示的數(shù)字信號輸入裝置的直流 電壓采用最大非檢測電壓和最小檢測電壓的兩者時的脈沖寬度的調整動作 的流程圖。
圖12中，CPU5c在變?yōu)槊}沖寬度調整模式時，對脈沖控制部7c輸出 脈沖寬度調整模式指令f(ST21)，并選擇脈沖寬度調整對象額定電壓(ST22)。 這里，對先輸入最大非檢測電壓、后輸入最小檢測電壓的情況進行說明。選擇作為先輸入最大非檢測電壓時，首先，判斷該最大非檢測電壓是
否超過檢測電平VD(ST23)。其結果，當最大非檢測電壓未超過檢測電平 VD時(ST23:否)，將對于該最大非檢測電壓的脈沖寬度A假設成與脈沖控 制部7c的振蕩周期(脈沖周期T)相當?shù)臅r間寬度(ST24)，并進入ST34。在 ST34中，CPU5c暫時存儲已假設的脈沖寬度A。然后，CPU5c進入圖13
所示的使用最小檢測電壓的脈沖寬度調整處理。
另外，ST23中的判斷結果為最大非檢測電壓超過檢測電平VD時 (ST23:是)，將最大非檢測電壓施加在作為任意的輸入端子的、例如第l 輸入端子1 一 1和第2輸入端子之間(ST25)，并對脈沖控制部7c通知包括校 正脈沖寬度的脈沖寬度調整指令g(ST26)，并監(jiān)視從緩沖電路4中讀出表示 "無電壓輸入"的邏輯值"0"的數(shù)字信號(ST27)。
當ST27中的監(jiān)視結果為能從緩沖電路4中讀出邏輯值"0"的數(shù)字信 號時(ST28:是)，確認輸入最大非檢測電壓時的脈沖寬度控制中使用的標 記A的狀態(tài)(ST32)。由于標記A在初始未被設置成ON(ST32:否)，因此對 脈沖控制部7c通知將校正脈沖寬度僅加長1個調整寬度的脈沖寬度調整指 令g(ST33)，并返回到之前的ST27。
當ST27中的監(jiān)視結果為第2次從緩沖電路4中讀出的數(shù)字信號的邏輯 值也是"0"時(ST28:是)，由于標記A這次也不是ON(ST32:否)，因此 對脈沖控制部7c通知將之前已加長的脈沖寬度僅加長1個調整寬度的脈沖 寬度調整指令g(ST33)，并返回到之前的ST27。以后，在從緩沖電路4中 讀出邏輯值"0"的數(shù)字信號的期間(ST28:是)，重復ST33的處理，進行 將脈沖寬度每次加長1個調整寬度的調整處理動作。
然后，當不能從緩沖電路4中讀出邏輯值"0"的數(shù)字信號時(ST28: 否)，對脈沖控制部7c通知將之前從校正脈沖寬度每次加長1個調整寬度的 脈沖寬度僅縮短1個調整寬度的脈沖寬度調整指令g(ST29)，并確認標記A 的狀態(tài)(ST30)。由于標記A不是ON(ST30:否)，因此將標記A設置成 ON(ST31)，并返回到ST27。
當ST27中的監(jiān)視結果為從緩沖電路4中讀出的數(shù)字信號的邏輯值也不 是"0"時(ST28:否)，對脈沖控制部7c通知將之前已縮短的脈沖寬度僅縮短l個調整寬度的脈沖寬度調整指令g(ST29)，并確認標記A的狀態(tài)(ST30)。 由于標記A這次被設置成ON(ST30:是)，因此直接返回到之前的ST27。 以后，在直到從緩沖電路讀出邏輯值"0"的數(shù)字信號為止的期間(ST28: 否)，重復ST29的處理，進行將脈沖寬度每次縮短1個調整寬度的調整處 理動作。
然后，當從緩沖電路4中讀出邏輯值"0"的數(shù)字信號時(ST28:是)， 確認標記A的狀態(tài)(ST32)。由于標記A被設置成ON(ST32:是)，因此進入 ST34。在ST34中，CPU5c將從校正脈沖寬度暫時每次加長1個調整寬度 并在此后每次縮短1個調整寬度來進行調整后的、對于最大非檢測電壓的 脈沖寬度A暫時進行存儲。然后，CPU5c進入圖13所示的使用最小檢測 電壓的脈沖寬度調整處理。
圖13中，CPU5c將最小檢測電壓施加在第1輸入端子l一l和第2輸 入端子2之間(ST35)，對脈沖控制部7c通知包括校正脈沖寬度的脈沖寬度 調整指令g(ST36)。脈沖控制部7c將之前己使用的脈沖寬度復位，開始進 行使用這次所指示的校正脈沖寬度的脈沖振蕩動作。
CPU5c監(jiān)視從緩沖電路4中讀出表示"有電壓輸入"的邏輯值"l"的 數(shù)字信號(ST37)。當ST37中的監(jiān)視結果為從緩沖電路4中讀出的數(shù)字信號 的邏輯值不是"1"時(ST38:否)，對脈沖控制部7c通知將校正脈沖寬度僅 加長1個調整寬度的脈沖寬度調整指令g(ST39)，并確認輸入最小檢測電壓 時的脈沖寬度調整控制中使用的標記B的狀態(tài)(ST40)。由于標記B在初始 未被設置成ON(ST40:否)，因此將標記B設置成ON(ST41)，并返回到之 前的ST37。
當ST37中的監(jiān)視結果為第2次從緩沖電路4中讀出的數(shù)字信號的邏輯 值也不是"1"時(ST38:否)，對脈沖控制部7c通知將之前已加長的脈沖寬 度僅加長1個調整寬度的脈沖寬度調整指令g(ST39)，并確認標記B的狀態(tài) (ST40)。由于標記B這次被設置成ON(ST40:是)，因此直接返回到之前的 ST37。以后，在直到從緩沖電路4中讀出邏輯值"1"的數(shù)字信號為止的期 間(ST38:否)，重復ST39的處理，進行將脈沖寬度每次加長1個調整寬度 的調整處理動作。另外，當剛在ST36中對脈沖控制部7c設定校正脈沖寬度之后的ST37 中的監(jiān)視結果為能從緩沖電路4中讀出邏輯值"1"的數(shù)字信號時(ST38: 是)，確認標記B的狀態(tài)(ST42)。由于標記B在初始未被設置成ON(ST42: 否)，因此對脈沖控制部7c通知將校正脈沖寬度僅縮短1個調整寬度的脈沖 寬度調整指令g(ST43)，并返回到之前的ST37。
當ST37中的監(jiān)視結果為第2次從緩沖電路4中讀出的數(shù)字信號的數(shù)字 信號邏輯值也是"1"時(ST38:是)，由于標記B這次也不是ON(ST42:否)， 因此對脈沖控制部7c通知將之前已縮短的脈沖寬度僅縮短1個調整寬度的 脈沖寬度調整指令g(ST43)，并返回到之前的ST37。以后，在從緩沖電路4 中讀出邏輯值"1"的數(shù)字信號的期間(ST38:是)，重復ST43的處理，進 行將脈沖寬度每次縮短1個調整寬度的調整處理動作。
然后，當不能從緩沖電路4中讀出邏輯值"1"的數(shù)字信號時(ST38: 否)，對脈沖控制部7c通知將之前從校正脈沖寬度每次縮短1個調整寬度的 脈沖寬度僅加長1個調整寬度的脈沖寬度調整指令g(ST39)，由于標記B不 是ON(ST40:否)，因此將標記B設置成ON(ST41)，并返回到ST37。以后， 在不能從緩沖電路4中讀出邏輯值"1"的數(shù)字信號的期間(ST38:否)，重 復S39的處理，進行將脈沖寬度每次加長1個脈沖寬度的調整處理動作。
其結果，當從緩沖電路4中讀出邏輯值"1"的數(shù)字信號時(ST38:是)， 確認標記B的狀態(tài)(ST42)。由于標記B被設置成ON(ST42:是)，因此CPU5c 將從校正脈沖寬度暫時每次縮短1個調整寬度并在此后每次加長1個調整 寬度來進行調整后的、對于最小檢測電壓的脈沖寬度B暫時進行存儲 (ST44)，并進入ST45。
在ST45中，CPU5c在假設成脈沖控制部7c的振蕩周期(l個脈沖周期 T)的脈沖寬度A和調整后得到的脈沖寬度B之間、或調整后得到的脈沖寬 度A和脈沖寬度B之間，決定脈沖寬度，并存儲在存儲部6。此外，作為 簡單的決定方法，具有下述方法等在以上說明的例子中，由于脈沖寬度 A〉脈沖寬度B，因此例如進行脈沖寬度B + (脈沖寬度A —脈沖寬度B)/2的 運算，將脈沖寬度決定成為(脈沖寬度A+脈沖寬度B)/2。然后，CPU5c取 消對脈沖控制部7c通知的脈沖寬度調整模式指令f，作為本程序的結束處理。
接著，參照圖14和圖15，舉出具體例子對以上說明的處理程序所得到 的2種脈沖寬度的取得動作進行說明。此外，圖14是說明在圖12和圖13 中假設成脈沖控制部7c的振蕩周期T的脈沖寬度A和調整后得到的脈沖寬 度B之間決定脈沖寬度的動作的時序圖。圖15是說明在圖12和圖13中調 整后得到的脈沖寬度A和脈沖寬度B之間決定脈沖寬度的動作的時序圖。
圖14中，示出額定電壓為DC110V時的動作例。此時的最大非檢測電 壓是DC72V，最小檢測電壓是DC88V。而且，如圖14所示，檢測電平VD 采用例如V1二80V。
首先，輸入最大非檢測電壓(DC72V)作為直流電壓，即使由脈沖控制部 7c輸出固定周期T的脈沖信號b，由于最大非檢測電壓(DC72V)在檢測電 平VD(DC80V)以下，因此如圖14(1)所示的充電特性曲線35那樣，可知RC 濾波器12的端子電壓V2在1個脈沖周期T的期間內(nèi)也不會超過檢測電平 VD(DC80V)。
因此，在圖12的ST22中，實際不進行動作，對輸入的最大非檢測電 壓和檢測電平VD的大小關系進行比較，在最大非檢測電壓<檢測電平VD 時，在圖12的ST23中，將與脈沖控制部7c的振蕩周期(l個脈沖周期T) 相當?shù)臅r間寬度假設成為輸入最大非檢測電壓(DC72V)時的脈沖寬度A(圖 14(2))。
接著，輸入最小檢測電壓(DC88V)作為直流電壓VI，使脈沖控制部7c 輸出固定周期T的脈沖信號b時(ST35、 ST36)，由于最小檢測電壓>檢測電 平VD，因此如圖14(1)所示的充電特性曲線34那樣，發(fā)生RC濾波器12 的端子電壓V2在1個脈沖周期T的期間內(nèi)超過檢測電平VD(DC80V)的情況。
因此，為找出充電特性曲線34和檢測電平VD的交點，使脈沖控制部 7c進行將脈沖寬度每次加長1個調整寬度的處理(ST37 ST38 ST39 ST40 ST41 ST37)，直到充電特性曲線34超過檢測電平VD為止(ST38: 否)。然后，當充電特性曲線34超過檢測電平VD時(ST38:是)，這次使脈 沖控制部7c進行將脈沖寬度每次縮短1個調整寬度的處理(ST43 ST37 ST38 ST43)。由此，當充電特性曲線34低于檢測電平VD時(ST38:否)，
再次使脈沖控制部7c進行將脈沖寬度每次加長1個調整寬度的處理 (ST37 ST38 ST39 ST40 ST41 ST37)。該過程中當充電特性曲線34 超過檢測電平VD時(ST38:是)，由于標記B二ON(ST42:是)，因此將此 時使脈沖控制部7c輸出的脈沖寬度作為輸入最小檢測電壓(DC88V)時的脈 沖寬度B暫時進行存儲(圖14(3))。
然后，將額定電壓DC110V為直流電壓VI時的脈沖寬度決定成為例如 對脈沖寬度B加上(脈沖寬度A —脈沖寬度B)/2、艮卩(A + B)/2(圖14(4))。
另外，圖15中，示出額定電壓為DC220V時的動作例。此時的最大非 檢測電壓是DC143V。最小檢測電壓是DC176V。而且，如圖15所示，檢 測電平VD采用例如V1二80V。
首先，由于最大非檢測電壓〉檢測電平VD(ST23:是)，因此輸入最大 非檢測電壓(DC143V)作為直流電壓VI，使脈沖控制部7c輸出固定周期T 的脈沖信號b時(ST25、 ST26)，如圖15(1)所示的充電特性曲線37那樣， 會發(fā)生RC濾波器12的端子電壓V2在1個脈沖周期T的期間內(nèi)超過檢測 電平VD(DC80V)的情況。
因此，為找出充電特性曲線37和檢測電平VD的交點，使脈沖控制部 7c進行將脈沖寬度每次加長1個調整寬度的處理(ST33 ST27 ST28 ST32 ST33)，直到充電特性曲線37超過檢測電平VD為止(ST28:是)。 然后，當充電特性曲線37超過檢測電平VD時(ST28:否)，這次使脈沖控 制部7c進行將脈沖寬度每次縮短1個調整寬度的處理(ST29 ST30 ST31 ST27 ST28 ST29)。該過程中當充電特性曲線37低于檢測電平 VD時(ST28:是)，由于標記A = ON(ST32:是)，因此將此時使脈沖控制部 7c輸出的脈沖寬度作為輸入最大非檢測電壓(DC143V)時的脈沖寬度A暫時 進行存儲(圖15(2))。
接著，輸入最小檢測電壓(DC176V)作為直流電壓VI，使脈沖控制部 7c輸出固定周期T的脈沖信號b時(ST35、 ST36)，由于最小檢測電壓>檢 測電平VD，因此如圖15(1)所示的充電特性曲線36那樣，發(fā)生RC濾波器 12的端子電壓V2在1個脈沖周期T的期間內(nèi)超過檢測電平VD(DC80V)的情況。
因此，用與圖14中的輸入最小檢測電壓時相同的程序執(zhí)行找出充電特
性曲線36和檢測電平VD的交點的動作，在ST42中標記B = ON(ST42: 是)時，將此時使脈沖控制部7c輸出的脈沖寬度作為輸入最小檢測電壓 (DC176V)時的脈沖寬度B暫時進行存儲(圖15(3))。
然后，將額定電壓DC220V為直流電壓VI時的脈沖寬度決定成為例如 對脈沖寬度B加上(脈沖寬度A—脈沖寬度B)/2、艮卩(A + B)/2(圖15(4))。
如上所述，根據(jù)本實施方式3，即使由于限流用電阻器11或RC濾波 器12、穩(wěn)壓二極管13、絕緣用光耦合器14的各特性誤差和長年老化，導 致RC濾波器12的充放電電壓電平或檢測電平發(fā)生波動，但由于具有能夠 得到并重新設定對此問題較合適的脈沖寬度的脈沖寬度調整功能，因此能 夠防止發(fā)生誤檢測或誤不檢測。
此外，雖然實施方式3中是以額定電壓為DC220V或DC110V的情況 為例進行說明的，但由于最大非檢測電壓及最小檢測電壓或動作區(qū)域實際 上是根據(jù)電力站的規(guī)格或客戶的要求所決定的，因此有的情況與上述取值 不同。另外，雖然說明了公用最大非檢測電壓和最小檢測電壓、即公用2 種額定電壓的情況，但也可公用3種以上的額定電壓。
另外，雖然實施方式1 3中說明了電力領域中的輸入多種直流控制電 壓的情況，但本發(fā)明不限于此，對不使電源中點接地的情況、或處理一般 的交流信號的輸入的序列發(fā)生器、或可編程控制器的領域，本發(fā)明也都可 同樣適用。
工業(yè)上的實用性
如上所述，本發(fā)明所涉及的數(shù)字信號輸入裝置及控制方法中，用同一 結構的輸入電路，能對多種輸入電壓進行發(fā)熱抑制，并且可用于將該多種 輸入電壓轉換成合適的數(shù)字信號并輸入，特別適合在變電站等電力站中使 用。
權利要求
1.一種數(shù)字信號輸入裝置，具有施加了直流電壓的第1輸入端子及第2輸入端子；在所述第1輸入端子和所述第2輸入端子之間連接的充電電路；及數(shù)字信號檢測部，該數(shù)字信號檢測部將與所述充電電路的充電電壓是否超出預定的檢測電平相對應的邏輯值的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出，其特征在于，具有脈沖控制部，該脈沖控制部使用所指定的脈沖寬度及脈沖周期來生成并輸出固定周期的脈沖信號；及開關元件，該開關元件設置在所述第1輸入端子或所述第2輸入端子和所述充電電路之間，并利用所述脈沖信號的脈沖寬度來控制對所述充電電路施加所述直流電壓的期間。
2. 如權利要求1所述的數(shù)字信號輸入裝置，其特征在于，具有 存儲部，該存儲部對于輸入至該數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓，預先存儲根據(jù)所述充電電路的時間常數(shù)和所述檢測電平的關系所求出的脈沖寬 度及脈沖周期；及動作管理部，該動作管理部將對于向所述第l輸入端子及第2輸入端 子間施加的所述直流電壓的脈沖寬度及脈沖周期從所述存儲部讀出并對所 述脈沖控制部提供。
3. —種數(shù)字信號輸入裝置，具有施加了直流電壓的第l輸入端子及 第2輸入端子；在所述第l輸入端子和所述第2輸入端子之間連接的充電 電路；及數(shù)字信號檢測部，該數(shù)字信號檢測部將與所述充電電路的充電電 壓是否超出預定的檢測電平相對應的邏輯值的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出， 其特征在于，具有脈沖控制部，該脈沖控制部接收電壓設定模式指令，進行將以固定周 期輸出的脈沖信號的脈沖寬度在各脈沖周期中每次加大單位寬度的處理， 并接收輸入檢測的通知，輸出在此之前剛調整處理后的脈沖寬度；開關元件，該開關元件設置在所述第1輸入端子或所述第2輸入端子 和所述充電電路之間，并利用所述脈沖信號的脈沖寬度來控制對所述充電電路施加所述直流電壓的期間；信號接收部，該信號接收部對以固定周期輸入的所述脈沖信號作出響 應而取入所述數(shù)字信號檢測部的輸出，并將其在1個脈沖周期的期間內(nèi)保 持；及動作管理部，該動作管理部在所述信號接收部保持預定的邏輯值的數(shù) 字信號時進行所述輸入檢測的通知，且根據(jù)所述充電電路的時間常數(shù)算出 與由所述脈沖控制部通知的脈沖寬度對應的電壓值，并將其存儲在存儲部。
4. 一種數(shù)字信號輸入裝置，具有施加了直流電壓的第1輸入端子及 第2輸入端子；在所述第l輸入端子和所述第2輸入端子之間連接的充電 電路；及數(shù)字信號檢測部，該數(shù)字信號檢測部將與所述充電電路的充電電 壓是否超出預定的檢測電平相對應的邏輯值的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出， 其特征在于，具有脈沖控制部，該脈沖控制部接收脈沖寬度調整模式指令，對按照脈沖 寬度調整指令、將以固定周期輸出的脈沖信號的脈沖寬度進行增減調整后的脈沖寬度進行輸出；開關元件，該開關元件設置在所述第1輸入端子或所述第2輸入端子 和所述充電電路之間，并利用所述脈沖信號的脈沖寬度來控制對所述充電 電路施加所述直流電壓的期間 ，信號接收部，該信號接收部對以固定周期輸入的所述脈沖信號作出響 應而取入所述數(shù)字信號檢測部的輸出，并將其在l個脈沖周期的期間內(nèi)保 持；及動作管理部，該動作管理部在所述信號接收部所保持的數(shù)字信號的邏 輯值對于向所述第1輸入端子及第2輸入端子間施加的所述直流電壓、不 是預定的邏輯值時，在所述信號接收部保持該預定的邏輯值的數(shù)字信號的 期間，重復對增減調整寬度進行指定的所述脈沖寬度調整指令，將能夠確 認表示預定的邏輯值的數(shù)字信號的所述保持時的脈沖寬度存儲在存儲部。
5. 如權利要求4所述的數(shù)字信號輸入裝置，其特征在于，所述動作管 理部在對于向所述第1輸入端子及第2輸入端子間施加的第1及第2直流 電壓進行調整后得到的第1及第2脈沖寬度之間決定脈沖寬度，并將其存儲在存儲部。
6. —種數(shù)字信號輸入裝置的控制方法，該數(shù)字信號輸入裝置具有施 加了直流電壓的第1輸入端子及第2輸入端子；在所述第1輸入端子和所 述第2輸入端子之間連接的充電電路；及數(shù)字信號檢測部，該數(shù)字信號檢 測部將與所述充電電路的充電電壓是否超出預定的檢測電平相對應的邏輯 值的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出，其特征在于，包含對于輸入至該數(shù)字信號輸入裝置的直流電壓、將根據(jù)所述充電電路的 時間常數(shù)和所述檢測電平的關系所求出的脈沖寬度及脈沖周期預先存儲在 存儲部的步驟；將對于向所述第1輸入端子及第2輸入端子間施加的所述直流電壓的 脈沖寬度及脈沖周期從所述存儲部讀出、生成并輸出固定周期的脈沖信號 的步驟；及利用所述脈沖信號的脈沖寬度來控制對所述充電電路施加所述直流電 壓的期間的步驟。
7. —種數(shù)字信號輸入裝置的控制方法，該數(shù)字信號輸入裝置具有施 加了直流電壓的第l輸入端子及第2輸入端子；在所述第l輸入端子和所 述第2輸入端子之間連接的充電電路；及數(shù)字信號檢測部，該數(shù)字信號檢 測部將與所述充電電路的充電電壓是否超出預定的檢測電平相對應的邏輯 值的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出，其特征在于，包含第1步驟，該第1步驟在電壓設定模式中，執(zhí)行將以固定周期輸出的 脈沖信號的脈沖寬度在各脈沖周期中每次加大單位寬度的處理，直到檢測 出預定的邏輯值的數(shù)字信號的輸入；第2步驟，該第2步驟利用所述脈沖信號的脈沖寬度來控制對所述充電電路施加所述直流電壓的期間；第3步驟，該第3步驟對所述脈沖信號作出響應而取入所述數(shù)字信號 檢測部的輸出，并將其在l個脈沖周期的期間內(nèi)保持；第4步驟，該第4步驟在利用所述第3步驟保持預定的邏輯值的數(shù)字 信號時，檢測所述輸入，得到利用所述第1步驟處理后的脈沖寬度；及第5步驟，該第5步驟根據(jù)所述充電電路的時間常數(shù)算出與利用所述第4步驟所得到的脈沖寬度對應的電壓值，并將其存儲在存儲部。
8. —種數(shù)字信號輸入裝置的控制方法，該數(shù)字信號輸入裝置具有施 加了直流電壓的第l輸入端子及第2輸入端子；在所述第l輸入端子和所 述第2輸入端子之間連接的充電電路；及數(shù)字信號檢測部，該數(shù)字信號檢 測部將與所述充電電路的充電電壓是否超出預定的檢測電平相對應的邏輯 值的數(shù)字信號對內(nèi)部電路輸出，其特征在于，包含第1步驟，該第1步驟在脈沖寬度調整模式中，對所述第l輸入端子 及第2輸入端子間施加預定的直流電壓，首先輸出包括校正脈沖寬度的指 定的脈沖寬度調整指令；第2步驟，該第2步驟對按照所述脈沖寬度調整指令、將以固定周期 輸出的脈沖信號的脈沖寬度進行增減調整后的脈沖寬度進行輸出；第3步驟，該第3步驟利用所述脈沖信號的脈沖寬度來控制對所述充 電電路施加所述直流電壓的期間；第4步驟，該第4步驟對所述脈沖信號作出響應而取入所述數(shù)字信號 檢測部的輸出，并將其在l個脈沖周期的期間內(nèi)保持；第5步驟，第5步驟判斷利用所述第3步驟所保持的數(shù)字信號的邏輯 值是否為預定的邏輯值；及第6步驟，該第6步驟在所述第5步驟的判斷結果為不是預定的邏輯 值時，在利用所述第4步驟保持該預定的邏輯值的數(shù)字信號的期間，對于 所述校正脈沖寬度重復對增減調整寬度進行指定的所述脈沖寬度調整指 令，將能夠確認預定的邏輯值的數(shù)字信號的保持時的脈沖寬度存儲在存儲 部。
9. 如權利要求8所述的數(shù)字信號輸入裝置的控制方法，其特征在于， 所述預定的直流電壓包含第1直流電壓和第2直流電壓， 所述第6步驟中，在對于所述第1直流電壓進行調整后得到的第l脈沖寬度和對于所述第2直流電壓進行調整后得到的第2脈沖寬度之間決定 脈沖寬度，并將其存儲在存儲部。
全文摘要
本發(fā)明得到用同一結構的輸入電路、能對多種輸入電壓進行發(fā)熱抑制、并且能夠將該多種輸入電壓轉換成合適的數(shù)字信號的數(shù)字信號輸入裝置及控制方法。該數(shù)字信號輸入裝置具有脈沖控制部7a，該脈沖控制部7a使用所指定的脈沖寬度及脈沖周期來輸出固定周期的脈沖信號；及開關元件8，該開關元件8進行控制，將對輸入端子施加的直流電壓僅在脈沖控制部7a所輸出的脈沖信號的脈沖寬度的期間內(nèi)對RC電路12提供。所指定的脈沖寬度可根據(jù)限流用電阻器11及RC電路12的串聯(lián)電路中的時間常數(shù)和預定的檢測電平之間的關系求出，在所施加的直流電壓高時變短，在低時變長，以這樣的方式來確定。
文檔編號H03K5/00GK101562439SQ20081018681
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權日2008年4月14日
發(fā)明者尾田重遠, 松本智義 申請人:三菱電機株式會社