MultifunctionI/Oの基本について解説します。

I/Oボード

MultifunctionI/Oを理解するには、一般的なI/Oボードを理解する必要があります。コンピュータの標準I/O(入出力)機能は、サウンドやビデオアウトプット、キーボードやポインティンデバイスなどですが、様々なFA分野に応用するには、センサやモータなど、イレギュラーで多種多様な外部機器を接続しなければなりません。このような外部機器を接続するためのアダプタの役割を担うのがI/Oボードです。I/Oボードは、USB、PCIバス、PCI-Expressバス、Ethernet(LAN)などを通じてコンピュータに接続します。I/Oボートは、扱う信号によって主に以下の6タイプに分類されます。
  

DIボード(デジタルインプット)

スイッチやリレーをはじめとする、デジタル信号=0/1の状態を入力するI/Oボード。0/1の状態とは、例えば、異常と正常、満タンと残量あり、制御受付可能と不可能など、目的に応じ0/1に任意の状態を割り付ける。
  

DOボード(デジタルアウトプット)

デジタル信号すなわち、0/1状態を出力するI/Oボードです。パトライトを鳴らしたり、リレーを駆動したり、デジタル入力を持つ装置をハンドリングします。
  

アナログ入力ボード(A/Dボード、AIボード)

センサや制御装置など、アナログ状態(物理量)を入力するI/Oボードです。一般にセンサのアナログ信号は線形ではなかったり(物理量と出力電圧が比例しない)、信号が小さかったりするので、アンプ(センサアンプとか、信号変換器と呼ばれる)を通すのが一般的で、アナログ入力ボードは数ボルトの比較的大きな電圧を扱います。
  

アナログ出力ボード(D/Aボード、AOボード)

アナログ電圧で出力するI/Oボードです。例えば、ライト制御信号やブザー音量(音響信号)、各種波形出力などがこれにあたります。
  

カウンターボード

物理的な構造はDIボードと同じです。カウンタボードは、0⇒1、1⇒0への変化(パルス)する数を数えます。流量計や雨量計は1パルスあたりの物理量が決まっており、パルス数を数えることで積算値を求めます。またモータやエンジンなどの回転数や回転方向を検出するセンサ(ロータリーエンコーダー)は、パルス数や、パルスの時間差で回転数や回転方向を表します。
  

PWMボード

物理的な構造はDOボードと同じです。但しPWMボードは、デジタルでありながら、アナログ量を出力できるのです。これは0/1を高速で繰り返し出力しながら、0/1の比率(デューティー)を変えることでアナログ量を擬似出力仕組みです。例えば0と1が50%つづなら0.5、0が25%、1が75%なら0.75というように、1の割合がアナログ量に相当します。モータの出力や、照明の輝度などのように応答の遅い制御対象は、アナログ出力ボードを使わず、このような制御をすることが多いのです。
  

MultifunctionI/O

このようにI/Oボードは、様々なタイプがあるので、目的のI/Oが複数必要だった場合、沢山のI/OボードをPCに搭載する必要があります。このためFAでは、一般的なPCを使うことはまれで、産業用PCと呼ばれる、拡張性の高いPCが必要でした。産業用PCは高額で、納期が長く、FA分野へのローコストPCの導入のハードルでした。一方でDELLやHPなど激安のPCが出現し、こうしたPCをFA用途に使うことが切望されていました。そこで弊社は上の6機能を統合した、MultifunctionI/Oボードを開発し、世に送り出しました。これまで部分的に機能を複合したI/Oボードは存在しましたが、上記6機能全てを統合したボードは存在しませんでした。しかも性能はアナログ入力ボード単体を上回り、価格はアナログ入力ボード単体とほぼ同等に抑えました。さらに従来は、高速の計測は短時間しか計測できませんでしたが、MultifunctionI/Oはリングバッファと呼ばれるメカニズムで、高速の計測を半永久的に繰返すことができるようになりました。

1.jpg

センサーアンプ(信号変換器)

アナログ入力ボードの項目で説明したとおり、I/Oボードは比較的大きな電圧を受けるので、従来はセンサの信号をI/Oボードで扱えるレベルまで増幅するセンサアンプ(信号変換器)が不可欠でした。主な信号の規格としては以下のようなものがあり、それぞれにセンサアンプが必要です。
  

微小電圧系温度センサ

熱電対K、熱電対J、熱電対E、熱電対T、熱電対R、熱電対S、熱電対N、熱電対Bなど様々ある。
  

抵抗変化温度センサ

白金測温抵抗体Pt100、白金測温抵抗体JPt100、サーミスタ
  

抵抗変化圧力・偏移センサ

ロードセル、ストレーンゲージ各種(数百Ω~数KΩと沢山の種類がある)
  

Phセンサ(ガラス電極)

高インピーダンスの微小電圧(温度校正必要)
  

ガスセンサ(一酸化炭素、酸素、硫化水素、水素など)

高インピーダンスの微小電圧
  

汎用の電流インターフェース

4-20mA電流伝送、0-20mA電流伝送
  

汎用の電圧インターフェース(これらは信号変換器不要)

4-20mA電流伝送、1-5V、±10V、±1Vなど
  

MultifunctionI/Oにプログラマブル信号調節器を搭載

2004年に登場した、Ethernet用のMultifunctionI/Oである、ADR42は、8点のアナログ入力を有し、1点ごとに熱電対K-J-E-T-R-S-N-B、白金測温抵抗体Pt100-JPt100、4-20mA、0-20mA、±10mV(微小電圧)、±100mV(微小電圧)、±1V、±10Vをソフトウェアで設定できるようになっています。つまり全く異なる信号変換器を、特別な仕組みで共通化させて搭載しているのですが、回路はシンプルで低コストでした。これで様々な信号変換器を外付けする必要がなくなり、システムの小型化・低コスト化・消力化・フレキシビリティなどが大幅に向上します。全ての信号変換器をカバーしているわけではないものの、大半は外付けの変換器なしで済むのです。現在、この延長にある機種はADXⅡ42FE-250K-EthernetおよびADXⅡ42B-2K-Ethernetです。

2.jpg