本發明涉及一種計測對稱重傳感器(loadcell)的負載的稱重傳感器輸入單元(loadcellinputunit)。

背景技術：

圖5是表示具備稱重傳感器10及稱重傳感器輸入單元930的現有的計量系統對負載的計測流程的圖。稱重傳感器10是將計量物的負載轉換為電信號的傳感器。從稱重傳感器10輸出的電信號(輸入信號)輸入至稱重傳感器輸入單元930。稱重傳感器輸入單元930基于輸入信號來算出重量或壓力，并將包含所算出的值的信息的輸出信號經由以太網控制自動化技術(ethernetforcontrolautomationtechnology，ethercat)耦合器(coupler)等而輸出至上位設備100(外部控制裝置)。

圖6是表示現有的計量系統900的結構的圖。如圖6所示，計量系統900的稱重傳感器10具備包含一個應變計rl1及三個電阻rl2～電阻rl4的惠斯通電橋(wheatstonebridge)電路。或者，稱重傳感器10也可具備兩個或四個應變計。從稱重傳感器輸入單元930對稱重傳感器10輸入輸入信號exc+、輸入信號exc-。向稱重傳感器10輸入的輸入信號exc+、輸入信號exc-的電壓通過電阻rl2～電阻rl4及應變計rl1而分壓。通過對稱重傳感器10施加負載，應變計rl1的電阻值將發生變化，電阻rl2～電阻rl4及應變計rl1的各分壓也發生變化。其結果是，從稱重傳感器10的兩個輸出端子輸出的電信號sig+、電信號sig-的電壓發生變化。

如圖6所示，稱重傳感器輸入單元930具備放大部931及負載計測部32。從稱重傳感器10向稱重傳感器輸入單元930輸入的輸入信號首先輸入至稱重傳感器輸入單元930的放大部931。放大部931對輸入信號進行放大。接下來，輸入信號輸入至負載計測部32。負載計測部32基于輸入信號來算出重量或壓力等的值。從稱重傳感器輸入單元930向計量系統900的后級即上位設備100(參照圖5)，輸出包含重量或壓力等計測值的信息的輸出信號。

如圖6所示，稱重傳感器10與稱重傳感器輸入單元930通過六根稱重傳感器連接纜線(cable)40而連接。稱重傳感器10的兩個輸入端子分別連接有兩根稱重傳感器連接纜線40。而且，稱重傳感器10的兩個輸出端子分別連接有一根稱重傳感器連接纜線40。與稱重傳感器10的兩個輸入端子連接的兩根稱重傳感器連接纜線40是用于向稱重傳感器10輸入輸入信號exc+、輸入信號exc-。通過與稱重傳感器10的兩個輸入端子連接的另兩根稱重傳感器連接纜線40，向稱重傳感器輸入單元930輸入電信號s+、電信號s-。而且，通過與稱重傳感器10的兩個輸出端子連接的兩根稱重傳感器連接纜線40，向稱重傳感器輸入單元930輸入電信號sig+及電信號sig-。稱重傳感器輸入單元930的負載計測部32基于電信號sig+、電信號sig-、電信號s+、電信號s-來算出重量或壓力等的值。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2014-153234號公報(2014年8月25日公開)

技術實現要素：

[發明所要解決的課題]

在圖6所示的稱重傳感器輸入單元930中，在稱重傳感器連接纜線40中的一根或多根發生斷線的情況下，對稱重傳感器輸入單元930的輸入信號的電壓會變化為與稱重傳感器連接纜線40未斷線時的電壓不同的值。其結果，稱重傳感器輸入單元930的負載計測部32無法基于輸入信號來正確地算出負載(重量或壓力)的值。此種情況下，用戶為了確定計量系統900的故障原因，必須實施計量系統900的故障查找(troubleshooting)。但是存在下述問題：實施計量系統900的故障查找需要巨大的時間，且用戶要耗費大的勞力。

本發明是有鑒于所述問題而完成，其目的在于提供一種能夠診斷稱重傳感器連接纜線的斷線有無的稱重傳感器輸入單元。

[解決課題的技術手段]

為了解決所述課題，本發明的稱重傳感器輸入單元對稱重傳感器計測負載，所述稱重傳感器輸入單元包括：兩個施加電壓輸入端子，輸入對所述稱重傳感器的施加電壓值；兩個輸出電壓輸入端子，輸入來自所述稱重傳感器的輸出電壓值；負載計測部，基于在所述施加電壓輸入端子及所述輸出電壓輸入端子中輸入的電壓值來計測所述負載；電壓施加部，對配線分別施加規定的電壓，所述配線將兩個所述施加電壓輸入端子及兩個所述輸出電壓輸入端子各自與所述負載計測部予以連接；模式切換部，基于來自外部的指示，使所述稱重傳感器輸入單元的模式在(i)計測所述負載的計測模式、與(ii)對連接所述稱重傳感器與所述稱重傳感器輸入單元的連接纜線的斷線進行探測的斷線探測模式之間切換；以及斷線判定部，當所述稱重傳感器輸入單元為所述斷線探測模式，且所述電壓施加部對所述配線施加規定電壓時，判定所述負載計測部所獲得的計測結果是否處于適當范圍內，從而判定所述連接纜線的斷線有無。

根據所述結構，在對配線施加電壓的狀態下，進行與負載的計測同等的計測，由此來判定連接纜線的斷線有無。因而，例如無須使用測試器(tester)等其他部件，便可探測連接纜線的斷線有無。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元中，所述適當范圍是所述連接纜線無斷線的狀態下的所述負載計測部的計測結果。

根據所述結構，能夠簡單地生成適當范圍的值，且能夠簡單地判定連接纜線的斷線有無。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元中，所述斷線判定部在安裝有所述稱重傳感器的對象物的運轉中且未對所述稱重傳感器給予負載的期間內，判定所述連接纜線的斷線有無。

根據所述結構，在所述對象物正在運轉但未對稱重傳感器施加負載的期間內，能夠判定連接纜線的斷線有無。因而，與僅在對象物不運轉的期間內進行斷線判定的結構相比，能夠提高進行斷線判定的頻率。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元中也可為，所述電壓施加部在所述稱重傳感器輸入單元為所述斷線探測模式的情況下，對所述配線施加所述規定的電壓，且在所述稱重傳感器輸入單元為所述計測模式的情況下，不對所述配線施加所述規定的電壓。

根據所述結構，在對稱重傳感器計測負載時，可將稱重傳感器輸入單元設為不對配線施加規定電壓的計測模式。在稱重傳感器輸入單元為計測模式的情況下，電流不會從配線經由電壓施加部而泄漏。因此，在計量對稱重傳感器的負載之前，外部控制裝置將稱重傳感器輸入單元預先切換為計測模式，由此，計量的精度提高。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元中也可為，所述模式切換部基于來自外部控制裝置的指示，使所述稱重傳感器輸入單元的模式在所述計測模式與所述斷線探測模式之間切換。

根據所述結構，外部控制裝置能夠對稱重傳感器輸入單元的模式切換進行控制。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元也可還包括：發送部，基于來自外部控制裝置的指示，將所述斷線判定部對斷線有無的判定結果發送至外部控制裝置。

根據所述結構，能夠將斷線有無的判定結果發送至外部控制裝置。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元也可還包括：存儲部，將所述斷線判定部對斷線有無的判定結果存儲為標記(flag)，所述存儲部可由外部控制裝置存取以讀取所述標記。

根據所述結構，外部控制裝置能夠通過讀取存儲部的標記，來確認連接纜線的斷線有無。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元也可還包括：輸入受理部，受理來自用戶的輸入，所述斷線判定部基于由所述輸入受理部所受理的來自用戶的指示，來進行斷線判定。

根據所述結構，能夠通過用戶操作來進行斷線判定，因此在用戶感到異常時，能夠立即確認斷線的有無。

而且，本發明的稱重傳感器輸入單元也可還包括：斷線告知部，當所述斷線判定部判定為所述連接纜線發生斷線時，告知所述連接纜線發生斷線的情況。

根據所述結構，用戶能夠通過告知而知曉連接纜線發生了斷線的情況，從而能夠采取修理等應對措施。

[發明的效果]

本發明能夠提供一種可診斷稱重傳感器連接纜線的斷線有無的稱重傳感器輸入單元。

附圖說明

圖1是實施方式1的計量系統的電路圖。

圖2是表示實施方式1的計量系統的結構的圖。

圖3(a)是表示六線式的計量系統的圖，圖3(b)是表示四線式的計量系統的圖。

圖4是表示實施方式2的計量系統的結構的圖。

圖5是表示具備稱重傳感器及稱重傳感器輸入單元的現有的計量系統對負載的計測流程的圖。

圖6是表示現有的計量系統的結構的圖。

附圖標記說明：

1、200、900：計量系統

10：稱重傳感器

30、230、930：稱重傳感器輸入單元

31、231、931：放大部

32：負載計測部

32a：a/d轉換部

32b：換算部

33：斷線判定部

34：通信部(發送部)

35：存儲部

36：輸入受理部

37：斷線告知部

38：模式切換部

40：稱重傳感器連接纜線(連接纜線)

100：上位設備(外部控制裝置)

211、311：電壓施加部

exc+、exc-：輸入信號

rl1：應變計

r8～r11、rl2～rl4：電阻

sig+、sig-、s+、s-：電信號

sw1～sw4：開關

v1～v4：參照電壓

具體實施方式

〔實施方式1〕

以下，使用圖1至圖3來詳細說明本發明的實施方式。

(計量系統1)

圖2是表示本實施方式的計量系統1的結構的圖。如圖2所示，計量系統1具備稱重傳感器10及稱重傳感器輸入單元30。稱重傳感器輸入單元30是由作為計量系統1的上位設備100的外部控制裝置的可編程邏輯控制器(programmablelogiccontroller，plc)進行控制。從稱重傳感器10輸出的電信號輸入至稱重傳感器輸入單元30。稱重傳感器輸入單元30基于從稱重傳感器10輸入的電信號，來計算計量物的負載。從稱重傳感器輸入單元30向上位設備100發送計量物的負載的計測值的信息。另外，稱重傳感器輸入單元30除了適用于計量系統1以外，例如還可適用于定量切出控制系統或壓入系統，所述定量切出控制系統是對原料的重量進行計測，并將規定重量的原料排出至容器的系統，所述壓入系統是一邊對其中一個零件施加規定的負載，一邊壓入至另一零件，從而將這兩個零件予以接合的系統。

稱重傳感器輸入單元30具有斷線探測模式與計測模式。如后所述，基于來自上位設備100等的指示，稱重傳感器輸入單元30從計測模式切換為斷線探測模式。稱重傳感器輸入單元30在為斷線探測模式的情況下，診斷稱重傳感器連接纜線40(連接纜線)(參照圖1)的斷線有無。另一方面，稱重傳感器輸入單元30在為計測模式的情況下，計測計量物的負載。即使在稱重傳感器10在線(online)運轉的期間內，只要處于未對稱重傳感器10施加負載的期間內，稱重傳感器輸入單元30便能夠診斷稱重傳感器連接纜線40的斷線有無而無須停止線。

(稱重傳感器輸入單元30)

圖1是本實施方式的計量系統1的電路圖。計量系統1包含稱重傳感器輸入單元30及稱重傳感器10。如圖1所示，本實施方式的稱重傳感器輸入單元30除了放大部31及負載計測部32以外，還具備斷線判定部33、通信部34(發送部)、存儲部35、輸入受理部36、斷線告知部37及模式切換部38。另外，稱重傳感器輸入單元30經由通信部34來與圖2所示的上位設備100進行通信連接。通信部34例如也可適合于ethercat協議(protocol)。

如圖1所示，稱重傳感器10與稱重傳感器輸入單元30是通過六根稱重傳感器連接纜線40連接。經由兩根稱重傳感器連接纜線40(以下稱作纜線exc+、纜線exc-)，從稱重傳感器輸入單元30向稱重傳感器10輸入輸入信號exc+、輸入信號exc-(施加電壓值)。而且，通過與稱重傳感器10的兩個輸入端子(施加電壓輸入端子)連接的兩根稱重傳感器連接纜線40(以下稱作纜線s+、纜線s-)，向稱重傳感器輸入單元30的放大部31輸入電信號s+、電信號s-。進而，通過與稱重傳感器10的兩個輸出端子(輸出電壓輸入端子)連接的兩根稱重傳感器連接纜線40(以下稱作纜線sig+、纜線sig-)，向稱重傳感器輸入單元30的放大部31輸入電信號sig+、電信號sig-(輸出電壓值)。稱重傳感器輸入單元30的負載計測部32基于電信號sig+、電信號sig-、電信號s+及電信號s-來算出計測物的負載。

放大部31除了圖6所示的放大部931的結構以外，還具備電壓施加部311。電壓施加部311相對于放大部31的運算放大器(operationalamplifier)而配置在靠近輸入的一側(放大部31與稱重傳感器連接纜線40連接的一側)。電壓施加部311在(i)計量系統1為斷線探測模式，且(ii)未對稱重傳感器10施加負載時，對放大部31的配線施加規定的電壓。而且，電壓施加部311具備開關(switch)sw1～開關sw4。在開關sw1～開關sw4導通(on)期間，從電壓施加部311對放大部31的配線施加電壓。當計量系統1為斷線探測模式時，開關sw1～開關sw4為導通(on)狀態。而且，當計量系統1為計測模式時，開關sw1～開關sw4為斷開(off)狀態。因此，在計測模式下，無電流流入電壓施加部311的配線。因此，稱重傳感器輸入單元30能夠在與不具備電壓施加部311的結構的相同條件下，計測對稱重傳感器10的負載。另外，開關sw1～開關sw4的導通/斷開(on/off)是通過模式切換部38來進行切換。

當稱重傳感器連接纜線40未發生斷線時，在從電壓施加部311向放大部31的配線施加電壓的情況下，電流從電壓施加部311流向稱重傳感器連接纜線40側及電阻r8～電阻r11側。另一方面，當稱重傳感器連接纜線40發生斷線時，在從電壓施加部311向放大部31的配線施加電壓的情況下，無電流流向稱重傳感器連接纜線40側，因此電流從電壓施加部311僅流向電阻r8～電阻r11側。因而，在稱重傳感器連接纜線40發生斷線的情況下，與稱重傳感器連接纜線40未發生斷線的情況相比，對電阻r8～電阻r11施加的參照電壓v1～參照電壓v4的值會發生變化。

斷線判定部33在(i)未對稱重傳感器10施加負載，且(ii)電壓施加部311對放大部31的配線施加電壓時，基于從放大部31輸出的參照電壓v1～參照電壓v4來判定六根稱重傳感器連接纜線40的斷線有無。更詳細而言，斷線判定部33首先分別確定參照電壓v1～參照電壓v4是異常值還是正常值(適當范圍內的值)。然后，斷線判定部33參照斷線診斷表(參照下表1)，基于表示異常值的參照電壓v1～參照電壓v4的組合來確定發生斷線的稱重傳感器連接纜線40。此處，所謂參照電壓v1～參照電壓v4的正常值，是指參照電壓v1～參照電壓v4為在六根稱重傳感器連接纜線40無斷線的情況下取得的值。而且，所謂參照電壓v1～參照電壓v4的異常值，是指偏離參照電壓v1～參照電壓v4的所述正常值(超過誤差范圍)的值。正常值的數據可被存儲在存儲部35中。上位設備100可對存儲于存儲部35中的數據進行存取。

<斷線診斷表>

表1

斷線判定部33基于稱重傳感器連接纜線40的斷線有無的診斷結果，來生成表示稱重傳感器連接纜線40的斷線有無的斷線狀態標記(statusflag)。并且，斷線判定部33將所生成的斷線狀態標記作為i/o數據而保存于存儲部35中。前述的上位設備100經由通信部34而在任意時機讀取稱重傳感器輸入單元30的存儲部35中存儲的斷線狀態標記，由此，能夠辨識稱重傳感器連接纜線40的斷線有無。

而且，在斷線判定部33判定稱重傳感器連接纜線40發生斷線的情況下，斷線告知部37也可告知稱重傳感器連接纜線40發生斷線的情況。斷線告知部37可通過例如警報(alarm)聲或燈(lamp)的點亮等來進行告知。

(模式的切換)

上位設備100將指示對稱重傳感器連接纜線40的斷線有無進行診斷的命令發送至稱重傳感器輸入單元30的模式切換部38。模式切換部38經由通信部34接收來自上位設備100的命令，使稱重傳感器輸入單元30切換為斷線探測模式。或者，在稱重傳感器輸入單元30的存儲部35中存儲有表示是否需要將稱重傳感器輸入單元30切換為斷線探測模式的模式切換標記的情況下，上位設備100也可經由通信部34來重寫該模式切換標記。該結構中，模式切換部38定期地參照存儲部35的模式切換標記。并且，在模式切換標記表示需要將稱重傳感器輸入單元30切換為斷線探測模式的情況下，模式切換部38將稱重傳感器輸入單元30切換為斷線探測模式。或者，模式切換部38也可基于針對輸入受理部36的用戶操作，來將稱重傳感器輸入單元30切換為斷線探測模式。

如上所述，稱重傳感器輸入單元30在根據來自上位設備100的命令或模式切換標記而切換為斷線探測模式時執行斷線診斷，因此可自診斷稱重傳感器連接纜線40的斷線有無而無須停止制造線的動作。

(計量系統1的變形例)

圖3(a)是表示六線式的計量系統的圖，圖3(b)是表示四線式的計量系統的圖。如圖3(a)所示，六線式的計量系統具備六根稱重傳感器連接纜線。圖1所示的計量系統1為六線式。六線式的計量系統中，使用電信號s+、電信號s-來代替輸入信號exc+、輸入信號exc-而算出負載。電信號s+、電信號s-的電壓比輸入信號exc+、輸入信號exc-的電壓更接近對稱重傳感器10的輸入端子實際施加的電壓。因此，六線式的計量系統具有能夠高精度且高穩定性地計測負載的優點。

另一方面，如圖3(b)所示，四線式的計量系統具備四根稱重傳感器連接纜線。四線式的計量系統中，稱重傳感器的兩個輸入端子分別與一根稱重傳感器連接纜線連接，稱重傳感器的兩個輸出端子也分別與一根稱重傳感器連接纜線連接。一變形例中，計量系統1如圖3(b)所示，也可為四線式。四線式的計量系統由于稱重傳感器連接纜線的根數少，因此具有稱重傳感器連接纜線產生斷線的可能性低的優點。

(斷線診斷表)

表1是表示斷線判定部33為了判定稱重傳感器連接纜線40的斷線有無而參照的斷線診斷表的例子的表。在表1所示的斷線診斷表中，正常值(即，任一稱重傳感器連接纜線均未發生斷線時的參照電壓v1～參照電壓v4的電壓)分別為v1＝2.336175、v2＝2.33618、v3＝5.1915、v4＝0.00。表1中，以斜線表示參照電壓v1～參照電壓v4的異常值。

如表1所示，當六根稱重傳感器連接纜線40中的僅纜線sig+發生斷線時，參照電壓v1呈現出異常值(5.375)。而且，當僅纜線sig-發生斷線時，參照電壓v2呈現出異常值(0.00)。當僅纜線s+發生斷線時，參照電壓v3呈現出異常值(0.00)。當僅纜線s-發生斷線時，參照電壓v4呈現出異常值(5.38)。當僅纜線exc+發生斷線時，參照電壓v1～參照電壓v3呈現出異常值。當僅纜線exc-發生斷線時，參照電壓v1～參照電壓v2、參照電壓v4呈現出異常值。如此，對應于發生斷線的稱重傳感器連接纜線40的組合，參照電壓v1～參照電壓v4中的至少一個呈現出異常值。另外，雖未圖示，但當兩根以上的稱重傳感器連接纜線40發生斷線時，參照電壓v1～參照電壓v4中的至少一個呈現出異常值。斷線判定部33參照表1所示的斷線診斷表。并且，當參照電壓v1～參照電壓v4呈現出異常值時，判定為稱重傳感器連接纜線40發生斷線。

如上所述，稱重傳感器輸入單元30在為斷線探測模式的情況下，自診斷因“啟動時的配線錯誤”或“運轉經過壓力(stress)”等引起的稱重傳感器連接纜線40的斷線有無。因此，能夠削減在計量系統1的啟動中或計量系統1的運轉中實施故障查找的次數。而且，稱重傳感器輸入單元30將斷線有無的診斷結果發送至上位設備100。上位設備100在從稱重傳感器輸入單元30收到稱重傳感器連接纜線40發生斷線這一診斷結果時，能夠通過警報聲或警告燈等來告知稱重傳感器連接纜線40發生斷線的情況。

〔實施方式2〕

對于本發明的另一實施方式，基于圖4來如以下那樣進行說明。另外，為了便于說明，對于與所述實施方式中說明的構件具有相同功能的構件，標注相同的符號并省略其說明。

所述實施方式1中，對稱重傳感器輸入單元30的電壓施加部311具備開關sw1～開關sw4的結構進行了說明。但是，在本發明中，電壓施加部的開關并非必要的。即，本發明的電壓施加部也可不具備開關。本實施方式中，對包含不具備開關的電壓施加部211的稱重傳感器輸入單元230的結構進行說明。根據本實施方式的結構，能夠簡化電壓施加部的結構。

圖4是本實施方式的計量系統200的電路圖。計量系統200的稱重傳感器輸入單元230具備放大部231來代替放大部31。另外，稱重傳感器輸入單元230的放大部231以外的結構與所述實施方式1的稱重傳感器輸入單元30的放大部31以外的結構相同。

放大部231除了圖6所示的放大部931的結構以外，還具備電壓施加部211。電壓施加部211的結構與所述實施方式1的電壓施加部311的結構的不同之處在于，不具備開關sw1～開關sw4。電壓施加部211相對于放大部231的運算放大器，而配置在接近輸入的一側(放大部231與稱重傳感器連接纜線40連接的一側)。電壓施加部211在未對稱重傳感器10施加負載時，對放大部231的配線施加規定的電壓。

當稱重傳感器連接纜線40未發生斷線時，在從電壓施加部211對放大部231的配線施加電壓的情況下，電流從電壓施加部211流向稱重傳感器連接纜線40側及電阻r8～電阻r11側。另一方面，當稱重傳感器連接纜線40發生斷線時，在從電壓施加部211對放大部231的配線施加電壓的情況下，無電流流向稱重傳感器連接纜線40側，電流從電壓施加部211僅流向電阻r8～電阻r11側。因而，在稱重傳感器連接纜線40發生斷線的情況下，與稱重傳感器連接纜線40未發生斷線的情況相比，對電阻r8～電阻r11施加的參照電壓v1～參照電壓v4的值發生變化。

〔實施方式3：借助軟件(software)的實現例〕

稱重傳感器輸入單元30的控制塊(尤其是放大部31、負載計測部32及斷線判定部33)既可通過形成于集成電路(ic芯片)等上的邏輯電路(硬件)來實現，也可使用中央處理器(centralprocessingunit，cpu)而通過軟件來實現。

在后者的情況下，稱重傳感器輸入單元30具備執行實現各功能的軟件即程序的命令的cpu、可由計算機(或cpu)讀取的記錄有所述程序及各種數據的只讀存儲器(readonlymemory，rom)或存儲裝置(將它們稱作“記錄介質”)、以及展開所述程序的隨機存取存儲器(randomaccessmemory，ram)等。并且，通過計算機(或cpu)從所述記錄介質讀取并執行所述程序，從而達成本發明的目的。作為所述記錄介質，可使用“非臨時的有形介質”，例如可使用帶(tape)、盤(disk)、卡(card)、半導體存儲器、可編程的邏輯電路等。而且，所述程序也可經由可傳輸該程序的任意傳輸介質(通信網絡或廣播波等)而提供給所述計算機。另外，本發明也能以通過電子傳輸來將所述程序具現化的、被嵌入載波中的數據信號的形式來實現。

本發明并不限定于所述的各實施方式，可在權利要求書所示的范圍內進行各種變更，將不同的實施方式中分別揭示的技術部件適當組合而獲得的實施方式也包含于本發明的技術范圍內。