JP5310107B2 - Abnormality monitoring device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive anomaly monitoring device utilizing a function carried by a microcomputer, capable of detecting various anomalies which cannot be coped with by a conventional technology, and thereby having high reliability. <P>SOLUTION: A two-phase position detection signal from an encoder 10 is input into a control device 30 as an analog signal through a wiring system such as a cable 20. A microcomputer 33 in the control device 30 includes; level anomaly detection means 333A, 333B for detecting an anomaly of the encoder or the wiring system, when a voltage level of the analog input signal exists in a prescribed range; a pulse number comparison anomaly detection means 336 for detecting an anomaly of the encoder or the like, when a difference of the number of pulses of a digital signal corresponding to the two-phase analog input signal is over a prescribed threshold; and a pulse width comparison anomaly detection means 339 for detecting an anomaly of the encoder or the like, based on the fact that a pulse width of a synthetic signal of a two-phase digital signal is different from a pulse width of a past control period. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、例えばインバータやサーボシステム等の電動機を駆動する電力変換器において、パルスエンコーダ(以下、単にエンコーダともいう)の異常や配線系統の異常を検出し、安全機能を実現するための異常監視装置に関する。   The present invention, for example, in a power converter that drives an electric motor such as an inverter or a servo system, detects an abnormality of a pulse encoder (hereinafter also simply referred to as an encoder) or an abnormality of a wiring system, and monitors an abnormality to realize a safety function. Relates to the device.

電動機の出力軸に取り付けたパルスエンコーダの出力信号から電動機速度や回転子位置を演算し、この演算値をフィードバックして電動機を可変速駆動するインバータやサーボシステムが普及している。これらの装置において、エンコーダの出力信号に異常があると正常な運転が困難になるため、従来より、エンコーダの異常や配線系統の異常を検出して運転を停止する方法が種々提案されている。   Inverters and servo systems that calculate the motor speed and rotor position from the output signal of a pulse encoder attached to the output shaft of the motor and feed back the calculated values to drive the motor at a variable speed have become widespread. In these devices, if there is an abnormality in the output signal of the encoder, normal operation becomes difficult. Therefore, various methods for stopping the operation by detecting an abnormality in the encoder or an abnormality in the wiring system have been proposed.

例えば、特許文献1(特開2008−232978号公報)には、異常監視のためにマイクロプロセッサの内部機能を利用することにより、部品数を少なくして回路を最小限化し、コストの低減を図った配線異常検出装置が開示されている。
この従来技術(便宜上、第1の従来技術という)では、まず、エンコーダの出力信号がアナログ信号として配線異常検出装置に入力される。そして、上記アナログ信号をA/D(アナログ/ディジタル)変換し、変換後の電圧レベルが、過渡状態を除いて所定の中間電圧レベルになっている場合に、信号系統に不完全接触や短絡が生じていると判断して異常を検出している。
以下、図16を参照しながら、この従来技術の回路構成及び動作を説明する。
For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-232978) uses the internal functions of a microprocessor for abnormality monitoring, thereby minimizing the number of parts and minimizing circuits, thereby reducing costs. A wiring abnormality detection device is disclosed.
In this conventional technique (referred to as the first conventional technique for convenience), first, an encoder output signal is input as an analog signal to the wiring abnormality detection device. Then, when the analog signal is A / D (analog / digital) converted, and the converted voltage level is a predetermined intermediate voltage level except for a transient state, incomplete contact or short circuit is caused in the signal system. An abnormality is detected by judging that it has occurred.
The circuit configuration and operation of this prior art will be described below with reference to FIG.

図16において、配線異常検出装置100は、マイクロプロセッサ120と、プログラムメモリ121と、AD変換器123と、定電圧電源回路130と、バッファアンプ135と、直列抵抗131a,131bと、フィルタコンデンサ132a,132bと、プルダウン抵抗134a,134bと、を備えている。なお、122はマイクロプロセッサ120内のメモリである。
また、110は電動機(図示せず)の回転角度を検出するためのロータリーエンコーダであり、このエンコーダ110は、回転角度検出信号として二相(A相,B相)の信号を出力する回転角度検出回路115と、A相,B相信号出力用トランジスタとしてのセンサスイッチ111a,111bと、ドロッパダイオード112a,112b,113a,113bと、ブリーダ抵抗114a,114bとから構成されている。
In FIG. 16, the wiring abnormality detection apparatus 100 includes a microprocessor 120, a program memory 121, an AD converter 123, a constant voltage power circuit 130, a buffer amplifier 135, series resistors 131a and 131b, a filter capacitor 132a, 132b and pull-down resistors 134a and 134b. Reference numeral 122 denotes a memory in the microprocessor 120.
Reference numeral 110 denotes a rotary encoder for detecting a rotation angle of an electric motor (not shown). The encoder 110 outputs a rotation angle detection signal that outputs a two-phase (A phase, B phase) signal as a rotation angle detection signal. The circuit 115 includes sensor switches 111a and 111b as A-phase and B-phase signal output transistors, dropper diodes 112a, 112b, 113a, and 113b, and bleeder resistors 114a and 114b.

更に、101は直流電源、102は電源スイッチ、103は接地線、104は電源線、105,106は信号線である。
また、エンコーダ110におけるA,BはA相信号,B相信号の出力端子であり、配線異常検出装置100におけるA1,A2はアナログ入力信号、マイクロプロセッサ120におけるD1,D2はセンサスイッチ111a,111bの開閉論理信号、Vは監視電圧を示している。
Furthermore, 101 is a DC power source, 102 is a power switch, 103 is a ground line, 104 is a power line, and 105 and 106 are signal lines.
A and B in the encoder 110 are output terminals for the A phase signal and the B phase signal, A1 and A2 in the wiring abnormality detection device 100 are analog input signals, and D1 and D2 in the microprocessor 120 are sensor switches 111a and 111b. closing logic signal, V m represents the monitored voltage.

ロータリーエンコーダ110の動作としては、回転角度検出回路115の出力信号によりセンサスイッチ111a,111bがオンまたはオフすると、ドロッパダイオード112a,112b,113a,113b及びブリーダ抵抗114a,114bの作用により、電圧降下が発生する。この電圧降下による電圧をA相信号、B相信号として出力端子A,Bから出力させ、信号線105,106を介して配線異常検出装置100に入力することにより、以下に述べるような異常検出動作を行う。   As an operation of the rotary encoder 110, when the sensor switches 111a and 111b are turned on or off by the output signal of the rotation angle detection circuit 115, the voltage drop is caused by the action of the dropper diodes 112a, 112b, 113a, 113b and the bleeder resistors 114a, 114b. Occur. By detecting the voltage due to this voltage drop from the output terminals A and B as the A-phase signal and the B-phase signal and inputting them to the wiring abnormality detection device 100 via the signal lines 105 and 106, the abnormality detection operation as described below is performed. I do.

図17は、配線異常検出装置100に入力されるA相,B相のアナログ入力信号A1,A2の特性を示している。以下では、A相のアナログ入力信号A1の特性について説明するが、B相のアナログ入力信号A2についても全く同様の動作となる。   FIG. 17 shows the characteristics of the A-phase and B-phase analog input signals A 1 and A 2 input to the wiring abnormality detection device 100. Hereinafter, the characteristics of the A-phase analog input signal A1 will be described, but the same operation is performed for the B-phase analog input signal A2.

センサスイッチ111aがオンすると、ドロッパダイオード112aのオン電圧降下により、図17の電圧レベルVが検出される。一方、センサスイッチ111aがオフすると、ブリーダ抵抗114a及びドロッパダイオード113aの電圧降下により、電圧レベルVが検出される。なお、実際には、ドロッパダイオード112a,113aの特性のバラツキを考慮して、電圧レベルV,Vを中心とした一定範囲内をそれぞれ正常「L」レベル、正常「H」レベルとしている。
上記のように、アナログ入力信号の電圧レベルが「L」レベルか「H」レベルかを判定することで、回転角度検出用のパルスの有無を検出している。
このとき、例えば信号線105に断線やグランドとの地絡が発生していると、上述した電圧降下成分が検出されず、アナログ入力信号はグランドレベルに固定されるため、異常発生を検出することができる。
When the sensor switch 111a is turned on, the voltage level V L in FIG. 17 is detected by the on-voltage drop of the dropper diode 112a. On the other hand, when the sensor switch 111a is turned off, the voltage level VH is detected by the voltage drop of the bleeder resistor 114a and the dropper diode 113a. Actually, in consideration of variations in characteristics of the dropper diodes 112a and 113a, the predetermined ranges centered on the voltage levels V L and V H are set to the normal “L” level and the normal “H” level, respectively.
As described above, the presence or absence of a pulse for detecting the rotation angle is detected by determining whether the voltage level of the analog input signal is “L” level or “H” level.
At this time, for example, if the signal line 105 has a disconnection or a ground fault with the ground, the voltage drop component described above is not detected, and the analog input signal is fixed to the ground level. Can do.

また、エンコーダ110の出力端子Aが正側電源Vccと短絡した場合は、アナログ入力信号がVよりも高い電圧レベルで固定されるため、同様に異常が発生したことを検出可能である。更に、正側電源Vccとグランドとの不完全接触や他の信号線との接触が発生すると、アナログ入力信号は図17の中間電圧レベル(論理判定レベル)Vs1またはVs2として検出され、これらの中間電圧レベルVs1またはVs2が一定期間継続した場合も異常と判断する。 Further, when the output terminal A of the encoder 110 is short-circuited with the positive power source Vcc , the analog input signal is fixed at a voltage level higher than VH, so that it can be detected that an abnormality has occurred in the same manner. Furthermore, when incomplete contact between the positive power supply Vcc and the ground or contact with another signal line occurs, the analog input signal is detected as the intermediate voltage level (logic determination level) V s1 or V s2 in FIG. Even if these intermediate voltage levels V s1 or V s2 continue for a certain period, it is also determined as abnormal.

なお、センサスイッチ111aのオン・オフの切り替え時に、直列抵抗131a及びフィルタコンデンサ132aからなるローパスフィルタによってA相のアナログ入力信号A1の電圧波形がフィルタリングされる。このため、サンプルタイミングによっては、正常時でも中間電圧レベルVs1,Vs2が過渡的に検出されてしまい、結果として異常を誤検出するおそれがある。
上記の誤検出を防止するため、この従来技術では、中間電圧レベルVs1,Vs2が検出された場合に、詳細判定を実行し、この中間電圧レベルVs1,Vs2が過渡的に発生したものか一定期間継続して発生したものかを判断し、一定期間継続している場合には、前述した正側電源Vccとグランドとの不完全接触や他の信号線との接触による異常と判断している。
When the sensor switch 111a is turned on / off, the voltage waveform of the A-phase analog input signal A1 is filtered by the low-pass filter including the series resistor 131a and the filter capacitor 132a. For this reason, depending on the sample timing, the intermediate voltage levels V s1 and V s2 are transiently detected even at the normal time, and as a result, there is a possibility that the abnormality is erroneously detected.
In order to prevent the above-described erroneous detection, in this conventional technique, when the intermediate voltage levels V s1 and V s2 are detected, detailed determination is performed, and the intermediate voltage levels V s1 and V s2 are transiently generated. It is judged whether it has occurred for a certain period of time or if it has continued for a certain period of time. If it has continued for a certain period of time, the above-mentioned abnormality due to incomplete contact between the positive power supply Vcc and the ground or contact with other signal lines Deciding.

なお、他の従来技術(便宜上、第2の従来技術という)として、エンコーダから出力される二相信号(位相が異なるA相信号及びB相信号)をA/D変換した後に個別のカウンタに入力して一定期間のパルス数をそれぞれカウントし、これらのパルス数に基づいて異常を検出する方法が知られている。
例えば、電動機が回転していると、その回転速度に応じたパルス数がA相信号、B相信号として計測されるが、一方の相の信号線が断線していたり電源線や接地線と接触していると、各相のパルス数に誤差が発生する。従って、各相のパルス数を比較することにより異常を検出することができる。また、各相のパルス数に相当する速度検出値を現在の速度指令値等と比較することで、一方の相だけでなく、二相の同時異常も検出することができる。
As another prior art (referred to as the second prior art for convenience), two-phase signals (A-phase signal and B-phase signal having different phases) output from the encoder are A / D converted and then input to individual counters. Thus, a method is known in which the number of pulses in a certain period is counted, and an abnormality is detected based on the number of pulses.
For example, when the motor is rotating, the number of pulses corresponding to the rotation speed is measured as an A-phase signal and a B-phase signal, but the signal line of one phase is disconnected or is in contact with the power line or ground line. If this occurs, an error occurs in the number of pulses in each phase. Therefore, an abnormality can be detected by comparing the number of pulses of each phase. Further, by comparing the speed detection value corresponding to the number of pulses of each phase with the current speed command value or the like, it is possible to detect not only one phase but also simultaneous abnormality in two phases.

特開2008−232978号公報(段落[0010]〜[0017]、図1,図2等)JP 2008-232978 A (paragraphs [0010] to [0017], FIG. 1, FIG. 2, etc.)

第1の従来技術によれば、電動機が停止している場合でも、配線異常検出装置100に入力されるアナログ信号の電圧レベルに応じて配線異常を検出することができる。しかし、電動機の運転中には、配線異常の判断が困難になり、配線が正常な場合でも誤って異常と判断してしまうおそれがある。その理由は次の通りである。   According to the first conventional technique, even when the motor is stopped, a wiring abnormality can be detected according to the voltage level of the analog signal input to the wiring abnormality detection device 100. However, during operation of the electric motor, it is difficult to determine the wiring abnormality, and even if the wiring is normal, it may be erroneously determined to be abnormal. The reason is as follows.

一般にエンコーダは、電動機等の回転体の一機械周期(回転電動機の場合は一回転)当たりの出力信号数が決められており、高速になると出力信号の間隔が短くなる。一方、マイクロプロセッサ等の演算処理装置は、通常、一定周期で演算処理を行うため、エンコーダからの出力信号の間隔が演算処理装置の演算周期よりも大幅に短くなることが往々にしてある。
このとき、演算処理装置側のAD変換器によるサンプルタイミングがエンコーダの出力信号変化時に偶然一致してしまうと、前述したような中間電圧レベルが連続的に検出されてしまい、配線系統が正常であるにもかかわらず誤って異常と判断する場合がある。
In general, an encoder determines the number of output signals per machine cycle (one rotation in the case of a rotary motor) of a rotating body such as an electric motor, and the interval between output signals becomes shorter at higher speeds. On the other hand, since an arithmetic processing unit such as a microprocessor normally performs arithmetic processing at a constant cycle, the interval between output signals from the encoder is often significantly shorter than the arithmetic cycle of the arithmetic processing unit.
At this time, if the sample timing by the AD converter on the arithmetic processing unit side coincides when the encoder output signal changes, the intermediate voltage level as described above is continuously detected, and the wiring system is normal. Nevertheless, it may be erroneously determined to be abnormal.

図18は、上述した誤判断時におけるエンコーダ出力信号、AD変換サンプルタイミング、電源電圧V、アナログ入力信号の電圧レベルの検出値、及びグランドレベルを示すタイミングチャートである。
図示するように、AD変換サンプルタイミングの周期がエンコーダ出力信号の周期に対して特定倍になった時に、各サンプルタイミングにおける検出値が等しくなり、これによってアナログ入力信号の電圧レベルが中間電圧レベルで固定されている(すなわち異常である)と誤認する可能性がある。
このような誤判断を防いで装置の信頼性を高めるためには、サンプルタイミングの周期が短い高速なAD変換器を用いることが有効であるが、高速のAD変換器は一般に高価であるため、装置のコストが上昇するという問題がある。
FIG. 18 is a timing chart showing the encoder output signal, AD conversion sample timing, power supply voltage V c , detected value of the voltage level of the analog input signal, and the ground level at the time of the erroneous determination described above.
As shown in the figure, when the AD conversion sample timing period is a specific multiple of the encoder output signal period, the detected value at each sample timing becomes equal, and the voltage level of the analog input signal is at the intermediate voltage level. There is a possibility of misidentifying that it is fixed (ie abnormal).
In order to prevent such misjudgment and increase the reliability of the apparatus, it is effective to use a high-speed AD converter with a short sample timing period, but a high-speed AD converter is generally expensive, There is a problem that the cost of the apparatus increases.

これに対し、第2の従来技術では、二相のパルス数に基づいて異常を検出する原理上、電動機が停止している状態では異常検出が不可能である。従って、電動機停止時における異常検出手段を別途用意する必要があり、これがコスト上昇の原因となる。   On the other hand, in the second prior art, it is impossible to detect an abnormality when the motor is stopped because of the principle of detecting an abnormality based on the number of two-phase pulses. Accordingly, it is necessary to separately prepare an abnormality detection means when the motor is stopped, which causes an increase in cost.

また、第1の従来技術と第2の従来技術とを組み合わせれば、電動機運転時、停止時の両方に対応可能な異常検出装置を構成することも可能であるが、以下のようなケースに対しては異常検出が不可能である。
(1)エンコーダの二相の出力信号の位相が異常であるケース。
例えば、信号線が部分的に短絡することにより、二相の出力信号の間隔が一時的に変動する場合。
この場合は、電動機の運転によりエンコーダの出力信号が発生している時にしか異常を検出できず、また、第2の従来技術のように、単にパルスの数を比較するだけでは検出することができない。
(2)本来であれば異常によって二相のパルス数に差があるべきであるにもかかわらず、ノイズ等で出力信号が発振し、たまたま二相のパルス数が一致する場合。
上記以外にも、異常時に他の原因によってパルス数に差が生じないこともあるので、異常を検出できない場合がある。
In addition, by combining the first conventional technique and the second conventional technique, it is possible to configure an abnormality detection device that can handle both when the motor is operating and when it is stopped. On the other hand, abnormality detection is impossible.
(1) Case where the phase of the two-phase output signal of the encoder is abnormal.
For example, when the interval between two-phase output signals changes temporarily due to a partial short circuit of the signal line.
In this case, the abnormality can be detected only when the output signal of the encoder is generated by the operation of the electric motor, and it cannot be detected simply by comparing the number of pulses as in the second prior art. .
(2) The output signal oscillates due to noise or the like even though there should be a difference in the number of two-phase pulses due to an abnormality.
In addition to the above, since there may be no difference in the number of pulses due to other causes at the time of abnormality, the abnormality may not be detected.

そこで、本発明の目的は、従来技術では対応不可能な各種の異常を検出可能とした信頼性の高い異常監視装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、マイクロコンピュータ(以下、単にマイコンともいう)等の演算処理装置が有する機能を利用して安価な異常監視装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable abnormality monitoring apparatus that can detect various abnormalities that cannot be dealt with by the prior art.
Another object of the present invention is to provide an inexpensive anomaly monitoring apparatus using functions of an arithmetic processing unit such as a microcomputer (hereinafter also simply referred to as a microcomputer).

上記目的を達成するために、本発明では、回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号をアナログ信号として制御装置に入力し、回転体の停止時に発生する異常をアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて検出する。また、回転体の回転時には、少なくとも二相のアナログ入力信号を変換してなるディジタル信号を用いて、各相の一定周期内のパルス数の差を所定の閾値と比較する。更に、位相が異なる二以上のディジタル信号を合成して得た合成信号のパルス幅、または、各相のディジタル信号のパルス幅をそれぞれ監視して異常を検出する。   In order to achieve the above object, in the present invention, an output signal of an encoder that detects the position of a rotating body is input as an analog signal to a control device, and an abnormality that occurs when the rotating body stops is based on the voltage level of the analog input signal. To detect. Further, when the rotating body rotates, a digital signal obtained by converting at least two-phase analog input signals is used to compare the difference in the number of pulses in each phase with a predetermined threshold value. Furthermore, an abnormality is detected by monitoring the pulse width of the combined signal obtained by combining two or more digital signals having different phases or the pulse width of the digital signal of each phase.

すなわち、本発明に係る異常監視装置では、エンコーダから出力される例えば二相の位置検出信号が、ケーブル等の配線系統を介しアナログ信号として制御装置に入力される。
この制御装置は、エンコーダまたは配線系統の異常を検出するための第1,第2,第3の異常検出手段、または、第1,第2,第4の異常検出手段を備えており、これらの異常検出手段は、例えば演算処理装置としてのマイコンにより実現される。
That is, in the abnormality monitoring device according to the present invention, for example, a two-phase position detection signal output from the encoder is input to the control device as an analog signal via a wiring system such as a cable.
The control device includes first, second, and third abnormality detection means for detecting an abnormality in the encoder or the wiring system, or first, second, and fourth abnormality detection means. The abnormality detection means is realized by a microcomputer as an arithmetic processing unit, for example.

第1の異常検出手段は、アナログ入力信号をA/D変換して得たディジタル信号からアナログ入力信号の電圧レベルを検出し、この電圧レベルが所定の範囲内に存在する場合に、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
第2の異常検出手段は、二相のアナログ入力信号に対応するディジタル信号のパルス数の差を求め、この差が所定の閾値以上である場合に、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
更に、第3の異常検出手段は、第2の異常検出手段で用いた二相のディジタル信号を合成し、この合成信号のパルス幅が過去のパルス幅と異なることをもってエンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
第4の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルス幅が、それぞれの過去のパルス幅と異なることにより、あるいは、他相のパルス幅と互いに異なることにより、エンコーダまたは配線系統に異常があると判断する。
The first abnormality detection means detects the voltage level of the analog input signal from the digital signal obtained by A / D converting the analog input signal, and if this voltage level is within a predetermined range, the encoder or wiring Judge that there is an abnormality in the system.
The second abnormality detection means obtains a difference in the number of pulses of the digital signal corresponding to the two-phase analog input signal, and determines that there is an abnormality in the encoder or the wiring system when the difference is equal to or greater than a predetermined threshold value. .
Further, the third abnormality detecting means synthesizes the two-phase digital signal used in the second abnormality detecting means, and the encoder or the wiring system has an abnormality when the pulse width of the combined signal is different from the past pulse width. Judge that there is.
The fourth abnormality detection means has an abnormality in the encoder or the wiring system when the pulse width of the two-phase digital signal is different from the past pulse width or different from the pulse width of the other phase. Judge.

第1の異常検出手段によれば、回転体の停止中における異常を検出することができ、第2,第3または第4の異常検出手段によれば、回転体の回転時における異常を検出することができる。   According to the first abnormality detecting means, it is possible to detect an abnormality while the rotating body is stopped. According to the second, third or fourth abnormality detecting means, an abnormality during rotation of the rotating body is detected. be able to.

なお、制御装置は、アナログ入力信号の電圧レベルが、エンコーダの出力が「High」レベルの時には電源電圧からバイアス分を減算したアナログハイレベルとなり、かつ、エンコーダの出力が「Low」レベルの時にはグランドレベルにバイアス分を加算したアナログローレベルとなるバイアス発生手段を備えている。このようなバイアス発生手段は、例えば電源線、信号線及び接地線の間に接続された複数の分圧抵抗により実現可能である。
そして、第1の異常検出手段は、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログハイレベルとアナログローレベルとの間に存在する場合には信号線または電源線の断線と判断する。また、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログハイレベルよりも電源電圧に近い場合には、信号線が電源線と短絡していると判断し、アナログ入力信号の電圧レベルが、アナログローレベルよりもグランドレベルに近い場合には、信号線が地絡していると判断する。
The control device determines that the voltage level of the analog input signal is an analog high level obtained by subtracting the bias from the power supply voltage when the output of the encoder is “High” level, and the ground level when the output of the encoder is “Low” level. Bias generating means for providing an analog low level obtained by adding a bias amount to the level is provided. Such a bias generating means can be realized by a plurality of voltage dividing resistors connected between a power supply line, a signal line and a ground line, for example.
When the voltage level of the analog input signal exists between the analog high level and the analog low level, the first abnormality detection unit determines that the signal line or the power supply line is disconnected. If the voltage level of the analog input signal is closer to the power supply voltage than the analog high level, it is determined that the signal line is short-circuited with the power supply line, and the voltage level of the analog input signal is lower than the analog low level. If it is close to the ground level, it is determined that the signal line is grounded.

第2の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルスのエッジを検出してパルス数をそれぞれ求め、これらのパルス数の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出する。
また、第3の異常検出手段は、今回の制御周期における二相のディジタル信号の合成信号のパルス幅を、過去、例えば前回の制御周期におけるパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合に異常を検出する。
第4の異常検出手段は、二相のディジタル信号のパルス幅をそれぞれの過去のパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合や、ある相のディジタル信号のパルス幅を他相のパルス幅と比較し、これらのパルス幅が異なる場合に異常を検出する。
The second abnormality detection means detects the edge of the pulse of the two-phase digital signal to determine the number of pulses, and detects an abnormality when the difference between the number of pulses is equal to or greater than a predetermined threshold value.
Further, the third abnormality detection means compares the pulse width of the composite signal of the two-phase digital signals in the current control cycle with the past, for example, the pulse width in the previous control cycle, and when these pulse widths are different. Detect anomalies.
The fourth abnormality detection means compares the pulse width of the two-phase digital signal with each past pulse width, and when these pulse widths are different, the pulse width of the digital signal of one phase is compared with the pulse width of the other phase. Compared with, abnormalities are detected when these pulse widths are different.

本発明においては、マイコンが有するA/D変換やカウンタ機能、タイマ機能を利用することにより、第1〜第4の異常検出手段における主要な機能を実現することが望ましい。   In the present invention, it is desirable to realize the main functions in the first to fourth abnormality detection means by utilizing the A / D conversion, counter function, and timer function of the microcomputer.

更に、制御装置に複数のマイコンを内蔵して多重化し、各マイコンが各異常検出手段をそれぞれ備えると共に、各マイコンによる検出データを相互に送受信して自他の検出データを比較することにより、マイコン内部の通信機能等の異常を検出することも可能である。   In addition, the control device incorporates and multiplexes a plurality of microcomputers, and each microcomputer is provided with each abnormality detection means, and the microcomputer detects the data detected by each microcomputer and compares the other detection data with each other. It is also possible to detect an abnormality such as an internal communication function.

本発明によれば、第1,第2,第3の異常検出手段または第1,第2,第4の異常検出手段により、電動機出力軸等の回転体の停止時及び回転時において、位置または速度検出用のエンコーダ自体の異常や配線系統の異常、更には、異常検出用に多重化された演算処理装置自体の異常等を検出することができる。特に、演算処理装置が有する諸機能を利用することで、異常監視装置のコストの低減も可能になる。   According to the present invention, the first or second or third abnormality detection means or the first, second or fourth abnormality detection means can detect the position or the position when the rotating body such as the motor output shaft is stopped and rotated. It is possible to detect an abnormality in the speed detection encoder itself, an abnormality in the wiring system, an abnormality in the arithmetic processing unit itself multiplexed for abnormality detection, and the like. In particular, it is possible to reduce the cost of the abnormality monitoring device by using various functions of the arithmetic processing device.

本発明の第1実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. 図1における正常時のアナログ信号の電圧レベルを示す図である。It is a figure which shows the voltage level of the analog signal at the time of normal in FIG. 図1における正常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of normal in FIG. 異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。It is explanatory drawing of the voltage level of the analog signal at the time of abnormality. 異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。It is explanatory drawing of the voltage level of the analog signal at the time of abnormality. 異常時におけるアナログ信号の電圧レベルの説明図である。It is explanatory drawing of the voltage level of the analog signal at the time of abnormality. 図1における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of abnormality in FIG. 図1における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of abnormality in FIG. 図1における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of abnormality in FIG. 第1実施形態による異常検出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the abnormality detection process by 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 3rd Embodiment of this invention. 図10における正常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of normal in FIG. 図10における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of abnormality in FIG. 図10における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of abnormality in FIG. 図10における異常時の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the output signal of each part at the time of abnormality in FIG. 本発明の第4実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 4th Embodiment of this invention. 第1の従来技術に係る配線異常検出装置の回路図である。It is a circuit diagram of a wiring abnormality detection device according to the first prior art. 図16における配線異常検出装置のアナログ入力信号の特性図である。FIG. 17 is a characteristic diagram of an analog input signal of the wiring abnormality detection device in FIG. 16. 第1の従来技術の問題点を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the problem of a 1st prior art.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態を示す回路図である。図1において、10は位相が90度異なる二相のアナログ信号を出力するエンコーダ、20は電源線、信号線、接地線からなるケーブル、30はエンコーダ10の出力信号を処理してエンコーダ10の異常やケーブル20を含む配線系統の異常を検出する制御装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10 is an encoder that outputs a two-phase analog signal that is 90 degrees out of phase, 20 is a cable composed of a power line, a signal line, and a ground line, and 30 is an encoder 10 error by processing the output signal of the encoder 10. And a control device that detects an abnormality in the wiring system including the cable 20.

エンコーダ10は、電動機出力軸等の回転体の回転により、位相が90度異なる二つの相対的な位置検出信号(A相信号及びB相信号)を発生する光学センサを備えている。なお、これらの回転体や光学センサは図示を省略してある。
A相信号及びB相信号は、コンプリメンタリ構成のトランジスタTr,Trのベースにそれぞれ入力されている。ここで、A相信号及びB相信号の処理回路は同一の構成であり、本実施形態のコンプリメンタリ構成とする以外に、図16の従来技術のようにオープンコレクタ構成としても良い。
The encoder 10 includes an optical sensor that generates two relative position detection signals (A phase signal and B phase signal) that are 90 degrees out of phase with the rotation of a rotating body such as an electric motor output shaft. Note that these rotating bodies and optical sensors are not shown.
The A-phase signal and the B-phase signal are respectively input to the bases of the transistors Tr 1 and Tr 2 having a complementary configuration. Here, the processing circuits for the A-phase signal and the B-phase signal have the same configuration, and may have an open collector configuration as in the prior art of FIG. 16 in addition to the complementary configuration of the present embodiment.

一方のトランジスタTrのコレクタは電源端子V(電源電圧もVと表記する)に接続され、他方のトランジスタTrのコレクタはグランド端子Mに接続されている。また、トランジスタTr,Tr同士の接続点は、制限抵抗Rを介してA相信号端子A、B相信号端子Bにそれぞれ接続される。 The collector of one transistor Tr 1 is connected to the power supply terminal V c (the power supply voltage is also expressed as V c ), and the collector of the other transistor Tr 2 is connected to the ground terminal M. The connection point between the transistors Tr 1 and Tr 2 is connected to the A-phase signal terminal A and the B-phase signal terminal B via the limiting resistor R 1 , respectively.

エンコーダ10には、制御装置30からケーブル20を介して電源電圧Vが供給されており、エンコーダ10の各部の電気信号は制御装置30と共通の電位を基準としている。なお、制御装置30内の電源回路は図示を省略する。
通常は、ノイズによる影響を防ぐために、図1におけるA相信号端子A、B相信号端子B等でフォトカプラや絶縁アンプによりエンコーダ10と制御装置30とを電気的に絶縁することがあるが、この実施形態では、説明を簡単にするためにエンコーダ10と制御装置30とを同電位としている。
The power supply voltage V c is supplied to the encoder 10 from the control device 30 via the cable 20, and the electric signal of each part of the encoder 10 is based on the potential common to the control device 30. The power supply circuit in the control device 30 is not shown.
Normally, in order to prevent the influence of noise, the encoder 10 and the control device 30 may be electrically insulated by a photocoupler or an insulation amplifier at the A phase signal terminal A, the B phase signal terminal B, etc. in FIG. In this embodiment, the encoder 10 and the control device 30 are set to the same potential in order to simplify the description.

次に、制御装置30において、電源端子V、A相信号端子A、グランド端子Mの相互間、及び、電源端子V、B相信号端子B、グランド端子Mの相互間には、バイアス発生手段としての分圧抵抗R,Rがそれぞれ接続されている。これらの分圧抵抗R,Rは、エンコーダ10の内部の制限抵抗Rに対して適宜な値に設定すればよく、ダイオードのオン抵抗やツェナーダイオードを用いてもよい。
エンコーダ10から出力されるA相信号が「H」(High)レベル(トランジスタTrがオンし、トランジスタTrがオフしている状態)の場合、制御装置30により検出されるA相信号端子Aのアナログ電圧Vadet(図1におけるアナログ信号SigAanaの電圧に相当)は、トランジスタTrのオン電圧降下を無視すると、数式1によって表される。
Next, in the control device 30, a bias is generated between the power supply terminal V c , the A phase signal terminal A and the ground terminal M, and between the power supply terminal V c , the B phase signal terminal B and the ground terminal M. Voltage dividing resistors R x and R y are connected as means. These voltage dividing resistors R x and R y may be set to appropriate values with respect to the limiting resistor R 1 inside the encoder 10, and a diode on-resistance or a Zener diode may be used.
When the A-phase signal output from the encoder 10 is at the “H” (High) level (the transistor Tr 1 is on and the transistor Tr 2 is off), the A-phase signal terminal A detected by the control device 30 analog voltage V ADET (corresponding to the voltage of the analog signal SigAana in FIG. 1), and ignoring the on voltage drop transistor Tr 1, is represented by equation 1.

Figure 0005310107
Figure 0005310107

一方、A相信号が「L」(Low)レベル(トランジスタTrがオフし、トランジスタTrがオンしている状態)の場合、A相信号端子Aのアナログ電圧Vadetは、トランジスタTrのオン電圧降下を無視すると、数式2によって表される。 On the other hand, the A-phase signal is "L" (Low) level when the (transistor Tr 1 is turned off, a state where the transistor Tr 2 is turned on), the analog voltage V ADET the A phase signal terminal A, the transistor Tr 2 If the on-voltage drop is ignored, it is expressed by Equation 2.

Figure 0005310107
Figure 0005310107

すなわち、エンコーダ10に故障がなくケーブル20に断線や短絡、地絡等がない正常時には、図2に示すように、アナログ電圧Vadetとして、A相信号が「H」レベルの時には、電源電圧Vからバイアス分を減算したアナログハイレベル(R・V/(R+R)が検出される。また、A相信号が「L」レベルの時には、グランド電圧にバイアス分を加算したアナログローレベル(R・V/(R+R))が検出される。
なお、数式1,2は、B相信号端子Bのアナログ電圧についても同様に成立する。
That is, when there is no failure in the encoder 10 and there is no disconnection, short circuit, ground fault or the like in the cable 20, as shown in FIG. 2, when the A-phase signal is at “H” level as the analog voltage V adet , the power supply voltage V An analog high level (R y · V c / (R 1 + R y ) obtained by subtracting the bias from c is detected, and when the A-phase signal is at the “L” level, an analog obtained by adding the bias to the ground voltage A low level (R 1 · V c / (R 1 + R x )) is detected.
Equations 1 and 2 are similarly established for the analog voltage at the B-phase signal terminal B.

再び図1において、A相信号端子Aのアナログ信号SigAanaとB相信号端子Bのアナログ信号SigBanaとは、制御装置30内の演算処理装置であるマイコン33内のアナログ入力部331A,331Bにそれぞれ入力される。アナログ入力部331A,331Bの出力信号はAD変換部332A,332Bによりディジタル信号に変換される。そして、これらのディジタル信号が入力される後続のレベル異常検出部333A,333Bにおいて、アナログ電圧として前述のアナログハイレベルまたはアナログローレベルが検出されるか否かを判断することにより、異常が検出される。なお、詳細な異常検出方法については後述する。
上記構成において、アナログ入力部331A,331B、AD変換部332A,332B及びレベル異常検出部333A,333Bは、請求項における第1の異常検出手段を構成している。
In FIG. 1 again, the analog signal SigAana at the A-phase signal terminal A and the analog signal SigBana at the B-phase signal terminal B are respectively input to the analog input units 331A and 331B in the microcomputer 33 which is an arithmetic processing unit in the control device 30. Is done. The output signals of the analog input units 331A and 331B are converted into digital signals by the AD conversion units 332A and 332B. Then, in the subsequent level abnormality detection units 333A and 333B to which these digital signals are input, an abnormality is detected by determining whether the analog high level or the analog low level is detected as an analog voltage. The A detailed abnormality detection method will be described later.
In the above configuration, the analog input units 331A and 331B, the AD conversion units 332A and 332B, and the level abnormality detection units 333A and 333B constitute first abnormality detection means in the claims.

一方、図1におけるディジタル信号処理手段31A,31Bは一種のAD変換手段であり、コンパレータ等によりアナログ信号を閾値と比較してマイコン33に入力するA相,B相のディジタル信号SigA,SigBを作成する。また、信号合成手段32は、上記ディジタル信号SigA,SigBの排他的論理和を演算し、これを合成信号SigABとしてマイコン33に入力する。   On the other hand, the digital signal processing means 31A and 31B in FIG. 1 are a kind of AD conversion means, and the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB to be input to the microcomputer 33 are generated by comparing the analog signal with a threshold by a comparator or the like. To do. The signal synthesis means 32 calculates an exclusive OR of the digital signals SigA and SigB, and inputs this to the microcomputer 33 as a synthesis signal SigAB.

上記ディジタル信号SigA,SigB及び合成信号SigABは、マイコン33に内蔵されたディジタル入力部334A,334B,337にそれぞれ入力される。
ディジタル入力部334A,334Bの出力信号はカウンタ335A,335Bを介してパルス数比較異常検出部336に入力され、ディジタル信号SigA,SigBのパルス数を比較することにより異常が検出される。
また、ディジタル入力部337の出力信号は、タイマ338を介してパルス幅比較異常検出部339に入力され、合成信号SigABの「H」レベルのパルス幅(または周期)に基づいて異常が検出される。
上記構成において、ディジタル入力部334A,334B、カウンタ335A,335B及びパルス数比較異常検出部336は請求項における第2の異常検出手段を構成し、信号合成手段32、ディジタル入力部337、タイマ338及びパルス幅比較異常検出部339は第3の異常検出手段を構成している。
The digital signals SigA and SigB and the combined signal SigAB are input to digital input units 334A, 334B and 337 incorporated in the microcomputer 33, respectively.
Output signals of the digital input units 334A and 334B are input to the pulse number comparison abnormality detection unit 336 via the counters 335A and 335B, and an abnormality is detected by comparing the pulse numbers of the digital signals SigA and SigB.
The output signal of the digital input unit 337 is input to the pulse width comparison abnormality detection unit 339 via the timer 338, and abnormality is detected based on the “H” level pulse width (or period) of the composite signal SigAB. .
In the above configuration, the digital input units 334A and 334B, the counters 335A and 335B, and the pulse number comparison abnormality detection unit 336 constitute the second abnormality detection unit in the claims, and the signal synthesis unit 32, the digital input unit 337, the timer 338, and The pulse width comparison abnormality detection unit 339 constitutes third abnormality detection means.

次に、図3は、正常時におけるディジタル信号処理手段31A,31Bの出力信号(ディジタル信号SigA,SigB)、信号合成手段32の出力信号(合成信号SigAB)、カウンタ335A,335B及びタイマ338の出力信号を示すタイミングチャートである。また、制御周期Tは、マイコン33の一定の演算処理周期を示す。 Next, FIG. 3 shows the output signals (digital signals SigA and SigB) of the digital signal processing means 31A and 31B, the output signals of the signal synthesizing means 32 (synthesized signal SigAB), the outputs of the counters 335A and 335B, and the timer 338 in the normal state. It is a timing chart which shows a signal. Further, the control cycle T s indicates a certain calculation processing cycle of the microcomputer 33.

A相のカウンタ335Aは、制御周期T間に検出されたディジタル信号SigAの立ち上がりエッジ数をカウントし、制御周期T毎に内部のメモリにカウント値を保存する。図3では、前回のカウント値CountAと、今回の制御周期T間に測定されたカウント値CountAが示されている。この例では、制御周期T間にディジタル信号SigAの立ち上がりエッジを4回検出したので、カウント値は4である。
また、B相のカウンタ335Bも、制御周期T間に検出されたディジタル信号SigBの立ち上がりエッジ数をカウントし、制御周期T毎に内部のメモリにカウント値を保存する。図3では、前回のカウント値CountBと、今回の制御周期T間に測定されたカウント値CountBが示されており、この例では、制御周期T間にディジタル信号SigBの立ち上がりエッジを5回検出したので、カウント値は5である。
Counter 335A of the A-phase counts the number rising edge of the digital signal SigA detected between the control cycle T s, stores the count value in the internal memory in each control cycle T s. In FIG. 3, the previous count value CountA 0 and the count value CountA 1 measured during the current control period T s are shown. In this example, since the rising edge of the digital signal SigA is detected four times during the control period T s , the count value is 4.
The counter 335B of B phase also counts the number of rising edges of the digital signal SigB detected between the control cycle T s, stores the count value in the internal memory in each control cycle T s. FIG. 3 shows the previous count value CountB 0 and the count value CountB 1 measured during the current control cycle T s . In this example, the rising edge of the digital signal SigB is shown during the control cycle T s. Since it was detected five times, the count value is 5.

タイマ338は、合成信号SigABの「H」レベルの幅を測定する。なお、タイマ338を2チャンネル設け、合成信号SigABの「H」レベルの幅と「L」レベルの幅とをそれぞれ測定して比較することもできる。図3の例では、合成信号SigABが「H」レベルから「L」レベルに変化する毎に、測定した「H」レベルの幅をカウント値CountThighとして内部メモリに保存する。 The timer 338 measures the “H” level width of the composite signal SigAB. It is also possible to provide two channels of the timer 338 and measure and compare the “H” level width and the “L” level width of the combined signal SigAB. In the example of FIG. 3, every time the composite signal SigAB changes from the “H” level to the “L” level, the measured “H” level width is stored in the internal memory as the count value CountT high .

次に、本実施形態における異常検出方法について説明する。
始めに、マイコン33に入力されるアナログ信号の電圧レベルを監視することにより、電動機出力軸等の回転体が停止している時でも異常を検出可能な異常検出方法について詳述する。
Next, the abnormality detection method in this embodiment will be described.
First, an abnormality detection method capable of detecting an abnormality even when a rotating body such as an electric motor output shaft is stopped by monitoring the voltage level of an analog signal input to the microcomputer 33 will be described in detail.

図4A〜図4Cは、異常時におけるA相のアナログ信号SigAanaの電圧レベルを説明するための図である。なお、以下の説明は、異常時におけるB相のアナログ信号SigBanaの電圧レベルについても同様である。
図4Aはケーブル20(電源線、信号線または接地線)が断線した場合、図4BはA相の信号線が電源線(電源電圧V)と短絡した場合、図4CはA相の信号線が接地線と短絡(すなわち地絡)した場合を示している。
4A to 4C are diagrams for explaining the voltage level of the A-phase analog signal SigAana at the time of abnormality. The same applies to the voltage level of the B-phase analog signal SigBana at the time of abnormality.
4A shows a case where the cable 20 (power supply line, signal line or ground line) is disconnected, FIG. 4B shows a case where the A phase signal line is short-circuited with the power supply line (power supply voltage V c ), and FIG. Shows a case where is short-circuited (ie, ground fault) with the ground wire.

図4Aのケーブル断線時において、回転体の停止等によりトランジスタTr,Trがオンしない場合は、電源線、信号線、接地線のいずれの断線であっても、電流は分圧抵抗R,Rのみにしか流れない。このため、アナログ信号SigAanaの電圧Vadetは数式3となる。なお、トランジスタTrまたはTrがオンした場合には、前述の数式1または数式2の電圧となるはずである。 4A, when the transistors Tr 1 and Tr 2 are not turned on due to the stop of the rotating body or the like, the current is divided by the voltage dividing resistor R x regardless of whether the power line, the signal line, or the ground line is disconnected. , Ry only flows. Therefore, the voltage V adet of the analog signal SigAana is expressed by Equation 3. Note that when the transistor Tr 1 or Tr 2 is turned on, the voltage should be equal to the above-described Equation 1 or Equation 2.

Figure 0005310107
Figure 0005310107

つまり、ケーブルの断線によりアナログ電圧Vadetは数式1と数式2との中間レベルになる。従って、数式1の右辺の電圧に下限値を設定すると共に数式2の右辺の電圧に上限値を設定しておき、図1のレベル異常検出部333A,333Bが、上記の下限値と上限値との間の値のアナログ電圧Vadetを検出することにより、ケーブル20が断線していると判断することができる。 That is, the analog voltage V adet becomes an intermediate level between Equation 1 and Equation 2 due to the disconnection of the cable. Accordingly, a lower limit value is set for the voltage on the right side of Formula 1 and an upper limit value is set for the voltage on the right side of Formula 2, and the level abnormality detection units 333A and 333B in FIG. It is possible to determine that the cable 20 is disconnected by detecting the analog voltage V adet having a value between.

次に、図4Bに示すようにA相の信号線と電源との短絡時には、トランジスタTrがオンした場合、分圧抵抗Rに電流が流れず、電流は短絡経路を通るため、電源電圧Vは分圧されない。また、トランジスタTrがオンした場合も、同様に分圧抵抗Rに電流が流れないので、電源電圧Vは分圧されない。よって、回転体の回転、停止にかかわらず、アナログ電圧Vadetは数式4によって表される。 Then, at the time of short circuit between the signal line and the power supply of the A-phase, as shown in FIG. 4B, when the transistor Tr 1 is turned on, no current flows to the voltage dividing resistor R x, since the current through the short circuit path, the supply voltage V c is not divided. Further, even when the transistor Tr 2 is turned on, current does not flow in the same manner dividing resistors R x, supply voltage V c is not divided. Therefore, the analog voltage V adet is expressed by Equation 4 regardless of whether the rotating body rotates or stops.

Figure 0005310107
Figure 0005310107

すなわち、短絡時には、数式1の右辺の電圧よりも高い電圧がアナログ電圧Vadetとして検出されるため、数式1の右辺の電圧に予め上限値を設定しておき、レベル異常検出部333A,333Bが、この上限値よりも高いアナログ電圧Vadetを検出した場合に、信号線と電源とが短絡していると判断することができる。 That is, since a voltage higher than the voltage on the right side of Equation 1 is detected as the analog voltage V adet at the time of short circuit, an upper limit value is set in advance on the voltage on the right side of Equation 1 so that the level abnormality detection units 333A and 333B When the analog voltage V adet higher than the upper limit value is detected, it can be determined that the signal line and the power supply are short-circuited.

図4Cに示す地絡時には、トランジスタTrがオンした場合は分圧抵抗Rに電流が流れず、電流は短絡経路を通るため、電源電圧Vは分圧されない。また、トランジスタTrがオンした場合も、同様に分圧抵抗Rに電流が流れないため、電源電圧Vは分圧されない。よって、回転体の回転、停止にかかわらず、アナログ電圧Vadetは数式5によって表される。 The ground fault shown in Figure 4C, when the transistor Tr 1 is turned on without a current to voltage dividing resistors R y flows, current for passing through the short circuit path, the power supply voltage V c is not divided. Further, even when the transistor Tr 2 is turned on, since no current flows in the same manner dividing resistors R y, the power supply voltage V c is not divided. Therefore, the analog voltage V adet is expressed by Equation 5 regardless of whether the rotating body is rotated or stopped.

Figure 0005310107
Figure 0005310107

すなわち、地絡時には、数式2の右辺の電圧よりも低い電圧がアナログ電圧Vadetとして検出されるため、数式2の右辺の電圧に予め下限値を設定しておき、レベル異常検出部333A,333Bが、この下限値よりも低いアナログ電圧Vadetを検出した場合に、信号線が地絡していると判断することができる。 That is, at the time of a ground fault, a voltage lower than the voltage on the right side of Equation 2 is detected as the analog voltage V adet , so a lower limit value is set in advance on the voltage on the right side of Equation 2 and the level abnormality detection units 333A and 333B However, when the analog voltage V adet lower than the lower limit value is detected, it can be determined that the signal line is grounded .

以上のように、本実施形態によれば、レベル異常検出部333A,333Bがアナログ入力信号の電圧レベルを検出することにより、回転体が停止している時の異常(ケーブル20の断線、信号線と電源線との短絡、地絡等)を検出することができる。また、回転体が回転している場合でも、信号線と電源線との短絡、地絡を検出可能である。
なお、ケーブル20の断線や短絡、地絡等と同じ現象がエンコーダ10の内部で起こったり、制御装置30の内部においてマイコン33の入力側で起こったような場合も同様にして異常を検出することができる。
As described above, according to the present embodiment, the level abnormality detection units 333A and 333B detect the voltage level of the analog input signal, thereby detecting an abnormality when the rotating body is stopped (disconnection of the cable 20, signal line). Can be detected. Further, even when the rotating body is rotating, it is possible to detect a short circuit and a ground fault between the signal line and the power supply line.
In addition, when the same phenomenon as the disconnection, short circuit, ground fault, etc. of the cable 20 occurs in the encoder 10 or occurs on the input side of the microcomputer 33 in the control device 30, an abnormality is detected in the same manner. Can do.

次に、マイコン33に入力されるディジタル信号を監視することにより、回転体が回転している時の異常を検出するための異常検出方法について詳述する。
図5は、A相のディジタル信号SigA(ディジタル信号処理手段31Aの出力信号)に異常が発生した場合の各部の出力信号を示すタイミングチャートである。なお、以下の説明はB相のディジタル信号SigBの異常時も同様である。
Next, an abnormality detection method for detecting an abnormality when the rotating body is rotating by monitoring a digital signal input to the microcomputer 33 will be described in detail.
FIG. 5 is a timing chart showing an output signal of each part when an abnormality occurs in the A-phase digital signal SigA (the output signal of the digital signal processing means 31A). The following description is the same when the B-phase digital signal SigB is abnormal.

まず、A相の信号線が電源線と短絡した等の理由によりA相のディジタル信号SigAが「H」レベルで固定されると、図1のA相のカウンタ335Aから出力されるパルスの数が減少し、B相のカウンタ335Bから出力されるパルスの数との間に誤差が発生する。従って、図1のパルス数比較異常検出部336が、制御周期Tごとに両カウンタ335A,335Bのカウント値CountA,CountBを比較し、その差が所定の閾値より大きくなった場合に異常と判断する。
なお、制御周期Tのタイミングにより、正常時でも両カウント値に±1程度の誤差を生じるので、上記の閾値は2より大きい値とすることが望ましい。図5の例では、カウント値CountAが2、カウント値CountBが5であるため、例えば閾値を2に設定することにより、異常を検出することができる。
また、信号線と電源線との短絡以外に、ケーブルの断線や地絡等によりディジタル信号が「L」レベルで固定された場合も、同様な原理によって検出可能である。
First, if the A-phase digital signal SigA is fixed at the “H” level because the A-phase signal line is short-circuited with the power supply line or the like, the number of pulses output from the A-phase counter 335A in FIG. And an error occurs between the number of pulses output from the B-phase counter 335B. Accordingly, the pulse number comparison abnormality detection unit 336 in FIG. 1 compares the count values CountA 1 and CountB 1 of both counters 335A and 335B every control cycle T s , and an abnormality occurs when the difference becomes larger than a predetermined threshold value. Judge.
It should be noted that the above threshold value is desirably set to a value larger than 2 because an error of about ± 1 occurs in both count values even at normal time depending on the timing of the control cycle T s . In the example of FIG. 5, since the count value CountA 1 is 2 and the count value CountB 1 is 5, for example, by setting the threshold value to 2, an abnormality can be detected.
Further, in addition to the short circuit between the signal line and the power supply line, the case where the digital signal is fixed at the “L” level due to the disconnection of the cable or the ground fault can be detected by the same principle.

図6は、A相のディジタル信号SigA及びB相のディジタル信号SigBの両方に異常が発生した場合の動作を示している。
図6の例では、カウント値CountA,CountBが何れも2であるため、前記パルス数比較異常検出部336や、第2の従来技術では異常を検出することができない。
この場合、本実施形態では、ディジタル信号SigA,SigBの排他的論理和である合成信号(信号合成手段32の出力信号)SigABが、図6に示すように「H」レベルのままで固定されるので、「H」レベルの幅を測定するタイマ338が更新されなくなる。従って、図1のパルス幅比較異常検出部339が、今回のタイマ値(パルス幅)を前回の制御周期Tにおけるタイマ値と比較したり、あるいは周期測定タイマのオーバフローを検出する等の処理を実行すれば、ディジタル信号SigA,SigBの両方に異常が発生したことを容易に検出可能である。
FIG. 6 shows an operation when an abnormality occurs in both the A-phase digital signal SigA and the B-phase digital signal SigB.
In the example of FIG. 6, since the count values CountA 1 and CountB 1 are both 2, the pulse number comparison abnormality detection unit 336 and the second prior art cannot detect abnormality.
In this case, in this embodiment, the synthesized signal (output signal of the signal synthesizing means 32) SigAB which is an exclusive OR of the digital signals SigA and SigB is fixed at the “H” level as shown in FIG. Therefore, the timer 338 for measuring the width of the “H” level is not updated. Therefore, the pulse width comparison abnormality detection unit 339 in FIG. 1 compares the current timer value (pulse width) with the timer value in the previous control cycle T s or detects the overflow of the cycle measurement timer. If executed, it is possible to easily detect that an abnormality has occurred in both the digital signals SigA and SigB.

また、図7は、A相のディジタル信号SigAの位相に異常が発生した場合を示す。このようなA相のディジタル信号SigAの位相異常は、例えば、B相側と部分的に短絡する場合や、エンコーダ10内のトランジスタTr,Trの故障等が考えられる。
このような場合、例えば第2の従来技術では、各相のパルス数には変化がなく、部分的な異常であって既に正常状態に移行しているとみなしてしまい、異常検出が不可能である。
これに対し、本実施形態では、タイマ338が合成信号SigABの「H」レベルの幅を測定しているため、今回のタイマ値を前回の制御周期Tにおけるタイマ値と比較してその時間差を測定することにより、簡単に異常を検出することができる。
FIG. 7 shows a case where an abnormality occurs in the phase of the A-phase digital signal SigA. Such a phase abnormality of the A-phase digital signal SigA may be, for example, a partial short-circuit with the B-phase side or a failure of the transistors Tr 1 and Tr 2 in the encoder 10.
In such a case, for example, in the second prior art, the number of pulses in each phase does not change, and it is considered that the abnormality is partially abnormal and has already shifted to the normal state, and abnormality detection is impossible. is there.
On the other hand, in this embodiment, since the timer 338 measures the width of the “H” level of the composite signal SigAB, the current timer value is compared with the timer value in the previous control cycle T s and the time difference is calculated. By measuring, an abnormality can be easily detected.

図8は、上述した異常判断のフローチャートを示している。
まず、回転体が回転中か停止中かを判断する(ステップS1)。例えば、回転体が電動機の出力軸であり、エンコーダを用いて電動機速度や回転子位置を検出する場合、エンコーダの出力パルスが一定期間内に1以上検出されるか否か、または、電動機の速度指令値や運転指令フラグ、電圧指令値、電流検出値等の情報を参考にすれば、回転中か停止中かの判断は容易である。
FIG. 8 shows a flowchart of the above-described abnormality determination.
First, it is determined whether the rotating body is rotating or stopped (step S1). For example, when the rotating body is an output shaft of an electric motor and the motor speed and rotor position are detected using an encoder, whether or not one or more output pulses of the encoder are detected within a certain period, or the speed of the electric motor By referring to information such as the command value, operation command flag, voltage command value, and current detection value, it is easy to determine whether the vehicle is rotating or stopped.

停止中であれば、アナログ信号の電圧レベルにより、前述したようにレベル異常検出部333A,333Bが異常判断を行い、検出したアナログ電圧Vadetが数式1及び数式2に基づく閾値の範囲内にあるか否かにより異常の有無を判断する(ステップS1 Yes,S2,S3)。
回転中であれば、パルス数比較異常検出部336により、パルス数の差が閾値を超えたか否かによって異常の有無を判断する(ステップS1 No,S6,S7)。また、パルス数の差が閾値を超えない場合には、パルス幅比較異常検出部339によりタイマ値(パルス幅)を前回値等と比較して異常の有無を判断する(ステップS7 No,S9,S10)。
When the operation is stopped, the level abnormality detection units 333A and 333B make an abnormality determination as described above based on the voltage level of the analog signal, and the detected analog voltage V adet is within the threshold range based on Equation 1 and Equation 2. Whether or not there is an abnormality is determined based on whether or not (step S1, Yes, S2, S3).
If the rotation is in progress, the pulse number comparison abnormality detection unit 336 determines whether or not there is an abnormality depending on whether or not the difference in the number of pulses has exceeded a threshold value (steps S1 No, S6, S7). If the difference in the number of pulses does not exceed the threshold, the pulse width comparison abnormality detection unit 339 compares the timer value (pulse width) with the previous value or the like to determine whether there is an abnormality (steps S7 No, S9, S10).

上記の各判断ステップにおいて異常と判断された場合には(ステップS3 Yes、またはS7 Yes、またはS10 Yes)、回転体すなわち電動機の運転を停止し、外部にアラームとして異常検出信号を出力する等、異常時の処理を実施する(ステップS4,S8,S11)。異常なしと判断された場合には(ステップS3 NoまたはS10 No)、正常モード処理として通常の制御を行うことにより運転を継続する(ステップS5,S12)。
なお、図3から明らかなように、タイマ338によるパルス幅の測定はパルス(合成信号SigAB)のエッジ毎に更新されるため、マイコン33の内部の多重割り込み処理を利用して、パルス数測定と異なる割り込みレベルで実行することができる。このようにすると、制御周期T内の一部のみで位相異常が発生した場合にも、見逃すことなく検出することができる。
When it is determined that there is an abnormality in each of the above determination steps (Yes in Step S3, or S7 Yes, or S10 Yes), the operation of the rotating body, that is, the electric motor is stopped, and an abnormality detection signal is output as an alarm to the outside. Processing at the time of abnormality is performed (steps S4, S8, S11). If it is determined that there is no abnormality (No in step S3 or S10), the operation is continued by performing normal control as normal mode processing (steps S5 and S12).
As apparent from FIG. 3, the measurement of the pulse width by the timer 338 is updated for each edge of the pulse (synthetic signal SigAB), so that the number of pulses can be measured using the multiple interrupt processing in the microcomputer 33. Can be executed at different interrupt levels. Thus, even when the phase error occurs in only part of the control period T s, it can be detected without missing.

次いで、図9は本発明の第2実施形態を示す回路図である。
この第2実施形態が第1実施形態と異なるのは、制御装置内のマイコンを二重化して相互監視することにより、異常監視装置としての信頼性を向上させた点である。第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the reliability of the abnormality monitoring device is improved by duplicating the microcomputers in the control device and performing mutual monitoring. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, different portions will be mainly described.

図9において、制御装置300には二つのマイコン301X,301Yが内蔵されている。これらのマイコン301X,301Yは、図1と同様に、アナログ信号SigAana,SigBanaを処理するアナログ入力部331A,331B、AD変換部332A,332B、レベル異常検出部333A,333Bからなる第1の異常検出手段と、ディジタル信号SigA,SigBを処理するディジタル入力部334A,334B、カウンタ335A,335B、パルス数比較異常検出部336からなる第2の異常検出手段と、信号合成手段32により作成した合成信号SigABを処理する信号ディジタル入力部337、タイマ338、パルス幅比較異常検出部339からなる第3の異常検出手段と、をそれぞれ備えている。   In FIG. 9, the control apparatus 300 has two microcomputers 301X and 301Y built therein. As in FIG. 1, these microcomputers 301X and 301Y have a first abnormality detection comprising analog input units 331A and 331B, AD conversion units 332A and 332B, and level abnormality detection units 333A and 333B that process the analog signals SigAana and SigBana. A combined signal SigAB created by the signal synthesizer 32 and a second abnormality detecting means comprising digital input parts 334A and 334B for processing the digital signals SigA and SigB, counters 335A and 335B, and a pulse number comparison abnormality detecting part 336. And a third abnormality detection means including a signal digital input unit 337, a timer 338, and a pulse width comparison abnormality detection unit 339.

更に、一方のマイコン301Xには通信手段302X及びデータ比較手段303Xが設けられ、他方のマイコン301Yにも、通信手段302Y及びデータ比較手段303Yが設けられている。
ここで、通信手段302X,302Yは、各マイコン301X,301Yによる異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、合成信号の「H」レベルのパルス幅等の検出データを他方のマイコンとの間で相互に送受信するためのものである。また、データ比較手段303X,303Yは、自己が受信した相手方の上記検出データを自己の検出データと比較し、その結果に応じて異常検出信号1,異常検出信号2を出力するためのものである。
Further, one microcomputer 301X is provided with communication means 302X and data comparison means 303X, and the other microcomputer 301Y is provided with communication means 302Y and data comparison means 303Y.
Here, the communication means 302X and 302Y receive the detection data such as the abnormality detection result by the microcomputers 301X and 301Y, the voltage level of the analog signal, the number of pulses of the digital signal, the pulse width of the “H” level of the composite signal, and the like. To transmit / receive data to / from each other. Further, the data comparison means 303X and 303Y are for comparing the detected data of the other party received by itself with the detected data of the other party and outputting the abnormality detection signal 1 and the abnormality detection signal 2 according to the result. .

図9の例では、ディジタル信号処理手段31A,31B及び信号合成手段32の出力側でマイコン301X,301Yを二重化しているが、各マイコン301X,301Yの入力側にディジタル信号処理手段31A,31B及び信号合成手段32をそれぞれ設けて二重化しても良い。
また、マイコン301X,301Y同士の通信形態は、同期式でも非同期式でもよく、特に限定されるものではない。
In the example of FIG. 9, the microcomputers 301X and 301Y are duplicated on the output side of the digital signal processing means 31A and 31B and the signal synthesis means 32. However, the digital signal processing means 31A and 31B and The signal synthesizing means 32 may be provided and duplicated.
Further, the communication form between the microcomputers 301X and 301Y may be synchronous or asynchronous, and is not particularly limited.

各マイコン301X,301Yによる異常検出動作は第1実施形態と同様であるため、ここでは詳述を省略する。
ただし、本実施形態では、相手方から受信したデータを、データ比較手段303X,303Yにより自己の異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、パルス幅と比較し、これらが互いに相違する場合や、電圧レベル、パルス数、パルス幅のそれぞれの差が所定の閾値を超えていた場合に異常検出信号1または異常検出信号2を出力する。これらの異常検出信号は、二重化以降の配線の異常や、マイコンの内部機能(AD変換部、カウンタ、タイマ等)または通信系統の異常とみなすことができるから、異常検出信号1または異常検出信号2により、マイコン301X,301Yの機能を診断することができる。
なお、電圧レベル、パルス数、パルス幅の差と比較される上記閾値は、自由に設定可能であるが、マイコンの機能による異常が支配的であるので、誤検出のないように十分に余裕をもった値とすることが望ましい。
ここで、異常検出信号1、異常検出信号2には、本来のレベル異常検出、パルス数比較異常検出、パルス幅比較異常検出による異常検出結果を含めても良いのは勿論である。
Since the abnormality detection operation by each of the microcomputers 301X and 301Y is the same as that in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
However, in this embodiment, the data received from the other party is compared by the data comparison means 303X and 303Y with its own abnormality detection result, the voltage level of the analog signal, the number of pulses of the digital signal, and the pulse width, which are different from each other. In this case, or when the difference between the voltage level, the number of pulses, and the pulse width exceeds a predetermined threshold value, the abnormality detection signal 1 or the abnormality detection signal 2 is output. Since these abnormality detection signals can be regarded as wiring abnormality after duplication, microcomputer internal functions (AD converter, counter, timer, etc.) or communication system abnormality, abnormality detection signal 1 or abnormality detection signal 2 Thus, the functions of the microcomputers 301X and 301Y can be diagnosed.
Note that the above threshold value compared with the difference in voltage level, number of pulses, and pulse width can be set freely.However, since abnormality due to the function of the microcomputer is dominant, there is sufficient margin to prevent false detection. It is desirable to have a value.
Here, of course, the abnormality detection signal 1 and the abnormality detection signal 2 may include an abnormality detection result by original level abnormality detection, pulse number comparison abnormality detection, and pulse width comparison abnormality detection.

以上のように、本実施形態によれば、エンコーダからマイコンに至るまでの異常、及びマイコンの内部機能の異常も検出することができ、第1実施形態に比べて、異常監視装置としての信頼性を一層向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to detect an abnormality from the encoder to the microcomputer and an abnormality of the internal function of the microcomputer, and the reliability as the abnormality monitoring device compared to the first embodiment. Can be further improved.

次に、図10は本発明の第3実施形態を示す回路図である。
前述した第1,第2実施形態において、パルス幅比較異常検出部339がタイマ値(パルス幅)に基づいて異常を検出する場合、信号合成手段32により、位相の異なるA相,B相ディジタル信号SigA,SigBを合成して合成信号SigABを作成する必要がある。しかし、図3等から明らかなように、合成信号SigABの「H」レベルのパルス幅は元のディジタル信号SigA,SigBの「H」レベルのパルス幅の1/2となる。このため、回転体が高速回転すると合成信号SigABの「H」レベルのパルス幅が短くなり、マイコンのクロック分解能の制約から、上記パルス幅がタイマによる計時間隔より短くなると測定が不可能になる。加えて、第1,第2実施形態ではマイコン内部で合成信号を作成することができず、外部に論理回路を付加して信号合成手段32を実現せざるを得ないので、これがコスト上昇の原因ともなる。
そこで、第3実施形態は、異常検出時の速度範囲を拡大し、しかもコストを一層低減するためになされたものである。
Next, FIG. 10 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
In the first and second embodiments described above, when the pulse width comparison abnormality detection unit 339 detects an abnormality based on the timer value (pulse width), the signal synthesizing unit 32 causes the A phase and B phase digital signals having different phases to be detected. It is necessary to synthesize SigA and SigB to create a synthesized signal SigAB. However, as is apparent from FIG. 3 and the like, the “H” level pulse width of the combined signal SigAB is ½ of the “H” level pulse width of the original digital signals SigA and SigB. For this reason, when the rotating body rotates at a high speed, the pulse width of the “H” level of the composite signal SigAB becomes short, and measurement becomes impossible when the pulse width becomes shorter than the time interval measured by the timer due to restrictions on the clock resolution of the microcomputer. In addition, in the first and second embodiments, the synthesized signal cannot be created inside the microcomputer, and the signal synthesizing means 32 must be realized by adding a logic circuit to the outside. It also becomes.
Therefore, the third embodiment is made to expand the speed range at the time of detecting an abnormality and further reduce the cost.

以下、この第3実施形態の回路構成を説明する。なお、第1,第2実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図10において、310は制御装置であり、本実施形態では、前述した信号合成手段32が不要である点、及び、マイコン311の内部構成が先の第1,第2実施形態と異なっている。すなわち、ディジタル信号処理手段31A,31Bから出力されたA相,B相ディジタル信号SigA,SigBは、合成されることなくマイコン311内のディジタル入力部337A,337Bにそれぞれ入力されている。ディジタル入力部337A,337Bの出力側には、A相,B相ディジタル信号SigA,SigBの「H」レベルの幅を測定するタイマ338A,338Bがそれぞれ接続され、タイマ338A,338Bの出力側にパルス幅比較異常検出部340が接続されている。ここで、パルス幅比較異常検出部340は、A相,B相のそれぞれについて、タイマ値(ディジタル信号SigA,SigBの「H」レベルの幅)の前回値と今回値とを比較し、または、A相のタイマ値とB相のタイマ値とを比較し、これらが所定の閾値を超える場合に異常を検出するものである。
上記構成において、ディジタル入力部337A,337B、タイマ338A,338B及びパルス幅比較異常検出部340は、請求項における第4の異常検出手段を構成している。
The circuit configuration of the third embodiment will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st, 2nd embodiment, and description is abbreviate | omitted.
In FIG. 10, reference numeral 310 denotes a control device. In this embodiment, the signal synthesizing unit 32 described above is not necessary, and the internal configuration of the microcomputer 311 is different from the first and second embodiments. That is, the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB output from the digital signal processing units 31A and 31B are input to the digital input units 337A and 337B in the microcomputer 311 without being synthesized. Timers 338A and 338B for measuring the width of the “H” level of the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB are connected to the output sides of the digital input units 337A and 337B, respectively, and the pulses are connected to the output sides of the timers 338A and 338B. A width comparison abnormality detection unit 340 is connected. Here, the pulse width comparison abnormality detection unit 340 compares the previous value of the timer value (the width of the “H” level of the digital signals SigA and SigB) with the current value for each of the A phase and the B phase, or The A-phase timer value and the B-phase timer value are compared, and an abnormality is detected when they exceed a predetermined threshold value.
In the above configuration, the digital input units 337A and 337B, the timers 338A and 338B, and the pulse width comparison abnormality detection unit 340 constitute the fourth abnormality detection means in the claims.

次いで、この第3実施形態の動作を説明する。なお、回転体の停止時における異常検出はアナログ信号に基づいて行うため、以下では、回転体の回転時におけるA相,B相ディジタル信号SigA,SigBに基づいた異常検出動作について説明する。
図11は、正常時におけるディジタル信号処理手段31A,31Bの出力信号、カウンタ335A,335B及びタイマ338A,338Bの出力信号を示すタイミングチャートである。なお、比較のために、第1実施形態における信号合成手段32の出力信号(合成信号SigAB)も併せて表示してある。
Next, the operation of the third embodiment will be described. Since abnormality detection when the rotating body is stopped is performed based on an analog signal, an abnormality detection operation based on the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB when the rotating body rotates will be described below.
FIG. 11 is a timing chart showing the output signals of the digital signal processing means 31A and 31B and the output signals of the counters 335A and 335B and the timers 338A and 338B at the normal time. For comparison, an output signal (synthesized signal SigAB) of the signal synthesis unit 32 in the first embodiment is also displayed.

図11におけるカウンタ335A,335Bの動作は図3と同一であるため、タイマ338A,338Bの動作を説明する。
タイマ338Aは、A相ディジタル信号SigAの立ち上がりで動作を開始し、立ち下がりでタイマ値を保存することにより、このタイマ値からA相ディジタル信号SigAの「H」レベルの幅を測定する。同様に、タイマ338Bは、B相ディジタル信号SigBの立ち上がりで動作を開始し、立ち下がりでタイマ値を保存することにより、このタイマ値からB相ディジタル信号SigBの「H」レベルの幅を測定する。なお、図11において、TA0,TA1,……,TB0,TB1,……はタイマ値(ディジタル信号SigA,SigBの「H」レベルの幅)を示す。
パルス幅比較異常検出部340は、A相,B相のタイマ値の前回値と今回値とをそれぞれ比較し、図11の例では前回値と今回値とが等しいことから正常と判断する。
Since the operations of the counters 335A and 335B in FIG. 11 are the same as those in FIG. 3, the operations of the timers 338A and 338B will be described.
The timer 338A starts the operation at the rising edge of the A-phase digital signal SigA and stores the timer value at the falling edge, thereby measuring the “H” level width of the A-phase digital signal SigA from the timer value. Similarly, the timer 338B starts the operation at the rising edge of the B phase digital signal SigB and stores the timer value at the falling edge, thereby measuring the “H” level width of the B phase digital signal SigB from the timer value. . 11, T A0 , T A1 ,..., T B0 , T B1 ,... Indicate timer values (widths of the “H” level of the digital signals SigA and SigB).
The pulse width comparison abnormality detection unit 340 compares the previous value and the current value of the timer values of the A phase and the B phase, respectively, and determines that the previous value and the current value are equal in the example of FIG.

図12は、A相ディジタル信号SigAに異常が発生した場合のタイミングチャートである。A相の信号線が電源線と短絡した等の理由によりA相のディジタル信号SigAが「H」レベルで固定されると、前述した図5と同様に、カウンタ335A,335Bによるカウント値CountA,CountBの差が所定の閾値(例えば2)より大きくなった場合に異常と判断する。ケーブルの断線や地絡等によりA相のディジタル信号SigAが「L」レベルで固定された場合や、B相ディジタル信号SigBに異常が発生した場合も、同様な原理によって異常を検出可能である。 FIG. 12 is a timing chart when an abnormality occurs in the A-phase digital signal SigA. When the A-phase digital signal SigA is fixed at the “H” level because the A-phase signal line is short-circuited with the power supply line, the count values CountA 1 , A by the counters 335A and 335B are the same as in FIG. When the difference of CountB 1 becomes larger than a predetermined threshold (for example, 2), it is determined that there is an abnormality. Even when the A-phase digital signal SigA is fixed at the “L” level due to a cable break or ground fault, or when an abnormality occurs in the B-phase digital signal SigB, the abnormality can be detected by the same principle.

図13は、A相,B相ディジタル信号SigA,SigBの両方に異常が発生した場合のタイミングチャートである。
この場合、図13の例では、カウント値CountA,CountBが何れも2であるため、パルス数比較異常検出部336では異常を検出することができない。そこで、本実施形態では、A相,B相のタイマ値の前回値と今回値とをそれぞれ比較する。
すなわち、図13において、A相,B相共に、異常が発生する直前のディジタル信号SigA,SigBの「H」レベルの幅(つまりタイマ値)TA1,TB1を測定するが、異常発生によりタイマ値を保存するためのディジタル信号SigA,SigBの立ち下がりエッジが現れないので、異常発生後はA相,B相共にタイマ値が加算されていく。そこで、所定のタイミングでA相,B相について今回加算中のタイマ値TA1,TB1を前回のタイマ値TA0,TB0とそれぞれ比較すれば、TA1とTA0との間、TB1とTB0との間にはそれぞれ大きな差があるため、これらの差が所定の閾値を超えた場合にA相,B相ディジタル信号SigA,SigBの両方に異常が発生したことが検出される。
FIG. 13 is a timing chart when abnormality occurs in both the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB.
In this case, in the example of FIG. 13, since the count values CountA 1 and CountB 1 are both 2, the pulse number comparison abnormality detection unit 336 cannot detect the abnormality. Therefore, in the present embodiment, the previous value and the current value of the timer values of the A phase and the B phase are respectively compared.
That is, in FIG. 13, the “H” level widths (that is, timer values) T A1 and T B1 of the digital signals SigA and SigB immediately before the occurrence of the abnormality are measured for both the A phase and the B phase. Since the falling edges of the digital signals SigA and SigB for storing the values do not appear, the timer values are added to both the A phase and the B phase after the abnormality occurs. Therefore, if the timer values T A1 and T B1 that are currently being added for the A phase and the B phase at a predetermined timing are compared with the previous timer values T A0 and T B0 , respectively, between T A1 and T A0 , T B1 Since there is a large difference between T B0 and T B0 , it is detected that an abnormality has occurred in both the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB when these differences exceed a predetermined threshold.

また、図14は、A相ディジタル信号SigAの位相に異常が発生した場合のタイミングチャートである。図7において説明したように、このような位相異常は、B相側との部分的な短絡やエンコーダ10内のトランジスタTr,Trの故障等に起因するものである。
この場合、A相,B相ディジタル信号SigA,SigBのパルス数には閾値(例えば2)以上の差はないが、異常であるA相のタイマ値と正常なB相のタイマ値との間、つまりTAerr1とTB1との間、TAerr2とTB2との間にはそれぞれ差が生じている。更に、例えばA相ディジタル信号SigAの今回のタイマ値TAerr1と前回のタイマ値TA1との間にも差が生じている。
FIG. 14 is a timing chart when an abnormality occurs in the phase of the A-phase digital signal SigA. As described in FIG. 7, such a phase abnormality is caused by a partial short circuit with the B phase side, a failure of the transistors Tr 1 and Tr 2 in the encoder 10, or the like.
In this case, the number of pulses of the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB does not differ by more than a threshold value (for example, 2), but between the abnormal A-phase timer value and the normal B-phase timer value, That is, there are differences between T Aerr1 and T B1 and between T Aerr2 and T B2 . Further, for example, a difference also occurs between the current timer value T Aerr1 of the A-phase digital signal SigA and the previous timer value T A1 .

そこで、本実施形態では、パルス幅比較異常検出部340が、タイマ値TAerr1とTB1との差、またはタイマ値TAerr2とTB2と差、あるいはタイマ値TAerr1とTA1との差が所定の閾値よりも大きいことをもってA相ディジタル信号SigAの異常を検出する。
なお、図13や図14に示した異常は、例えば第1実施形態によっても検出可能であるが、第3実施形態では、A相,B相ディジタル信号SigA,SigBの「H」レベルの幅を測定するため、この幅は、第1実施形態の測定対象である合成信号SigABの「H」レベルの幅に対して2倍である。従って、同じクロック周波数のマイコンを使用した場合には、第1実施形態と比べて2倍の回転速度まで測定可能であり、速度範囲を拡大することができる。
更に、第3実施形態によれば、第1,第2実施形態における信号合成手段32としての論理回路が不要になるので、回路構成の簡略化による小型化及びコストの低減が可能になる。
Therefore, in the present embodiment, the pulse width comparison abnormality detection unit 340 determines that the difference between the timer values T Aerr1 and T B1 , the difference between the timer values T Aerr2 and T B2 , or the difference between the timer values T Aerr1 and T A1. Abnormality of the A-phase digital signal SigA is detected when it is larger than the predetermined threshold value.
The abnormality shown in FIGS. 13 and 14 can be detected by the first embodiment, for example, but in the third embodiment, the width of the “H” level of the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB is increased. In order to measure, this width is twice the width of the “H” level of the composite signal SigAB that is the measurement target of the first embodiment. Therefore, when microcomputers having the same clock frequency are used, it is possible to measure up to twice the rotational speed as compared with the first embodiment, and the speed range can be expanded.
Furthermore, according to the third embodiment, the logic circuit as the signal synthesizing means 32 in the first and second embodiments is not necessary, so that it is possible to reduce the size and cost by simplifying the circuit configuration.

第3実施形態による異常判断のフローチャートは、基本的に前述した図8と同様であるが、第3実施形態では、図8のパルス幅計測ステップ(S9)及び異常判断ステップ(S10)において、合成信号SigABを対象とするのではなく、A相,B相ディジタル信号SigA,SigBの「H」レベルの幅を個別に測定して異常判断を行う点が異なっている。   The flowchart of abnormality determination according to the third embodiment is basically the same as that of FIG. 8 described above, but in the third embodiment, synthesis is performed in the pulse width measurement step (S9) and abnormality determination step (S10) of FIG. The difference is that the signal SigAB is not targeted but the “H” level widths of the A-phase and B-phase digital signals SigA and SigB are individually measured to determine the abnormality.

次に、図15は本発明の第4実施形態を示す回路図である。この第4実施形態は、第3実施形態における制御装置内のマイコンを二重化することにより、相互監視を可能にしたものである。
すなわち、図15において、制御装置320は2台のマイコン311X,311Yを備えている。これらのマイコン311X,311Yは、図10に示したマイコン311と同一の検出ブロック(アナログ入力部331A,331B、AD変換部332A,332B、レベル異常検出部333A,333B、ディジタル入力部334A,334B、カウンタ335A,335B、パルス数比較異常検出部336、ディジタル入力部337A,337B,タイマ338A,338B、パルス幅比較異常検出部340からなる)を備えている。また、一方のマイコン311Xは通信手段312X及びデータ比較手段313Xを備え、他方のマイコン311Yも通信手段312Y及びデータ比較手段313Yを備えている。
Next, FIG. 15 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention. This fourth embodiment enables mutual monitoring by duplicating the microcomputer in the control device in the third embodiment.
That is, in FIG. 15, the control device 320 includes two microcomputers 311X and 311Y. These microcomputers 311X and 311Y have the same detection blocks as those of the microcomputer 311 shown in FIG. 10 (analog input units 331A and 331B, AD conversion units 332A and 332B, level abnormality detection units 333A and 333B, digital input units 334A and 334B, Counter 335A, 335B, pulse number comparison abnormality detection unit 336, digital input units 337A, 337B, timers 338A, 338B, and pulse width comparison abnormality detection unit 340). One microcomputer 311X includes a communication unit 312X and a data comparison unit 313X, and the other microcomputer 311Y includes a communication unit 312Y and a data comparison unit 313Y.

通信手段312X,312Yは、各マイコン311X,311Yによる異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数及び「H」レベルのパルス幅等の検出データを他方のマイコンとの間で相互に送受信する。また、データ比較手段313X,313Yは、自己が受信した相手方の上記検出データを自己の検出データと比較し、その結果に応じて異常検出信号1,異常検出信号2を出力するためのものである。
なお、マイコン311X,311Yを二重化する位置やマイコン311X,311Y同士の通信形態については、図9の第2実施形態と同様に任意に選択可能である。
The communication means 312X and 312Y exchange detection data such as the abnormality detection result by each microcomputer 311X and 311Y, the voltage level of the analog signal, the number of pulses of the digital signal, and the pulse width of the “H” level with each other. Send and receive. The data comparison means 313X, 313Y compares the detected data of the other party received by itself with its own detected data, and outputs an abnormality detection signal 1 and an abnormality detection signal 2 according to the result. .
The position at which the microcomputers 311X and 311Y are duplicated and the communication mode between the microcomputers 311X and 311Y can be arbitrarily selected as in the second embodiment of FIG.

本実施形態においても、通信手段312X,312Yが相手方のマイコンから受信したデータを、データ比較手段313X,313Yが、自己の異常検出結果、アナログ信号の電圧レベル、ディジタル信号のパルス数、パルス幅と比較する。そして、これらのデータが互いに相違する場合や、電圧レベル、パルス数、パルス幅のそれぞれの差が所定の閾値を超えていた場合に、異常検出信号1または異常検出信号2を出力する。これにより、マイコン311X,311Yの機能を診断することができる。
なお、異常検出信号1、異常検出信号2には、本来のレベル異常検出、パルス数比較異常検出、パルス幅比較異常検出による異常検出結果を含めても良い。
本実施形態によれば、エンコーダからマイコンに至るまでの異常、及びマイコンの内部機能の異常も検出することができるため、第3実施形態に比べて、異常監視装置としての信頼性を一層向上させることができる。
Also in this embodiment, the data comparison means 313X, 313Y receives the data received by the communication means 312X, 312Y from the counterpart microcomputer, the abnormality detection result of itself, the voltage level of the analog signal, the number of pulses of the digital signal, and the pulse width. Compare. Then, when these data are different from each other, or when the difference in voltage level, number of pulses, and pulse width exceeds a predetermined threshold, the abnormality detection signal 1 or the abnormality detection signal 2 is output. Thereby, the functions of the microcomputers 311X and 311Y can be diagnosed.
Note that the abnormality detection signal 1 and the abnormality detection signal 2 may include an abnormality detection result by original level abnormality detection, pulse number comparison abnormality detection, and pulse width comparison abnormality detection.
According to the present embodiment, since the abnormality from the encoder to the microcomputer and the abnormality of the internal function of the microcomputer can be detected, the reliability as the abnormality monitoring device is further improved as compared with the third embodiment. be able to.

本発明は、電動機ばかりでなく、各種の回転体の回転速度や位置(角度)を検出するエンコーダ及びその配線系統の異常監視に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used not only for an electric motor but also for monitoring an abnormality of an encoder for detecting the rotational speed and position (angle) of various rotating bodies and its wiring system.

10:エンコーダ
20:ケーブル
30,300,310,320:制御装置
31A,31B:ディジタル信号処理手段
32:信号合成手段
33,301X,301Y,311,311X,311Y:マイコン
302X,302Y,312X,312Y:通信手段
303X,303Y,313X,313Y:データ比較手段
331A,331B:アナログ入力部
332A,332B:AD変換部
333A,333B:レベル異常検出部
334A,334B:ディジタル入力部
335A,335B:カウンタ
336:パルス数比較異常検出部
337,337A,337B:ディジタル入力部
338,338A,338B:タイマ
339,340:パルス幅比較異常検出部
Tr,Tr:トランジスタ
:制限抵抗
,R:分圧抵抗
10: Encoder 20: Cable 30, 300, 310, 320: Controller 31A, 31B: Digital signal processing means 32: Signal synthesis means 33, 301X, 301Y, 311, 311X, 311Y: Microcomputer 302X, 302Y, 312X, 312Y: Communication means 303X, 303Y, 313X, 313Y: Data comparison means 331A, 331B: Analog input section 332A, 332B: AD conversion section 333A, 333B: Level abnormality detection section 334A, 334B: Digital input section 335A, 335B: Counter 336: Pulse Number comparison abnormality detection unit 337, 337A, 337B: Digital input unit 338, 338A, 338B: Timer 339, 340: Pulse width comparison abnormality detection unit Tr 1 , Tr 2 : Transistor R 1 : Limiting resistor R x , R y : Voltage dividing resistance

Claims (11)

回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号が、電源線及び信号線を含む配線系統を介して制御装置にアナログ信号として入力され、前記制御装置が、アナログ入力信号を処理して前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する異常監視装置において、
前記制御装置は、
アナログ入力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号から検出したアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第1の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス数に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第2の異常検出手段と、
第2の異常検出手段において得られた少なくとも二つのディジタル信号を合成し、この合成信号のパルス幅に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第3の異常検出手段と、
を備え
前記回転体の停止時には第1の異常検出手段により異常を検出し、前記回転体の回転時には、第2または第3の異常検出手段により異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
An output signal of an encoder that detects the position of the rotating body is input as an analog signal to a control device via a wiring system including a power supply line and a signal line, and the control device processes the analog input signal to output the encoder or the encoder. In an abnormality monitoring device that detects an abnormality in the wiring system,
The controller is
First abnormality detecting means for converting an analog input signal into a digital signal and detecting an abnormality in the encoder or the wiring system based on a voltage level of the analog input signal detected from the digital signal;
Second abnormality detection means for detecting an abnormality in the encoder or the wiring system based on the number of pulses of a digital signal obtained by converting at least two of the analog input signals;
A third abnormality detecting means for synthesizing at least two digital signals obtained in the second abnormality detecting means and detecting an abnormality of the encoder or the wiring system based on a pulse width of the synthesized signal;
Equipped with a,
An abnormality monitoring apparatus , wherein an abnormality is detected by a first abnormality detecting means when the rotating body is stopped, and an abnormality is detected by a second or third abnormality detecting means when the rotating body is rotating .
回転体の位置を検出するエンコーダの出力信号が、電源線及び信号線を含む配線系統を介して制御装置にアナログ信号として入力され、前記制御装置が、アナログ入力信号を処理して前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する異常監視装置において、
前記制御装置は、
アナログ入力信号をディジタル信号に変換し、このディジタル信号から検出したアナログ入力信号の電圧レベルに基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第1の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス数に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第2の異常検出手段と、
少なくとも二つの前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス幅に基づいて前記エンコーダまたは前記配線系統の異常を検出する第4の異常検出手段と、
を備え
前記回転体の停止時には第1の異常検出手段により異常を検出し、前記回転体の回転時には、第2または第4の異常検出手段により異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
An output signal of an encoder that detects the position of the rotating body is input as an analog signal to a control device via a wiring system including a power supply line and a signal line, and the control device processes the analog input signal to output the encoder or the encoder. In an abnormality monitoring device that detects an abnormality in the wiring system,
The controller is
First abnormality detecting means for converting an analog input signal into a digital signal and detecting an abnormality in the encoder or the wiring system based on a voltage level of the analog input signal detected from the digital signal;
Second abnormality detection means for detecting an abnormality in the encoder or the wiring system based on the number of pulses of a digital signal obtained by converting at least two of the analog input signals;
Fourth abnormality detection means for detecting an abnormality in the encoder or the wiring system based on a pulse width of a digital signal obtained by converting at least two of the analog input signals;
Equipped with a,
An abnormality monitoring apparatus , wherein an abnormality is detected by a first abnormality detecting means when the rotating body is stopped, and an abnormality is detected by a second or fourth abnormality detecting means when the rotating body is rotating .
請求項1または2に記載した異常監視装置において、
前記制御装置のアナログ入力信号の電圧レベルが、前記エンコーダの出力が「High」レベルの時には電源電圧からバイアス分を減算したアナログハイレベルとなり、かつ、前記エンコーダの出力が「Low」レベルの時にはグランドレベルにバイアス分を加算したアナログローレベルとなるバイアス発生手段を備え、
第1の異常検出手段は、
アナログ入力信号の電圧レベルが、前記アナログハイレベルと前記アナログローレベルとの間に存在する場合に信号線または電源線の断線と判断し、前記アナログハイレベルよりも電源電圧に近い場合に信号線と電源線との短絡と判断し、前記アナログローレベルよりもグランドレベルに近い場合に信号線の地絡と判断することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 1 or 2 ,
The voltage level of the analog input signal of the control device is an analog high level obtained by subtracting a bias amount from the power supply voltage when the output of the encoder is “High” level, and the ground level when the output of the encoder is “Low” level. Bias generating means that becomes an analog low level by adding a bias amount to the level,
The first abnormality detection means is
When the voltage level of the analog input signal exists between the analog high level and the analog low level, it is determined that the signal line or the power supply line is disconnected, and the signal line is closer to the power supply voltage than the analog high level. And a power supply line, and when it is closer to the ground level than the analog low level, it is determined as a ground fault of the signal line .
請求項1〜3の何れか1項に記載した異常監視装置において、
第2の異常検出手段は、少なくとも二つのアナログ入力信号からそれぞれ変換したディジタル信号のパルスのエッジを検出してパルス数をそれぞれ求め、これらのパルス数の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to any one of claims 1 to 3 ,
The second abnormality detection means detects the edge of each pulse of the digital signal converted from at least two analog input signals to determine the number of pulses, and the abnormality is detected when the difference between these pulse numbers is equal to or greater than a predetermined threshold value. An abnormality monitoring device characterized by detecting
請求項1に記載した異常監視装置において、
第3の異常検出手段は、一定周期における前記合成信号のパルス幅を、過去の前記一定周期と同一の周期におけるパルス幅と比較し、両パルス幅に差がある場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 1 ,
The third abnormality detection means compares the pulse width of the composite signal in a fixed period with a pulse width in the same period as the previous fixed period, and detects an abnormality when both pulse widths are different. A feature abnormality monitoring device.
請求項2に記載した異常監視装置において、
の異常検出手段は、一定周期における前記アナログ入力信号を変換して得たディジタル信号のパルス幅を、過去の前記一定周期と同一の周期におけるディジタル信号のパルス幅と比較し、両パルス幅に差がある場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 2 ,
The fourth anomaly detection means compares the pulse width of the digital signal obtained by converting the analog input signal in a fixed period with the pulse width of the digital signal in the same period as the past fixed period. An abnormality monitoring device characterized by detecting an abnormality when there is a difference between the two .
請求項に記載した異常監視装置において、
の異常検出手段は、一定周期における二以上の前記アナログ入力信号をそれぞれ変換して得たディジタル信号のパルス幅の差が所定の閾値以上である場合に異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 2 ,
The fourth abnormality detecting means detects an abnormality when a difference between pulse widths of digital signals obtained by converting two or more analog input signals in a fixed period is equal to or larger than a predetermined threshold value. Anomaly monitoring device.
請求項に記載した異常監視装置において、
前記制御装置は演算処理装置を備え、
前記演算処理装置が、第1の異常検出手段におけるアナログ/ディジタル変換機能と、第2の異常検出手段におけるパルス数の測定機能と、第3の異常検出手段におけるパルス幅の測定機能とを有することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 1 ,
The control device includes an arithmetic processing unit,
The arithmetic processing unit, to chromatic analog / digital conversion function of the first abnormality detecting means, the pulse number of a measurement function in the second abnormality detecting means, and a measurement function of the pulse width of the third abnormality detection means An abnormality monitoring device characterized by that.
請求項2に記載した異常監視装置において、
前記制御装置は演算処理装置を備え、
前記演算処理装置が、第1の異常検出手段におけるアナログ/ディジタル変換機能と、第2の異常検出手段におけるパルス数の測定機能と、第4の異常検出手段におけるパルス幅の測定機能とを有することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 2 ,
The control device includes an arithmetic processing unit,
The arithmetic processing unit, to chromatic analog / digital conversion function of the first abnormality detecting means, the pulse number of a measurement function in the second abnormality detecting means, and a measurement function of the pulse width of the fourth abnormality detection means An abnormality monitoring device characterized by that.
請求項に記載した異常監視装置において、
複数多重化された前記演算処理装置が、第1の異常検出手段により検出したアナログ入力信号の電圧レベル、第2の異常検出手段により測定したパルス数、及び、第3の異常検出手段により測定したパルス幅を含むデータを相互に送受信し、各演算処理装置が、送受信した前記データを比較して演算処理装置の異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 8 ,
The plurality of arithmetic processing units multiplexed are measured by the voltage level of the analog input signal detected by the first abnormality detecting means, the number of pulses measured by the second abnormality detecting means, and the third abnormality detecting means. An abnormality monitoring apparatus , wherein data including a pulse width is transmitted and received mutually, and each arithmetic processing unit detects the abnormality of the arithmetic processing unit by comparing the transmitted and received data .
請求項に記載した異常監視装置において、
複数多重化された前記演算処理装置が、第1の異常検出手段により検出したアナログ入力信号の電圧レベル、第2の異常検出手段により測定したパルス数、及び、第4の異常検出手段により測定したパルス幅を含むデータを相互に送受信し、各演算処理装置が、送受信した前記データを比較して演算処理装置の異常を検出することを特徴とする異常監視装置。
In the abnormality monitoring device according to claim 9 ,
The plurality of arithmetic processing units multiplexed are measured by the voltage level of the analog input signal detected by the first abnormality detecting means, the number of pulses measured by the second abnormality detecting means, and the fourth abnormality detecting means. An abnormality monitoring apparatus , wherein data including a pulse width is transmitted and received mutually, and each arithmetic processing unit detects the abnormality of the arithmetic processing unit by comparing the transmitted and received data .
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