JP2001084014A - 生産設備制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御システムの安全性評価を容易化した生産
設備制御システムを提供する。 【解決手段】 安全関連回路部１及び非安全関連回路部
２は、回路的に互いに分離されている。安全関連回路部
１は、機械可動部４と人体の衝突回避に預かる機能を有
し、自己が正常な場合に限り高レベルのエネルギーを発
生し、自己の故障時は低レベルのエネルギーを発生する
特性を備えている。非安全関連回路部２は機械可動部４
の運転を制御する機能を有し、安全関連回路部１が高レ
ベルのエネルギーを発生しているときのみ、機械可動部
４の運転を制御することが可能であるように、安全関連
回路部１に関連付けられている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械可動部を有す
る生産設備の制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】機械可動部を有する生産設備において、
この生産設備を制御するシステムの主要機能は、機械可
動部の動作位置、速度、トルクなど、生産効率及び生産
品の品質に関わる操作である。しかし、機械可動部と人
体の衝突により重大災害を生じる場合、衝突回避の機能
が必要である。

【０００３】本明細書では、生産設備を制御するシステ
ムの主要機能を実現する部分を、必ずしも安全に関わら
ないと言う意味で、非安全関連回路部と称し、機械可動
部と人体の衝突回避をする機能を実現する部分を安全関
連回路部と称する。非安全関連回路部は極めて高度な操
作を行うため、その構成は複雑である。通常は、コンピ
ュータ制御による。一方、安全関連回路部は、非安全関
連回路部に比較して格段に単純である。

【０００４】この種の生産設備制御システムにおいて、
安全関連回路部が故障すると、機械可動部と人体との衝
突回避の機能が損なわれることになる。従って、安全関
連回路部にはその不具合発生時には、危険側に誤らない
ような性質が要求され、安全関連回路部の安全性の証明
が求められる。

【０００５】ところが、従来、この種の生産設備制御シ
ステムでは、非安全関連回路部と、安全関連回路部とは
分離されることなく、ＰＬＣ（プログラマブルロジック
コントローラ、通称シーケンサ）を用いて、渾然一体の
回路として構成されていた。

【０００６】このため、安全関連回路部の安全性を証明
するには、安全関連回路部自体の安全性の他に、非安全
関連回路部の不具合が安全関連回路部に影響を与えない
ことを証明しなければならなかった。非安全関連回路部
の機能は複雑であって、この不具合の影響を分析する作
業は極めて煩雑である。また、非安全関連回路部を変更
する場合、変更の結果が安全関連回路部に影響を与えな
いことを変更の度に評価する必要があり、その評価作業
が極めて煩わしかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、シス
テムの安全性評価を容易化した生産設備制御システムを
提供することである。

【０００８】本発明のもう一つの課題は、非安全関連回
路部をどのように変更しても、安全関連回路部の安全性
評価に影響を与えない生産設備制御システムを提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る生産設備制御システムは、安全関連
回路部と、非安全関連回路部とを含む。

【００１０】前記安全関連回路部は、機械可動部と人体
の衝突回避に預かる機能を有し、自己が正常な場合に限
り高レベルのエネルギーを発生し、自己の故障時は低レ
ベルのエネルギーを発生する特性を備えている。

【００１１】前記非安全関連回路部は、前記機械可動部
の運転を制御する機能を有し、前記安全関連回路部が高
レベルのエネルギーを発生しているときのみ、前記機械
可動部の運転を制御することが可能であるように、前記
安全関連回路部に関連付けられている。

【００１２】上述したように、本発明に係る生産設備制
御システムは、非安全関連回路部を含む。非安全関連回
路部は、機械可動部の運転を制御する機能を有する。従
って、機械可動部の動作位置、速度、トルクなど、生産
効率及び生産品の品質に関わる主要な操作を行うことが
できる。

【００１３】また、本発明に係る生産設備制御システム
は、安全関連回路部を含む。安全関連回路部は、機械可
動部と人体の衝突回避に預かる機能を有するから、機械
可動部と人体の衝突による重大災害の発生を防止するこ
とができる。

【００１４】しかも、安全関連回路部は、自己が正常な
場合に限り高レベルのエネルギーを発生し、自己の故障
時は低レベルのエネルギーを発生する特性を備えてお
り、非安全関連回路部は安全関連回路部が高レベルのエ
ネルギーを発生しているときのみ、機械可動部の運転を
制御することが可能であるように、安全関連回路部に関
連付けられている。従って、安全関連回路部が正常に動
作している時のみ、非安全関連回路部による機械可動部
の運転制御が可能になる。安全関連回路部は、故障した
場合は、高レベルのエネルギーを発生しないから、非安
全関連回路部による機械的可動部の運転制御は行われな
い。従って、安全関連回路部の故障時に、機械可動部と
人体との衝突を確実に回避し得る。

【００１５】本発明に係る生産設備制御システムは、そ
の特徴として、安全関連回路部及び非安全関連回路部
は、回路的に互いに分離されている。かかる構成によれ
ば、制御システムの安全性評価は、安全関連回路部につ
いて行えばよく、安全性の評価が極めて容易になる。し
かも、非安全関連回路部をどのように変更しても、安全
関連回路部の安全性評価に影響を与えない。

【００１６】好ましくは、前記安全関連回路部は、作業
者による手動停止操作信号、自動運転に基づく起動操作
信号、衝突の可能性のある区域の作業者不在を検出した
不在検出信号及び手動運転時の運転意志検出信号を含む
入力信号が供給される。この構成によれば、機械設備の
運転モードを配慮した衝突回避部分の構成を実現でき
る。

【００１７】本発明に係る生産設備制御システムの更に
別の態様として、監視部を含むことができる。前記監視
部は、前記機械可動部の動作範囲及び前記機械可動部の
速度を監視し、その監視信号を前記安全関連回路部に供
給する。

【００１８】本発明の好ましい態様によれば、機械可動
部の動作状態を確認しつつ、作業者の運転意志に基づい
て、機械可動部の運転が可能となるため、手動運転時の
安全性が向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る生産設備制御
システムのブロック図である。図示された生産設備制御
システム３は、安全関連回路部１と、非安全関連回路部
２とを含む。

【００２０】安全関連回路部１は、機械可動部４と人体
の衝突回避に預かる機能（衝突回避機能）を有し、自己
が正常な場合に限り高レベルのエネルギーを発生し、自
己の故障時は低レベルのエネルギーを発生する特性を備
えている。安全関連回路部１の最終出力は、電磁リレー
Ｋの接点ａで示してある。電磁リレーＫのコイル両端に
高レベルのエネルギーが発生すると、接点ａが閉じる。
安全関連回路部１の接点ａが閉じているときに限り、非
安全関連回路部２による機械可動部４の操作が可能とな
る。

【００２１】非安全関連回路部２は、機械可動部４の運
転を制御する機能を有する。非安全関連回路部２は、機
械可動部４と人体の衝突回避に預からない。従って、非
安全関連回路部２に関する安全性の証明は必要なく、か
つ、非安全関連回路部２の変更に際して安全性の再評価
も必要ない。非安全関連回路部２は、例えば、インバー
タやサーボ電源が相当し、電源を変調して、機械可動部
４に含まれる動力源４１の出力エネルギーを操作する。
動力源４１の出力エネルギーは機械的負荷４２に供給さ
れる。

【００２２】安全関連回路部１が高レベルのエネルギー
を発生しているときのみ、機械可動部４の運転を制御す
ることが可能であるように、安全関連回路部１に関連付
けられている。このような関連付けは、この実施例で
は、電磁リレーＫによって行われる。即ち、電磁リレー
Ｋのコイル両端に、高レベルのエネルギーが発生し、そ
の接点ａが閉じているときに限り、非安全関連回路部２
による機械可動部４の操作が可能となる。

【００２３】上述したように、本発明に係る生産設備制
御システムは、非安全関連回路部２を含む。非安全関連
回路部２は、機械可動部４の運転を制御する機能を有す
る。従って、機械可動部４の動作位置、速度、トルクな
ど、生産効率及び生産品の品質に関わる主要な操作を行
うことができる。

【００２４】また、本発明に係る生産設備制御システム
は、安全関連回路部１を含む。安全関連回路部１は、機
械可動部４と人体の衝突回避に預かる機能を有するか
ら、機械可動部４と人体の衝突による重大災害の発生を
防止することができる。

【００２５】しかも、安全関連回路部１は、自己が正常
な場合に限り高レベルのエネルギーを発生し、自己の故
障時は低レベルのエネルギーを発生する特性を備えてお
り、非安全関連回路部２は安全関連回路部１が高レベル
のエネルギーを発生しているときのみ、機械可動部４の
運転を制御することが可能であるように、安全関連回路
部１に関連付けられている。従って、安全関連回路部１
が正常に動作している時のみ、非安全関連回路部２によ
る機械可動部４の運転制御が可能になる。安全関連回路
部１は、故障した場合は、高レベルのエネルギーを発生
しないから、非安全関連回路部２による機械的可動部の
運転制御は行われない。従って、安全関連回路部１の故
障時には、機械可動部４と人体との衝突を確実に回避し
得る。

【００２６】本発明に係る生産設備制御システムは、そ
の特徴として、安全関連回路部１及び非安全関連回路部
２は、回路的に互いに分離されている。かかる構成によ
れば、制御システムの安全性評価は、安全関連回路部１
について行えばよく、安全性の評価が極めて容易にな
る。しかも、非安全関連回路部２をどのように変更して
も、安全関連回路部１の安全性評価に影響を与えない。

【００２７】安全関連回路部１は、好ましくは、作業者
による手動停止操作信号、自動運転に基づく起動操作信
号、衝突の可能性のある区域の作業者不在を検出した不
在検出信号及び手動運転時の運転意志検出信号を含む入
力信号が供給され、前記入力信号に含まれる前記信号が
高レベルのときのみ、高レベルのエネルギーを発生す
る。この構成によれば、機械設備の運転モードを配慮し
た衝突回避部分の構成を実現できる。

【００２８】即ち、機械設備の運転は、通常１サイクル
の周期的動作である。しかし、１サイクルを複数回連続
して行う運転モード、作業者の起動操作で運転を開始し
１サイクルで停止する運転モード、途中で運転を停止し
つつ１サイクル動作する運転モードなど、運転モードは
多様である。上述した好ましい構成によれば、運転開始
指示、運転停止指示、運転継続指示の３通りの手動操作
を備えることによって、運転モードが多様であっても、
運転モードに依存せず衝突に預かる部分を構成できる。

【００２９】特に、自動運転と手動運転の干渉に注目
し、運転モード切替えに伴う意図しない起動の防止手段
を実現できる。手動運転では、機械可動部４は作業者運
転意志に忠実に従うことが要求される。すなわち、手動
運転時に作業者の運転意志がないにも拘わらず、例えば
機械側運転指令により、誤って機械可動部４が動作する
ような事象は回避されねばならない。上述した好ましい
態様によれば、このような誤った事象を回避できる。

【００３０】図２は本発明に係る産業設備制御システム
に含まれる安全関連回路部１の具体的な回路構成を示す
図である。図は、上述した好ましい例を示している。図
２において、安全関連回路部１は、前処理部１０１、信
号処理部１０２とを含んでいる。

【００３１】前処理部１０１は入力された信号ｙ１〜ｙ
７を、信号ｘ１〜ｘ４に変換して出力する。前処理部１
０１に供給される入力信号ｙ１〜ｙ７の内容は、例え
ば、次の通りである。

【００３２】＜入力信号ｙ１＞入力信号ｙ１は停止操作
信号である。停止操作信号ｙ１は、機械可動部４に対す
る停止操作がなされたときに低レベルＬ、それ以外は高
レベルＨになる。

【００３３】＜入力信号ｙ２＞入力信号ｙ２は起動操作
信号である。起動操作信号ｙ２は、機械可動部４に対す
る起動操作がなされたときに高レベルＨになり、起動操
作がなされていないときは、低レベルＬである。起動操
作には、自動運転のための起動操作及び手動運転のため
の起動操作の両者が含まれる。

【００３４】＜入力信号ｙ３＞入力信号ｙ３は運転意志
検出信号である。運転意志検出信号ｙ３は、運転者の運
転意志に基づく操作がなされたときに、高レベルＨにな
る。

【００３５】＜入力信号ｙ４＞入力信号ｙ４は不在検出
信号である。不在者検出信号ｙ４は、機械可動部４の可
動範囲内に人がいないことが検出されたときに、高レベ
ルＨになる。不在者検出信号ｙ４は機械可動部４の可動
範囲内に人がいるときは、低レベルＬになる。

【００３６】＜入力信号ｙ５＞入力信号ｙ５は自動運転
信号である。自動運転信号ｙ５は、自動運転のための操
作がなされたときに、高レベルＨになる。

【００３７】＜入力信号ｙ６＞入力信号ｙ６は手動運転
信号である。手動運転信号ｙ６は、手動運転のための操
作がなされたときに、高レベルＨになる。自動運転信号
ｙ５及び手動運転信号ｙ６は、何れか一方が高レベルＨ
のとき、他方は低レベルＬになるような関係にある。

【００３８】＜入力信号ｙ７＞入力信号ｙ７は機械側運
転指示信号である。機械側運転指示信号ｙ７は、機械可
動部４を運転するための指示がなされたときに、高レベ
ルＨになる。前処理部１０１は、上述した入力信号ｙ１
〜ｙ７を、信号ｘ１〜ｘ４に変換して出力する。信号ｘ
１〜ｘ４の生成条件は次の通りである。

【００３９】＜信号ｘ１の生成条件＞信号ｘ１は、停止
操作信号ｙ１が高レベルＨ（停止操作が行われてないこ
と）であることを条件に、高レベルＨになる。

【００４０】＜信号ｘ２の生成条件＞信号ｘ２が高レベ
ルＨになる場合は２つある。一つは、自動運転信号ｙ５
が高レベルＨで、不在者検出信号ｙ４が高レベルＨ（衝
突区域に人不在）のときである。もう一つは、手動運転
信号ｙ６が高レベルＨで、自動運転の干渉がないことが
確認されるときである。

【００４１】＜信号ｘ３の生成条件＞信号ｘ３は、起動
操作（自動または手動）が正常に行われ、起動操作信号
ｙ２が高レベルＨになったとき、高レベルＨになる。

【００４２】＜信号ｘ４の生成条件＞信号ｘ４が高レベ
ルＨになる場合は２つある。一つは、手動運転信号ｙ６
が高レベルＨで、運転意志検出信号ｙ３が高レベルＨで
あるときである。もう一つは、手動運転信号ｙ６が高レ
ベルＨで機械側運転指示信号ｙ７が高レベルＨのときで
ある。

【００４３】次に、信号処理部１０２は、論理積演算部
Ａ１、Ａ２、自己保持部Ｍ１、Ｍ２、増幅部Ｔ１、Ｔ
２、電磁リレーＫ１、Ｋ２、オフ．ディレー部Ｄ１、及
び、オン．ディレー部Ｄ２を備える。各部は電気回路に
よって構成される。

【００４４】論理積演算部Ａ１には、信号ｘ１及びｘ２
が入力される。論理積演算部Ａ１は信号ｘ１、ｘ２の両
者が高レベルＨのとき、高レベルＨの論理積信号ｚ１を
生成する。信号ｘ１は、停止操作信号ｙ１が高レベルＨ
（停止操作が行われてないこと）であることを条件に、
高レベルＨになり、信号ｘ２は自動運転信号ｙ５が高レ
ベルＨで、不在者検出信号ｙ４が高レベルＨ（衝突区域
に人不在）のとき高レベルＨになる。従って、論理積演
算部Ａ１が高レベルＨの論理積信号ｚ１を生成する条件
の一つは（ａ）停止操作が行われていないこと、及び
（ｂ）自動運転操作が行われ、かつ、衝突区域内に人が
存在しないことである。これを、条件Ｊ１とする。

【００４５】また、信号ｘ２は、手動運転信号ｙ６が高
レベルＨで、自動運転の干渉がないことが確認されると
きに、高レベルＨになる。従って、論理積演算部Ａ１が
高レベルＨの論理積信号ｚ１を生成する条件のもう一つ
は、（ｃ）停止操作が行われていないこと、及び、
（ｄ）手動運転操作が行われ、かつ、自動運転の干渉が
ないことが確認されたことである。これを、条件Ｊ２と
する。

【００４６】論理積演算部Ａ１で生成された高レベルＨ
の論理積信号ｚ１は、自己保持部Ｍ１のホールド端子に
供給される。自己保持部Ｍ１のトリガ端子には、信号ｘ
３が供給される。信号ｘ３は、起動操作（自動または手
動）が正常に行われ、起動操作信号ｙ２が高レベルＨに
なったとき、高レベルＨになる。

【００４７】従って、自己保持部Ｍ１は、起動操作（自
動または手動）が正常に行われていて、信号ｘ３が高レ
ベルＨになっていることを条件にトリガされ、論理積演
算部Ａ１から供給される高レベルＨの論理積信号ｚ１を
自己保持し、高レベルＨの自己保持出力信号ｚ２を生成
する。

【００４８】論理積信号ｚ１が高レベルＨになる条件
は、既に述べたように、条件Ｊ１または条件Ｊ２を満た
す場合である。従って、自己保持部Ｍ１から出力される
自己保持出力信号ｚ２は、起動操作（自動または手動）
が正常に行われていて、条件Ｊ１または条件Ｊ２を満た
す場合に、高レベルＨになる。

【００４９】図３は自己保持部Ａ１の動作を説明するタ
イムチャートである。自己保持部Ａ１は、ｔ１１時に供
給された高レベルＨの信号ｘ３によってトリガ（図３
（ａ）参照）され、ｔ１２時に高レベルＨの論理積信号
ｚ１が入力（図３（ｂ）参照）されたとき、自己保持機
能が働き、高レベルＨの自己保持出力信号ｚ２（図３
（ｃ）参照）を生じる。自己保持出力信号ｚ２は、トリ
ガ信号である信号ｘ３が低レベルＬになっても、その自
己保持機能により、高レベルＨを維持する。自己保持出
力信号ｚ２が低レベルＬになるのは、論理積信号ｚ２が
低レベルＬになり、自己保持が解除されるｔ１３時であ
る。

【００５０】論理積演算部Ａ２には、自己保持出力信号
ｚ２及び信号ｘ４が入力される。論理積演算部Ａ２は自
己保持出力信号ｚ２及び信号ｘ４の両者が高レベルＨの
とき、高レベルＨの論理積信号ｚ３を生成する。

【００５１】自己保持出力信号ｚ２が高レベルＨになる
のは、起動操作（自動または手動）が正常に行われ、か
つ、条件Ｊ１または条件Ｊ２を満たす場合である。信号
ｘ４が高レベルＨになるのは、手動運転信号ｙ６が高レ
ベルＨで、運転意志検出信号ｙ３が高レベルＨであると
き、または、手動運転信号ｙ６が高レベルＨで機械側運
転指示信号ｙ７が高レベルＨのときである。従って、論
理積演算部Ａ２が高レベルＨの論理積信号ｚ１を生成す
る条件は、（ｅ）起動操作（自動または手動）が正常に
行われ、かつ、条件Ｊ１または条件Ｊ２を満たすこと及
び、（ｆ）手動運転信号ｙ６が高レベルＨで、運転意志
検出信号ｙ３が高レベルＨであること、または、手動運
転信号ｙ６が高レベルＨで、機械側運転指示信号ｙ７が
高レベルＨであることである。これを条件Ｊ３とする。

【００５２】論理積演算部Ａ２で生成された高レベルＨ
の論理積信号ｚ３は、自己保持部Ｍ２のホールド端子に
供給される。自己保持部Ｍ２のトリガ端子には、信号ｘ
５が供給される。信号ｘ５は、この実施例では、電磁リ
レーＫ１、Ｋ２の常時閉成接点ｂ１、ｂ２の直列接続回
路を通して供給される。

【００５３】自己保持部Ｍ２は、信号ｘ５が高レベルＨ
（接点ｂ１、ｂ２がオン）になっていて、論理積演算部
Ａ２から供給される論理積信号ｚ３が高レベルＨになっ
たとき、自己保持動作をし、高レベルＨの自己保持出力
信号ｚ０を生成する。

【００５４】論理積信号ｚ３が高レベルＨになる条件
は、既に述べたように、条件Ｊ３を満たす場合である。
自己保持部Ａ２の動作は、自己保持部Ａ１と同じであ
り、図３に図示されたタイムチャートに従った動作をす
る。

【００５５】自己保持部Ｍ２から出力された自己保持出
力信号ｚ０は、オフ．ディレー部Ｄ１及びオン．ディレ
ー部Ｄ２に供給される。オフ．ディレー部Ｄ１及びオ
ン．ディレー部Ｄ２は入力側が共通に接続され、出力側
が、増幅部Ｔ１、Ｔ２に個別に接続されている。

【００５６】図４はオフ．ディレー部Ｄ１及びオン．デ
ィレー部Ｄ２の動作を説明するタイムチャートである。
ｔ２１時に、自己保持部Ｍ２からオフ．ディレー部Ｄ１
及びオン．ディレー部Ｄ２に、高レベルＨの自己保持出
力信号ｚ０が供給（図４（ａ）参照）されると、オフ．
ディレー部Ｄ１は、自己保持出力信号ｚ０の入力された
ｔ２１時に、高レベルＨの信号ｚ４を出力（図４（ｂ）
する。オン．ディレー部Ｄ２は、高レベルＨの自己保持
出力信号ｚ０が供給されたｔ２１時から、予め定められ
たオン遅延時間Ｔｄ１をおいたｔ２２時に、高レベルＨ
の信号ｚ５を出力（図４（ｃ）参照）する。

【００５７】次に、ｔ２３時に、自己保持出力信号ｚ０
が低レベルＬになると、オン．ディレー部Ｄ２は、自己
保持出力信号ｚ０が低レベルＬになるｔ２３時に低レベ
ルＬの信号を出力（図４（ｃ）する。オフ．ディレー部
Ｄ１は、自己保持出力信号ｚ０が低レベルＬになるｔ２
３時から、予め定められたオフ遅延時間Ｔｄ２をおいた
ｔ２４時に低レベルＬの信号ｚ４を出力（図４（ｂ）参
照）する。

【００５８】オフ．ディレー部Ｄ１及びオン．ディレー
回路Ｄ２から出力された信号Ｚ４、Ｚ５は、増幅部Ｔ
１、Ｔ２に供給される。

【００５９】増幅部Ｔ１、Ｔ２の出力信号は、トランス
ＴＭ１、ＴＭ２を介して、電磁リレーＳ１、Ｓ２に供給
され、電磁リレーＳ１、Ｓ２を励磁する。電磁リレーＳ
１、Ｓ２が励磁されると、その接点ａ１、ａ２が閉じる
ので、機械可動部４に電源が供給される。電磁リレーＳ
１、Ｓ２が励磁されると、接点ｂ１、ｂ２がオープンに
なり、自己保持部Ｍ２に対するトリガ信号ｘ５の供給が
断たれるが、自己保持部Ｍ２は、高レベルＨの信号ｚ３
が供給されている限り、自己保持動作を継続するので、
高レベルＨの自己保持出力信号ｚ０が維持される。

【００６０】接点ａ１、ａ２の動作は、図４のタイムチ
ャートに図示されたオフ．ディレー部Ｄ１、及び、オ
ン．ディレー部Ｄ２の動作に従う。即ち、ｔ２１時に、
自己保持部Ｍ２からオフ．ディレー部Ｄ１及びオン．デ
ィレー部Ｄ２に、高レベルＨの自己保持出力信号ｚ０が
供給（図４（ａ）参照）されると、接点ａ１は、ほぼ、
自己保持出力信号ｚ０の入力されたｔ２１時にオン（図
４（ｂ）となる。接点ａ２はオン．ディレー部Ｄ２のオ
ン遅延時間Ｔｄ１をおいたｔ２２時にオン（図５（ｃ）
参照）となる。

【００６１】次に、ｔ２３時に、自己保持出力信号ｚ０
が低レベルＬになると、接点ａ１はオン．ディレー部Ｄ
２のオフ遅延時間Ｔｄ２をおいたｔ２４時にオフ（図４
（ｂ）参照）となる。接点ａ２は、自己保持出力信号ｚ
０が低レベルＬになるｔ２３時にオフ（図４（ｃ）参
照）になる。機械可動部４に対する電源供給は、接点ａ
２がオンとなるｔ２２時から、接点ａ２がオフとなるｔ
３２時までである。

【００６２】図２に示す自己保持部Ｍ１、Ｍ２及び論理
積演算部Ａ１、Ａ２は、入力される信号が高レベルＨ
で、かつ、回路自身が正常であるとき高レベルＨの出力
を生成するように構成される。オン．ディレー部Ｄ２及
びオフ．ディレー部Ｄ１は、入力される信号が高レベル
Ｈで、かつ、回路自身が正常であるとき、交流の出力を
生成するように構成される。増幅部Ｔ１、Ｔ２は、交流
の入力信号があって、回路自身が正常であるとき、高レ
ベルＨを生成するように構成される（自己発振しな
い）。このような特性を備えた回路は、例えば、「平成
３年電気学会産業応用全国大会、No.４３（1991年8月）
加藤、坂井、蓬原、向殿：フェールセーフ・ウインドウ
・コンパレータ／ＡＮＤゲートの開発とその応用」等の
文献で公知である。

【００６３】また、図２において、直列２重系スイッチ
０Ｎ／０ＦＦの順序操作は国際特許公表ＷＯ９６／３０
９２３号公報で公知であり、故障時０Ｎ／ＯＦＦの順序
機能が喪失したまま、スイッチ０Ｎの操作が行われるよ
うな事象を生じない構成を実現可能である。図２ではト
ランス増幅部を用いているが、この代わりに連続的にＯ
Ｎ側故障を監視する機能を備えた半導体スイツチで駆動
してもよい。このような構成も、国際特許公表ＷＯ９６
／３０９２３号公報に開示されている。

【００６４】図５は前処理回路１０１の更に具体的な回
路例を示す図である。図示された前処理回路１０１は、
スイッチ２１、２２、３１、３２、４１、４２を含んで
いる。これらのスイッチ２１〜４２は、接点を開いた
（回路オープン）とき、低レベルＬの信号を生成し、接
点が閉じた（回路ショート）とき、高レベルＨの信号を
生成する。

【００６５】図において、スイッチ２１は、押されたと
き接点が開くスイッチである。このスイッチ２１は、手
動の停止操作を担い、停止操作信号ｙ１を生成するスイ
ッチであって、常時は接点が閉じていて高レベルＨの停
止操作信号ｙ１を生成し、押されたとき、接点が開い
て、低レベルＨの停止操作信号ｙ１を生成する。

【００６６】スイッチ３１、３２は、押されたとき接点
が閉じるスイッチである。スイッチ３１、３２は、起動
操作信号ｙ２１、ｙ２２を生成する。スイッチ３１、３
２は、常時は接点が開いていて、低レベルＬの起動操作
信号ｙ２１、ｙ２２を生成し、押されたとき接点が閉じ
て、高レベルＨの起動操作信号ｙ２１、ｙ２２を生成す
る。スイッチ３１は自動運転の起動操作用であり、スイ
ッチ３２は手動運転の起動操作用である。

【００６７】スイッチ４１、４２は、押されたとき接点
が閉じるスイッチである。スイッチ４１は、自動運転の
運転継続用であり、常時は接点が開いていて、低レベル
Ｌの機械側運転指示信号ｙ７を生成し、押されたとき接
点が閉じて、高レベルＨの機械側運転指示信号ｙ７を生
成する。

【００６８】スイッチ４２は、手動運転の運転継続用で
あり、常時は接点が開いていて、低レベルＬの運転意志
検出信号ｙ３を生成し、押されたとき、接点が閉じて、
高レベルＨの運転意志検出信号ｙ３を生成する。

【００６９】スイッチ２２は、自動運転信号ｙ５及び手
動運転信号ｙ６を生成するスイッチであり、自動と手動
の切替えスイッチを意味し、両方か同時に閉じないよう
な構成としている。すなわち、スイッチ２２は、自動運
転信号ｙ５を生成する位置で閉じているとき、手動運転
信号ｙ６を生成する位置では必ず開き、逆に、手動運転
信号ｙ６を生成する位置で閉じているとき、自動運転信
号ｙ５を生成する位置では必ず開く構成としている。こ
のような構成のスイッチ２２は、鉄道信号システム単線
区間で列車の進行を許可するタブレット方式として，既
に公知である。生産設備の場合、具体的には、作業者が
手動運転を行う場合、自動運転信号ｙ５を生成する位置
からタブレットを引抜いて、手動運転信号ｙ６を生成す
る位置に差し込んで始めて手動運転が可能となり、自動
運転を行う場合は逆の操作を必要とする構成を意味す
る。

【００７０】スイッチ２１、２２、３１、３２、４１、
４２の操作によって生じる高レベルＨは電源Ｅの電圧値
で与えられる。

【００７１】ＡＮＤ（論理積ゲート）１は自動運転信号
ｙ５と不在者検出信号ｙ４とを入力信号とし、その論理
積信号を生成する。ＯＲ（論理和ゲート）１はＡＮＤ１
から供給される論理積信号と手動運転信号ｙ６とを入力
信号とし、その論理和信号である信号ｘ２を生成する。

【００７２】ＯＲ２は自動運転信号ｙ５及び起動操作信
号ｙ２１の論理積信号と、手動運転信号ｙ６及び起動操
作信号ｙ２２の論理積信号とを入力信号とし、その論理
和である信号ｘ３を生成する。

【００７３】ＯＲ３は自動運転信号ｙ５及び機械側運転
指示信号ｙ７の論理積信号と、手動運転信号ｙ６及び運
転意志検出信号ｙ３の論理積信号とを入力信号とし、そ
の論理和である信号ｘ４を生成する。

【００７４】図５において、自動運転が選択される場
合、不在者検出信号ｙ４による作業者不在確認を行う。
手動運転が選択される場合、不在者検出信号ｙ４を無効
化して、手動運転信号ｙ６によって手動運転の意志を確
認する。

【００７５】自動運転信号ｙ５を生成する位置にタブレ
ットが差込まれている状態が、衝突区域の作業者不在を
示す場合（例えば、機械可動部４を柵で囲いその出入り
口ドアを、タブレットを引抜くことなしには開けること
できない場合）、図５において、不在者検出信号ｙ４と
ＡＮＤ１を省略することができる。

【００７６】次に、図５に示した回路における信号ｘ１
〜ｘ４の生成について説明する。まず、図５に示した回
路構成において、スイッチ２１の停止操作が行われてお
らず、スイッチ２１の接点が閉じている場合、停止操作
信号ｙ１が高レベルＨであり、従って、信号ｘ１は高レ
ベルＨになる。

【００７７】この状態で、スイッチ２２の操作により、
自動運転または手動運転の選択操作がなされる。

【００７８】＜自動運転の場合＞スイッチ２２が自動運
転側に差し込まれた場合、自動運転信号ｙ５が高レベル
Ｈになる。この自動運転信号ｙ５はＡＮＤ１に供給さ
れ、不在者検出信号ｙ４との論理積が取られる。この操
作により、自動運転が選択される場合において、不在者
検出信号ｙ４による作業者不在確認が行われる。従っ
て、ＡＮＤ１から出力される高レベルの論理積信号は、
自動運転が選択されていること、及び、作業者不在確認
を行った旨の情報を含むことになる。この論理積信号
は、ＯＲ１を経て、信号ｘ２（高レベル）として取り出
される。

【００７９】自動運転信号ｙ５を生成する位置にタブレ
ットが差込まれている状態が、衝突区域の作業者不在を
示す場合（例えば、機械可動部４を柵で囲いその出入り
口ドアを、タブレットを引抜くことなしには開けること
できない場合）、図５において、不在者検出信号ｙ４と
ＡＮＤ１を省略することができる。

【００８０】次に、スイッチ３１が押され、接点が閉じ
られると、高レベルＨの起動操作信号ｙ２１が生成され
る。この起動操作信号ｙ２１はＯＲ２を経て、信号ｘ３
（高レベル）として取り出される。

【００８１】次に、スイッチ４１が操作され、接点が閉
じられると、高レベルＨの機械側運転指示信号ｙ７が生
成される。この機械側運転指示信号ｙ７はＯＲ３を経由
して、信号ｘ４（高レベル）として取り出される。

【００８２】＜手動運転の場合＞手動運転が選択される
場合は、不在者検出信号ｙ４を無効化して、手動運転信
号ｙ６によって手動運転の意志を確認する。即ち、スイ
ッチ２２が手動運転側に差し込まれ、手動運転信号ｙ６
が高レベルＨになる。この手動運転信号ｙ６はＯＲ１に
供給され、ＯＲ１を経て、信号ｘ２（高レベル）として
取り出される。

【００８３】次に、スイッチ３２が押され、接点が閉じ
られると、高レベルＨの起動操作信号ｙ２２が生成され
る。この起動操作信号ｙ２１はＯＲ２を経て、信号ｘ３
（高レベル）として取り出される。

【００８４】次に、スイッチ４２が操作され、接点が閉
じられると、高レベルＨの運転意志検出信号ｙ３が生成
される。この運転意志検出信号ｙ３はＯＲ３を経由し
て、信号ｘ４（高レベル）として取り出される。

【００８５】上述のようにして生成された信号ｘ１〜ｘ
４は、図２に示した信号処理部１０２に供給される。

【００８６】本発明に係る生産設備制御システムの更に
別の態様として、監視部を含むことができる。監視部
は、機械可動部４の動作範囲及び機械可動部４の速度を
監視し、その監視信号を安全関連回路部１に供給する。

【００８７】この好ましい態様によれば、手動運転時の
安全性を更に高めることができる。手動運転では、機械
可動部４が予め定めた動作を予め定めた速度で行うこと
を前提として、作業者は操作を行う。操作を行いつつ、
機械可動部４が所定の範囲を逸脱する事象、あるいは、
所定の速度を逸脱する事象の発見を作業者に依存できな
い場合がある。このような場合、作業者に代わって事象
を発見するような監視機能が必要である。

【００８８】本発明の好ましい態様によれば、機械可動
部４の動作状態を確認しつつ作業者の運転意志に基づい
て機械可動部４運転が可能となるため、手動運転時の安
全性が向上する。

【００８９】図６はその具体例を示すブロック図であ
る。監視部５は、速度信号ｙ１１、原点信号ｙ１２及び
位置信号ｙ１３を入力信号とし、信号ｘ４を出力する。
速度信号ｙ１１は機械可動部４（図１等参照）の回転速
度を、例えばエンコーダ等で検出して得られた信号であ
る。

【００９０】位置信号ｙ１３はポジションスイッチ６の
動作によって得られる。ポジションスイッチ６は、機械
可動部４の動作範囲を検出し、または、確認するもので
あって、例えは、強制引離し構造（感知部が移動すれば
必ず接点が開くスイッチ）を備える。ポジションスイッ
チ６の代わりに、動作監視付きエンコーダを用いること
もできる。

【００９１】監視部５は、故障監視部５１、オーバーラ
ン監視部５２、オーバースピード監視部５３、ＡＮＤ
２、ＡＮＤ３及びＯＲ４等を含んでいる。故障監視部５
１は、速度信号ｙ１１及び原点信号ｙ１２を入力信号と
し、機械可動部４の故障を監視する。オーバーラン監視
部５２は、ポジションスイッチ６の動作によって得られ
る位置信号ｙ１３より、機械可動部４が許容範囲を越え
て動作した場合のオーバーランを検出する。オーバース
ピード監視部５３は、速度信号ｙ１１を入力信号とし、
機械可動部４がオーバースピード状態にあるか否かを監
視する。

【００９２】速度信号ｙ１１、原点信号ｙ１２及び位置
信号ｙ１３の全てが正常値である場合は、故障監視部５
１、オーバーラン監視部５２及びオーバースピード監視
部５３から出力される信号ｚ１１、Ｚ１２及びｚ１３
は、全て高レベルＨであり、ＡＮＤ２から出力される信
号ｚ１５は高レベルＨである。従って、ＡＮＤ３から出
力される信号ｚ１６は、運転意志検出信号ｙ３が高レベ
ルＨであることを条件に、高レベルＨになる。ＡＮＤ３
から出力される信号ｚ１６が高レベルＨである場合、Ｏ
Ｒ４から出力される信号ｘ４は高レベルになる。

【００９３】速度信号ｙ１１、原点信号ｙ１２及び位置
信号ｙ１３の少なくとも１つが、正常でないと、ＡＮＤ
２から出力される信号ｚ１５は低レベルＬになるから、
ＡＮＤ３から出力される信号ｚ１６も低レベルＬにな
る。

【００９４】動作の途中では、機械側運転指示信号ｙ７
は低レベルＬであるから、ＯＲ４から出力される信号ｘ
４は低レベルＬになる。これにより、速度信号ｙ１１、
原点信号ｙ１２及び位置信号ｙ１３のすくなとも一つが
異常であることが検知される。

【００９５】次に、オーバースピード監視部５３の構成
について説明する。速度監視は機能監視付きエンコーダ
によっても実現可能であるが、この実施例では、ディレ
ー回路を用いた場合について説明する。即ち、実施例に
示されたオーバースピード監視部５３は、オンディレー
回路５３１を含む。オンディレー回路の後段には、整流
回路５３２と、立ち下がり遅れ要素となるコンデンサ５
３３が備えられている。

【００９６】図７は図６に図示されたオーバースピード
監視部５３の動作を説明する波形図である。機械可動部
４が許容速度で動作している場合、速度信号ｙ１１は、
図７（ａ）に示すように、周期ＴＳ１のパルス列とな
る。周期ＴＳ１のパルス幅ＰＷ１は、オン．ディレー回
路５３１のオン遅延時間ＴＤ３よりも長くなるように選
定されている。従って、機械可動部４が許容速度で動作
している場合、オン．ディレー回路５３１の出力側に
は、図７（ｂ）に示すように、周期ＴＳ１のパルスの入
力時から、オン遅延時間ＴＤ３だけ遅れて、パルス信号
ｚ１３が生じる。このパルス信号ｚ１３が生じる度に、
立ち下がり遅れ要素を構成するコンデンサ５３３が、整
流回路５３２を通して充電される。コンデンサ５３３の
端子電圧は、信号ｚ１４（図７（ｃ）参照）として、Ａ
ＮＤ２に供給される。

【００９７】コンデンサ５３３の端子電圧である信号ｚ
１４は時間とともに低下するが、ＡＮＤ２のしきい値Ｖ
ｔｈよりも低下する前に、次のパルス信号ｚ１３が発生
し、コンデンサ５３３が充電される。従って、コンデン
サ５３３の端子電圧である信号ｚ１４のレベルがＡＮＤ
２のしきい値Ｖｔｈよりも低下することはない。

【００９８】ところが、機械可動部４がオーバースピー
ド状態になると、速度信号ｙ１１は、図７（ａ）に示す
ように、周期ＴＳ１よりも短い周期ＴＳ２のパルス列と
なる。周期ＴＳ２のパルス幅ＰＷ２が、オン．ディレー
回路５３１のオン遅延時間ＴＤ３よりも短くなると、図
７（ｂ）に示すように、オン．ディレー回路５３１の出
力側に、パルス信号ｚ１３が生じなくなる。このため、
コンデンサ５３３に対する充電作用がなくなり、コンデ
ンサ５３３の端子電圧である信号ｚ１４は時間とともに
低下し、図７（ｃ）に示すように、ｔ４１時に、ＡＮＤ
２のしきい値Ｖｔｈよりも低下してしまう。従って、Ａ
ＮＤ２から出力される信号ｚ１５は低レベルになり、Ａ
ＮＤ３から出力される信号ｚ１６も低レベルになる。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果を得ることができる。 （ａ）制御システムの安全性評価を容易化した生産設備
制御システムを提供することができる。 （ｂ）非安全関連回路部をどのように変更しても、安全
関連回路部の安全性評価に影響を与えない生産設備制御
システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る生産設備制御システムのブロック
図である。

【図２】本発明に係る産業設備制御システムに含まれる
安全関連回路部の具体的な回路構成を示す図である。

【図３】本発明に係る産業設備制御システムに含まれる
自己保持部の動作を説明するタイムチャートである。

【図４】本発明に係る産業設備制御システムに含まれる
オフ．ディレー部及びオン．ディレー部の動作を説明す
るタイムチャートである。

【図５】本発明に係る産業設備制御システムに含まれる
前処理回路の更に具体的な回路例を示す図である。

【図６】図５に示した前処理回路の具体例を示すブロッ
ク図である。

【図７】図６に図示された前処理回路に含まれるオーバ
ースピード監視部の動作を説明する波形図である。

【符号の説明】 １ 安全関連回路部 ２ 非安全関連回路部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 安全関連回路部と、非安全関連回路部と
   を含む生産設備制御システムであって、 前記安全関連回路部及び前記非安全関連回路部は、回路
   的に互いに分離されており、 前記安全関連回路部は、機械可動部と人体の衝突回避に
   預かる機能を有し、自己が正常な場合に限り高レベルの
   エネルギーを発生し、自己の故障時は低レベルのエネル
   ギーを発生する特性を備えており、 前記非安全関連回路部は、前記機械可動部の運転を制御
   する機能を有し、前記安全関連回路部が高レベルのエネ
   ルギーを発生しているときのみ、前記機械可動部の運転
   を制御することが可能であるように、前記安全関連回路
   部に関連付けられている生産設備制御システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された生産設備制御シス
   テムであって、 前記安全関連回路部は、作業者による手動停止操作信
   号、自動運転に基づく起動操作信号、衝突の可能性のあ
   る区域の作業者不在を検出した不在検出信号及び手動運
   転時の運転意志検出信号を含む入力信号が供給される生
   産設備制御システム。
3. 【請求項３】 請求項２に記載された生産設備制御シス
   テムであって、 更に、監視部を含み、 前記監視部は、前記機械可動部の動作範囲及び前記機械
   可動部の速度を監視し、その監視信号を前記安全関連回
   路部に供給する生産設備制御システム。