JP2002237228A - 接点入力回路の自己診断回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトカプラ４を利用した接点入力回路１の
自己診断回路に、フォトカプラ４の発光部４ａの輝度低
下等の劣化を検出する機能を追加し、フォトカプラ４が
故障に到る前に接点入力回路１の基板を交換することを
可能にして、制御システムの稼働率を高め、信頼性を向
上する。 【解決手段】 フォトカプラ４に通電する外部接点３，
３，…と並列に、劣化したフォトカプラ４の受光出力
が、検出回路１２のＯＮ判定レベルに達しないように制
限する電流制限抵抗２０（２６）を通して、診断電流を
流す劣化診断用通電回路１８（又は故障・劣化診断用通
電回路２４）を設け、この診断電流を流したときの検出
回路１２，１２，…の出力から入力用フォトカプラ４，
４，…の劣化を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトカプラを利
用した接点入力回路に関し、特にフォトカプラの劣化検
出を可能とするための自己診断回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＬＣ（プログラマブル ロジック コ
ントローラ）等に用いられる接点入力回路は、出力を行
う外部接点と、この外部接点から入力を受ける装置とを
電気的に絶縁するためにフォトカプラを利用する場合が
多い。

【０００３】この接点入力回路１の従来の構成を、図４
に示し説明する。図において、２は複数の独立端子２ａ
と共通端子２ｂからなる接点入力回路１の入力端子、
３，３，…は、上記入力端子２の独立端子２ａと共通端
子２ｂ間に接続される外部接点である。この外部接点
３，３，…は、例えば監視対象のタンクに設けられる水
位センサの出力接点等である。

【０００４】４，４，…は入力用フォトカプラ、５は給
電用フォトカプラ、６は故障診断用フォトカプラで、例
えば、発光部である発光ダイオードと受光部であるフォ
トトランジスタを対向配置し、樹脂モールドしたフォト
モスリレーを使用する。

【０００５】このようにフォトカプラを使用するのは、
外部接点側と入力を受ける装置側を電気的に切り離すた
めで、入力用フォトカプラ４の発光部４ａへの通電は、
外部接点側の電圧（例えば＋２４Ｖ）を、給電用フォト
カプラ５の受光部５ｂと電流制限抵抗７と外部接点３，
３，…を通すことにより行う。この通電は、故障診断時
には、外部接点３，３，…に代わりダイオード８が直列
接続された故障診断用フォトカプラ６の受光部６ｂによ
って行われる。

【０００６】また、入力用フォトカプラ４の受光部４
ｂ，給電用フォトカプラ５の発光部５ａ、及び故障診断
用フォトカプラ６の発光部６ａには、接点入力を受ける
装置側の電圧（例えば＋５Ｖ）が供給される。この電圧
供給回路において、９はプルダウン抵抗，１０，１１は
電流制限抵抗である。

【０００７】１２，１２，…は検出回路であるインバー
タバッファで、各入力用フォトカプラ４，４，…の受光
部４ｂ，４ｂ，…の出力電圧の大きさによって、外部接
点３，３，…のＯＮ・ＯＦＦ検出を行って出力する。

【０００８】１３は検出回路であるインバータバッファ
１２，１２，…を介して外部接点のＯＮ・ＯＦＦ入力を
受ける装置（ＰＬＣ等）のシステムバスである。

【０００９】１４は給電用フォトカプラ５と故障診断用
フォトカプラ６の導通制御と、入力用フォトカプラ４の
故障判定を行う制御判定回路である。給電用フォトカプ
ラ５の導通制御は、インバータバッファ１５を通して給
電用フォトカプラの発光部５ａに、導通信号を出力する
ことにより行い、故障診断用フォトカプラ６の導通制御
は、インバータバッファ１６を通して診断用フォトカプ
ラ６の発光部６ａに導通信号を出力することにより行
う。また、入力用フォトカプラ４，４，…の故障診断
は、故障診断用フォトカプラ６によって入力用フォトカ
プラ４の発光部４ａに診断電流を流したとき、各検出回
路１２，１２，…の出力をデコーダ１７を介して受ける
ことにより行われる。

【００１０】上記接点入力回路１は、通常使用時に、制
御判定回路１４からインバータバッファ１５に導通信号
を出力して給電用フォトカプラ５の発光部５ａを導通状
態にして使用される（故障診断用フォトカプラ６の発光
部６ａは非導通）。この状態で、外部接点３がＯＮにな
ると、これに対応するチャンネルの入力用フォトカプラ
４の発光部４ａが発光し、その受光部４ｂが導通するの
で、受光部出力の電圧上昇により、検出回路であるイン
バータバッファ１２の出力が、Ｌレベル（外部接点ＯＮ
を示す）となって、システムバス１３に供給される。

【００１１】この接点入力回路１の故障診断は、制御判
定回路１４から、インバータバッファ１６に導通信号を
出力して診断用フォトカプラ６の受光部６ｂを通電さ
せ、外部接点３，３，…の全てがＯＮしたのと等価の状
態を作り出して行う。この状態で制御判定回路１４から
インバータバッファ１５を通して給電用フォトカプラ５
を導通状態と非導通状態に切換えると、入力用フォトカ
プラ４，４，…が正常であれば、検出回路であるインバ
ータバッファ１２，１２，…の出力が、この制御論理に
対応したＯＮ・ＯＦＦ出力を発生する。しかし、入力用
フォトカプラ４が故障していると、対応する検出回路１
２の出力が、上記制御論理と相違する。そこで、制御判
定回路１４は、検出回路１２の出力が相違した入力用フ
ォトカプラ４のチャンネルについて、故障の判定出力を
する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記故障診断は、定格
電流相当の電流を流して、入力用フォトカプラ４，４，
…が故障しているか否かを調べている。

【００１３】一方、フォトカプラは、一般に使用時間の
経過と共に特性が劣化し、発光ダイオードの輝度低下等
で感度が低下していくものである。したがって、上記故
障診断の結果、正常と判定されていたとしても、劣化が
ある程度進行していた場合には、使用中に故障となる可
能性が高く、この接点入力を受ける制御システムの混乱
を招く。

【００１４】そこで、本発明は、入力用フォトカプラが
劣化したとき、これが故障になる前に検出して、接点入
力回路の基板を交換する等の予防策を事前に取ることに
より制御システムの信頼性を向上することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】（１） 本発明が提供す
る接点入力回路の自己診断回路は、外部接点を通して入
力用フォトカプラの発光部に通電する回路と、このフォ
トカプラの受光部の出力電圧によって、外部接点のＯＮ
・ＯＦＦを検出して出力する検出回路を備えた接点入力
回路において、

【００１６】上記外部接点と並列に接続され、入力用フ
ォトカプラが劣化しているとき、その受光部出力が、上
記検出回路の外部接点ＯＮの検出レベルに達しないよう
に電流を制限する抵抗を通して入力用フォトカプラの発
光部に診断電流を流す劣化診断用の通電回路と、この診
断電流を流させると同時に上記検出回路の検出結果を読
取り、検出結果が外部接点ＯＮの検出状態にないとき、
入力用フォトカプラの劣化と判定して出力する制御判定
回路とを具備したことを特徴とする。

【００１７】上記自己診断回路は、入力用フォトカプラ
が故障になる前の劣化状態の検出を行なって、接点入力
回路の基板を、故障となる前に交換することができるの
で、使用中に故障となる場合の制御の混乱を未然防止し
て、制御システムの信頼性を向上できる。

【００１８】（２） 上記（１）の自己診断回路は、入
力用フォトカプラの故障診断回路とは別に、劣化診断専
用の回路を設けるので、部品点数を増加することにな
る。そこで、専用回路を設けることなく、ソフトウェア
処理により入力用フォトカプラの故障、劣化、正常の判
定が行なえる自己診断回路として、次の構成のものを提
供する。

【００１９】ソフトウェア処理を行う接点入力回路の自
己診断回路は、外部接点を通して入力用フォトカプラの
発光部に通電する回路と、このフォトカプラの受光部の
出力電圧によって、外部接点のＯＮ・ＯＦＦを検出して
出力する検出回路を備えた接点入力回路において、

【００２０】上記外部接点と並列に接続され、所定の電
流制限抵抗を通し、入力用フォトカプラの発光部に定格
電流より小さい診断電流を流す故障・劣化診断兼用の通
電回路と、

【００２１】上記通電回路に診断電流を流させると同時
に上記検出回路の検出結果を読取ってカウント記録する
通電制御手段と、上記通電回数がｎ回に達したとき、カ
ウント回数を所定の基準値と比較することにより、入力
用フォトカプラの故障、劣化、又は正常の判定を行って
出力する判定出力手段を備えた制御判定回路とを具備し
たことを特徴とする。

【００２２】この入力用フォトカプラの故障、劣化、又
は正常の判定は、例えば、検出回数ｎ回を、例えば１０
回とした場合に、検出回路による外部接点のＯＮ検出が
１回もされなかった場合に故障とし、検出回数が１回か
ら８回未満の場合に劣化と判定し、８回以上の場合に正
常と判定するものである。このようにソフトウェア処理
すると、使用時間の経過に伴って徐々に劣化して行く接
点入力回路の基板に対して、劣化の判定基準（上述例で
は８回）を適当な値に設定することにより、その交換時
期を的確に判断することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図１に
示して説明する。図１の接点入力回路１Ａは、入力用フ
ォトカプラ４の故障診断と共に、入力用フォトカプラ４
の劣化診断ができるようにしたものである。これは、図
４の回路に、劣化診断用の通電回路１８を増設すると共
に、図４の制御判定回路１４に代えて、劣化診断時の制
御判定機能を組み込んだ制御判定回路１４Ａが使用され
る。

【００２４】図１の回路において、入力接点２、外部接
点３、入力用フォトカプラ４、給電用フォトカプラ５、
故障診断用フォトカプラ６、検出回路１２であるインバ
ータバッファ、接点入力を受けるシステムバス１３、デ
コーダ１７は、図４と同等のものを用いる。

【００２５】劣化診断用の通電回路１８は、劣化診断用
フォトカプラ１９の導通出力によって、各入力用フォト
カプラ４の発光部４ａ，４ａ，…を、電流制限抵抗２
０，２０，…及びダイオード２１，２１，…を通して接
地するもので、この劣化診断用フォトカプラ１９は、入
力用フォトカプラと同様に、発光部１９ａである発光ダ
イオードと受光部１９ｂであるフォトトランジスタを対
向配置し、樹脂モールドしたフォトモスリレー等を使用
する。この劣化診断用フォトカプラ１９の発光部１９ａ
は、制御判定回路１４Ａからインバータバッファ２２を
通して導通信号が出力されたとき、接点入力を受ける装
置側の電圧（例えば＋５Ｖ）が電流制限抵抗２３を通し
て通電されることにより発光し、その受光部１９ｂを導
通させる。

【００２６】上記電流制限抵抗２３は、入力用フォトカ
プラ４が劣化しているとき、その受光部出力が、上記検
出回路１２の外部接点ＯＮの検出レベルに達しないよう
に診断電流を制限するものである。

【００２７】図１の構成において、外部接点３，３，…
から接点入力する通常時の動作は、図４の従来例と同様
に行われる。すなわち、制御判定回路１４Ａによって給
電用フォトカプラ５を導通出力状態にしておき、検出回
路１２，１２，…のＯＮ・ＯＦＦ出力をシステムバス１
３に入力させる。

【００２８】故障診断は、図４の従来例と同様に行われ
る。すなわち、制御判定回路１４Ａにより、故障診断用
フォトカプラ６を導通出力状態にしておき、給電用フォ
トカプラ５を導通出力と非導通出力に切換え、検出回路
１２，１２，…の出力を調べて行う。

【００２９】本発明の劣化診断は、劣化診断用フォトカ
プラ６を導通出力状態にしておき、給電用フォトカプラ
５を導通状態にしたとき、入力用フォトカプラ４，４，
…の受光部出力を受ける検出回路１２が、外部接点ＯＮ
の検出をしなかったとき、フォトカプラの劣化と判定し
て出力するものである。

【００３０】劣化診断用フォトカプラ１９を通して入力
用フォトカプラの発光部４ａに流す診断電流は、入力用
フォトカプラ４が劣化しているときには、検出回路１２
が外部接点ＯＮの検出をしないように制限されているの
で、この診断によって入力用フォトカプラ４の劣化を検
出できる。上記図１の構成は、入力用フォトカプラ４の
故障検出モードと、劣化検出モードの双方の判定を行え
るので、入力回路基板の交換を、故障した場合に行う
か、故障になる前に行うかを選択でき、目的に応じた運
用が可能になる。

【００３１】図１の実施例は、故障診断と劣化診断に、
夫々専用のフォトカプラ６，１９を設けていたが、ソフ
トウエアによる処理を行うことにより、診断用のフォト
カプラを１つで済ますことができる。

【００３２】この場合の実施形態を図２に示す。図２の
接点入力回路１Ｂは、図４の故障診断用フォトカプラ６
を用いる故障診断用の通電回路に代えて、故障・劣化診
断兼用の通電回路２４を組み込むと共に、図４の制御判
定回路１４に代えて、ソフトウェア処理によって故障・
劣化・正常の判定を行う機能を組み込んだ制御判定回路
１４Ｂを使用している。

【００３３】図２の回路において、入力接点２、外部接
点３、入力用フォトカプラ４、給電用フォトカプラ５、
検出回路１２であるインバータバッファ、接点入力を受
けるシステムバス１３、デコーダ１７は、図４と同等の
ものを用いる。

【００３４】故障・劣化診断兼用の通電回路２４は、故
障劣化診断用フォトカプラ２５の導通出力によって、各
入力用フォトカプラ４の発光部４ａ，４ａ，…を、電流
制限抵抗２６，２６，…及びダイオード２７，２７，…
を通して接地するもので、この故障劣化診断用フォトカ
プラ２５は、入力用フォトカプラ４と同様に、発光部２
５ａである発光ダイオードと受光部２５ｂであるフォト
トランジスタを対向配置し、樹脂モールドしたフォトモ
スリレー等を使用する。この故障劣化診断用フォトカプ
ラ２５の発光部２５ａは、制御判定回路１４Ｂからイン
バータバッファ２８を通して導通信号が出力されたと
き、接点入力を受ける装置側の電圧（例えば＋５Ｖ）を
電流制限抵抗２９を通して通電することにより発光し、
その受光部２５ｂを導通させる。

【００３５】この故障・劣化診断兼用の通電回路２４の
電流制限抵抗２６，２６，…は、入力用フォトカプラの
発光部４ａ，４ａ，…の電流を制限し、入力用フォトカ
プラ４が劣化しているときは検出回路１２がＯＮ出力を
しないようにするものであるが、具体的な抵抗値は、後
述するソフトウェア処理による故障・劣化診断の判定値
との関係で決定される。

【００３６】図２の接点入力回路１Ｂにおける、外部接
点３，３，…から入力する通常時の動作は、図４及び図
１で説明したのと同様に行われる。

【００３７】図２の接点入力回路１Ｂにおける故障・劣
化診断は、制御判定回路１４Ｂに、例えばソフトウェア
として組込まれた通電制御手段と判定出力手段によっ
て、図３に示すような手順で行われる。

【００３８】初めに、通電回数ｉの初期化を行う。次
に、故障劣化診断用フォトカプラ２５を導通出力状態に
保って、給電用フォトカプラ５を導通出力と非導通出力
に切換え制御し、ｎ回の通電を行う。各通電時毎に、デ
コーダ１７を通して受けた検出回路１２，１２，…の検
出結果がＯＮ出力であるか調べ、ＯＮ出力であるチャン
ネル（各検出回路）については対応するレジスタに＋１
のカウントをする。通電回数がｎ回（例えば１０回）に
達すると、判定出力手段によって、故障、劣化、正常の
判定を行う。例えば、この判定基準は、通電回数ｎが１
０回のとき、ＯＮ検出回数が８カウント以上で正常、８
回未満１回以上のとき劣化、１回未満のとき故障と設定
されている。この判定結果は、図示しない表示用発光ダ
イオードの点灯出力又は電気信号等で出力される。

【００３９】このソフトウエアによる判定は、１つの故
障劣化診断用フォトカプラ２５で故障診断と劣化診断を
同時に行うので、図４に示す従来装置に電流制限抵抗を
２６，２６，…追加するだけでハードウェアを製作で
き、図１の自己診断回路１Ａに比べ低コストで製作でき
る利点がある。また、徐々に劣化が進行するフォトカプ
ラに対し、判定基準を任意に設定できる図２の自己診断
回路１Ｂは、回路基板の交換時期の決定を柔軟に行なえ
る利点がある。

【００４０】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の発明は、接点
入力回路の入力用フォトカプラの劣化を検出できるか
ら、故障に到る前に接点入力回路基板を交換することに
より、制御システムの稼働率低下を防止し信頼性を向上
できる。この発明は、入力用フォトカプラの故障検出と
劣化検出を、夫々専用のフォトカプラによって独立して
判定できるので、入力回路基板の交換を、故障した場合
に行うか故障になる前に行うかを選択した運用が可能で
ある。

【００４１】本発明の請求項２に記載の発明も、入力用
フォトカプラの劣化を検出し、接点入力回路基板の早期
交換により、制御システムの稼働率低下を防止できる。
特に、この発明はソフトウエア判定により１つのフォト
カプラで故障診断と劣化診断を同時に行うので、低コス
トに製作できると共に、徐々に劣化が進行するフォトカ
プラに対し、判定基準を任意に設定して、回路基板の交
換時期の決定を柔軟に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の接点入力回路の自己診断回路の第１
の実施態様を説明する図である。

【図２】 本発明の接点入力回路の自己診断回路の第２
の実施態様を示す回路図である。

【図３】 図２の自己診断回路の制御判定回路の処理手
順を示すフローチャートである。

【図４】 自己診断回路を持つ従来の接点入力回路を示
す回路図

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ 接点入力回路 ２ 接点入力回路の入力端子 ２ａ 独立端子 ２ｂ 共通端子 ３ 外部接点 ４ 自己診断の対象である入力用フォトカプラ ５ 給電用フォトカプラ ６ 故障診断用フォトカプラ １２ 検出回路（インバータバッファ） １３ システムバス １４Ａ，１４Ｂ 制御判定回路 １７ デコーダ １８ 劣化診断用の通電回路 １９ 劣化診断用フォトカプラ ２０，２６ 電流制限抵抗 ２４ 故障・劣化診断兼用の通電回路 ２５ 故障劣化診断用フォトカプラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部接点を通して入力用フォトカプラの
   発光部に通電する回路と、このフォトカプラの受光部の
   出力電圧によって、外部接点のＯＮ・ＯＦＦを検出して
   出力する検出回路を備えた接点入力回路において、 入力用フォトカプラが劣化しているとき、その受光部出
   力が、上記検出回路の外部接点ＯＮの検出レベルに達し
   ないように電流を制限する抵抗を通して入力用フォトカ
   プラの発光部に診断電流を流す劣化診断用の通電回路
   と、この診断電流を流させると同時に、上記検出回路の
   検出結果を読取り、この検出結果が外部接点ＯＮの検出
   状態にないとき、入力用フォトカプラの劣化と判定して
   出力する制御判定回路とを具備したことを特徴とする接
   点入力回路の自己診断回路。
2. 【請求項２】 外部接点を通して入力用フォトカプラの
   発光部に通電する回路と、このフォトカプラの受光部の
   出力電圧によって、外部接点のＯＮ・ＯＦＦを検出して
   出力する検出回路を備えた接点入力回路において、 所定の電流制限抵抗を通し、入力用フォトカプラの発光
   部に定格電流より小さい診断電流を流す故障・劣化診断
   兼用の通電回路と、 上記通電回路に診断電流を流させると同時に上記検出回
   路の検出結果を読取ってカウント記録する通電制御手段
   と、上記通電回数がｎ回に達したとき、カウント回数を
   所定の基準値と比較することにより、入力用フォトカプ
   ラの故障、劣化、又は正常の判定を行って出力する判定
   出力手段を備えた制御判定回路とを具備したことを特徴
   とする接点入力回路の自己診断回路。