JP2005031778A - セーフティコントローラおよびそれを用いたシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】配線数を削減するとともに、システムの構築が容易なセーフティコントローラおよびそれを用いたシステムを提供する。
【解決手段】セーフティドアスイッチなどの入力機器からの安全入力および他のリレーユニットからの論理接続用の内部安全入力に基づいて、マグネットコンタクタなどの安全出力制御対象に対する安全出力および他のセーフティコントローラに対する論理接続用の内部安全出力を制御する制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８を備え、前記安全出力および内部安全出力として半導体出力を与えるようにしている。
【選択図】 図６
【解決手段】セーフティドアスイッチなどの入力機器からの安全入力および他のリレーユニットからの論理接続用の内部安全入力に基づいて、マグネットコンタクタなどの安全出力制御対象に対する安全出力および他のセーフティコントローラに対する論理接続用の内部安全出力を制御する制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８を備え、前記安全出力および内部安全出力として半導体出力を与えるようにしている。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セーフティコントローラおよびそれを用いたシステムに関し、更に詳しくは、工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の安全回路に好適なセーフティコントローラおよびそれを用いたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、生産現場の労働安全を確保するために、複数の電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いて安全回路、すなわち、安全が確保されている状態の時のみ工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路が構築されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかるリレーユニットは、非常停止スイッチなどの安全スイッチやセーフティドアスイッチなどの安全エリアセンサからの入力信号に基づいて、安全回路の状態を監視し、不具合が発生した時には、機械設備の電源を確実に遮断するとともに、その不具合原因が取り除かれない限りは、機械設備の再起動を行なわない機能を備えている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００３−１４０７０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いたシステムでは、リレーシーケンスによって安全回路が構築されるので、配線によってロジックが組み立てられることになり、制御すべき工作機械等が多くなると、配線数が増大して複雑になるとともに、その設計も容易ではない。
【０００６】
さらに、ユーザの要求に応じて、システムの一部を変更したいような場合、例えば、複数の工作機械を各作業エリアに配備して構成される生産ラインにおいて、或る作業エリアの工作機械は、隣の作業エリアの工作機械と関連付けて起動・停止を制御したいといったような場合にも、配線によってロジックを変更しなければならず、多くの時間と労力が必要になる。
【０００７】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、配線数を削減するとともに、システムの構築が容易なセーフティコントローラおよびそれを用いたシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【０００９】
すなわち、本発明のセーフティコントローラは、入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、前記安全出力として半導体出力を与える複数の安全出力部と、他のセーフティコントローラに接続用出力を与える接続出力部と、前記入力機器からの入力に基づいて、プログラムに従って前記安全出力および前記接続用出力を制御する制御部とを備えている。
【００１０】
ここで、入力機器とは、当該セーフティコントローラに対する入力を与える機器をいい、例えば、非常停止スイッチ、セーフティドアスイッチ、セーフティリミットスイッチ、セーフティライトカーテンなどをいう。
【００１１】
安全出力制御対象とは、当該セーフティコントローラの出力である安全出力によって制御される対象をいい、例えば、マグネットコンタクタ、モータコントローラ、可変モータ、ＰＬＣなどをいう。
【００１２】
機械設備とは、各種の工作機械、産業用ロボットなどをいう。
【００１３】
また、機械設備の運転を制御するとは、機械設備の起動・停止の制御や動作速度の制御などをいう。
【００１４】
接続用出力とは、当該セーフティコントローラと他のセーフティコントローラとの接続に用いられる出力をいう。
【００１５】
本発明によると、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える複数の安全出力部と、安全出力を、プログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。また、接続用出力を用いて他のセーフティコントローラを、当該セーフティコントローラと容易に関連付けることができる。
【００１６】
本発明の一実施態様においては、他のセーフティコントローラから出力される接続用出力が接続用入力として与えられる接続入力部を備え、前記制御部は、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力に基づいて、前記安全出力および前記接続用出力を制御するものである。
【００１７】
この実施態様によると、他のセーフティコントローラから与えられる接続用入力に、当該セーフティコントローラの安全出力や接続用出力の出力状態を関連付けることが可能となる。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様においては、前記接続用出力が、論理接続用の半導体出力である。
【００１９】
ここで、論理接続用とは、当該セーフティコントローラに接続される他のセーフティコントローラを、例えば、論理積や論理和といった論理によって関連付けて接続するためのものをいう。
【００２０】
この実施態様によると、当該セーフティコントローラと他のセーフティコントローラとの安全出力や接続用出力を、論理積や論理和といった論理によって関連付けることが可能となる。
【００２１】
本発明の他の実施態様においては、前記制御部は、前記プログラムに従って、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力に基づいて、論理演算を行なって前記安全出力および前記接続用出力を制御するものである。
【００２２】
この実施態様によると、入力機器からの入力および接続入力部からの接続用入力の論理演算、例えば、論理積をとって、その結果を安全出力や接続用出力とすることができるので、入力機器からの入力の状態が、機械設備を稼動させることが許容される安全側の状態であって、かつ、他のセーフティコントローラからの接続用入力の状態が、同じく安全側の状態にあるときにのみ、当該セーフティコントローラの安全出力の出力状態を安全側の状態にするといったことが可能となる。
【００２３】
本発明の更に他の実施態様において、前記制御部は、前記プログラムに従って、前記接続用出力の出力状態を、前記安全出力の出力状態と同じ状態に制御するものである。
【００２４】
ここで、出力状態とは、機械設備の稼動が許容される安全側または機械設備の稼動が禁止される危険側の状態をいう。
【００２５】
この実施態様によると、接続用出力の出力状態が、安全出力の出力状態と同じであるので、当該セーフティコントローラの接続用出力が与えられる他のセーフティコントローラは、その安全出力を、当該セーフティコントローラの安全出力に論理演算によって関連付けることができる。
【００２６】
また、本発明のセーフティコントローラは、入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、前記安全出力として半導体出力を与える複数の安全出力部と、他のセーフティコントローラに接続用出力を与える接続出力部と、プログラムに従って、入力処理、診断処理および出力処理を実行する制御部とを備え、前記入力処理では、前記入力機器からの入力の状態を判定し、前記診断処理では、自己診断を行い、前記出力処理では、前記入力処理および前記診断処理の結果に基づいて、前記安全出力および前記接続用出力を制御するものである。
【００２７】
他の実施態様として、他のセーフティコントローラから出力される接続用出力が接続用入力として与えられる接続入力部を備え、前記入力処理では、前記入力機器からの入力の状態および前記接続入力部からの接続用入力の状態を判定するようにしてもよい。
【００２８】
ここで、診断処理とは、異常の有無を自己診断する処理をいい、例えば、内部回路の動作異常の有無、入力機器などとの接続の誤配線の有無、端子の短絡の有無などの診断処理をいう。
【００２９】
本発明によると、制御部が、プログラムに従って、入力処理、診断処理を実行するとともに、その結果に基づいて、安全出力および接続用出力を制御するので、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。また、接続用出力を用いて他のセーフティコントローラを、当該セーフティコントローラと容易に関連付けることができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記接続用出力が、論理接続用の半導体出力であり、前記入力処理では、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力の論理演算を行なって前記安全出力および前記接続用出力の出力状態を決定し、前記出力処理では、前記診断処理の結果に基づいて、異常が無いときには、前記入力処理で決定された出力状態に、異常があるときには、予め定めた出力状態に、前記安全出力および前記接続用出力をそれぞれ制御するものである。
【００３１】
ここで、予め定めた出力状態とは、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態である。
【００３２】
また、安全出力および前記接続用出力の出力状態を、同じ状態に制御するのが好ましい。
【００３３】
この実施態様によると、当該セーフティコントローラと他のセーフティコントローラとの安全出力や接続用出力を、論理積や論理和といった論理によって関連付けることが可能となる。また、診断処理の結果によって、異常が有るときには、予め定めた出力状態、すなわち、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態に制御するので、安全が確保される。
【００３４】
本発明の他の実施態様においては、前記接続入力部からの接続用入力の有効／無効を設定する設定部を備え、前記制御部は、前記設定部によって無効が設定されたときには、前記接続用入力を無効として前記安全出力および接続用出力を制御するものである。
【００３５】
設定部による設定は、例えば、設定スイッチなどの操作によって行なってもよいし、通信によって行なってもよい。
【００３６】
この実施態様によると、複数のセーフティコントローラの間の配線を変更することなく、接続用出力の有効／無効を容易に選択できることになる。
【００３７】
本発明の好ましい実施態様においては、複数の前記安全出力部は、安全瞬時出力を出力する瞬時出力部および安全オフディレー出力を出力するオフディレー出力部を備えている。
【００３８】
この実施態様によると、瞬時出力とオフディレー出力とのいずれの安全出力も与えることができるので、例えば、非常停止スイッチなどの入力機器の操作に応答して、直ちに動力を断って動作を停止させたい箇所と、一定時間遅れて動作を停止させたい箇所とがあるような機械設備の運転の制御に好適である。
【００３９】
本発明の一実施態様においては、前記安全出力と前記接続用出力の信号パターンを異ならせている。
【００４０】
この実施態様によると、接続用出力は、その信号パターンを安全出力の信号パターンと異ならせて専用としているので、論理積、論理和、排他的論理和といった論理の種類に応じて、接続用出力の信号パターンのみを変えて対応させることができる。
【００４１】
本発明の他の実施態様においては、複数の電磁リレーを内蔵して前記安全出力に応じたリレー出力を前記安全出力制御対象に出力する増設ユニットを接続可能としている。
【００４２】
この実施態様によると、増設ユニットを接続することによって、安全出力に応じたリレー出力を、安全出力制御対象に出力できるので、安全出力の出力点数を容易に増やすことができる。
【００４３】
本発明の更に他の実施態様においては、前記制御部は、二つのＣＰＵを備えている。
【００４４】
この実施態様によると、二つのＣＰＵによって同じ処理を実行して二重化することによって、安全性を高めることができる。
【００４５】
また、本発明のシステムは、本発明のセーフティコントローラの複数を、前記接続入力部および前記接続出力部を介して接続してなるものである。
【００４６】
本発明によると、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。また、他のセーフティコントローラを、接続用出力を用いて、例えば、論理積や論理和といった論理によって関連付けることが可能となり、システムの拡張性が向上する。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４８】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るセーフティコントローラを用いたシステムの構成例を示す図である。
【００４９】
この実施の形態のセーフティコントローラは、安全が確保されている状態の時のみ図示しない工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路を構成するものである。
【００５０】
この実施の形態のセーフティコントローラには、非常停止スイッチ２などの入力機器が接続される単機能ユニット３と、この単機能ユニット３に接続されるとともに、セーフティドアスイッチ１などの入力機器が接続される高機能ユニット４と、この高機能ユニット４にケーブル６を介して接続される増設ユニット５の３種類がある。
【００５１】
単機能ユニット３は、非常停止スイッチ２などの入力機器から入力が与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。
【００５２】
ここで、論理接続用出力とは、この論理接続用出力を出力する単機能ユニット３と、論理接続用出力が与えられる高機能ユニット４とを論理接続するための出力をいう。
【００５３】
この実施の形態では、単機能ユニット３から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、論理接続用出力とは、その出力の状態が同じ、すなわち、安全出力が、機械設備の稼動を許容する安全側の出力状態であるときには、論理接続用出力も安全側の出力状態であり、また、安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態であるるときには、論理接続用出力も危険側の出力状態となる。
【００５４】
そこで、マグネットコンタクタなどの安全出力制御対象に対する本来の安全出力に対して、出力状態が同じである論理接続用出力を、内部安全出力という。
【００５５】
高機能ユニット４は、非常停止スイッチやセーフティドアスイッチ１などの入力機器からの入力および単機能ユニット３や前段の高機能ユニット４から出力される内部安全出力が内部安全入力として与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および後段の高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。
【００５６】
高機能ユニット４から出力される論理接続用出力である内部安全出力も上述と同様に、前段の高機能ユニット４と後段の高機能ユニット４とを論理接続するための出力である。
【００５７】
また、高機能ユニット４から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、内部安全出力とは、その出力の状態は同じである。高機能ユニット４は、後述のように安全瞬時出力と安全オフディレー出力とを出力可能であるが、内部安全出力は、安全瞬時出力の出力状態と同じ出力状態となっている。
【００５８】
なお、図１においては、単機能ユニット３から高機能ユニット４に与えられる内部安全出力および前段の高機能ユニット４から後段の高機能ユニット４に与えられる内部安全出力を破線矢符でそれぞれ示している。
【００５９】
増設ユニット５は、ケーブル６を介して高機能ユニット４に接続され、高機能ユニット４に同期した安全出力を、工作機械等を駆動するための電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタ等に対して出力するものである。
【００６０】
単機能ユニット３は、後述のように制御部を構成するＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である二つの安全瞬時出力および二つの内部安全出力を出力することができる。二つの安全入力には、安全規格上の二重化のために、１個の非常停止スイッチなどからの入力が与えられる。
【００６１】
また、単機能ユニット３は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、単機能ユニット３は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。
【００６２】
この単機能ユニット３は、図２の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子７を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）および安全瞬時出力（ＥＩ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部８を備えている。
【００６３】
高機能ユニット４は、単機能ユニット３と同様に、制御部としてのＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力および一つの内部安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である三つの安全瞬時出力、二つの安全オフディレー出力および論理接続用出力としての内部安全出力を出力することができる。
【００６４】
二つの安全入力には、単機能ユニット３と同様に、二重化のために、１個の非常停止スイッチや１個のセーフティドアスイッチなどからの入力が与えられる。
【００６５】
一つの内部安全入力は、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４からの内部安全出力が入力されるものであり、この内部安全入力によって、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４に論理接続されることになる。
【００６６】
すなわち、この実施の形態では、この内部安全入力と、当該高機能ユニット４の二つの安全入力とがＡＮＤで論理接続されるものであり、内部安全入力の入力状態が安全側の状態であって、かつ、二つの安全入力の入力状態が安全側の入力状態であるときに、安全側の出力状態の安全出力を出力するものである。
【００６７】
また、この高機能ユニット４は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、高機能ユニット４は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。
【００６８】
この高機能ユニット４は、図３の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子９を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）、内部安全入力（ＡＮＤ）、フィードバック入力（ＦＢ）、安全瞬時出力（ＥＩ）および安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤで表示する表示部１０を備えている。また、この高機能ユニット４は、増設ユニットを５接続するためのコネクタ１１を備えており、増設ユニット５を５台まで接続することができる。
【００６９】
このコネクタ１１を介して、安全瞬時出力、安全オフディレー出力、増設ユニット５のフィードバック入出力およびグランドの各信号の授受が行なわれる。
【００７０】
また、この高機能ユニット４は、図４の背面図に示されるように、ＤＩＮレールに装着される部分に、ディップスイッチ１２およびロータリスイッチ１３を備えており、非常停止スイッチ、セーフティドアスイッチあるいはセーフティライトカーテンなどの接続されている入力機器の種類の設定やオフディレー時間などの設定が行なわれる。
【００７１】
また、論理接続用の内部安全入力を、有効あるいは無効とする設定部としてのスイッチも備えられており、このスイッチによって、無効が設定されている場合には、他のユニット３，４から与えられる内部安全入力は、無効とされ、論理接続は行なわれない。
【００７２】
増設ユニット５は、高機能ユニット４だけでは、出力点数が不足する場合に、必要に応じて増設されるものであり、複数の電磁リレーを内蔵している。この増設ユニット５は、高機能ユニット４からの安全瞬時出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力する瞬時タイプと、高機能ユニット４からの安全オフディレー出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力するオフディレータイプとがある。
【００７３】
この増設ユニット５は、図５の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子１４を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全瞬時出力（ＥＩ）または安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部１５を備えている。また、この増設ユニット５は、高機能ユニット４に接続するため、または、増設ユニット５を接続するためのコネクタ１６を備えている。
【００７４】
図６は、高機能ユニット４のブロック図である。同図において、１７，１８は、制御部を構成する二つの第１，第２のＣＰＵであり、各ＣＰＵ１７，１８で同じ処理を実行して二重化している。各ＣＰＵ１７，１８は、ＣＰＵ間通信ポートを介してソフト処理の同期をとるなどのために通信を行う。
【００７５】
２０は上述のディップスイッチなどの設定スイッチ１９からの設定内容を格納する不揮発性メモリ、２１は上述の電源（ＰＷＲ）やエラー状態（ＥＲＲ）などの各状態を表示するＬＥＤ、２２は遅延ＩＣを用いたウォッチドッグタイマ、２３は各部に電源を供給する電源回路２４の状態を監視する監視回路である。
【００７６】
また、２５，２６は二重化している安全入力の各１系統であり、例えば、１個のセーフティドアスイッチからの入力が与えられる。２７は、フィードバック入力あるいはリセット入力が与えられるリセット入力回路である。
【００７７】
２８は単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４からの論理接続用入力である内部安全入力が与えられるＡＮＤ入力回路、２９，３０は外部のパソコンなどとの通信用のＲＳ２３２Ｃ回路および切替スイッチである。
【００７８】
３１は瞬時用の安全出力回路、３２はオフディレー用の安全出力回路、３３は二重化用の出力ライン制御回路、３４は後段の高機能ユニット４に対して内部安全出力を出力する内部安全出力回路、３５は安全瞬時出力を、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）などにモニタ用として出力するモニタ出力回路、３６は内部エラー時にエラー出力を与えるエラー出力回路、３７は増設ユニット５を接続するためのコネクタである。
【００７９】
制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８は、安全入力回路２５，２６からの安全入力およびＡＮＤ入力回路２８からの内部安全入力に基づいて、プログラムに従って、安全出力回路３１，３２および内部安全出力回路３４を制御して半導体出力（トランジスタ出力）である安全出力および内部安全出力を制御する。内部安全出力回路３４は、半導体出力用のトランジスタを備えている。
【００８０】
図７は、図６の瞬時用の安全出力回路３１、オフディレー用の安全出力回路３２および出力ライン制御回路３３の構成を示すブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。この図７においては、第１のＣＰＵ１７からの信号および第１のＣＰＵ１７に対する信号を破線の矢符で示し、第２のＣＰＵ１８からの信号および第２のＣＰＵ１８に対する信号を一点鎖線の矢符でそれぞれ示している。
【００８１】
瞬時用の安全出力回路３１は、三つの瞬時出力制御部３７〜３９を備えており、オフディレー用の安全出力回路３２は、二つのオフディレー出力制御部４０，４１を備えている。各出力制御部３７〜４１は、半導体出力用のトランジスタを備えている。
【００８２】
安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３には、第１，第２のＣＰＵ１７，１８からの駆動用信号Ｓ１，Ｓ２、ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号および電源回路２４を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号がそれぞれ与えられる。
【００８３】
駆動用信号Ｓ１，Ｓ２が共にオンすることによって、電源ラインＶＬに電圧が印加されて各出力制御部３７〜４１に電源が供給される。
【００８４】
ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号は、各出力制御部３７〜４１にも与えられており、このＷＤＴ信号は、ウォッチドッグタイマ２２にリセットがかからないときには、オフして全ての出力制御部３７〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。
【００８５】
電源を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号は、各出力制御部３７〜４１にも与えられており、電源異常が検知された場合には、このＰＳＭ信号がオフして全ての出力制御部３７〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。
【００８６】
出力ライン制御回路３３は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対してモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５をそれぞれ出力しており、このモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５は、出力ライン制御回路３３に故障（異常）が発生したり、あるいは、上述のＷＤＴ信号またＰＳＭ信号がオフしたときに、オンする。
【００８７】
瞬時用の安全出力回路３１の各瞬時出力制御部３７〜３９には、第１のＣＰＵ１７から瞬時出力の駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８によって、安全瞬時出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理がそれぞれ制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各瞬時出力端子４２〜４４から安全側であるオンの安全瞬時出力をそれぞれ出力する。
【００８８】
また、各瞬時出力制御部３７〜３９は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ９〜Ｓ１１をそれぞれ出力しており、各瞬時出力制御部３７〜３９が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ９〜Ｓ１１は、駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８の反転論理の信号となる。
【００８９】
オフディレー用の安全出力回路３２の各オフディレー出力制御部４０，４１には、第２のＣＰＵ１８からオフディレー出力の駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３によって、安全オフディレー出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理が制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各オフディレー出力端子４５，４６から安全側であることを示すオンの安全オフディレー出力をそれぞれ出力する。
【００９０】
また、各オフディレー出力制御部４０，４１は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５をそれぞれ出力しており、各オフディレー出力制御部４０，４１が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５は、駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３の反転論理の信号となる。
【００９１】
安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３は、瞬時出力制御部３７〜３９またはオフディレー出力制御部４０，４１に故障（異常）が発生した場合には、電源ラインＶＬをオフして瞬時出力端子４２〜４４およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフにして安全を確保する。
【００９２】
逆に、この出力ライン制御回路３３に、故障（異常）が発生した場合には、瞬時出力制御部３７〜３９およびオフディレー出力制御部４０，４１によって瞬時出力端子４２〜４４およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフして安全を確保する。
【００９３】
図８は、単機能ユニット３のブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００９４】
単機能ユニット３は、上述のＡＮＤ入力回路２８、オフディレー用の安全出力回路３２、設定スイッチ１９および増設ユニット用のコネクタ３７が備えられておらず、その他は、基本的に上述の高機能ユニット４と同様である。
【００９５】
このように第１，第２のＣＰＵ１７，１８を有する制御部によって、プログラムに従って半導体出力である安全出力を制御するので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。
【００９６】
次に各ユニットの動作をいくつかの使用例に基づいて説明する。
【００９７】
図９は、高機能ユニット４単独の場合の接続状態を示す図であり、図１０は、そのタイムチャートである。
【００９８】
この例では、高機能ユニット４の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。
【００９９】
また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ５２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ４８，４９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１００】
セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１０（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１０（ｃ）に示されるように、リセット入力がオン、オフされることによって、図１０（ｄ）に示されるように、端子Ｓ１３の安全瞬時出力がオンするとともに、図１０（ｅ）に示されるように端子Ｓ４３，Ｓ５３の安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオンしてモータ５１が駆動されて機械設備が稼動することになる。
【０１０１】
この状態で、例えば、ドアが開かれると、二つの安全入力１，２がオフする。なお、安全入力１，２は、同時にオンオフするのであるが、図１０（ｂ）には、安全入力２が遅れてオフした場合の例を示している。
【０１０２】
安全入力１，２のいずれかがオフすることによって、図１０（ｄ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてアンプ５２によってスローダウンされ、安全オフディレー出力が、一定時間Ｔ後にオフすることによって、マグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオフしてモータ５１への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。
【０１０３】
図１１は、高機能ユニット４に瞬時タイプの増設ユニット５が接続された状態を示す図であり、図１２は、そのタイムチャートである。
【０１０４】
この例では、高機能ユニット４の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。
【０１０５】
また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この例では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている、すなわち、瞬時出力となっている。
【０１０６】
複数の電磁リレーを内蔵した増設ユニット５の瞬時出力端子６１，６２は、マグネットコンタクタ５８，５９に接続される。
【０１０７】
セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１２（ａ），（ｂ）に示されるように、高機能ユニット４の二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１２（ｃ）に示されるように、リセット入力がオン、オフされることによって、図１２（ｄ）に示されるように、高機能ユニット４の安全瞬時出力がオンするとともに、図１２（ｅ）に示されるように、増設ユニット５の安全瞬時出力がオンし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオンしてモータ６３〜６５が駆動されて機械設備が稼動することになる。
【０１０８】
この状態で、例えば、ドアが開かれると、図１２（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオフし、図１２（ｃ）に示されるように高機能ユニット４の安全瞬時出力がオフするとともに、図１２（ｄ）に示されるように増設ユニット５の安全瞬時出力がオフし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオフしてモータ６３〜６５への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。
【０１０９】
このように増設ユニット５を、高機能ユニット４にケーブル６を介して接続することにより、安全出力の出力点数を容易に増やすことができる。
【０１１０】
図１３は、２台の高機能ユニット４−１，４−２とオフディレータイプの増設ユニット５との接続状態を示す図であり、図１４は、そのタイムチャートである。なお、第２の高機能ユニット４−２の二つの安全入力を、便宜上、安全入力３，４と称する。
【０１１１】
この例では、第１の高機能ユニット４−１の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。
【０１１２】
また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この第１の高機能ユニット４−１では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている。内部安全出力端子ＬＯは、第２の高機能ユニット４−２の内部安全入力端子ＬＡに接続される。すなわち、第１の高機能ユニット４−１の内部安全出力が、後段の第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられている。
【０１１３】
第２の高機能ユニット４−２の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力３と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力４には、例えば、第１の高機能ユニット４−１のセーフティドアスイッチとは別の１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ６９には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン７０が直列に接続される。
【０１１４】
また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ７１，７２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ７３，７４に接続される。この第２の高機能ユニット４−２では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１１５】
複数の電磁リレーを内蔵した増設ユニット５のオフディレー出力端子７５，７６は、マグネットコンタクタ７７，７８に接続される。
【０１１６】
第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて図１４（ａ），（ｂ）に示されるように、二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１４（ｃ）に示されるようにリセット入力がオン、オフされることによって、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオンし、これによって、図１４（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の各マグネットコンタクタ５４〜５７の主接点がオンしてモータ６３，６４が駆動されることになる。また、この第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力と同じ内部安全出力が第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられる。
【０１１７】
第２の高機能ユニット４−２は、図１４（ｆ）に示される内部安全入力がオンしている状態で、かつ、第２の高機能ユニット４−２の安全出力が安全側になったときに、安全出力をオンする。この図１４では、内部安全入力がオンしたときには、第２の高機能ユニット４−２に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて、図１４（ｇ），（ｈ）に示されるように、二つの安全入力３，４がオンしているので、図１４（ｉ）に示されるように、リセット入力がオン、オフすることによって、ＡＮＤ条件が成立し、図１４（ｊ），（ｋ）に示されるように、第２の高機能ユニット４−２の安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンするとともに、図１４（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオンし、これによって、第２の高機能ユニット４−２および増設ユニット５の各マグネットコンタクタ７１〜７６がオンしてモータ７９〜８１が駆動されることになる。
【０１１８】
この状態で、例えば、第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが開かれると、図１４（ａ），（ｂ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の二つの安全入力１，２がオフし、図１４（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ５４〜５７がオフしてモータ６３，６４への電源が遮断されるとともに、図１４（ｅ）に示されるように第２の高機能ユニット４−２に対する内部安全出力もオフする。
【０１１９】
第２の高機能ユニット４−２は、第１の高機能ユニット４−１からの内部安全入力が、図１４（ｆ）に示されるようにオフすることによって、図１４（ｊ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ７１，７２がオフしてモータ７９の電源を遮断し、さらに、図１４（ｋ）に示されるように、一定時間Ｔの遅延の後、安全オフディレー出力がオフするとともに、図１４（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオフし、これによって、各コンタクタ７３，７４，７７，７８がオフしてモータ８０，８１への電源が遮断されることになる。
【０１２０】
このようにして、内部安全出力を用いた論理接続によって、第２の高機能ユニット４−２の安全出力を、第１の高機能ユニット４−１の安全出力に容易に関連付けることができる。
【０１２１】
図１５は、単機能ユニット３と２台の高機能ユニット４−１，４−２との接続状態を示す図であり、図１６は、そのタイムチャートである。なお、単機能ユニット３の二つの安全入力を、便宜上、安全入力５，６と称する。
【０１２２】
この例では、単機能ユニット３の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力５と端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力６には、１個の非常定停止スイッチ８２が接続され、リセット入力には、リセットボタン８３が接続される。この単機能ユニット３の内部安全出力端子ＬＯ１，ＬＯ２が、第１，第２の高機能ユニット４−１，４−２の内部安全入力端子ＬＡ，ＬＡにそれぞれ接続されている。
【０１２３】
第１の高機能ユニット４−１の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続される。
【０１２４】
また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ５２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ４８，４９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１２５】
第２の高機能ユニット４−２の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力３と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力４には、第１の高機能ユニット４−１とは、別の１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ８４には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン８５が直列に接続される。
【０１２６】
また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ８６に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ８７，８９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１２７】
非常定停止スイッチ８２が操作されていない状態では、図１６（ａ），（ｂ）に示されるように、単機能ユニット３の二つの安全入力５，６がオンしており、さらに、図１６（ｃ）に示されるようにリセット入力がオン、オフされることによって、図１６（ｄ）に示されるように単機能ユニット３の内部安全出力がオンし、この内部安全出力が、図１６（ｅ），（ｊ）に示されるように、第１，第２の高機能ユニット４−１，４−２の内部安全入力にＡＮＤ入力としてそれぞれ与えられる。
【０１２８】
第１の高機能ユニット４−１は、内部安全入力がオンしている状態で、かつ、第１の高機能ユニット４−１が安全側になったときに、安全出力をオンする。この図１６では、内部安全入力がオンしたときには、図１６（ｆ），（ｇ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて二つの安全入力１，２がオンしているので、内部安全入力に応答して、図１６（ｈ），（ｉ）に示されるように、安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオンしてモータ５１が駆動されることになる。
【０１２９】
同様に、第２の高機能ユニット４−２も単機能ユニット３からの内部安全入力に応答して、図１６（ｍ），（ｎ）に示されるように、安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ８７，８８の主接点がオンしてモータ８９が駆動されることになる。
【０１３０】
この状態で、単機能ユニット３に接続されている非常停止スイッチ８２が操作されると、図１６（ａ），（ｂ）に示される単機能ユニット３の二つの安全入力５，６がオフし、図１６（ｄ）に示される内部安全出力がオフする。なお、安全入力５，６は、同時にオンオフするのであるが、図１６（ｂ）には、安全入力６がオンしたままの場合を示している。
【０１３１】
第１，第２の高機能ユニット４−１，４−２は、単機能ユニット３の内部安全出力、すなわち、図１６（ｅ），（ｊ）の内部安全入力がオフすることによって、図１６（ｈ），（ｍ）の安全瞬時出力がオフしてアンプ５２，８６によってスローダウンされ、さらに、図１６（ｉ），（ｎ）に示されるように一定時間Ｔの遅延の後、安全オフディレー出力がオフし、これによって、各マグネットコンタクタ４８，４９，８７，８８の主接点がオフしてモータ５１，８９への電源が遮断されることになる。
【０１３２】
このようにして、第１，２の高機能ユニット４−１，４−２の安全出力を、単機能ユニット３の内部安全出力に容易に関連付けることができる。
【０１３３】
次に、以上のような高機能ユニット４の動作を、図１７のフローチャートに基づいて説明する。同図（ａ）は、全体の処理を、同図（ｂ）は、安全入力および安全出力の処理を示している。
【０１３４】
なお、この図１７では、他の高機能ユニットから内部安全入力が与えられ、ＡＮＤで論理接続する場合の例を示している。
【０１３５】
先ず、同図（ａ）に示されるように、電源が投入されると（ステップｎ１）、制御部としてのＣＰＵのイニシャル処理、自己診断処理や設定状態の読み込みなどの初期処理を行い（ステップｎ２）、後述の安全入力処理に移行し（ステップｎ３）、次に、診断処理を行う（ステップｎ４）。この診断処理では、内部回路の動作異常、入力機器や安全出力制御対象との接続の誤配線、端子の短絡などの様々な自己診断処理を行う。さらに、後述の安全出力処理を行い（ステップｎ５）、次に、診断処理プログラムが、予め決められた順序で行なわれた否かをチェックする診断処理フローチェックを行い（ステップｎ６）、エラー処理、モニタ出力、表示制御などの非安全制御処理を行って（ステップｎ７）ステップｎ３に戻る。
【０１３６】
ステップｎ３の安全入力処理では、同図（ｂ）に示されるように、上述の安全入力１，２の両安全入力の入力状態がオン（安全側）であるか否かを判断し（ステップｎ３−１）、安全側であるときには、内部安全入力の入力状態がオン（安全側）であるか否かを判断し（ステップｎ３−２）、安全側であるときには、リセット入力の入力状態が、安全出力を出力できる出力許可の状態であるか否かを判断し（ステップｎ３−３）、出力許可の状態であるときには、ステップｎ４の診断処理に移行する。
【０１３７】
ステップｎ３−１において、両安全入力の入力状態がオン（安全側）でないとき、ステップｎ３−２において、内部安全入力の入力状態がオン（安全側）でないとき、または、ステップｎ３−３において、リセット入力の入力状態が、出力許可の状態でないときには、安全出力処理に移行して、安全出力および内部安全出力を、オフ（危険側）の出力とする（ステップｎ５−３）。
【０１３８】
ステップｎ５の安全出力処理では、ステップｎ４の診断処理の結果がＯＫ、すなわち、異常が無いかを判断し（ステップｎ５−１）、異常が無いときには、安全出力および内部安全出力を、オン（安全側）の出力とし（ステップｎ５−２）、ステップｎ５−１で異常が有るときには、安全出力および内部安全出力を、オフ（危険側）の出力とする（ステップｎ５−３）。
【０１３９】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、単機能ユニット３および高機能ユニット４は、それぞれＣＰＵを二つ備えていたけれども、本発明の他の実施の形態として、ＣＰＵは一つであってもよい。
【０１４０】
上述の実施の形態では、ＡＮＤによって論理接続したけれども、ＡＮＤに限らず、ＯＲやＸＯＲなどによって論理接続してもよく、また、複数の論理接続を可能としてもよい。このように複数の論理接続に対応できるようにするために、内部安全出力は、安全出力制御対象に出力される安全出力の信号パターンと異ならせることが好ましい。
【０１４１】
例えば、安全出力は、安全側の状態を、オンの信号とし、危険側の状態をオフの信号とするのに対して、内部安全出力では、例えば、安全側の状態を一定周期のオンオフ信号とし、危険側の状態をオフの信号とするのである。これによって、前記一定の周期やデューティ比などを異ならせた、例えば、図１８に示される複数の種類のオンオフ信号によって、複数の各論理に容易に対応させることができる。
【０１４２】
なお、単機能ユニット３および高機能ユニット４の安全出力や内部安全出力（内部安全入力）の数は、上述の実施の形態に限らないのは勿論である。
【０１４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える複数の安全出力部と、安全出力を、プログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。
【０１４４】
しかも、複数のセーフティコントローラを、接続用出力を用いて容易に関連付けることができ、システムの拡張性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るシステムの構成例を示す図である。
【図２】図１の単機能ユニットの正面図である。
【図３】図１の高機能ユニットの正面図である。
【図４】図１の高機能ユニットの背面図である。
【図５】図１の単機能ユニットの正面図である。
【図６】図１の高機能ユニットのブロック図である。
【図７】図６の一部の詳細を示すブロック図である。
【図８】図１の単機能ユニットのブロック図である。
【図９】第１の使用例の接続状態を示す図である。
【図１０】図９のタイムチャートである。
【図１１】第２の使用例の接続状態を示す図である。
【図１２】図１１のタイムチャートである。
【図１３】第３の使用例の接続状態を示す図である。
【図１４】図１３のタイムチャートである。
【図１５】第４の使用例の接続状態を示す図である。
【図１６】図１５のタイムチャートである。
【図１７】動作説明に供するフローチャートである。
【図１８】内部安全出力の信号パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ セーフティドアスイッチ
２ 非常停止スイッチ
３ 単機能ユニット
４ 高機能ユニット
５ 増設ユニット
１７，１８ 第１，第２のＣＰＵ
３１ 瞬時用の安全出力回路
３２ オフディレー用の安全出力回路
３４ 内部安全出力回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、セーフティコントローラおよびそれを用いたシステムに関し、更に詳しくは、工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の安全回路に好適なセーフティコントローラおよびそれを用いたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、生産現場の労働安全を確保するために、複数の電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いて安全回路、すなわち、安全が確保されている状態の時のみ工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路が構築されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかるリレーユニットは、非常停止スイッチなどの安全スイッチやセーフティドアスイッチなどの安全エリアセンサからの入力信号に基づいて、安全回路の状態を監視し、不具合が発生した時には、機械設備の電源を確実に遮断するとともに、その不具合原因が取り除かれない限りは、機械設備の再起動を行なわない機能を備えている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００３−１４０７０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いたシステムでは、リレーシーケンスによって安全回路が構築されるので、配線によってロジックが組み立てられることになり、制御すべき工作機械等が多くなると、配線数が増大して複雑になるとともに、その設計も容易ではない。
【０００６】
さらに、ユーザの要求に応じて、システムの一部を変更したいような場合、例えば、複数の工作機械を各作業エリアに配備して構成される生産ラインにおいて、或る作業エリアの工作機械は、隣の作業エリアの工作機械と関連付けて起動・停止を制御したいといったような場合にも、配線によってロジックを変更しなければならず、多くの時間と労力が必要になる。
【０００７】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、配線数を削減するとともに、システムの構築が容易なセーフティコントローラおよびそれを用いたシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【０００９】
すなわち、本発明のセーフティコントローラは、入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、前記安全出力として半導体出力を与える複数の安全出力部と、他のセーフティコントローラに接続用出力を与える接続出力部と、前記入力機器からの入力に基づいて、プログラムに従って前記安全出力および前記接続用出力を制御する制御部とを備えている。
【００１０】
ここで、入力機器とは、当該セーフティコントローラに対する入力を与える機器をいい、例えば、非常停止スイッチ、セーフティドアスイッチ、セーフティリミットスイッチ、セーフティライトカーテンなどをいう。
【００１１】
安全出力制御対象とは、当該セーフティコントローラの出力である安全出力によって制御される対象をいい、例えば、マグネットコンタクタ、モータコントローラ、可変モータ、ＰＬＣなどをいう。
【００１２】
機械設備とは、各種の工作機械、産業用ロボットなどをいう。
【００１３】
また、機械設備の運転を制御するとは、機械設備の起動・停止の制御や動作速度の制御などをいう。
【００１４】
接続用出力とは、当該セーフティコントローラと他のセーフティコントローラとの接続に用いられる出力をいう。
【００１５】
本発明によると、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える複数の安全出力部と、安全出力を、プログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。また、接続用出力を用いて他のセーフティコントローラを、当該セーフティコントローラと容易に関連付けることができる。
【００１６】
本発明の一実施態様においては、他のセーフティコントローラから出力される接続用出力が接続用入力として与えられる接続入力部を備え、前記制御部は、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力に基づいて、前記安全出力および前記接続用出力を制御するものである。
【００１７】
この実施態様によると、他のセーフティコントローラから与えられる接続用入力に、当該セーフティコントローラの安全出力や接続用出力の出力状態を関連付けることが可能となる。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様においては、前記接続用出力が、論理接続用の半導体出力である。
【００１９】
ここで、論理接続用とは、当該セーフティコントローラに接続される他のセーフティコントローラを、例えば、論理積や論理和といった論理によって関連付けて接続するためのものをいう。
【００２０】
この実施態様によると、当該セーフティコントローラと他のセーフティコントローラとの安全出力や接続用出力を、論理積や論理和といった論理によって関連付けることが可能となる。
【００２１】
本発明の他の実施態様においては、前記制御部は、前記プログラムに従って、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力に基づいて、論理演算を行なって前記安全出力および前記接続用出力を制御するものである。
【００２２】
この実施態様によると、入力機器からの入力および接続入力部からの接続用入力の論理演算、例えば、論理積をとって、その結果を安全出力や接続用出力とすることができるので、入力機器からの入力の状態が、機械設備を稼動させることが許容される安全側の状態であって、かつ、他のセーフティコントローラからの接続用入力の状態が、同じく安全側の状態にあるときにのみ、当該セーフティコントローラの安全出力の出力状態を安全側の状態にするといったことが可能となる。
【００２３】
本発明の更に他の実施態様において、前記制御部は、前記プログラムに従って、前記接続用出力の出力状態を、前記安全出力の出力状態と同じ状態に制御するものである。
【００２４】
ここで、出力状態とは、機械設備の稼動が許容される安全側または機械設備の稼動が禁止される危険側の状態をいう。
【００２５】
この実施態様によると、接続用出力の出力状態が、安全出力の出力状態と同じであるので、当該セーフティコントローラの接続用出力が与えられる他のセーフティコントローラは、その安全出力を、当該セーフティコントローラの安全出力に論理演算によって関連付けることができる。
【００２６】
また、本発明のセーフティコントローラは、入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、前記安全出力として半導体出力を与える複数の安全出力部と、他のセーフティコントローラに接続用出力を与える接続出力部と、プログラムに従って、入力処理、診断処理および出力処理を実行する制御部とを備え、前記入力処理では、前記入力機器からの入力の状態を判定し、前記診断処理では、自己診断を行い、前記出力処理では、前記入力処理および前記診断処理の結果に基づいて、前記安全出力および前記接続用出力を制御するものである。
【００２７】
他の実施態様として、他のセーフティコントローラから出力される接続用出力が接続用入力として与えられる接続入力部を備え、前記入力処理では、前記入力機器からの入力の状態および前記接続入力部からの接続用入力の状態を判定するようにしてもよい。
【００２８】
ここで、診断処理とは、異常の有無を自己診断する処理をいい、例えば、内部回路の動作異常の有無、入力機器などとの接続の誤配線の有無、端子の短絡の有無などの診断処理をいう。
【００２９】
本発明によると、制御部が、プログラムに従って、入力処理、診断処理を実行するとともに、その結果に基づいて、安全出力および接続用出力を制御するので、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。また、接続用出力を用いて他のセーフティコントローラを、当該セーフティコントローラと容易に関連付けることができる。
【００３０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記接続用出力が、論理接続用の半導体出力であり、前記入力処理では、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力の論理演算を行なって前記安全出力および前記接続用出力の出力状態を決定し、前記出力処理では、前記診断処理の結果に基づいて、異常が無いときには、前記入力処理で決定された出力状態に、異常があるときには、予め定めた出力状態に、前記安全出力および前記接続用出力をそれぞれ制御するものである。
【００３１】
ここで、予め定めた出力状態とは、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態である。
【００３２】
また、安全出力および前記接続用出力の出力状態を、同じ状態に制御するのが好ましい。
【００３３】
この実施態様によると、当該セーフティコントローラと他のセーフティコントローラとの安全出力や接続用出力を、論理積や論理和といった論理によって関連付けることが可能となる。また、診断処理の結果によって、異常が有るときには、予め定めた出力状態、すなわち、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態に制御するので、安全が確保される。
【００３４】
本発明の他の実施態様においては、前記接続入力部からの接続用入力の有効／無効を設定する設定部を備え、前記制御部は、前記設定部によって無効が設定されたときには、前記接続用入力を無効として前記安全出力および接続用出力を制御するものである。
【００３５】
設定部による設定は、例えば、設定スイッチなどの操作によって行なってもよいし、通信によって行なってもよい。
【００３６】
この実施態様によると、複数のセーフティコントローラの間の配線を変更することなく、接続用出力の有効／無効を容易に選択できることになる。
【００３７】
本発明の好ましい実施態様においては、複数の前記安全出力部は、安全瞬時出力を出力する瞬時出力部および安全オフディレー出力を出力するオフディレー出力部を備えている。
【００３８】
この実施態様によると、瞬時出力とオフディレー出力とのいずれの安全出力も与えることができるので、例えば、非常停止スイッチなどの入力機器の操作に応答して、直ちに動力を断って動作を停止させたい箇所と、一定時間遅れて動作を停止させたい箇所とがあるような機械設備の運転の制御に好適である。
【００３９】
本発明の一実施態様においては、前記安全出力と前記接続用出力の信号パターンを異ならせている。
【００４０】
この実施態様によると、接続用出力は、その信号パターンを安全出力の信号パターンと異ならせて専用としているので、論理積、論理和、排他的論理和といった論理の種類に応じて、接続用出力の信号パターンのみを変えて対応させることができる。
【００４１】
本発明の他の実施態様においては、複数の電磁リレーを内蔵して前記安全出力に応じたリレー出力を前記安全出力制御対象に出力する増設ユニットを接続可能としている。
【００４２】
この実施態様によると、増設ユニットを接続することによって、安全出力に応じたリレー出力を、安全出力制御対象に出力できるので、安全出力の出力点数を容易に増やすことができる。
【００４３】
本発明の更に他の実施態様においては、前記制御部は、二つのＣＰＵを備えている。
【００４４】
この実施態様によると、二つのＣＰＵによって同じ処理を実行して二重化することによって、安全性を高めることができる。
【００４５】
また、本発明のシステムは、本発明のセーフティコントローラの複数を、前記接続入力部および前記接続出力部を介して接続してなるものである。
【００４６】
本発明によると、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。また、他のセーフティコントローラを、接続用出力を用いて、例えば、論理積や論理和といった論理によって関連付けることが可能となり、システムの拡張性が向上する。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４８】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るセーフティコントローラを用いたシステムの構成例を示す図である。
【００４９】
この実施の形態のセーフティコントローラは、安全が確保されている状態の時のみ図示しない工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路を構成するものである。
【００５０】
この実施の形態のセーフティコントローラには、非常停止スイッチ２などの入力機器が接続される単機能ユニット３と、この単機能ユニット３に接続されるとともに、セーフティドアスイッチ１などの入力機器が接続される高機能ユニット４と、この高機能ユニット４にケーブル６を介して接続される増設ユニット５の３種類がある。
【００５１】
単機能ユニット３は、非常停止スイッチ２などの入力機器から入力が与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。
【００５２】
ここで、論理接続用出力とは、この論理接続用出力を出力する単機能ユニット３と、論理接続用出力が与えられる高機能ユニット４とを論理接続するための出力をいう。
【００５３】
この実施の形態では、単機能ユニット３から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、論理接続用出力とは、その出力の状態が同じ、すなわち、安全出力が、機械設備の稼動を許容する安全側の出力状態であるときには、論理接続用出力も安全側の出力状態であり、また、安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態であるるときには、論理接続用出力も危険側の出力状態となる。
【００５４】
そこで、マグネットコンタクタなどの安全出力制御対象に対する本来の安全出力に対して、出力状態が同じである論理接続用出力を、内部安全出力という。
【００５５】
高機能ユニット４は、非常停止スイッチやセーフティドアスイッチ１などの入力機器からの入力および単機能ユニット３や前段の高機能ユニット４から出力される内部安全出力が内部安全入力として与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および後段の高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。
【００５６】
高機能ユニット４から出力される論理接続用出力である内部安全出力も上述と同様に、前段の高機能ユニット４と後段の高機能ユニット４とを論理接続するための出力である。
【００５７】
また、高機能ユニット４から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、内部安全出力とは、その出力の状態は同じである。高機能ユニット４は、後述のように安全瞬時出力と安全オフディレー出力とを出力可能であるが、内部安全出力は、安全瞬時出力の出力状態と同じ出力状態となっている。
【００５８】
なお、図１においては、単機能ユニット３から高機能ユニット４に与えられる内部安全出力および前段の高機能ユニット４から後段の高機能ユニット４に与えられる内部安全出力を破線矢符でそれぞれ示している。
【００５９】
増設ユニット５は、ケーブル６を介して高機能ユニット４に接続され、高機能ユニット４に同期した安全出力を、工作機械等を駆動するための電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタ等に対して出力するものである。
【００６０】
単機能ユニット３は、後述のように制御部を構成するＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である二つの安全瞬時出力および二つの内部安全出力を出力することができる。二つの安全入力には、安全規格上の二重化のために、１個の非常停止スイッチなどからの入力が与えられる。
【００６１】
また、単機能ユニット３は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、単機能ユニット３は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。
【００６２】
この単機能ユニット３は、図２の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子７を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）および安全瞬時出力（ＥＩ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部８を備えている。
【００６３】
高機能ユニット４は、単機能ユニット３と同様に、制御部としてのＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力および一つの内部安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である三つの安全瞬時出力、二つの安全オフディレー出力および論理接続用出力としての内部安全出力を出力することができる。
【００６４】
二つの安全入力には、単機能ユニット３と同様に、二重化のために、１個の非常停止スイッチや１個のセーフティドアスイッチなどからの入力が与えられる。
【００６５】
一つの内部安全入力は、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４からの内部安全出力が入力されるものであり、この内部安全入力によって、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４に論理接続されることになる。
【００６６】
すなわち、この実施の形態では、この内部安全入力と、当該高機能ユニット４の二つの安全入力とがＡＮＤで論理接続されるものであり、内部安全入力の入力状態が安全側の状態であって、かつ、二つの安全入力の入力状態が安全側の入力状態であるときに、安全側の出力状態の安全出力を出力するものである。
【００６７】
また、この高機能ユニット４は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、高機能ユニット４は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。
【００６８】
この高機能ユニット４は、図３の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子９を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）、内部安全入力（ＡＮＤ）、フィードバック入力（ＦＢ）、安全瞬時出力（ＥＩ）および安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤで表示する表示部１０を備えている。また、この高機能ユニット４は、増設ユニットを５接続するためのコネクタ１１を備えており、増設ユニット５を５台まで接続することができる。
【００６９】
このコネクタ１１を介して、安全瞬時出力、安全オフディレー出力、増設ユニット５のフィードバック入出力およびグランドの各信号の授受が行なわれる。
【００７０】
また、この高機能ユニット４は、図４の背面図に示されるように、ＤＩＮレールに装着される部分に、ディップスイッチ１２およびロータリスイッチ１３を備えており、非常停止スイッチ、セーフティドアスイッチあるいはセーフティライトカーテンなどの接続されている入力機器の種類の設定やオフディレー時間などの設定が行なわれる。
【００７１】
また、論理接続用の内部安全入力を、有効あるいは無効とする設定部としてのスイッチも備えられており、このスイッチによって、無効が設定されている場合には、他のユニット３，４から与えられる内部安全入力は、無効とされ、論理接続は行なわれない。
【００７２】
増設ユニット５は、高機能ユニット４だけでは、出力点数が不足する場合に、必要に応じて増設されるものであり、複数の電磁リレーを内蔵している。この増設ユニット５は、高機能ユニット４からの安全瞬時出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力する瞬時タイプと、高機能ユニット４からの安全オフディレー出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力するオフディレータイプとがある。
【００７３】
この増設ユニット５は、図５の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子１４を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全瞬時出力（ＥＩ）または安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部１５を備えている。また、この増設ユニット５は、高機能ユニット４に接続するため、または、増設ユニット５を接続するためのコネクタ１６を備えている。
【００７４】
図６は、高機能ユニット４のブロック図である。同図において、１７，１８は、制御部を構成する二つの第１，第２のＣＰＵであり、各ＣＰＵ１７，１８で同じ処理を実行して二重化している。各ＣＰＵ１７，１８は、ＣＰＵ間通信ポートを介してソフト処理の同期をとるなどのために通信を行う。
【００７５】
２０は上述のディップスイッチなどの設定スイッチ１９からの設定内容を格納する不揮発性メモリ、２１は上述の電源（ＰＷＲ）やエラー状態（ＥＲＲ）などの各状態を表示するＬＥＤ、２２は遅延ＩＣを用いたウォッチドッグタイマ、２３は各部に電源を供給する電源回路２４の状態を監視する監視回路である。
【００７６】
また、２５，２６は二重化している安全入力の各１系統であり、例えば、１個のセーフティドアスイッチからの入力が与えられる。２７は、フィードバック入力あるいはリセット入力が与えられるリセット入力回路である。
【００７７】
２８は単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４からの論理接続用入力である内部安全入力が与えられるＡＮＤ入力回路、２９，３０は外部のパソコンなどとの通信用のＲＳ２３２Ｃ回路および切替スイッチである。
【００７８】
３１は瞬時用の安全出力回路、３２はオフディレー用の安全出力回路、３３は二重化用の出力ライン制御回路、３４は後段の高機能ユニット４に対して内部安全出力を出力する内部安全出力回路、３５は安全瞬時出力を、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）などにモニタ用として出力するモニタ出力回路、３６は内部エラー時にエラー出力を与えるエラー出力回路、３７は増設ユニット５を接続するためのコネクタである。
【００７９】
制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８は、安全入力回路２５，２６からの安全入力およびＡＮＤ入力回路２８からの内部安全入力に基づいて、プログラムに従って、安全出力回路３１，３２および内部安全出力回路３４を制御して半導体出力（トランジスタ出力）である安全出力および内部安全出力を制御する。内部安全出力回路３４は、半導体出力用のトランジスタを備えている。
【００８０】
図７は、図６の瞬時用の安全出力回路３１、オフディレー用の安全出力回路３２および出力ライン制御回路３３の構成を示すブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。この図７においては、第１のＣＰＵ１７からの信号および第１のＣＰＵ１７に対する信号を破線の矢符で示し、第２のＣＰＵ１８からの信号および第２のＣＰＵ１８に対する信号を一点鎖線の矢符でそれぞれ示している。
【００８１】
瞬時用の安全出力回路３１は、三つの瞬時出力制御部３７〜３９を備えており、オフディレー用の安全出力回路３２は、二つのオフディレー出力制御部４０，４１を備えている。各出力制御部３７〜４１は、半導体出力用のトランジスタを備えている。
【００８２】
安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３には、第１，第２のＣＰＵ１７，１８からの駆動用信号Ｓ１，Ｓ２、ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号および電源回路２４を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号がそれぞれ与えられる。
【００８３】
駆動用信号Ｓ１，Ｓ２が共にオンすることによって、電源ラインＶＬに電圧が印加されて各出力制御部３７〜４１に電源が供給される。
【００８４】
ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号は、各出力制御部３７〜４１にも与えられており、このＷＤＴ信号は、ウォッチドッグタイマ２２にリセットがかからないときには、オフして全ての出力制御部３７〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。
【００８５】
電源を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号は、各出力制御部３７〜４１にも与えられており、電源異常が検知された場合には、このＰＳＭ信号がオフして全ての出力制御部３７〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。
【００８６】
出力ライン制御回路３３は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対してモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５をそれぞれ出力しており、このモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５は、出力ライン制御回路３３に故障（異常）が発生したり、あるいは、上述のＷＤＴ信号またＰＳＭ信号がオフしたときに、オンする。
【００８７】
瞬時用の安全出力回路３１の各瞬時出力制御部３７〜３９には、第１のＣＰＵ１７から瞬時出力の駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８によって、安全瞬時出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理がそれぞれ制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各瞬時出力端子４２〜４４から安全側であるオンの安全瞬時出力をそれぞれ出力する。
【００８８】
また、各瞬時出力制御部３７〜３９は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ９〜Ｓ１１をそれぞれ出力しており、各瞬時出力制御部３７〜３９が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ９〜Ｓ１１は、駆動用信号Ｓ６〜Ｓ８の反転論理の信号となる。
【００８９】
オフディレー用の安全出力回路３２の各オフディレー出力制御部４０，４１には、第２のＣＰＵ１８からオフディレー出力の駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３によって、安全オフディレー出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理が制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各オフディレー出力端子４５，４６から安全側であることを示すオンの安全オフディレー出力をそれぞれ出力する。
【００９０】
また、各オフディレー出力制御部４０，４１は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５をそれぞれ出力しており、各オフディレー出力制御部４０，４１が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５は、駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３の反転論理の信号となる。
【００９１】
安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３は、瞬時出力制御部３７〜３９またはオフディレー出力制御部４０，４１に故障（異常）が発生した場合には、電源ラインＶＬをオフして瞬時出力端子４２〜４４およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフにして安全を確保する。
【００９２】
逆に、この出力ライン制御回路３３に、故障（異常）が発生した場合には、瞬時出力制御部３７〜３９およびオフディレー出力制御部４０，４１によって瞬時出力端子４２〜４４およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフして安全を確保する。
【００９３】
図８は、単機能ユニット３のブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００９４】
単機能ユニット３は、上述のＡＮＤ入力回路２８、オフディレー用の安全出力回路３２、設定スイッチ１９および増設ユニット用のコネクタ３７が備えられておらず、その他は、基本的に上述の高機能ユニット４と同様である。
【００９５】
このように第１，第２のＣＰＵ１７，１８を有する制御部によって、プログラムに従って半導体出力である安全出力を制御するので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。
【００９６】
次に各ユニットの動作をいくつかの使用例に基づいて説明する。
【００９７】
図９は、高機能ユニット４単独の場合の接続状態を示す図であり、図１０は、そのタイムチャートである。
【００９８】
この例では、高機能ユニット４の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。
【００９９】
また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ５２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ４８，４９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１００】
セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１０（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１０（ｃ）に示されるように、リセット入力がオン、オフされることによって、図１０（ｄ）に示されるように、端子Ｓ１３の安全瞬時出力がオンするとともに、図１０（ｅ）に示されるように端子Ｓ４３，Ｓ５３の安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオンしてモータ５１が駆動されて機械設備が稼動することになる。
【０１０１】
この状態で、例えば、ドアが開かれると、二つの安全入力１，２がオフする。なお、安全入力１，２は、同時にオンオフするのであるが、図１０（ｂ）には、安全入力２が遅れてオフした場合の例を示している。
【０１０２】
安全入力１，２のいずれかがオフすることによって、図１０（ｄ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてアンプ５２によってスローダウンされ、安全オフディレー出力が、一定時間Ｔ後にオフすることによって、マグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオフしてモータ５１への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。
【０１０３】
図１１は、高機能ユニット４に瞬時タイプの増設ユニット５が接続された状態を示す図であり、図１２は、そのタイムチャートである。
【０１０４】
この例では、高機能ユニット４の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。
【０１０５】
また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この例では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている、すなわち、瞬時出力となっている。
【０１０６】
複数の電磁リレーを内蔵した増設ユニット５の瞬時出力端子６１，６２は、マグネットコンタクタ５８，５９に接続される。
【０１０７】
セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１２（ａ），（ｂ）に示されるように、高機能ユニット４の二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１２（ｃ）に示されるように、リセット入力がオン、オフされることによって、図１２（ｄ）に示されるように、高機能ユニット４の安全瞬時出力がオンするとともに、図１２（ｅ）に示されるように、増設ユニット５の安全瞬時出力がオンし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオンしてモータ６３〜６５が駆動されて機械設備が稼動することになる。
【０１０８】
この状態で、例えば、ドアが開かれると、図１２（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオフし、図１２（ｃ）に示されるように高機能ユニット４の安全瞬時出力がオフするとともに、図１２（ｄ）に示されるように増設ユニット５の安全瞬時出力がオフし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオフしてモータ６３〜６５への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。
【０１０９】
このように増設ユニット５を、高機能ユニット４にケーブル６を介して接続することにより、安全出力の出力点数を容易に増やすことができる。
【０１１０】
図１３は、２台の高機能ユニット４−１，４−２とオフディレータイプの増設ユニット５との接続状態を示す図であり、図１４は、そのタイムチャートである。なお、第２の高機能ユニット４−２の二つの安全入力を、便宜上、安全入力３，４と称する。
【０１１１】
この例では、第１の高機能ユニット４−１の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。
【０１１２】
また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この第１の高機能ユニット４−１では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている。内部安全出力端子ＬＯは、第２の高機能ユニット４−２の内部安全入力端子ＬＡに接続される。すなわち、第１の高機能ユニット４−１の内部安全出力が、後段の第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられている。
【０１１３】
第２の高機能ユニット４−２の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力３と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力４には、例えば、第１の高機能ユニット４−１のセーフティドアスイッチとは別の１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ６９には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン７０が直列に接続される。
【０１１４】
また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ７１，７２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ７３，７４に接続される。この第２の高機能ユニット４−２では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１１５】
複数の電磁リレーを内蔵した増設ユニット５のオフディレー出力端子７５，７６は、マグネットコンタクタ７７，７８に接続される。
【０１１６】
第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて図１４（ａ），（ｂ）に示されるように、二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１４（ｃ）に示されるようにリセット入力がオン、オフされることによって、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオンし、これによって、図１４（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の各マグネットコンタクタ５４〜５７の主接点がオンしてモータ６３，６４が駆動されることになる。また、この第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力と同じ内部安全出力が第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられる。
【０１１７】
第２の高機能ユニット４−２は、図１４（ｆ）に示される内部安全入力がオンしている状態で、かつ、第２の高機能ユニット４−２の安全出力が安全側になったときに、安全出力をオンする。この図１４では、内部安全入力がオンしたときには、第２の高機能ユニット４−２に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて、図１４（ｇ），（ｈ）に示されるように、二つの安全入力３，４がオンしているので、図１４（ｉ）に示されるように、リセット入力がオン、オフすることによって、ＡＮＤ条件が成立し、図１４（ｊ），（ｋ）に示されるように、第２の高機能ユニット４−２の安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンするとともに、図１４（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオンし、これによって、第２の高機能ユニット４−２および増設ユニット５の各マグネットコンタクタ７１〜７６がオンしてモータ７９〜８１が駆動されることになる。
【０１１８】
この状態で、例えば、第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが開かれると、図１４（ａ），（ｂ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の二つの安全入力１，２がオフし、図１４（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ５４〜５７がオフしてモータ６３，６４への電源が遮断されるとともに、図１４（ｅ）に示されるように第２の高機能ユニット４−２に対する内部安全出力もオフする。
【０１１９】
第２の高機能ユニット４−２は、第１の高機能ユニット４−１からの内部安全入力が、図１４（ｆ）に示されるようにオフすることによって、図１４（ｊ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ７１，７２がオフしてモータ７９の電源を遮断し、さらに、図１４（ｋ）に示されるように、一定時間Ｔの遅延の後、安全オフディレー出力がオフするとともに、図１４（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオフし、これによって、各コンタクタ７３，７４，７７，７８がオフしてモータ８０，８１への電源が遮断されることになる。
【０１２０】
このようにして、内部安全出力を用いた論理接続によって、第２の高機能ユニット４−２の安全出力を、第１の高機能ユニット４−１の安全出力に容易に関連付けることができる。
【０１２１】
図１５は、単機能ユニット３と２台の高機能ユニット４−１，４−２との接続状態を示す図であり、図１６は、そのタイムチャートである。なお、単機能ユニット３の二つの安全入力を、便宜上、安全入力５，６と称する。
【０１２２】
この例では、単機能ユニット３の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力５と端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力６には、１個の非常定停止スイッチ８２が接続され、リセット入力には、リセットボタン８３が接続される。この単機能ユニット３の内部安全出力端子ＬＯ１，ＬＯ２が、第１，第２の高機能ユニット４−１，４−２の内部安全入力端子ＬＡ，ＬＡにそれぞれ接続されている。
【０１２３】
第１の高機能ユニット４−１の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続される。
【０１２４】
また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ５２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ４８，４９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１２５】
第２の高機能ユニット４−２の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力３と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力４には、第１の高機能ユニット４−１とは、別の１個のセーフティドアスイッチが接続され、フィードバックループ８４には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン８５が直列に接続される。
【０１２６】
また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ８６に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ８７，８９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。
【０１２７】
非常定停止スイッチ８２が操作されていない状態では、図１６（ａ），（ｂ）に示されるように、単機能ユニット３の二つの安全入力５，６がオンしており、さらに、図１６（ｃ）に示されるようにリセット入力がオン、オフされることによって、図１６（ｄ）に示されるように単機能ユニット３の内部安全出力がオンし、この内部安全出力が、図１６（ｅ），（ｊ）に示されるように、第１，第２の高機能ユニット４−１，４−２の内部安全入力にＡＮＤ入力としてそれぞれ与えられる。
【０１２８】
第１の高機能ユニット４−１は、内部安全入力がオンしている状態で、かつ、第１の高機能ユニット４−１が安全側になったときに、安全出力をオンする。この図１６では、内部安全入力がオンしたときには、図１６（ｆ），（ｇ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて二つの安全入力１，２がオンしているので、内部安全入力に応答して、図１６（ｈ），（ｉ）に示されるように、安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオンしてモータ５１が駆動されることになる。
【０１２９】
同様に、第２の高機能ユニット４−２も単機能ユニット３からの内部安全入力に応答して、図１６（ｍ），（ｎ）に示されるように、安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ８７，８８の主接点がオンしてモータ８９が駆動されることになる。
【０１３０】
この状態で、単機能ユニット３に接続されている非常停止スイッチ８２が操作されると、図１６（ａ），（ｂ）に示される単機能ユニット３の二つの安全入力５，６がオフし、図１６（ｄ）に示される内部安全出力がオフする。なお、安全入力５，６は、同時にオンオフするのであるが、図１６（ｂ）には、安全入力６がオンしたままの場合を示している。
【０１３１】
第１，第２の高機能ユニット４−１，４−２は、単機能ユニット３の内部安全出力、すなわち、図１６（ｅ），（ｊ）の内部安全入力がオフすることによって、図１６（ｈ），（ｍ）の安全瞬時出力がオフしてアンプ５２，８６によってスローダウンされ、さらに、図１６（ｉ），（ｎ）に示されるように一定時間Ｔの遅延の後、安全オフディレー出力がオフし、これによって、各マグネットコンタクタ４８，４９，８７，８８の主接点がオフしてモータ５１，８９への電源が遮断されることになる。
【０１３２】
このようにして、第１，２の高機能ユニット４−１，４−２の安全出力を、単機能ユニット３の内部安全出力に容易に関連付けることができる。
【０１３３】
次に、以上のような高機能ユニット４の動作を、図１７のフローチャートに基づいて説明する。同図（ａ）は、全体の処理を、同図（ｂ）は、安全入力および安全出力の処理を示している。
【０１３４】
なお、この図１７では、他の高機能ユニットから内部安全入力が与えられ、ＡＮＤで論理接続する場合の例を示している。
【０１３５】
先ず、同図（ａ）に示されるように、電源が投入されると（ステップｎ１）、制御部としてのＣＰＵのイニシャル処理、自己診断処理や設定状態の読み込みなどの初期処理を行い（ステップｎ２）、後述の安全入力処理に移行し（ステップｎ３）、次に、診断処理を行う（ステップｎ４）。この診断処理では、内部回路の動作異常、入力機器や安全出力制御対象との接続の誤配線、端子の短絡などの様々な自己診断処理を行う。さらに、後述の安全出力処理を行い（ステップｎ５）、次に、診断処理プログラムが、予め決められた順序で行なわれた否かをチェックする診断処理フローチェックを行い（ステップｎ６）、エラー処理、モニタ出力、表示制御などの非安全制御処理を行って（ステップｎ７）ステップｎ３に戻る。
【０１３６】
ステップｎ３の安全入力処理では、同図（ｂ）に示されるように、上述の安全入力１，２の両安全入力の入力状態がオン（安全側）であるか否かを判断し（ステップｎ３−１）、安全側であるときには、内部安全入力の入力状態がオン（安全側）であるか否かを判断し（ステップｎ３−２）、安全側であるときには、リセット入力の入力状態が、安全出力を出力できる出力許可の状態であるか否かを判断し（ステップｎ３−３）、出力許可の状態であるときには、ステップｎ４の診断処理に移行する。
【０１３７】
ステップｎ３−１において、両安全入力の入力状態がオン（安全側）でないとき、ステップｎ３−２において、内部安全入力の入力状態がオン（安全側）でないとき、または、ステップｎ３−３において、リセット入力の入力状態が、出力許可の状態でないときには、安全出力処理に移行して、安全出力および内部安全出力を、オフ（危険側）の出力とする（ステップｎ５−３）。
【０１３８】
ステップｎ５の安全出力処理では、ステップｎ４の診断処理の結果がＯＫ、すなわち、異常が無いかを判断し（ステップｎ５−１）、異常が無いときには、安全出力および内部安全出力を、オン（安全側）の出力とし（ステップｎ５−２）、ステップｎ５−１で異常が有るときには、安全出力および内部安全出力を、オフ（危険側）の出力とする（ステップｎ５−３）。
【０１３９】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、単機能ユニット３および高機能ユニット４は、それぞれＣＰＵを二つ備えていたけれども、本発明の他の実施の形態として、ＣＰＵは一つであってもよい。
【０１４０】
上述の実施の形態では、ＡＮＤによって論理接続したけれども、ＡＮＤに限らず、ＯＲやＸＯＲなどによって論理接続してもよく、また、複数の論理接続を可能としてもよい。このように複数の論理接続に対応できるようにするために、内部安全出力は、安全出力制御対象に出力される安全出力の信号パターンと異ならせることが好ましい。
【０１４１】
例えば、安全出力は、安全側の状態を、オンの信号とし、危険側の状態をオフの信号とするのに対して、内部安全出力では、例えば、安全側の状態を一定周期のオンオフ信号とし、危険側の状態をオフの信号とするのである。これによって、前記一定の周期やデューティ比などを異ならせた、例えば、図１８に示される複数の種類のオンオフ信号によって、複数の各論理に容易に対応させることができる。
【０１４２】
なお、単機能ユニット３および高機能ユニット４の安全出力や内部安全出力（内部安全入力）の数は、上述の実施の形態に限らないのは勿論である。
【０１４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える複数の安全出力部と、安全出力を、プログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。
【０１４４】
しかも、複数のセーフティコントローラを、接続用出力を用いて容易に関連付けることができ、システムの拡張性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るシステムの構成例を示す図である。
【図２】図１の単機能ユニットの正面図である。
【図３】図１の高機能ユニットの正面図である。
【図４】図１の高機能ユニットの背面図である。
【図５】図１の単機能ユニットの正面図である。
【図６】図１の高機能ユニットのブロック図である。
【図７】図６の一部の詳細を示すブロック図である。
【図８】図１の単機能ユニットのブロック図である。
【図９】第１の使用例の接続状態を示す図である。
【図１０】図９のタイムチャートである。
【図１１】第２の使用例の接続状態を示す図である。
【図１２】図１１のタイムチャートである。
【図１３】第３の使用例の接続状態を示す図である。
【図１４】図１３のタイムチャートである。
【図１５】第４の使用例の接続状態を示す図である。
【図１６】図１５のタイムチャートである。
【図１７】動作説明に供するフローチャートである。
【図１８】内部安全出力の信号パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ セーフティドアスイッチ
２ 非常停止スイッチ
３ 単機能ユニット
４ 高機能ユニット
５ 増設ユニット
１７，１８ 第１，第２のＣＰＵ
３１ 瞬時用の安全出力回路
３２ オフディレー用の安全出力回路
３４ 内部安全出力回路
Claims (14)
- 入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、
前記安全出力として半導体出力を与える複数の安全出力部と、
他のセーフティコントローラに接続用出力を与える接続出力部と、
前記入力機器からの入力に基づいて、プログラムに従って前記安全出力および前記接続用出力を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするセーフティコントローラ。 - 他のセーフティコントローラから出力される接続用出力が接続用入力として与えられる接続入力部を備え、
前記制御部は、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力に基づいて、前記安全出力および前記接続用出力を制御する請求項１または２記載のセーフティコントローラ。 - 前記接続用出力が、論理接続用の半導体出力である請求項１または２記載のセーフティコントローラ。
- 前記制御部は、前記プログラムに従って、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力に基づいて、論理演算を行なって前記安全出力および前記接続用出力を制御する請求項３記載のセーフティコントローラ。
- 前記制御部は、前記プログラムに従って、前記接続用出力の出力状態を、前記安全出力の出力状態と同じ状態に制御する請求項１〜４のいずれかに記載のセーフティコントローラ。
- 入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、
前記安全出力として半導体出力を与える複数の安全出力部と、
他のセーフティコントローラに接続用出力を与える接続出力部と、
プログラムに従って、入力処理、診断処理および出力処理を実行する制御部とを備え、
前記入力処理では、前記入力機器からの入力の状態を判定し、前記診断処理では、自己診断を行い、前記出力処理では、前記入力処理および前記診断処理の結果に基づいて、前記安全出力および前記接続用出力を制御することを特徴とするセーフティコントローラ。 - 入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、
前記安全出力として半導体出力を与える複数の安全出力部と、
他のセーフティコントローラに接続用出力を与える接続出力部と、
他のセーフティコントローラから出力される接続用出力が接続用入力として与えられる接続入力部と、
プログラムに従って、入力処理、診断処理および出力処理を実行する制御部とを備え、
前記入力処理では、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力の状態を判定し、前記診断処理では、自己診断を行い、前記出力処理では、前記入力処理および前記診断処理の結果に基づいて、前記安全出力および前記接続用出力を制御することを特徴とするセーフティコントローラ。 - 前記接続用出力が、論理接続用の半導体出力であり、
前記入力処理では、前記入力機器からの入力および前記接続入力部からの接続用入力の論理演算を行なって前記安全出力および前記接続用出力の出力状態を決定し、前記出力処理では、前記診断処理の結果に基づいて、異常が無いときには、前記入力処理で決定された出力状態に、異常があるときには、予め定めた出力状態に、前記安全出力および前記接続用出力をそれぞれ制御する請求項７記載のセーフティコントローラ。 - 前記接続入力部からの接続用入力の有効／無効を設定する設定部を備え、
前記制御部は、前記設定部によって無効が設定されたときには、前記接続用入力を無効として前記安全出力および接続用出力を制御する請求項２、４、７または８記載のセーフティコントローラ。 - 複数の前記安全出力部は、安全瞬時出力を出力する瞬時出力部および安全オフディレー出力を出力するオフディレー出力部を備える請求項１〜９のいずれかに記載のセーフティコントローラ。
- 前記安全出力と前記接続用出力の信号パターンを異ならせた請求項１〜１０のいずれかに記載のセーフティコントローラ。
- 複数の電磁リレーを内蔵して前記安全出力に応じたリレー出力を前記安全出力制御対象に出力する増設ユニットを接続可能とした請求項１〜１１のいずれかに記載のセーフティコントローラ。
- 前記制御部は、二つのＣＰＵを備える請求項１〜１２のいずれかに記載のセーフティコントローラ。
- 請求項１〜１３のいずれかに記載のセーフティコントローラの複数を、前記接続入力部および前記接続出力部を介して接続してなるシステム。
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