JP2007172461A - 非接触スイッチおよびセーフティコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】安全回路を構築するのに好適な非接触スイッチおよびセーフティコントローラを提供する。
【解決手段】セーフティコントローラ４と非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂとを単一の信号線で接続し、センサ部１０ｂは、ドアが閉じられてアクチュエータ１０ａの接近を検知した検知状態では、セーフティコントローラ４からの所定パターンの入力パルス信号のタイミングを遅らした検知パルス信号をセーフティコントローラ４に出力する一方、ドアが開放されてアクチュエータ１０ａの接近を検知していない非検知状態では、検知パルス信号の出力を停止するようにし、しかも、信号線が短絡したときには、パルス信号のレベルの異なる部分を、強制的にローレベルに引き込むことにより、前記所定パターンと異なる信号として短絡を検知できるようにしている。
【選択図】図７

Description

本発明は、非接触でドアの開閉などを検知するのに好適な非接触スイッチおよびセーフティコントローラに関し、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非接触スイッチおよびセーフティコントローラに関する。

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）。

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。

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。

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。

このため、本件出願人は、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、例えば、特許文献２として提案している。

このセーフティコントローラは、非常停止スイッチ等の入力機器からの入力に基づいて、マグネットコンタクタ、モータコントローラ等の安全出力制御対象に対して、プログラムに従って、半導体出力である安全出力を与えて機械設備の運転を制御するものである。
特開２００３−１４０７０２号公報 特開２００５−３１７７８号公報

上記セーフティコントローラに接続される入力機器の一つとして非接触スイッチがあるが、従来は安全のため入出力を二重化しており、配線数が多く、工数および配線費用が多くなっている。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、安全回路を構築するのに好適な非接触スイッチおよびセーフティコントローラを提供することを目的とする。

（１）本発明の非接触スイッチは、作動体と、入力パルス信号が入力されるセンサ部とを備え、該センサ部は、前記作動体の接近を検知した検知状態では、前記入力パルス信号に対応した検知パルス信号を出力する一方、前記作動体の接近を検知していない非検知状態では、前記検知パルス信号の出力を停止するものであって、前記センサ部は、前記検知パルス信号がレベルの異なるパルス信号に接触したときに、ローレベルまたはハイレベルに強制的に引き込む回路を有している。

作動体とは、センサ部に接近して該センサ部を作動させるものをいい、例えば、磁石などから構成される。

入力パルス信号に対応した検知パルス信号とは、入力パルス信号そのものではなく、例えば、入力パルス信号のパターンに対応したパターンのパルス信号、好ましくは、入力パルス信号のタイミングをずらしたパルス信号などをいう。

レベルの異なるとは、ハイレベルに対してローレベルあるいはローレベルに対してハイレベルをいう。

本発明の非接触スイッチによると、センサ部が作動体の接近を検知している検知状態では、入力パルス信号に対応した検知パルス信号を出力する一方、センサ部が作動体の接近を検知していない非検知状態では、検知パルス信号の出力を停止するので、当該非接触スイッチを、セーフティコントローラに接続し、セーフティコントローラからの入力パルス信号を入力し、作動体の検知あるいは非検知に応じて、セーフティコントローラへ検知パルス信号を出力あるいは出力を停止することにより、セーフティコントローラでは、作動体の接近離反、例えば、作動体が設置されたドアの開閉に応じて、機械設備を制御することができる。

しかも、検知パルス信号が、レベルの異なるパルス信号に接触したときには、ローレベルまたはハイレベルに強制的に引き込むので、入力側と出力側との信号線が短絡したときには、パルス信号の異なるレベルがローレベルまたはハイレベルに引き込まれて正規の波形が崩れ、その結果、正規の検知パルス信号がセーフティコントローラに与えられなくなって、セーフティコントローラで短絡による異常を検知することができる。したがって、セーフティコントローラと非接触スイッチとを単一の信号線で接続しながらその信号線の短絡による異常を検知して機械設備の稼動を禁止するといったことが可能となる。

（２）本発明の非接触スイッチの好ましい実施形態では、前記入力パルス信号は、所定パターンのパルス信号であり、前記検知パルス信号は、前記入力パルス信号のタイミングをずらしたパルス信号である。

所定パターンのパルス信号とは、予め決められたパターンのパルス信号をいい、例えば、予め決められた周期やデューティ比の矩形波パルスなどをいう。

この実施形態によると、検知パルス信号は、所定パターンの入力パルス信号のタイミングをずらしたパルス信号であるので、入力パルス信号と検知パルス信号とは、ローレベルあるいはハイレベルの期間のタイミングがずれて異なるレベルを有するパルス信号となっており、したがって、入力側の信号線と出力側の信号線とが短絡すると、パルス信号のレベルの異なる部分が、ローレベルまたはハイレベルに強制的に引き込まれることになり、これによって、センサ部から出力される検知パルス信号も所定のパターンの正規の検知パルス信号とならず、当該非接触スイッチが接続されて検知パルス信号が与えられるセーフティコントローラでは、短絡による異常を検知することができる。

（３）上記（２）の実施形態では、前記センサ部は、前記入力パルス信号の入力のタイミングに基づいて、一定時間遅延したタイミングの前記検知パルス信号を生成して出力するようにしてもよい。

この実施形態によると、入力パルス信号の入力タイミングに基づいて、検知パルス信号を新たに生成して出力するので、当該非接触スイッチを直列に多数接続した場合にも、後段側の非接触スイッチからも鈍りのない検知パルス信号が生成されて出力されることになる。

（４）本発明の非接触スイッチの他の実施形態では、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に単一の信号線を介して接続されるものであって、前記入力パルス信号が前記信号線を介して前記セーフティコントローラから与えられる一方、前記検知パルス信号を、前記信号線を介して前記セーフティコントローラに与えるようにしてもよい。

安全出力制御対象とは、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。

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。

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。

この実施形態によると、当該非接触スイッチを、入力機器としてセーフティコントローラに単一の信号線で接続できるとともに、セーフティコントローラでは、この信号線の短絡による異常を検知して機械設備の稼動を禁止することができる。

（５）上記（４）の実施形態では、前記作動体を、開閉されるドア側に設置し、前記センサ部を前記ドアの固定枠側に設置してもよい。
この実施形態によると、ドアの開閉を検知する非接触ドアスイッチとして使用することができる。

（６）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、前記入力機器としての非接触スイッチに対して所定パターンのパルス信号を出力する信号出力部と、非接触スイッチからの信号が入力される信号入力部と、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を制御する制御部とを備えている。

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。

本発明のセーフティコントローラによると、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、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。

更に、非接触スイッチを、入力機器として当該セーフティコントローラに接続することができる。

（７）本発明のセーフティコントローラの他の実施形態では、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を備え、前記制御部は、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接続用出力を制御するものである。

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。

この実施形態によると、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。

以上のように本発明によれば、非接触スイッチを入力機器としてセーフティコントローラに単一の信号線で接続することができ、しかも、この信号線の短絡を検知することができる。

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。

図１は、本発明の一つの実施の形態に係る非接触スイッチおよび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。

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り、本件出願人が先に提案して上記特許文献２に開示されているセーフティコントローラと基本的に同様の構成を有している。

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、機械式接点を有するセーフティドアスイッチ１や本発明に係る非接触スイッチとしての非接触ドアスイッチ１０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。

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信号としての内部安全出力を出力するものである。

ここで、論理接続用信号とは、この論理接続用信号を出力する単機能ユニット３と、論理接続用信号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接続用信号をいう。
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、論理接続用信号とは、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、論理接続用信号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ときには、論理接続用信号も危険側の出力状態となる。

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信号を、内部安全出力という。

高機能ユニット４は、非常停止スイッチ、機械式接点を有するセーフティドアスイッチ１や非接触ドアスイッチ１０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から出力される論理接続用信号であ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信号としての内部安全出力を出力するものである。

高機能ユニット４から出力される論理接続用信号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接続用信号である。

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、論理接続用信号である内部安全出力とは、その出力の状態は同じである。高機能ユニット４は、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。

ここで、安全瞬時出力とは、安全出力が安全側の状態において、安全入力が安全側から危険側に切り換わったときに、瞬時に危険側に切り換わる安全出力をいい、安全オフディレー出力とは、安全出力が安全側の状態において、安全入力が安全側から危険側に切り換わったときに、設定された時間に亘って安全側の状態を継続した後、遅れて危険側に切り換わる安全出力をいう。

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が、この実施の形態では、高機能ユニット４には、単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４のいずれかからの内部安全出力が与えられる。

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。

単機能ユニット３は、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一つの内部安全出力を出力することができる。この実施の形態では、論理接続用信号である内部安全出力は、ＡＮＤ接続用の内部安全出力となっている。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。

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、一つの非接触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）である二つの安全瞬時出力、二つの安全オフディレー出力および論理接続用信号である一つの内部安全出力、この実施の形態では、ＡＮＤ接続用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、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。

一つの非接触の安全入力には、例えば、一つの非接触ドアスイッチ１０からの入力が与えられる。

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からの論理接続用信号である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、この実施の形態では、ＡＮＤ接続されることになる。

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の二つの安全入力および一つの非接触の安全入力とが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、二つの安全入力および一つの非接触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。

この高機能ユニット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。
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。

図２は、高機能ユニット４の要部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。

２０は図示しない設定スイッチなどからの設定内容を格納する不揮発性メモリ、２１は動作状態などを表示するＬＥＤ、２４は各部に電源を供給する電源回路である。

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、非接触の安全入力の１系統であり、例えば、非接触ドアスイッチ１０からの入力が与えられる。

２８は単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４からの論理接続用信号である内部安全入力が与えられるＡＮＤ入力回路である。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、３４は後段の高機能ユニット４に対して論理接続用信号である内部安全出力を出力する内部安全出力回路、３７は増設ユニット５を接続するためのコネクタである。

制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８は、安全入力回路２５，２６および非接触の安全入力回路２７からの安全入力および接続入力部としての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。

次に高機能ユニットの動作を使用例に基づいて説明する。

図３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４は、そのタイムチャートである。なお、この例では、非接触ドアスイッチは使用されていない。

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の二つの接点が接続され、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。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。

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４（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオン（安全側）し、さらに、図４（ｃ）に示されるように、リセット入力がオフ、オン、オフされることによって、図４（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４（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。

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（危険側）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４（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。

安全入力１，２のいずれかがオフすることによって、図４（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。

図５は、図１の非接触ドアスイッチ１０とセーフティコントローラとしての高機能ユニット４との信号線の接続を示す構成図である。
この実施形態では、非接触ドアスイッチ１０は、単一の信号線で高機能ユニット４に接続され、しかも、高機能ユニット４で信号線の短絡による異常を検知できるように構成されている。

非接触ドアスイッチ１０は、マグネット式の非接触スイッチであって、開閉されるドア側に取り付けられる作動体としてのアクチュエータ１０ａと、ドアの固定枠側に取り付けられてアクチュエータの近接離反、すなわち、ドアの開閉を検知するセンサ部１０ｂとを備えている。アクチュエータ１０ａには、複数の磁極が所定の順序で配置されている。センサ部１０ｂは、アクチュエータ１０ａが一定距離以上接近するとそれを検知するものである。

非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂの入力部１１は、単一の信号線で高機能ユニット４に接続され、高機能ユニット４からの所定パターンの入力パルス信号が与えられ、ドアが閉じられてアクチュエータの接近を検知している検知状態では、センサ部１０ｂは、入力パルス信号に対応した検知パルス信号を出力部１２から高機能ユニット４に対して出力する一方、ドアが開放されてアクチュエータの接近を検知してない非検知状態では、センサ部１０ｂは、高機能ユニット４に対する前記検知パルス信号の出力を停止し、ローレベルの出力となる。このセンサ部１０ｂの出力が、上述の非接触の安全入力２７として高機能ユニット４に与えられることになる。

このように、非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂは、ドアが閉じられている状態では、高機能ユニット４からの所定パターンの入力パルス信号に対応した検知パルス信号を出力する安全（オン）側の出力状態となり、ドアが開放されている状態では、検知パルス信号の出力が停止された危険（オフ）側の出力状態となる。

高機能ユニット４から非接触ドアスイッチ１０に与えられる所定パターンの入力パルス信号は、例えば、図６に示すように、所定周期の矩形パルスであって、ローレベルおよびハイレベルの幅Ｗ１，Ｗ２が規定されたパルスである。なお、この図６は、上述の図４に比べて時間軸を拡大して示している。

検知パルス信号は、入力パルス信号と同じ所定パターンのパルス信号であって、入力パルス信号のタイミングをずらしたパルス信号である。

高機能ユニット４は、非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂから所定パターンの検知パルス信号が入力されているときには、ドアが閉じられている安全側、すなわち、非接触の安全入力がオンの状態であり、検知パルス信号が入力されていないときには、ドアが開放している危険側、すなわち、非接触の安全入力がオフの状態であると判定することになる。

図７は、非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂの詳細構成を示す図５に対応する図である。

センサ部１０ｂは、作動体としてのアクチュエータ１０ａの接近を検出する、例えば、ホールＩＣなどからなるアクチュエータ検出部１３と、高機能ユニット４からの入力パルス信号が与えられる信号入力部１１と、この信号入力部１１の出力およびアクチュエータ検出部１３の出力に基づいて、ドアが閉じられているときには、高機能ユニット４からの入力パルス信号の立ち上がりおよび立下りのタイミングをそれぞれ基準として一定時間遅延したタイミングで立ち上がりおよび立ち下がる検知パルス信号を生成する一方、ドアが開放しているときには、検知パルス信号の生成を停止する波形生成部１４と、この波形生成部１４からの検知パルス信号を出力する信号出力部１２とを備えている。

また、センサ部１０ｂは、アクチュエータ検出部１３の出力に基づいて、ドアの開閉に対応したモニタ信号を出力するモニタ信号出力部１５を備えている。このモニタ信号に基づいて、ドアの開閉状態を表示するといったことが可能であり、後述のように複数の非接触ドアスイッチを直列に接続して複数のドアの開閉を検知するような場合に、このモニタ信号を利用することにより、開放されているドアを容易に確認するといったことが可能となる。

図８（ａ），（ｂ）は、高機能ユニット４から非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂに与えられる入力パルス信号およびこの入力パルス信号に対応して非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂから出力される検知パルス信号の波形図であり、ドアが閉じられている状態、すなわち、非接触の安全入力がオンの状態に対応している。この図８（ａ）と上述の図６（ａ）とは、時間軸等が異なるが、同一の入力パルス信号を示している。

高機能ユニット４は、上述のように、所定周期の矩形パルスであって、ローレベルおよびハイレベルの幅が規定されたパルス信号を、非接触ドアスイッチ１０に対する入力パルス信号として出力する。

非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂは、ドアが閉じられている状態では、図８（ｂ）に示すように、入力パルス信号の立ち上がりおよび立下りをそれぞれ基準として一定時間Ｔ１遅延したタイミングで立ち上がりおよび立ち下がる検知パルス信号を生成して出力する。

したがって、高機能ユニット４では、所定周期で、規定のローレベル幅およびハイレベル幅を有する検知パルス信号が、非接触ドアスイッチ１０から与えられているときには、ドアが閉じている状態、すなわち、安全入力が安全側（オン）の状態となり、所定周期で、規定のローレベル幅およびハイレベル幅を有する検知パルス信号が非接触ドアスイッチ１０から与えられていないときには、安全入力が危険側（オフ）の状態となる。
この実施形態では、一定時間Ｔ１は、入力パルス信号のローレベルの幅よりも僅かに長い時間とされており、入力パルス信号が立ち上がった後、僅かに遅れて検知パルス信号が立ち下がるようにしている。

この実施形態では、高機能ユニット４と非接触ドアスイッチ１０との間の単一の信号線が短絡したときには、次のように検知することができる。

すなわち、図９は、ドアが閉じられている状態において、非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂに入力される入力パルス信号と該センサ部１０ｂからの出力される出力パルス信号とが、信号線の短絡によってどのように変化するかを示す波形図である。

同図（ａ），（ｂ）は、信号線が短絡していない状態の入力パルス信号および出力パルス信号（検知パルス信号）をそれぞれ示し、同図（ｃ），（ｄ）は、信号線が短絡したときの入力パルス信号および出力パルス信号をそれぞれ示し、同図（ｅ），（ｆ）は、それ以後の入力パルス信号および出力パルス信号をそれぞれ示している。

信号線が短絡していない正常な状態では、同図（ａ）に示される入力パルス信号に対して、同図（ｂ）に示すように一定時間遅延したタイミングの正規の検知パルス信号が出力される。

非接触ドアスイッチ１０の入力側と出力側との信号線が短絡すると、高機能ユニット４および非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂの出力回路は、例えば、図１０に示すように、レベルの異なる信号をローレベルに強制的に引き込む回路構成になっているので、同図（ｃ），（ｄ）に示すように、入力パルス信号のハイレベルの期間が、出力パルス信号のローレベルの期間に引き込まれる一方、出力パルス信号のハイレベルの期間が、入力パルス信号のローレベルの期間に引き込まれ、ハイレベルの幅が極めて短いパルス信号Ｐとなり、以後は、同図（ｅ），（ｆ）に示すように入力パルス信号および出力パルス信号は、ハイレベルの幅が極めて短いパルス信号Ｐとなる。

高機能ユニット４では、このハイレベルの幅が極めて短いパルス信号Ｐが入力されることになり、規定のローレベル幅およびハイレベル幅を有する正規の検知パルス信号が入力されないので、異常と判定され、安全入力がオフ（危険側）状態とされ、機械設備の稼動を禁止して安全を確保できるようにしている。なお、信号線が断線した場合にも、高機能ユニット４では、非接触ドアスイッチ１０からの出力が与えられないのでそれを検知できるのは勿論である。

上述の図１０の出力回路では、出力トランジスタ１６のベースが上述の波形生成部１４等の内部回路１７に接続され、出力トランジスタ１６のエミッタが接地され、出力トランジスタ１６のコレクタが抵抗２２を介して電源ラインに接続されるとともに、出力端子２３に接続されている。かかる出力回路によれば、ローレベルの出力期間において、レベルの異なるハイレベルの信号と接触すると、ハイレベルの信号をローレベルに強制的に引き込むことができる。

以上のように入力パルス信号と同じ所定パターンであって、タイミングがずれてレベルの異なる期間を有する検知パルス信号を出力し、信号線が短絡したときには、パルス信号のレベルの異なる期間をローレベルに強制的に引き込んで前記所定パターンと異なる信号とすることにより、短絡による異常を検知できるようにしている。

このようにセーフティコントローラである高機能ユニット４と非接触ドアスイッチ１０とを単一の信号線で接続することができ、しかも、その信号線の短絡を検知することができるので、例えば、図１１に示すように、二系統の信号線でセーフティコントローラ４０と非接触スイッチ１００のセンサ部１００ｂとを接続し、一方の信号線の短絡を、二系統の信号線を用いて検知するといった構成に比べて、配線数が削減され、その分、配線作業の手間を軽減することができる。つまり、一系統の信号線で二系統の信号線と同様の安全カテゴリーのレベルを実現することができる。

上述の実施形態では、高機能ユニット４には、１個の非接触ドアスイッチ１０を接続したけれども、複数の非接触ドアスイッチを直列に接続し、複数のドアが全て閉じられているときに、非接触の安全入力をオン状態として、機械設備の稼動を許容するようにしていてもよい。

図１２は、高機能ユニット４に対して３個の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂを直列に接続した例を示している。

各センサ部１０ｂは、各ドアが閉じられて各アクチュエータ１０ａの接近を検知した検知状態では、図１３に示すように、高機能ユニット４から入力される入力パルス信号あるいは前段の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂから与えられる入力パルス信号を、一定時間Ｔ１順次遅延させたタイミングの所定パターンの検知パルス信号を出力するものである。

すなわち、同図（ａ）は高機能ユニット４から上流側の第１の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂに入力される入力パルス信号、同図（ｂ）はこの第１の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂから出力される検知パルス信号であると同時に、第２の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂに入力される入力パルス信号、同図（ｃ）は第２の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂから出力される検知パルス信号であると同時に、第３の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂに入力される入力パルス信号、同図（ｄ）は第３の非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂから出力されて高機能ユニット４に与えられる検知パルス信号である。

いずれかのドアが開放されている状態では、そのドアに対応する非接触ドアスイッチ１０のセンサ部１０ｂに、所定パターンの入力パルス信号が入力されても検知パルス信号は出力されないので、後段の非接触ドアスイッチ１０あるいは高機能ユニット４には、所定パターンの検知パルス信号が入力されず、非接触の安全入力は、オフ（危険側）となる。

このように複数の非接触ドアスイッチ１０を直列に接続した場合においても、信号線の短絡が生じると、接触したパルス信号のレベルの異なる期間が、ローレベルに強制的に引き込まれる結果、正規の検知パルス信号が出力されなくなり、高機能ユニット４では、規定のローレベル幅およびハイレベル幅を有する正規の検知パルス信号が入力されないので、異常と判定され、安全入力がオフ状態とされる。

このように複数の非接触ドアスイッチ１０を直列に多段に接続する場合に、単に入力側の入力パルス信号を出力側に伝達する構成では、後段側の信号波形が、図１４（ａ）に示すように、鈍ることになるが、この実施形態によれば、入力パルス信号に基づいて、出力パルス信号を新たに生成するので、図１４（ｂ）に示すように信号波形に鈍りのない正規のパルス信号を生成出力することができ、非接触ドアスイッチ１０を多段に接続した場合でも高機能ユニット４で非接触の安全入力のオン、オフを精度高く判定できる。

上述の実施形態では、レベルの異なるパルス信号を、強制的にローレベルに引き込んだけれども、本発明の他の実施形態として、ローレベルに代えてハイレベルに引き込むようにしてもよい。

本発明の他の実施形態として、検知パルス信号を生成するのではなく、入力パルス信号を一定時間遅延させて検知パルス信号としてもよい。

本発明は、安全回路に有用である。

本発明の一つの実施の形態に係るシステムの概略構成図である。 図１の高機能ユニットの要部のブロック図である。 高機能ユニットの使用例を示す図である。 図３のタイムチャートである。 図１の高機能ユニットと非接触ドアスイッチとの信号線の接続を示す図である。 非接触ドアスイッチに入力される入力パルス信号の波形図である。 図５の詳細を示す図である。 入力パルス信号と検知パルス信号とを示す図である。 短絡の前後における入力パルス信号と出力パルス信号の波形図である。 ローレベルに引き込む出力回路の構成を示す図である。 比較例の構成図である。 非接触ドアスイッチの複数を直列接続した構成図である。 図１２の入力パルス信号および出力パルス信号の波形図である。 信号波形の鈍りの有無を示す図である。

符号の説明

４ 高機能ユニット（セーフティコントローラ）
１０ 非接触ドアスイッチ
１０ａ アクチュエータ（作動体）
１０ｂ センサ部

Claims (7)

1. 作動体と、入力パルス信号が入力されるセンサ部とを備え、該センサ部は、前記作動体の接近を検知した検知状態では、前記入力パルス信号に対応した検知パルス信号を出力する一方、前記作動体の接近を検知していない非検知状態では、前記検知パルス信号の出力を停止するものであって、
   前記センサ部は、前記検知パルス信号がレベルの異なるパルス信号に接触したときに、ローレベルまたはハイレベルに強制的に引き込む回路を有することを特徴とする非接触スイッチ。
2. 前記入力パルス信号は、所定パターンのパルス信号であり、前記検知パルス信号は、前記入力パルス信号のタイミングをずらしたパルス信号である請求項１に記載の非接触スイッチ。
3. 前記センサ部は、前記入力パルス信号の入力のタイミングに基づいて、一定時間遅延したタイミングの前記検知パルス信号を生成して出力する請求項２に記載の非接触スイッチ。
4. 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に単一の信号線を介して接続されるものであって、前記入力パルス信号が前記信号線を介して前記セーフティコントローラから与えられる一方、前記検知パルス信号を、前記信号線を介して前記セーフティコントローラに与える請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触スイッチ。
5. 前記作動体が、開閉されるドア側に設置され、前記センサ部が前記ドアの固定枠側に設置される請求項４に記載の非接触スイッチ。
6. 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、
   前記入力機器としての非接触スイッチに対して所定パターンのパルス信号を出力する信号出力部と、
   非接触スイッチからの信号が入力される信号入力部と、
   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。
7. 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を備え、
   前記制御部は、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接続用出力を制御するものである請求項６に記載のセーフティコントローラ。

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