JP2007182119A - Switch circuit having fail safe property making on-side danger side - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ON側を危険側とするフェールセーフ性を有するスイッチ回路に関するものである。 The present invention relates to a switch circuit having a fail-safe property in which an ON side is a dangerous side.
ON側を危険側とするフェールセーフ性が求められる場合にはスイッチ回路は回路を構成するスイッチ素子の内の一つが故障しても出力端子に電流を出力しない事が要求される。また、ある一つのスイッチ素子が故障した場合にその故障を潜在させたままではフェールセーフ性が保てないためスイッチ素子のON故障を検知できる事も要求される。加えて、ON側は危険側であるため、この故障検知は出力側に電流を出力しないまま行わなくてはならない。 When fail-safe property with the ON side as a dangerous side is required, the switch circuit is required not to output current to the output terminal even if one of the switch elements constituting the circuit fails. In addition, when a certain switch element fails, fail-safeity cannot be maintained if the failure is kept latent, and it is also required to be able to detect an ON failure of the switch element. In addition, since the ON side is a dangerous side, this failure detection must be performed without outputting current to the output side.
なお、本明細書でいうONとはスイッチ素子もしくはスイッチ回路が電流を通過させる状態であるとし、ON故障とは意図しない条件でスイッチ素子またはスイッチ回路がONの状態になる状態であるとする。同様に、OFFとはスイッチが電流を遮断する状態であり、OFF故障とはスイッチが意図しない条件で電流を遮断する状態のことであるとする。
従来にもこの要件を満たす回路は存在したが、特許文献1のように回路に機械式リレーを用いなければならなかった。機械式リレーを用いることが回路の小型化、高信頼性化に支障となっていた。
Conventionally, there is a circuit that satisfies this requirement, but a mechanical relay must be used for the circuit as in Patent Document 1. The use of mechanical relays has hindered circuit miniaturization and high reliability.
本発明が解決しようとする問題点は、ON側を危険側とするフェールセーフ性を有するスイッチ回路において機械式リレーを使用しなければ信頼性のある回路を構成できないという点である。 The problem to be solved by the present invention is that a reliable circuit cannot be configured unless a mechanical relay is used in a fail-safe switch circuit in which the ON side is a dangerous side.
本発明では、ON側を危険側とするフェールセーフ性を有するスイッチ回路において、
スイッチ素子と電流・電圧検知素子とを備え、前記スイッチ回路の出力側に電流を出力することなく、前記スイッチ素子および/または前記電流・電圧検知素子のON側故障を検知できることを特徴とする。
In the present invention, in a switch circuit having fail-safe properties with the ON side as a dangerous side
A switch element and a current / voltage detection element are provided, and an ON-side failure of the switch element and / or the current / voltage detection element can be detected without outputting a current to the output side of the switch circuit.
本発明によれば、A接点スイッチもしくはB接点スイッチを用いてON側を危険側とするフェールセーフ性を有するスイッチ回路を構成することができるようになったため、スイッチ素子に半導体リレーを用いることができるようになった。これにより回路を小型化、高信頼性化することができるようになった。 According to the present invention, a switch circuit having a fail-safe property with the ON side as a dangerous side can be configured by using an A contact switch or a B contact switch, so that a semiconductor relay can be used as a switch element. I can do it now. As a result, the circuit can be made smaller and more reliable.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に、本発明の実施例1のスイッチ回路を示す。実施例1のスイッチ回路を以下に記すように構成する。スイッチ回路は二つの電源側端子1,2を持ち、二つの出力側端子3,4を持つ。電源側端子1は配線21により、A接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子11に接続されている。スイッチ素子11のもう一方の接点は配線22により出力側端子3に接続されている。電源側端子2は配線23により、A接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子12に接続されている。スイッチ素子12のもう一方の接点は配線24により出力側端子4に接続されている。
FIG. 1 shows a switch circuit according to a first embodiment of the present invention. The switch circuit according to the first embodiment is configured as described below. The switch circuit has two power supply side terminals 1 and 2 and two
配線21は配線25によりA接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子13に接続され、スイッチ素子13のもう一方の接点は配線26により電圧計や電流計などのような電圧や電流を検知する素子14に接続される。検知素子14のもう一方の接点は配線27により配線24に接続される。ここでスイッチ素子13と電流・電圧検知素子14の配置が入替わったとしても機能上変りは無い。
The wiring 21 is connected to the A contact switch element or the B
配線22は配線28によりA接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子15に接続され、スイッチ素子15のもう一方の接点は配線29により電流・電圧検知素子16に接続される。検知素子16のもう一方の接点は配線30により配線23に接続される。ここでスイッチ素子15と電流・電圧検知素子16の配置が入替わったとしても機能上変りは無い。
The
制御対象に電流を出力したい場合にはスイッチ素子11,12両方をONにし、制御対象にスイッチ素子13,15を介して逆方向に電流が流れることを防ぐためにスイッチ素子13,15のどちらかをOFFに、出力側に電流が出力されたことを検知するためにスイッチ素子13,15のもう片方をONにする。制御対象への電流を止めたい場合には最低限スイッチ素子11,12のどちらかをOFFにし、かつスイッチ素子13,15のどちらかをOFFにすればよい。
When it is desired to output current to the controlled object, both the
各スイッチ素子のON故障検知は出力側に電流を出力しない間に行う。スイッチ素子11のON故障を検知するためにはスイッチ素子11,12,13にOFFの指令を出し、スイッチ素子15にONの指令を出す。このときに電流・電圧検知素子16が電圧もしくは電流を検知した場合にはスイッチ素子11はON故障している。スイッチ素子12のON故障を検知するためにはスイッチ素子11,12,15にOFFの指令を出し、13にONの指令を出す。このときに電流・電圧検知素子14が電圧もしくは電流を検知した場合にはスイッチ素子12はON故障している。スイッチ素子13のON故障を検知するためにはスイッチ素子11,13,15にOFFの指令を出し、スイッチ素子12にONの指令を出す。このときに電流・電圧検知素子14が電圧もしくは電流を検知した場合にはスイッチ素子13はON故障している。スイッチ素子15のON故障を検知するためにはスイッチ素子12,13,15にOFFの指令を出し、スイッチ素子11にONの指令を出す。このときに電流・電圧検知素子16が電圧もしくは電流を検知した場合にはスイッチ素子15はON故障している。
ON failure detection of each switch element is performed while no current is output to the output side. In order to detect an ON failure of the
図2は、本発明の実施例1のスイッチ回路を利用した鉄道信号用連動制御システムである。本発明のスイッチ回路はスイッチ装置51内で利用されている。この例ではスイッチ素子61,62,63,64としてフォトカプラを用い、そのフォトカプラはスイッチ装置51内のCPU71によって制御される。電圧・電流検知素子65,66としてフォトカプラを用いる。フォトダイオード側に電流が流れるとスイッチ装置51内のCPU71に対しlow信号を出力する構成とした。
FIG. 2 is a railway signal interlocking control system using the switch circuit according to the first embodiment of the present invention. The switch circuit of the present invention is used in the
電源側端子には電源装置52が接続され、この例では出力側には鉄道用信号機53が接続される。スイッチ装置51は連動論理部54により制御される。連動論理部54は連動論理を記憶した記憶装置91とCPU92により構成される。ここでいう連動論理とは鉄道の運行に必要となる信号機や転てつ機などの機器の制御法を記述したデータのことである。
A
連動論理部54のCPU92は記憶装置91内に記憶された連動論理に基づいて各スイッチ装置に制御指令を出力する。各スイッチ素子はその制御指令に従って出力側に接続された機器に対し電源を供給もしくは電源を遮断する。加えて、連動論理部54は自駅の情報をCTC中央指令所に報告し、CTC中央指令所から他駅情報や運行管理情報を受取る役目も果たす。
The
電源供給時に電圧・電流検知素子が電源電流を検知できない、電源遮断時に行われるスイッチ素子のON故障検知で故障が検知された際にはスイッチ装置51内のCPU71から連動論理部54に対し異常が報告される。異常が報告された場合には連動論理部54のCPU92は警報を発し、以後は連動論理中の異常時の対応に従い各機器の制御を行う。
When the voltage / current detection element cannot detect the power supply current when the power is supplied, or when a failure is detected by the ON failure detection of the switch element performed when the power is shut off, the CPU 71 in the
図3は、スイッチ装置51の状態遷移図である。直接的にはスイッチ装置51はCPU71に制御され図3のような状態遷移をする。スイッチ装置51はOFF状態、ON状態、異常状態の三つの状態をとりえる。OFF状態からON状態への状態遷移、ON状態からOFF状態への状態遷移は連動論理部54の制御指令によって行われる。スイッチ装置51が異常を検知した場合にはその時のスイッチ装置の状態に関わらず異常状態に遷移する。異常状態からは連動論理部54の故障復帰指令によりOFF状態に復帰することが可能である。ON状態では信号機53に電流を流しつつ、信号機53に流す電流の監視、スイッチ素子63,64および検知素子65,66の故障検知を行う。OFF状態では信号機53に電流を流さないままスイッチ素子61,62,63,64および検知素子65,66の故障検知を行う。
FIG. 3 is a state transition diagram of the
図4は、OFF状態の状態遷移図である。OFF状態では、図5で説明するスイッチ素子61,62の故障検知、図6のスイッチ素子63,64の故障検知、図7の検知素子65,66の故障検知を順番に行う。検知素子65,66の故障検知が終わった後は再びスイッチ素子61,62の故障検知から各素子の故障検知を順次繰返し、他の状態に遷移するまで故障検知を順番に繰返す。
FIG. 4 is a state transition diagram of the OFF state. In the OFF state, the failure detection of the
図5は、スイッチ素子61,62の故障検知の方法を示したフローチャートである。図4の状態遷移図中のスイッチ素子61,62の故障検知の詳細である。ステップS501においてスイッチ素子61,62,63をOFFとし、ステップS502においてスイッチ素子64のみをONとし、ステップS503において検知素子66が電流を検知したかでスイッチ素子61のON故障の有無を検知する。ステップS501において電流が検知された場合には、ステップS504においてスイッチ素子61はON故障の可能性があるので、ステップS505において図4の状態遷移図中の異常状態に遷移する。ステップS503において電流を検知しなかった場合には次の過程に進む。次に、ステップS506においてスイッチ素子64をOFFとし、一度全てのスイッチ素子をOFFにする。その後にステップS507においてスイッチ素子63をONとし、スイッチ素子62のON故障の有無を検知する。ステップS508において検知素子65の検知結果によりスイッチ素子62のON故障の有無を検知する。ステップS508において電流が検知された場合にはステップS509においてスイッチ素子62はON故障の可能性があるのでステップS510において図4の状態遷移図中の異常状態に遷移する。電流を検知しなかった場合にはステップS511においてスイッチ素子63をOFFとし、全てのスイッチ素子をOFFにした状態でステップS512においてスイッチ素子61,62の故障検知を終わる。
FIG. 5 is a flowchart showing a method of detecting a failure of the
図6は、図5と同様にスイッチ素子63,64の故障検知の方法を示したフローチャートである。図4の状態遷移図中のスイッチ素子63,64の故障検知の詳細である。ステップS601においてスイッチ素子61,63,64をOFFとし、ステップS602においてスイッチ素子62のみをONとし、ステップS603において検知素子65の検知結果からスイッチ素子63のON故障の有無を検知する。スイッチ素子63が電流を検知した場合にはステップS604においてスイッチ素子63がON故障の可能性があるのでステップS605において異常状態に遷移する。スイッチ素子63が電流を検知しない場合にはステップS606においてスイッチ素子62をOFFとし、一度全てのスイッチ素子をOFFとした後にステップS607においてスイッチ素子61をONとし、ステップS608において検知素子66の検知結果からスイッチ素子64のOFF故障の有無を検知する。検知素子66が電流を検知した場合には、ステップS609においてスイッチ素子64がON故障の可能性があるのでステップS610において異常状態に遷移する。検知素子66が電流を検知しない場合には、ステップS611においてスイッチ素子61をOFFとし全てのスイッチ素子をOFFにした状態でステップS612においてスイッチ素子63,64の故障検知を終了する。
FIG. 6 is a flowchart showing a method of detecting a failure of the
図7は、検知素子65,66の故障検知の方法を示したフローチャートである。図4の状態遷移図中の検知素子65,66の故障検知の詳細である。上記のスイッチ素子の故障検知ではスイッチ素子が未故障であることは検知素子65,66が電流を検知していないことを基準として判断している。仮に検知素子65,66が故障で電流を検知できない状態であった場合にはスイッチ素子の故障を見落としている可能がある。そのため、この過程では検知装置65,66の未故障を検証する。始めにステップS701においてスイッチ素子61,64をOFFとし、ステップS702においてスイッチ素子62,63をONとする。この際にステップS703において検知素子65が電流を検知できなければステップS704においてスイッチ素子65が故障の可能性があるのでステップS705において異常状態へ遷移する。検知素子65が電流を検知した場合には、次にステップS705においてスイッチ素子62,63をOFFとし、ステップS707においてスイッチ素子61,64をONとする。この際にステップS707において検知素子66が電流を検知できなければステップS709において66が故障の可能性があるのでステップS710において異常状態へ遷移する。最後にステップS711においてスイッチ素子61,64をOFFとし全てのスイッチ素子をOFFにした状態でステップS712において検知素子65,66の故障検知を終わる。
FIG. 7 is a flowchart showing a method for detecting a failure of the
図8は、ON状態のフローチャートである。最初にステップS801においてスイッチ素子64をOFFとし、スイッチ素子64,63を経由して信号機53に逆向きに電流が流れることを防止する。ステップS802においてスイッチ素子61,62をONとし信号機53に電流が流れるようにする。ステップS803においてスイッチ素子63をONとし、ステップS804において検知素子65が電流を検知しており、かつ、ステップS805において検知素子66が電流を検知していないことを確認する。そうでない場合はステップS806,807においていずれかの素子が故障している可能性があるのでステップS808,S809において異常状態に遷移する。次に、ステップS810においてスイッチ素子63をOFFとして、ステップS811においてスイッチ素子64をONとする。今度は逆にステップS812において検知素子66が電流を検知しており、かつ、ステップS813において検知素子65が電流を検知していないことを確認する。そうでない場合は、ステップS814,S815においていずれかの素子が故障している事を示すのでステップS816,S817において異常状態に遷移する。その後はステップS818においてスイッチ素子64をOFFとして他の状態に遷移するまで故障検知を繰返す。
FIG. 8 is a flowchart of the ON state. First, in step S801, the
図9は、異常状態のフローチャートである。いずれかの素子の故障が検知された場合には即座にこの状態に遷移し、ステップS901において全てのスイッチ素子をOFFとする。ステップS902において連動論理部に異常を報告し、その後は、ステップS903において連動論理部54からの故障復帰指令が出るまで待機する。
FIG. 9 is a flowchart of the abnormal state. If any element failure is detected, the state immediately transitions to this state, and all the switch elements are turned OFF in step S901. In step S902, an abnormality is reported to the interlocking logic unit, and thereafter, the process waits until a failure recovery command is issued from the interlocking
本発明のスイッチ回路を使用することにより機械式リレーを用いずに鉄道システムのスイッチ回路を構成することが出来るようになりスイッチ回路を小型化、高信頼性化することが可能になった。 By using the switch circuit of the present invention, a switch circuit for a railway system can be configured without using a mechanical relay, and the switch circuit can be made smaller and more reliable.
1 電源側端子
2 電源側端子
3 出力側端子
4 出力側端子
11 A接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子
12 A接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子
13 A接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子
14 電流・電圧検知素子
15 A接点スイッチ素子もしくはB接点スイッチ素子
16 電流・電圧検知素子
21 配線
23 配線
22 配線
24 配線
25 配線
26 配線
27 配線
28 配線
29 配線
30 配線
51 スイッチ装置
52 電源装置
53 鉄道用信号機
54 連動論理部
61 スイッチ素子(フォトカプラ)
62 スイッチ素子(フォトカプラ)
63 スイッチ素子(フォトカプラ)
64 スイッチ素子(フォトカプラ)
65 電流・電圧検知素子(フォトカプラ)
66 電流・電圧検知素子(フォトカプラ)
71 スイッチ装置内のCPU
91 連動論理部内のハードディスク
92 連動論理部内のCPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply side terminal 2 Power supply side terminal 3
62 Switch element (photocoupler)
63 Switch element (photocoupler)
64 switch element (photocoupler)
65 Current / voltage detector (photocoupler)
66 Current / voltage detector (photocoupler)
71 CPU in switch device
91 Hard disk in the interlocking
Claims (12)
スイッチ素子と電流・電圧検知素子とを備え、前記スイッチ回路の出力側に電流を出力することなく、前記スイッチ素子および/または前記電流・電圧検知素子のON側故障を検知できることを特徴とするスイッチ回路。 In the switch circuit with fail-safe property that makes the ON side dangerous,
A switch comprising a switch element and a current / voltage detection element, wherein an ON-side failure of the switch element and / or the current / voltage detection element can be detected without outputting a current to the output side of the switch circuit. circuit.
前記スイッチ素子は、半導体スイッチ素子により構成されていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit according to claim 1, wherein
The switch circuit is constituted by a semiconductor switch element.
前記スイッチ素子は、A接点スイッチもしくはB接点スイッチにより構成されていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit according to claim 1, wherein
The switch element comprises an A contact switch or a B contact switch.
前記スイッチ素子および/または電流・電圧検知素子は、フォトカプラを用いて構成されていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit according to claim 1, wherein
The switch circuit, wherein the switch element and / or the current / voltage detection element is configured using a photocoupler.
第1の電源側端子と第2の電源側端子、
第1の出力側端子と第2出力側端子、
前記第1の電源側端子と前記第1の出力側端子との間に配置された前記第1のスイッチ素子、前記第2の電源側端子と前記第2の出力側端子との間に配置された前記第2のスイッチ素子、前記第1の電源側端子と前記第2の出力側端子との間に配置された第3のスイッチ素子、前記第2の電源側端子と前記第1の出力側端子との間に配置された第4のスイッチ素子、
前記第1の電源側端子と前記第2の出力側端子との間に配置された第1の電流・電圧検出用素子、前記第2の電源側端子と前記第1の出力側端子との間に配置された第2の電流・電圧検出用素子とを備え、
前記第1の出力側端子及び前記第2出力側端子に電流を出力することなく、前記各スイッチ素子および/または前記各電流・電圧検知素子のON側故障を検知できることを特徴とするスイッチ回路。 In the switch circuit with fail-safe property that makes the ON side dangerous,
A first power supply side terminal and a second power supply side terminal;
A first output terminal and a second output terminal;
The first switch element disposed between the first power supply side terminal and the first output side terminal, and disposed between the second power supply side terminal and the second output side terminal. The second switch element, the third switch element arranged between the first power supply side terminal and the second output side terminal, the second power supply side terminal and the first output side A fourth switching element disposed between the terminals,
A first current / voltage detection element disposed between the first power supply side terminal and the second output side terminal, and between the second power supply side terminal and the first output side terminal And a second current / voltage detection element arranged in
A switch circuit characterized in that an ON-side failure of each switch element and / or each current / voltage detection element can be detected without outputting a current to the first output terminal and the second output terminal.
前記各スイッチ素子は、半導体スイッチ素子により構成されていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit according to claim 7, wherein
Each of the switch elements is configured by a semiconductor switch element.
前記各スイッチ素子は、A接点スイッチもしくはB接点スイッチにより構成されていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit according to claim 7, wherein
Each of the switch elements is constituted by an A contact switch or a B contact switch.
前記各スイッチ素子および/または各電流検知素子は、フォトカプラを用いて構成されていることを特徴とするスイッチ回路。 The switch circuit according to claim 7, wherein
Each switch element and / or each current detection element is configured using a photocoupler.
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