JP2009266038A - 信号出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全機器の２つの接点や配線に生じた短絡や溶着等の異常を検出することができるとともに、装置内部の電子回路の故障も検出することができ、本質安全防爆構造の安全機器にも適用できるようにする。
【解決手段】信号出力装置１０は、２相信号生成回路１３、信号監視回路１５、不一致検出回路１７を備えている。２相信号生成回路１３は、発振回路で構成され、電圧制限回路１２から供給された電源から互いに逆相の２つの反転パルス信号を生成し、非常停止スイッチ２０の２接点２１Ａ，２１Ｂのそれぞれに印加する。信号監視回路１５は、分離回路１４Ａ，１４Ｂを介して伝達された非常停止スイッチ２０の出力信号に基づいて、２つの監視信号を出力する。不一致検出回路１７は、２つの監視信号が一致するか否かに基づいて、非常停止スイッチ２０における異常の有無を判断する。
【選択図】図１

Description

この発明は、非常停止スイッチや開閉検出スイッチ等の２接点式の安全機器に接続され、安全機器の操作状態及び接点異常の発生状態を出力する信号出力装置に関する。

工場内で使用される非常停止スイッチは、操作状態の検出の信頼性を向上するため、単一の操作部材の操作で開閉する２つの接点を備えている。２接点のうちの第１の接点や配線が短絡や溶着等の異常によって操作部材の操作信号を出力できなくなった場合にも、正常な第２の接点から操作部材の操作信号を出力できる。工場内で使用される２接点式の安全機器としては、非常停止スイッチの他に、危険区域内への進入規制用ゲートの開閉状態を検出する開閉検出スイッチがある。

非常停止スイッチや開閉検出スイッチ等の安全機器の操作信号は、信号出力装置に入力される。信号出力装置は、安全機器の２接点から出力される操作信号に基づいて検出信号を出力する。信号出力装置の出力は、例えば、駆動用モータのドライブ装置に入力される。安全機器が２つのｂ接点（以下、２ｂ接点という。）を備えている場合、信号出力装置は、安全機器の２つの出力信号が何れもオンであればオン信号を出力し、安全機器の２つの出力信号が何れもオフであればオフ信号を出力する。信号出力装置は、安全機器の２つの出力信号が異なる場合に、安全機器に接点異常を生じたと判断してオフ信号を出力する（例えば、特許文献１参照。）。
特表平１１−５０２３０５号公報

しかしながら、従来の本質安全防爆構造の信号出力装置では、２つの接点や配線間に生じた短絡や内部回路の故障検出ができなかった。また、非防爆構造の信号出力装置で使用されているリレーは、消費電流が大きいため、本質安全防爆構造の信号出力装置で使用することが困難であった。

この発明の目的は、安全機器の２つの接点や配線に生じた短絡や溶着等の異常を検出することができるとともに、装置内部の電子回路の故障も検出することができ、本質安全防爆構造の安全機器にも適用できる信号出力装置を提供することにある。

この発明の信号出力装置は、２接点式の安全機器に接続される信号出力装置であって、２相信号生成回路及び信号監視回路を備えている。２相信号生成回路は、互いに逆相の２つの反転信号を生成して安全機器の２接点のそれぞれに供給する。信号監視回路は、安全機器の２接点のそれぞれの出力信号に基づいて２つの監視信号を出力する。

この構成によれば、安全機器の２接点のそれぞれに、２相信号生成回路から互いに逆相の２つの反転信号のそれぞれが供給される。安全機器の２接点が何れも正常であれば、２接点のそれぞれの出力信号は、互いに逆相となるように所定周期で反転する。２つの接点やこれらの配線の少なくとも一方に異常を生じ、それぞれの出力信号の何れか一方又は両方に異常を生じた場合に、安全機器又は信号出力装置内で故障を生じたと判断される。

信号監視回路は、安全機器の２接点のそれぞれの出力信号で駆動される発光素子を備えた第１及び第２のフォトカプラを備え、第１のフォトカプラの入力端子及び出力端子をそれぞれ第２のフォトカプラの出力端子及び入力端子に接続することが好ましい。

安全機器の２接点が何れも正常である場合には、第１及び第２のフォトカプラの発光素子が駆動されて両方から監視信号が出力される。２接点間の短絡等の異常が発生して安全機器の２接点のそれぞれの出力信号が同位相となると、第１及び第２のフォトカプラの発光素子が駆動されず、第１及び第２のフォトカプラから監視信号が出力されなくなる。監視信号が出力されるか否かによって２接点間の短絡等の異常の発生を検出することができる。

信号監視回路から出力される２つの監視信号が一致するか否かに応じて故障発生の有無を検出する不一致検出回路をさらに備えることが好ましい。不一致検出回路により、監視信号に基づいて２接点間短絡等の異常の発生を検出することができる。

信号監視回路に対する２端子の入力ラインのそれぞれに配置される絶縁手段をさらに備えることで、安全機器と信号監視回路との間を分離することができ、本質安全防爆構造の安全機器に用いることができるようになる。

絶縁手段は、フォトカプラによって構成することができ、信号監視回路を兼ねることができる。これによって、回路構成を簡略化できる。

この発明によれば、安全機器の２つの接点やこれらの配線に生じた短絡や溶着等の異常を検出することができるとともに、装置内部の電子回路の故障も検出することができ、本質安全防爆構造の安全機器にも適用できる。

以下に、この発明の信号出力装置を本質安全防爆構造の安全機器に適用した場合を例に挙げて説明するが、この発明の信号出力装置は非防爆構造の安全機器や他の機器にも適用することができる。

図１は、この発明の実施形態に係る信号出力装置のブロック図である。信号出力装置１０は、この発明の安全機器である非常停止スイッチ２０の操作部材の操作状態や端子異常の発生状態を示す検出信号１００を出力する。非常停止スイッチ２０は、信頼性の向上を図るべく２ｂ接点で構成された２接点２１Ａ，２１Ｂを備えている。一例として、非常停止スイッチ２０は、爆発性ガス雰囲気中で使用される本質安全防爆構造の安全機器である。なお、安全機器は、工場内の危険区域内への入出規制用ドアの開閉状態を検出する２接点式のドアスイッチ等であってもよい。

信号出力装置１０は、電源回路１１、電圧制限回路１２、２相信号生成回路１３、分離回路１４Ａ，１４Ｂ、信号監視回路１５、信号出力回路１６Ａ，１６Ｂ、不一致検出回路１７を備えている。

電源回路１１は、信号出力装置１０内の各回路へ電源を供給する。電圧制限回路１２は、２相信号生成回路１３に供給される電源の電圧を本質安全防爆構造に要求される電圧以下に制限する。２相信号生成回路１３は、発振回路で構成され、電圧制限回路１２から供給された電源から互いに逆相の２つの反転パルス信号を生成し、非常停止スイッチ２０の２接点２１Ａ，２１Ｂのそれぞれに印加する。

分離回路１４Ａ，１４Ｂは、この発明の絶縁手段に相当し、本質安全防爆構造の非常停止スイッチ２０の２接点２１Ａ，２１Ｂと非防爆構造の信号監視回路１５との間を絶縁しつつ、非常停止スイッチ２０の出力信号を信号監視回路１５に伝達する。

信号監視回路１５は、分離回路１４Ａ，１４Ｂを介して伝達された非常停止スイッチ２０の出力信号に基づいて、２つの監視信号を出力する。信号出力回路１６Ａ，１６Ｂは、信号監視回路１５から出力された監視信号を増幅して不一致検出回路１７に供給する。

不一致検出回路１７は、２つの監視信号が一致するか否かに基づいて、非常停止スイッチ２０における接点や配線の短絡又は溶着等の異常の有無を判断する。不一致検出回路１７の検出信号１００は、例えば、工場内の機器の動力源であるモータの駆動を制御するドライブ装置に供給される。ドライブ装置は、不一致検出回路１７から供給された検出信号１００に基づいてモータの駆動を制御する。

図２は、信号出力装置１０の回路構成の一例を示す回路図である。２相信号生成回路１３は、発振回路１３１、電流制限抵抗１３２Ａ〜１３２Ｃ、抵抗１３３、トランジスタ１３４、増幅回路１３５，１３６を備えている。

発振回路１３１は、本質安全防爆構造の電圧制限回路１２を介して供給された電源回路１１の電源電力に基づいて、所定の周波数の反転パルスを形成する。電流制限抵抗１３２Ａ〜１３２Ｃは、発振回路１３１から出力された反転パルスの電流値を本質安全防爆の基準値以下に制限する。抵抗１３３及びトランジスタ１３４は、反転増幅回路を構成している。

電流制限抵抗１３２Ａ〜１３２Ｃで電流値を本質安全防爆の基準値以下にされた反転パルスは、増幅回路１３５で増幅された後に信号ライン４１，４２を経由して接点２１Ａに供給される。また、反転パルスは、抵抗１３３、トランジスタ１３４及び増幅回路１３６で反転増幅された後に信号ライン４３，４４を経由して接点２１Ｂに供給される。したがって、接点２１Ａに供給される反転パルスと接点２１Ｂに供給される反転パルスとは常時互いに逆相である。

接点２１Ａ及び接点２１Ｂの出力信号は、分離回路１４Ａ，１４Ｂを介して信号監視回路１５に入力される。分離回路１４Ａ，１４Ｂのそれぞれは、一例としてフォトカプラで構成されているが、トランスで構成することもできる。

信号監視回路１５は、一例として第１のフォトカプラ１５１Ａ及び第２のフォトカプラ１５１Ｂを備えている。フォトカプラ１５１Ａ，１５１Ｂは、非常停止スイッチ２０の２接点２１Ａ，２１Ｂのそれぞれの出力信号で駆動される発光素子（発光ダイオード）を備えている。フォトカプラ１５１Ａの入力端子（発光ダイオードのアノード）及び出力端子（発光ダイオードのカソード）は、それぞれフォトカプラ１５１Ｂの出力端子及び入力端子に接続されている。

非常停止スイッチ２０の２接点２１Ａ，２１Ｂが何れも正常で且つ閉じている場合には、２接点２１Ａ，２１Ｂのそれぞれの出力信号が逆相となり、フォトカプラ１５１Ａ，１５１Ｂの発光素子に電流が流れ、両方から監視信号が出力される。

２接点２１Ａ，２１Ｂ間の短絡等の異常や配線異常が発生し、２接点２１Ａ，２１Ｂのそれぞれの出力信号が同相となると、フォトカプラ１５１Ａ，１５１Ｂの発光素子に電流が流れなくなり、フォトカプラ１５１Ａ，１５１Ｂから監視信号が出力されなくなる。

なお、分離手段１４Ａ，１４Ｂをフォトカプラで構成した場合、信号監視回路１５のフォトカプラ１５１Ａ，１５１Ｂと共用することもできる。

信号監視回路１５から出力された２つの監視信号は、信号出力回路１６Ａ，１６Ｂに入力される。信号出力回路１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ増幅回路１６１Ａ，１６１Ｂを備えている。増幅回路１６１Ａ，１６１Ｂで増幅された監視信号は、不一致検出回路１７に入力される。

以上のように、信号検出装置１０は、互いに逆相の反転パルスを用いて非常停止スイッチ２０の２接点２１Ａ，２１Ｂの出力信号を検出する。２接点２１Ａ，２１Ｂが正常で非常停止スイッチ２０の操作部材が操作されていない場合には、フォトカプラ１５１Ａ及び１５１Ｂが交互にオンする。２接点２１Ａ，２１Ｂが正常で非常停止スイッチ２０の操作部材が操作された場合には、フォトカプラ１５１Ａ及び１５１Ｂの両方の発光素子に電流が流れず、フォトカプラ１５１Ａ及び１５１Ｂの両方がオフする。

２接点２１Ａ，２１Ｂの間で短絡又溶着を生じた場合には、フォトカプラ１５１Ａ及び１５１Ｂの両方の発光素子の入力端子側が同電位になって発光素子に電流が流れず、フォトカプラ１５１Ａ及び１５１Ｂの両方がオフする。

非常停止スイッチ２０の操作部材が操作された場合、又は２接点２１Ａ，２１Ｂの間若しくは信号ライン（配線）４１〜４４の間で短絡や溶着を生じた場合には、信号監視回路１５から２つの監視信号の何れもが出力されなくなる。このとき、不一致検出回路１７が検出信号を出力しなくなり、駆動源に電力が供給されなくなって機械の駆動源を停止させることができる。

信号検出装置１０は、分離回路１４Ａ，１４Ｂを備えているため、危険区域内に設置された本質安全防爆構造の安全機器に接続して使用することができる。但し、信号検出装置１０は、本質安全防爆構造でない安全機器に接続して使用することもでき、この場合には電圧制限回路１２及び分離回路１４Ａ，１４Ｂを省略することもできる。

また、非常停止スイッチ２０と信号出力装置１０との間の配線距離が長い場合、配線の浮遊容量が大きくなり、２相信号の周波数が高いと、信号が減衰して正常に信号を伝送することができなくなる。そのために、２相信号の周波数を下げる必要が生じる。しかし、２相信号の周波数を下げると回路のコンデンサ容量が大きくなるとともにトランスが大きくなり、信号出力装置１０が大型化する。そこで、フォトカプラ１５１Ａと増幅回路１６１Ａとの間及びフォトカプラ１５１Ｂと増幅回路１６１Ｂとの間に、周波数変換回路を介在させるとよい。これによって、増幅回路１６１Ａ，１６１Ｂとトランスとの間のコンデンサ容量やトランス自体の大型化を防ぎ、信号出力装置１０を小型化できる。

なお、図３に示すように、安全リレーモジュールやセーフティコントローラ等の外部装置に備えられることのある不一致検出回路３を用いることで、信号検出装置１１０内の不一致検出回路１７を省略することができる。汎用性の高い信号検出装置１１０を提供できる。

また、信号検出回路１１０の不一致検出回路３を１つのａ接点と１つのｂ接点（以下、１ａ−１ｂ接点という。）に対応した処理を行うものとすることにより、図３に示すように、非接触安全スイッチ１２０のように１ａ−１ｂ接点式の安全機器にも適用することができる。

図４は、この発明の別の実施形態に係る信号検出装置２１０のブロック図である。信号検出装置２１０は、複数の非常停止スイッチ２０に接続される。信号検出装置２１０は、モニタ回路１８を複数備えている。各モニタ回路１８は、電流制限抵抗１８Ａ、分離回路１８Ｂ及び出力回路１８Ｃを備えている。

複数のモニタ回路１８の出力信号に基づいて、複数の非常停止スイッチ２０のうちで操作された非常停止スイッチ２０を特定することができる。

図５は、この発明のさらに別の実施形態に係る信号検出装置３１０のブロック図である。信号検出装置３１０は、駆動回路１９を備え、安全機器として危険区域内への入出規制用のドアスイッチ２２０に使用される。駆動回路１９は、電流制限抵抗１９Ａ、分離回路１９Ｂ、入力回路１９Ｃを備えている。駆動回路１９は、ドアスイッチ２２０のロック用ソレノイド２２１に有電圧出力を供給する。なお、駆動回路１９は、接点出力を供給するものであってもよい。

信号ライン４１〜４４のそれぞれを各芯のシールド線で構成し、それぞれのシールドを回路グランド端子に接続することにより、接点２０Ａと接点２０Ｂとの間の短絡だけでなく、接点２０Ａ内又は接点２０Ｂ内の短絡も検出することができる。例えば、図１に示す信号検出回路１０で、信号ライン４１がシールドに短絡すると非常停止スイッチ２０に電流が流れなくなり、信号ライン４２がシールドに短絡すると分離回路１４Ａに電流が流れなくなる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態に係る信号出力装置のブロック図である。 同信号出力装置の回路構成の一例を示す回路図である。 この発明の別の実施形態に係る信号検出装置のブロック図である。 この発明の別の実施形態に係る信号検出装置のブロック図である。 この発明のさらに別の実施形態に係る信号検出装置のブロック図である。

符号の説明

１０−信号検出装置
１２−電圧制御回路
１３−２相信号生成回路
１４Ａ，１４Ｂ−分離回路
１５−信号監視回路
１７−不一致検出回路
２０−非常停止スイッチ（安全機器）

Claims (5)

1. ２接点式の安全機器に接続される信号出力装置であって、
   互いに逆相の２つの反転信号を生成して前記２接点のそれぞれに供給する２相信号生成回路と、
   前記２接点のそれぞれからの出力信号に基づいて２つの監視信号を出力する信号監視回路と、
   を備えた信号出力装置。
2. 前記信号監視回路は、前記２接点のそれぞれの出力信号に基づいて駆動される発光素子を備えた第１及び第２のフォトカプラを備え、前記第１のフォトカプラの入力端子及び出力端子をそれぞれ前記第２のフォトカプラの出力端子及び入力端子に接続した請求項１に記載の信号出力装置。
3. 前記信号監視回路から出力される２つの監視信号が一致するか否かに応じて故障発生の有無を検出する不一致検出回路をさらに備えた請求項２に記載の信号出力装置。
4. 前記信号監視回路に対する前記２接点の入力ラインのそれぞれに配置される絶縁手段をさらに備えた請求項２又は３に記載の信号出力装置。
5. 前記絶縁手段は、前記信号監視回路を兼ねる請求項４に記載の信号出力装置。

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