JP2010212808A - 多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断装置及び故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多チャンネルアナログ入出力回路に用いられるマルチプレクサの故障とＡ／Ｄ変換器の故障を同時に検出でき、故障の原因も切り分け可能とする。
【解決手段】アナログ信号変換部を構成する複数チャンネルを有するマルチプレクサと、該マルチプレクサの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器に対して、マルチプレクサの各チャンネル毎に異なったテスト電圧値を、診断電圧入力部から入力する。そして、各チャンネル毎に出力されるデジタル電圧値を入力されたテスト電圧値と比較し、その比較結果から、マルチプレクサの故障か、あるいはＡ／Ｄ変換器の故障かを判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プログラムマブル電子装置に用いられる多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断を行うための装置及びその方法に関する。

原子力プラントや化学プラントなど潜在的な危険性の高いプロセス設備では，万が一の事態に作業員及び周辺環境への影響を低減するため，隔壁等の防護設備による受動的な対策とともに、緊急停止装置等の安全装置を用いる能動的な対策が講じられている。

このうち，安全装置等の制御手段は，従来リレー等の電磁的・機械的手段により実現されていた。しかし，近年，プログラマブル電子装置（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller)に代表されるプログラム可能な制御機器における技術の発展に伴い，これらの制御機器を安全制御システムの制御手段として利用するニーズが高まっている。

非特許文献１に示したＩＥＣ６１５０８は，そのような動向に対応して発行された国際規格であり，電気的／電子的／プログラム可能な電子的装置を安全制御システムの一部に利用する場合の要件が規定されている。すなわち、ＩＥＣ６１５０８では，安全制御システムの能力の尺度としてＳＩＬ（Safety Integrity Level）を定義し，１から４までのレベルに対応する水準の要求事項を規定している。ＳＩＬが高いほどプロセス設備の持つ潜在的な危険性を低減できる度合が大きいことを示す。すなわち，このＳＩＬのレベルは、プロセス設備の異常を検出した際，どれだけ確実に所定の安全制御を実施できるかを意味している。

安全制御装置は，通常稼働状態で非活性となっていても，プロセス設備の異常発生時には直ちに活性化することを求められる。そのため，常時自己診断を行い，自身の健全性をチェックし続けることが重要となる。また，高いＳＩＬが要求される安全制御システムでは，未検出の故障によりシステムが不動作となる確率を極小とするため，広範囲・高精度な自己診断を実施する必要がある。

ＩＥＣ６１５０８では，安全制御装置を構成する要素部品の種類ごとに，各々適用される自己診断技法が紹介されており，それぞれの技法の有効性が診断率という形で示されている。ここで、診断率とは，各構成要素における全故障のうち，その診断技法を採用したときに検出可能な故障の割合を示すものである。

また、ＰＬＣの構成要素の一つであるアナログ入出力装置の故障検出手段としては、故障診断用の回路を別に設ける方法、つまり回路を二重化するなどの方法によって故障を検出する方法がとられている。例えば、Ａ／Ｄ変換器に接続するマルチプレクサの故障を診断するために、マルチプレクサを二重化し、それらの出力を比較することによりマルチプレクサの故障を診断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、Ａ／Ｄ変換器の故障を検出する際に、Ａ／Ｄ変換器の前にマルチプレクサを設け、このマルチプレクサの入力を電源電圧とグランド電圧に接続して、Ａ／Ｄ変換器の故障診断をする方法も提案されている（特許文献２を参照）。

更に、外付け回路を不要としたＡ／Ｄ変換器の良否判定を行う方法であって、低電位から高電位までのテスト電圧を用意し、このテスト電圧をＡ／Ｄ変換信号として出力することにより、この出力値に基づいてＡ／Ｄ変換器の良否判定を行う方法も提案されている（特許文献３参照）

また、複数のテストパターン（テストモード）を発生させて、入力されるアナログ信号とテストパターン信号を切り換えて、Ａ／Ｄ変換器を含むアナログ処理部に供給し、Ａ／Ｄ変換器から出力されるテストパターン信号のデジタル信号に基づいて、アナログとデジタルの混在回路の障害を検出する方法も提案されている（特許文献４参照）。

特開平１−１０１０２０号公報 特開平８−３３０９５９号公報 特開２００７−２８５７６４号公報 特開２００４−２２８９２８号公報

ＩＥＣ６１５０８−１〜７，"Functional safety of electrical/ electronic/ programmable electronic safety-related systems" part1-part7

しかしながら、上述した特許文献１〜４に示した技術では、それぞれマルチプレクサの故障またはＡ／Ｄ変換器の故障を検出することはできるが、これら２つの部品の故障を同時に検出して、更にその上で、その故障の原因の切り分けを行うことはできない。
例えば、特許文献２に記載の技術では、マルチプレクサの各チャンネル間に同じ電圧値が入力された場合、特に入力選択信号自体に故障が生じた場合などには、故障していることすら検出できない場合が発生するという問題があった。すなわち、特許文献１〜４に示されるような故障診断方法は、高い故障診断検出率を要求されるシステムには、十分な機能安全が確保できないものであった。

本発明の目的は、多チャンネルアナログ入力回路に用いられるマルチプレクサの故障とＡ／Ｄ変換器の故障を同時に検出でき、更には故障の原因も切り分け可能とした故障診断装置及び故障診断方法を提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の故障診断装置は、複数種類の信号を発する信号源と、該信号源からの信号が供給される少なくとも２つ以上のスイッチを有する第１の切換回路と、この第１の切換回路を介して信号源からの出力が供給されるアナログ信号変換部と、テスト電圧が入力される診断電圧入力部とを、備えている。

すなわち、本発明の故障診断装置は、アナログ信号変換部と、診断電圧入力部とから構成される装置であり、アナログ信号変換部は、信号源からの信号が前記第１の切換回路を介して供給され、第１の切換回路が有する複数のスイッチと同数のチャンネルを有するマルチプレクサと、このマルチプレクサからの信号が供給されるアナログ／デジタル変換器と、アナログ／デジタル変換器からの出力が供給され出力処理回路と、を備えている。

また、診断電圧入力部は、テスト電圧入力回路と、該テスト電圧入力回路からのテスト電圧が供給されるデジタル／アナログ変換器と、このデジタル／アナログ変換器からのアナログ信号が供給され、複数の出力チャンネルを有するデマルチプレクサと、デマルチプレクサに接続された少なくともデマルチプレクサの出力チャンネルと同数のスイッチを有する第２の切換回路と、を備えている。そして、故障診断時に、デマルチプレクサからのアナログのテスト電圧が、第２の切換回路の各スイッチ介して、アナログ信号変換部のマルチプレクサの各チャンネルの入力として供給されるようになっている。

また、本発明の故障診断方法は、複数種類の信号を発する信号源と、この信号源からの信号が供給される少なくとも２つ以上のスイッチを有する第１の切換回路と、第１の切換回路の出力が供給されるアナログ信号変換部と、テスト電圧が入力される診断電圧入力部とを、備える多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断方法である。まず、アナログ信号変換部を構成する複数チャンネルを備えるマルチプレクサと、該マルチプレクサの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器に対して、マルチプレクサの各チャンネル毎に異なったテスト電圧値を、診断電圧入力部から入力する。そして、各チャンネル毎に出力されるデジタル電圧値を、入力されたテスト電圧値と比較し、その比較結果から、マルチプレクサの故障か、あるいはＡ／Ｄ変換器の故障かを判別するようにしている。

つまり、本発明の故障診断装置及び故障診断方法では、マルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器のどちらが故障しているのかを、各入力チャンネル毎に異なったテスト電圧値を入力してその挙動パターンを観察することにより、マルチプレクサの故障か、Ａ／Ｄ変換器の故障かを特定できるようにしている。

本発明によれば、多チャンネルアナログ入出力回の故障診断範囲を拡大することができるとともに、異常発生後には、故障部位の特定が容易になり、部品交換にかかる時間が短くなるという作用効果がある。その結果、平均復旧時間（ＭＴＴＲ：Mean Time To Repair）が短縮されるので、高信頼性のシステムを実現することができる。また、マルチプレクサ、Ａ／Ｄ変換器、スイッチなどを個別に診断するための回路を構成する必要がないので、部品点数が下がり、コスト低減につながるという利点もある。

なお、ＭＴＴＲとは、故障したシステムの復旧に係る時間の平均を表わす数値であり、修理時間を故障回数で割った値である。このＭＴＴＲは、システムの保全性の指標として用いられ、ＭＴＴＲが小さいほど復旧までの時間が短く、保全性が高いシステムであるということができる。

本発明の実施の形態例としてのアナログ入出力回路の故障診断装置のブロック構成図である。 本発明の実施の形態例における、回路側スイッチのＯＮ／ＯＦＦの固着診断及び回路の故障診断の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態例における、正常状態での各チャンネルの出力値とテスト入力値との比較結果を示した図である。 本発明の実施の形態例における、マルチプレクサの異常状態での各チャンネルの出力値とテスト入力値との比較結果を示した図である。 本発明の実施の形態例における、Ａ／Ｄ変換器の異常状態での各チャンネルの出力値とテスト入力値との比較結果を示した図である。 本発明の実施の形態例における、Ａ／Ｄ変換器の異常状態での各チャンネルの各ビット列を比較して示した図である。

以下、本発明を実施するための実施形態例（以下、「本例」ということもある）について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態例のアナログ入出力回路の故障診断装置のブロック回路図である。本例では、便宜上、信号源の数とチャンネルの数を１６個として説明している。つまり、信号源１０５は、１６種類の電圧を発生するようになっている。この信号源電圧の幅は１Ｖ〜５Ｖとされる。また、テスト電圧アナログ入力値は、０．５Ｖ〜８Ｖとし、テスト電圧のデジタル値の下限と上限をそれぞれ4000、16000として説明する。ただし、これらの数値はあくまでも一例を示すものであって、実際の実施形態例においては、これらの数値に限定されるものではない。したがって、本発明がこれらの数値の制約を受けることはない。

図１に示すように、本発明の実施形態例は、信号源１００と、信号源１００からの信号が供給される１６個のスイッチを有する第１の切換回路１０１と、この第１の切換回路１０１が接続されるアナログ信号変換部１０２と、このアナログ信号変換部１０２に接続され、テスト電圧を供給する診断電圧入力部１０３から構成されている。

アナログ信号変換部１０２は、第１の切換回路１０１を介して供給される信号源電圧の中の１つを選択し、デジタル値に変換して出力する回路である。また、診断電圧入力部１０３は、後述するようにＤ／Ａ変換された複数段階の診断用テスト電圧をアナログ信号変換部１０２に供給する回路である。

アナログ信号変換部１０２は、１６チャンネルの信号源１００からの信号が、第1の切換回路１０１と信号線１０４を介して入力されるマルチプレクサ１０５と、マルチプレクサ１０５からのアナログ出力値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０６と、Ａ／Ｄ変換器１０６の出力値を処理する出力処理回路１０７とから構成されている。なお、マルチプレクサ１０５がどのチャンネルの信号を選択するかは、外部から供給される入力選択信号１０８により決定される。

また、診断電圧入力部１０３は、０．５Ｖ〜８Ｖまでを１６段階に分けて、１６のテスト電圧値（デジタル値）を発生するテスト電圧入力回路１０９と、このテスト電圧入力回路１０９の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１１０と、Ｄ／Ａ変換器１１０の出力を分配するデマルチプレクサ１１１と、デマルチプレクサ１１１で分配された１６段階のテスト電圧を供給する第２の切換回路１１２から構成されている。ここで、デマルチプレクサ１１１の切換選択は、入力選択信号１０８と同期した出力選択信号１１３によって行われる。

診断電圧入力部１０３からのテスト電圧は、抵抗群１１４を経由して、アナログ信号変換部１０２の信号線１０４に供給される。また、アナログ信号変換部１０２の出力処理回路１０７からの出力信号と、診断電圧入力部１０３のテスト電圧入力回路１０９からのテスト電圧は、出力比較回路１１５で比較され、この出力比較回路１１５の比較結果から、アナログ信号変換部１０２を構成するそれぞれの回路の正常、異常の判定がなされるようになっている。何らかの異常を検出した場合には、出力比較回路１１５からエラー信号１１６が不図示の警告装置に送られるようになっている。

次に、図１に示す回路の動作を説明する。１６チャンネルを有する信号源１００からの信号は、第１の切換回路１０１によって、チャンネル毎に独立に接続の開閉を切り替えられるようになっている。そして、マルチプレクサ１０５は、１６チャンネルのうちの１つを選択して、Ａ／Ｄ変換器1０６に送るようにしている。ここで、どのチャンネルに切り替えるかは、外部から入力される入力選択信号１０８によって決定される。そして、Ａ／Ｄ変換器１０６によってデジタル値に変換された信号は、出力処理回路１０７に送られ、ここで通常の処理がなされて、出力比較回路１１５に出力される。なお、信号源１００からの電圧値は、上述したように１Ｖ〜５Ｖの範囲内で変化するように設定される。

また、テスト電圧入力回路１０９からの出力は、Ｄ／Ａ変換器１１０でアナログ値に変換され、デマルチプレクサ１１１によって１６チャンネルの出力のいずれかに分配される。このデマルチプレクサ１１１における各チャンネルの選択切換は、外部から供給される出力選択信号１１３によって行われる。この出力選択信号１１３は既に述べた入力選択信号１０８と同期がとれた信号となっている。

そして、デマルチプレクサ１１１の出力チャンネルが、第２の切換回路１１２で選択されるいずれかのスイッチに接続され、テスト電圧が、診断電圧入力部１０３からアナログ信号変換部１０２に供給されるようになっている。また、出力比較回路１１５は、上述のように、テスト電圧入力回路１０９からのテスト電圧と、このテスト電圧がアナログ信号変換部１０２を経由して出力処理回路１０７から出力された出力電圧とを比較する。そして、この比較結果から、アナログ信号変換部１０２の異常判定が行われる。

図１のように構成した、多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断装置において、通常時には、第１の切換回路１０１は、ＯＮになっており、信号源１００からの信号がマルチプレクサ１０５を経由してＡ／Ｄ変換器１０６に供給される。そして、Ａ／Ｄ変換器１０６でアナログ値からデジタル値に変換される。

一方、故障診断動作時には、第１の切換回路１０１をＯＦＦに設定し、第２の切換回路１１２をＯＮに設定する。そして、診断電圧入力部１０３からのテスト電圧をマルチプレクサ１０５に供給する。なお、故障診断動作を行う際には、テスト電圧として、チャンネルごとに異なった電圧値を設定し、デマルチプレクサ１１１でチャンネルを順次切り替えて入力するようにする。

次に、図２に示したフローチャートに基づいて、アナログ入力診断部１０２のマルチプレクサ１０５とＡ／Ｄ変換器１０６の故障検出を行う場合の前提となる動作を説明するとともに、アナログ信号変換部１０２の各回路の故障診断について説明する。
まず、アナログ入力診断部１０２の故障検出に当たり、第１の切換回路１０１の健全性を調べておく必要がある。つまり、第１の切換回路１０２のＯＮ固着またはＯＦＦ固着を診断しておく必要があり、図２のフローチャートはその為の手順を示したものである。

図２に示すように、今後は、第１の切換回路１０１を「スイッチ１０１」と記載し、第２の切換回路１１２を「スイッチ１１２」と記載して、以下説明する。
最初に、スイッチ１０１のＯＮ固着及びＯＦＦ固着について調べるための流れを説明する。まずスイッチ１０１をＯＦＦ状態にし、スイッチ１１２をＯＮ状態に設定する。そしてテスト電圧入力回路１０９から０Ｖを入力する（ステップＳ２０１）。

そして、アナログ信号診断部１０２の出力処理回路１０７の出力が「０Ｖである」かどうかを判定する（ステップＳ２０２）。この判断ステップＳ２０２において、テスト電圧入力回路１０９から入力した電圧０Ｖが、出力処理回路１０７から出力されていると判定されたならば（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、スイッチ１０１は、正常に開放されている、つまりＯＦＦ状態になっていると判断される。言い換えると、スイッチ１０１がＯＮ固着していないと判断され、次のステップＳ２０４に進む。

一方、判断ステップＳ２０２で、出力処理回路１０７の出力が０Ｖ以外の値になったと判定された場合（ステップＳ２０２のＮｏ）は、本来出力されないはずの信号源１００からの出力が、スイッチ１０１を経由して出力処理回路１０７から出力されている可能性がある。すなわち、スイッチ１０１がＯＦＦ状態になっておらず、ＯＮ状態になっている可能性が高いことになる。このような場合には、スイッチ１０１がＯＮ固着になっていると判断される（ステップＳ２０３）。

判断ステップＳ２０２でスイッチ１０１がＯＮ固着になっていないと判断された場合には、続いて、スイッチ１０１がＯＦＦ固着になっているかどうかが判定されなければならない。そこで、スイッチ１０１をＯＮ状態に切り替え、スイッチ１１２をＯＦＦ状態に切り替える。信号源１００からは１Ｖ〜５Ｖの電圧が供給され、テスト電圧入力回路１０９からのテスト電圧は０Ｖとされる（ステップＳ２０４）。

そして、再びアナログ信号変換部１０２の出力処理回路１０７から出力される電圧が「０Ｖでない」か否かを判定する（ステップＳ２０５）。この判断ステップＳ２０５において、出力処理回路１０７からの出力が０Ｖではない（ステップＳ２０５のＹｅｓ）と判定された場合は、信号源１００からの入力がスイッチ１０１を経由して、出力されていると認めることができる。つまり、スイッチ１０１は正常に動作しており、ＯＦＦ固着していないと判断することができる。

一方、判断ステップＳ２０５において、出力処理回路１０７から０Ｖが出力されていると判定された場合（ステップＳ２０５のＮｏ）は、スイッチ１０１が信号源１００に接続されていない可能性が大きい。すなわち、スイッチ１０１は、ＯＮ状態ではなくＯＦＦ状態に固着している、つまりＯＦＦ固着になっていると判断される（ステップＳ２０６）。

判断ステップＳ２０５で、出力処理回路１０７から０Ｖではない、何らかの信号が出力されていると判定された場合には、続いて、アナログ信号変換部１０２を構成する回路が正常に動作しているか否かが判断される。つまり、スイッチ１０１にＯＮ固着も、ＯＦＦ固着もないという状態で、回路の異常検出が行われることになる。

そこで、今度は、スイッチ１０１をＯＦＦ状態に切り替え、スイッチ１１２をＯＮ状態に切り替える。そして、信号源１００からの信号はそのままの状態に保ち、テスト電圧入力回路１０９から１６段階のテスト電圧Ｖtestを発生させる（ステップＳ２０７）。そして、この状態で出力処理回路１０７の出力として、入力されたテスト電圧と同じ値の電圧Ｖtestが出力されているかどうかを判定する（ステップＳ２０８）。

この判断ステップＳ２０８で、出力処理回路１０７からテスト電圧Ｖtestと同じ電圧値が出力されていると判定された場合（ステップＳ２０８のＹｅｓ）、つまり、図１の回路で言えば、テスト電圧１６段階の全ての段階において出力比較回路１１５からエラー信号１１６が出力されない場合は、アナログ信号変換部１０２の全ての回路は正常に動作していると判定される（ステップＳ２１０）。

しかしながら、判断ステップＳ２０８において、出力処理回路１０７からテスト電圧Ｖtest以外の電圧値が出力されていると判定された場合（ステップＳ２０８のＮｏ）には、アナログ信号変換部１０２を構成する回路、すなわちＡ／Ｄ変換器１０６かマルチプレクサ１０５に何らかの異常があったと判断される（ステップＳ２０９）。
しかし、単一チャンネルのみの診断だけでは、マルチプレクサ１０５の故障なのか、あるいはＡ／Ｄ変換器１０６の故障なのかを判断することはできないので、テスト電圧Ｖtestを１６個のチャンネルを介して供給し、１６チャンネルの全ての出力を診断して故障部位の特定を行うようにしている。

次に、図３〜図６に基づいて、本例の故障診断装置及び故障診断方法において、故障がない正常な状態と、何らかの故障がある異常状態を比較して説明する。
図３は、本例を構成する全ての回路が正常に動作している場合の例を示している。図３の横軸は、テスト電圧が供給される各チャンネルの番号を示している。それぞれのチャンネルには、０．５Ｖ〜８Ｖのテスト電圧が供給されるようになっている。一方、図３の縦軸の左側には、Ａ／Ｄ変換器１０６でデジタル変換され、出力処理回路１０７から出力されるデジタル値が示され、右側には、Ａ／Ｄ変換器１０６で変換される前のアナログ値が示されている。

図３に示すように、各チャンネル０〜１５に加えられる電圧と、Ａ／Ｄ変換器１０６からのデジタル出力値は比例関係にあることが分かる。実線ｐ３２０は、テスト電圧入力回路１０９から入力されたデジタル値１６個を結んだ線を表わしている。
点ｐ３００〜ｐ３１５は、各チャンネル０〜１５からマルチプレクサ１０５とＡ／Ｄ変換器１０６を介して出力処理回路１０７へ入力した値を表している。

図３から分かるように、点ｐ３００〜ｐ３１５は、実線ｐ３２０上に全て乗っており、このことから判断して、マルチプレクサ１０５及びＡ／Ｄ変換器１０６が正常に動作していることが確認できる。

次に、図４に基づいて、マルチプレクサが故障している場合について説明する。横軸と縦軸については、図３と同じであるので説明は省略する。また、図４の実線ｐ４２０は、図３の実線ｐ３２０と同じ線であり、テスト電圧入力回路１０９から入力されたデジタル値１６個を線で結んだものである。
図４においても、点ｐ４００〜ｐ４１５は、各チャンネルからマルチプレクサ１０５とＡ／Ｄ変換器１０６を介して出力処理回路１０７へ入力した値を表している。

図４に示されるように、点ｐ４００からｐ４０５、及び点ｐ４１１からｐ４１５までは、実線ｐ４２０上にあるが、点ｐ４０６〜ｐ４１０は、実線ｐ４２０上にない。すなわち、点ｐ４０６〜ｐ４１０は、点ｐ４０５と同じデジタル値8000になっている。入力テスト電圧をチャンネルごとに変えているので、その出力電圧も本来はチャンネルごとに異なる値となるはずであるが、図４のものは、複数のチャンネルで同一の値が出ていることが認識できる。

このことは、マルチプレクサ１０５による入力信号の選択が正常に行われないことを意味している。つまり、点ｐ４０５の値に対応しているチャンネル番号５で固着していることが考えられ、マルチプレクサ１０５が故障していると判断される。

次に、図５に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１０６が故障している場合について説明する。横軸と縦軸については、図３、図４と同じであるので説明は省略する。また、図５の実線ｐ５２０も、図３、図４に示す実線ｐ３２０、ｐ４２０と同じである。図５に示す、点ｐ５００〜ｐ５１５も、図３、図４と同様に、各チャンネルからマルチプレクサ１０５とＡ／Ｄ変換器１０６を介して出力処理回路１０７に入力した値を示している。

図５に示すように、実線ｐ５２０上に全ての点が乗っているのではなく、一部は実線ｐ５２０から下方にシフトしている。つまり、実線ｐ５２０上にあるのは、点ｐ５０１、ｐ５０２、ｐ５０６、ｐ５０７、ｐ５１１、ｐ５１２の６点だけであり、それ以外の点は、実線ｐ５２０上にないことが認められる。この現象は、図４で示したマルチプレクサ１０５が故障している場合とは異なった現象である。

そこで、図５で得られたデジタル値をビット列にして並べたものを図６に示した。各チャンネル０〜１５には、電圧０．５Ｖ〜８Ｖが０．５Ｖずつ暫時増加させるように加えられる。その各チャンネルに加えられる上記アナログ電圧に対応して、Ａ／Ｄ変換器１０６でデジタル変換されたデジタル値を「4000」〜「16000」で示している。図６は、この値に対応する１４ビットのビット列を示したものである。図６の上の図が正常な状態、例えば図３に示す状態のビット列であり、下の図が異常状態、つまり図５に示すような異常出力がある状態を示している。

今、図６のビット列のうち、上から３ビット目（下から１２ビット目）に注目する（図の枠６０１で囲んだ部分）と、正常状態を示す上の図では、１６個の各チャンネル「０、１・・・１４、１５」に対応して「１、０・・・１、１」となっている。これに対して、異常状態を示す下の図では、「０、０、・・・０、０」となっている。つまり、正常状態では上位３ビット目は、「０」または「１」のように、各チャンネルによって異なる値を取るのに対して、異常状態では、上位３ビット目が全てのチャンネルで「０」になっていることが確認される。

このことは、本来であれば、「０」と「１」の両方を取り得るはずのビットが、「０」に固着していることを意味している。言い換えると、Ａ／Ｄ変換器１０６がアナログ値をデジタル値に変換する際に、正確に変換できなかったこと、つまりＡ／Ｄ変換器１０６の故障を意味しているということができる。上位３ビット目にあって、本来「１」であるべきものが、「０」になったということは、図６で言えば、同じ数だけ減少したことを意味するから、下方に一定量だけシフトしたことに他ならない。

なお、ここで図６に示したビット列の何番目のビットを使って、Ａ／Ｄ変換器１０６の異常検出を行うかであるが、下から３〜４ビットは正常状態でも全て０になる場合があるので、通常は上位ビット、例えば上位１〜１０ビット程度のビットを、１６段階のテスト電圧毎に比較することが好ましい。

図３〜図６で説明したように、本例によれば、診断電圧入力部１０３からの１６段階のテスト電圧をアナログ変換器１０２に供給し、その出力電圧と、入力電圧を比較することにより、多チャンネルアナログ入出力回路を構成するマルチプレクサ１０５とＡ／Ｄ変換器１０６の異常を同時に検出している。そして、異常時には、出力比較回路１１５からエラー信号１１６を発生し、プラント等の監視者または操作者に何らかの警告を行うようにしている。

以上、図１〜図６に基づいて、本発明の実施の形態例を説明したが、本発明は、上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形例及び応用例を含むことは言うまでもない。

１００・・・信号源（１６個）、１０１・・・第１の切換回路（スイッチ１６個）、１０２・・・アナログ信号変換部、１０３・・・診断電圧入力部、１０４・・・信号線、１０５・・・マルチプレクサ、１０６・・・Ａ／Ｄ（アナログ/デジタル）変換器、１０７・・・出力処理回路、１０７・・・出力処理回路、１０８・・・入力選択信号、１０９・・・テスト電圧入力回路、１１０・・・Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器、１１１・・・デマルチプレクサ、１１２・・・第２の切換回路（スイッチ１６個）、１１３・・・出録選択信号、１１４・・・抵抗群、１１５・・・出力比較回路、１１６・・・エラー信号（異常信号）

Claims (4)

1. 複数種類の信号を発する信号源と、前記信号源からの信号が供給される少なくとも２つ以上のスイッチを有する第１の切換回路と、前記第１の切換回路を介して前記信号源からの出力が供給されるアナログ信号変換部と、テスト電圧が入力される診断電圧入力部とを、備えるアナログ入出力回路の故障診断装置であって、
   前記アナログ信号変換部は、
   前記信号源からの信号が前記第１の切換回路を介して供給され、前記第１の切換回路が有する複数のスイッチと同数のチャンネルを有するマルチプレクサと、
   前記マルチプレクサからの信号が供給されるアナログ／デジタル変換器と、
   前記アナログ／デジタル変換器からの出力が供給され出力処理回路と、を備え、
   前記診断電圧入力部は、
   テスト電圧入力回路と、
   該テスト電圧入力回路からのテスト電圧が供給されるデジタル／アナログ変換器と、
   前記デジタル／アナログ変換器からのアナログ信号が供給され、複数の出力チャンネルを有するデマルチプレクサと、
   前記デマルチプレクサに接続された少なくとも前記デマルチプレクサの出力チャンネルと同数のスイッチを有する第２の切換回路と、を備え、
   故障診断時に、前記デマルチプレクサからのアナログのテスト電圧が、前記第２の切換回路の各スイッチ介して、前記アナログ信号変換部の前記マルチプレクサの前記各チャンネルの入力として供給されること
   を特徴とする多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断装置。
2. 前記マルチプレクサには、該マルチプレクサの入力を選択ための入力選択信号が供給され、前記デマルチプレクサには、該デマルチプレクサの出力を選択するために、前記入力選択信号と同期した出力選択信号が供給される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断装置。
3. 複数種類の信号を発する信号源と、前記信号源からの信号が供給される少なくとも２つ以上のスイッチを有する第１の切換回路と、前記第１の切換回路の出力が供給されるアナログ信号変換部と、テスト電圧が入力される診断電圧入力部とを、備える多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断方法であって、
   前記アナログ信号変換部を構成する複数チャンネルを備えるマルチプレクサと、該マルチプレクサの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器に対して、前記マルチプレクサの各チャンネル毎に異なったテスト電圧値を、前記診断電圧入力部から入力し、
   前記各チャンネル毎に出力されるデジタル電圧値を、前記入力された前記テスト電圧値と比較することにより、前記マルチプレクサの故障か、あるいは前記Ａ／Ｄ変換器の故障かを判別することを特徴とする、多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断方法。
4. 複数種類の信号を発する信号源と、前記信号源からの信号が供給される少なくとも２つ以上のスイッチを有する第１の切換回路と、前記第１の切換回路を介して前記信号源からの出力が供給される複数の入力チャンネルを有するマルチプレクサと、該マルチプレクサからの信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、前記アナログデジタル変換器からの信号が供給される出力処理回路を備えるアナログ信号変換部と、複数のテスト電圧を発生させるためのテスト電圧発生回路と、該テスト電圧が入力されるデジタルアナログ変換器と、該デジタルアナログ変換器の出力が入力される複数の出力チャンネルを有するデマルチプレクサと、該デマルチプレクサの出力が供給される第２の切換回路を備える診断電圧入力部とを備えた多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断方法であって、
   前記第１の切換回路の各スイッチをオフに設定した状態で、前記第２の切換回路をオンに設定し、前記テスト電圧を０Ｖに固定した状態で、前記信号源から複数の電圧を発生させるように設定する第１のステップと、
   前記第１のステップの設定状態で、出力処理回路の出力電圧が０Ｖになっているか否かを判断する第２のステップと、
   前記第２のステップで、前記出力処理回路の出力電圧が０Ｖでないときに、前記第１の切換回路を構成するスイッチがオン固着していると判定する第３のステップと、
   前記第２のステップで、前記出力処理回路の出力電圧が０Ｖと判定されたときに、前記第１の切換回路の各スイッチをオンに設定した状態で、前記第２の切換回路のスイッチをオフに設定し、前記テスト電圧を０Ｖに固定した状態で、前記信号源から複数の電圧を発生させるように設定する第４のステップと、
   前記第４のステップの設定状態で、前記出力処理回路の出力電圧が０Ｖになっているか否かを判断する第５のステップと、
   前記第５のステップで、前記出力処理回路の出力電圧が０Ｖであるとき、前記第１の切換回路を構成するスイッチがオフ固着していると判定する第６のステップと、
   前記第５のステップで、前記出力処理回路の出力電圧が０Ｖではないと判定されたときに、前記第１の切換回路の各スイッチをオフに設定した状態で、前記第２の切換回路のスイッチをオンに設定し、前記テスト電圧を複数段階に切り替えて、前記信号源から複数の電圧を発生させるように設定する第７のステップと、
   前記第７のステップの設定状態で、前記出力処理回路の出力電圧が、前記複数段階に切り換えられて入力されるテスト電圧に等しくなっているかどうかを判断する第８のステップと、
   前記第８のステップで、前記出力処理回路の出力電圧が前記入力されたテスト電圧と一致しない場合に、前記アナログ入出力回路は、前記マルチプレクサまたはアナログデジタル変換器が正常に動作していないと判定する第９のステップと、
   前記第８のステップで、前記出力処理回路の出力電圧が前記入力されたテスト電圧と等しいと判断された場合に、前記アナログ入出力回路は正常に動作していると判定する第１０のステップと、を含む、
   多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断方法。

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