JP2011127747A - 電磁弁制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電磁弁の通電制御に用いられるスイッチング素子の動作確認用のパルス信号を、より確実に検知することができる電磁弁制御装置を提供する。
【解決手段】整流回路11の出力端子11a,11b間に電磁弁30の駆動コイルと直列に接続された第1リレー20と、第1リレー20の接点20aに所定レベル以上の電流が流れているときはGNDレベルの電圧を出力し、第1リレー20の接点20aに該所定レベル以上の電流が流れていないときには、V5レベルの電圧を出力するフォトカプラ31と、フォトカプラ31の出力電圧Va1を平滑化して出力する積分回路40を備え、マイコン1aは、積分回路40の出力電圧Vb1が第1閾値以下であるときに、第1リレー20がオン状態であると検知する。
【選択図】図1

Description

本発明は、電磁弁を駆動するスイッチング素子の作動状態を検知する機能を有する電磁弁制御装置に関する。
従来より、交流電源から出力される交流電圧を全波整流した直流電圧の出力部に、スイッチング素子と電磁弁の駆動コイルを直列に接続して、このスイッチング素子のオン/オフを制御することにより、電磁弁の開弁と閉弁を制御する電磁弁制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された電磁弁制御装置においては、スイッチング素子としてリレーが用いられており、電磁弁の駆動コイルと並列にフォトカプラの発光ダイオードを接続して、この発光ダイオードの受光トランジスタのオン/オフに基づくパルス信号をマイコンに取り込むことにより、リレー接点の溶着不良等を検知するようにしている。
特開平01−316583号公報
上述した従来の電磁弁制御装置において、マイコンに入力されるスイッチング素子の動作確認用のパルス信号の周期は商用電源の周期となる。そして、商用電源の周期に対して、マイコンの性能やマイコンに入力される信号の点数等により定まるパルス信号の入力周期の長さが、パルス信号の読み取り可能な周期よりも長くなると、パルス信号の読み飛ばしが生じてパルス信号の読み取りが困難になるという不都合がある。
そこで、本発明は、電磁弁の通電制御に用いられるスイッチング素子の動作確認用のパルス信号を、より確実に検知することができる電磁弁制御装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、交流電源と接続され、該交流電源から入力される交流電圧を整流して、一対の出力端子から出力する整流回路と、前記整流回路の前記出力端子間に電磁弁の駆動回路と直列に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子に所定レベル以上の電流が流れているときは第1電圧を出力し、前記スイッチング素子に該所定レベル以上の電流が流れていないときには、該第1電圧と異なる第2電圧を出力する電流検出回路と、前記電流検出回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオン状態であるかオフ状態であるかを検知する制御手段とを備えた電磁弁制御装置に関する。
そして、本発明の第1の態様は、前記電流検出回路の出力電圧を平滑化して出力する平滑回路を備え、前記制御手段は、前記平滑回路の出力電圧が、前記第1電圧と前記第2電圧との間に設定された第1閾値と前記第1電圧との間のレベルであるときに、前記スイッチング素子がオン状態であると検知することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記スイッチング素子がオン状態(導通状態)であるときは、前記整流回路により整流された全波若しくは半波の電圧が、前記電磁弁の駆動回路と前記スイッチング素子との直列回路に印加される。そのため、前記スイッチング素子に前記所定レベル以上の電流が流れる状態と該電流が流れない状態とが交互に切り換わって、前記電流検出回路から、前記第1電圧と前記第2電圧が交互に切り換わるパルス電圧が出力される。そして、この場合、前記平滑回路の出力は前記パルス電圧が平滑化されたものとなるため、前記第1閾値と前記第1電圧との間のレベルとなる。
それに対して、前記スイッチング素子がオフ状態(遮断状態)であるときには、前記スイッチング素子に前記所定レベル以上の電流が流れないため、前記電流検出回路の出力は前記第2電圧となる。そのため、前記平滑回路の出力は、前記第1閾値と前記第2電圧との間のレベルとなる。
そのため、前記制御手段は、前記平滑回路の出力電圧が前記第1閾値と前記第1電圧との間のレベルであるときに、前記スイッチング素子がオン状態であると検知することができる。そして、この場合は、前記制御手段による前記平滑回路の出力の読込タイミングは問題とならないため、前記電流検出回路から出力されるパルス電圧を読み飛ばすことなく、前記スイッチング素子がオン状態であることを確実に検知することができる。
また、上記第1の態様において、前記制御手段は、前記平滑回路の出力電圧が、前記第2電圧と前記第1閾値電圧との間に設定された第2閾値と前記第2電圧との間のレベルであるときに、前記スイッチング素子がオフ状態であると検知することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記第1閾値と前記第2閾値との間に差を設けることによって、前記電流検出回路や前記平滑回路の故障等により前記平滑回路の出力電圧が不安定になって、前記第1電圧と前記第2電圧の中間付近のレベルとなるときには、前記スイッチング素子のオン/オフ状態が検知されないため、前記スイッチング素子のオン/オフ状態の検知の信頼性を高めることができる。
次に、本発明の第2の態様は、前記交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、前記制御手段は、前記ゼロクロス検出回路により、前記交流電圧のゼロクロス点が検出された時点から、前記スイッチング素子がオン状態であれば、前記整流回路の出力電圧のレベルの上昇により前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定レベル以上となると想定される所定時間が経過した時の前記電流検出回路の出力電圧が、前記1電圧と前記第2電圧の間に設定された閾値と前記第1電圧との間のレベルであるときに、前記スイッチング素子がオン状態であると検知することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記交流電圧がゼロクロス点を通過すると、前記整流電圧のレベルがピーク電圧まで次第に上昇する。そのため、前記スイッチング素子がオン状態であれば、前記スイッチング素子を流れる電流の量が次第に増加して、前記所定レベル以上となる。そこで、前記交流電圧のゼロクロス点が検出された時点から、前記所定時間が経過した時の前記電流検出回路の出力電圧が、前記閾値と前記第1電圧との間のレベルであるときに、前記電流検出回路から出力されるパルス電圧を読み飛ばすことなく、前記スイッチング素子がオン状態であると確実に検知することができる。
本発明の第1実施形態の電磁弁制御装置の回路構成図。 図1に示した回路のタイミングチャート。 本発明の第2実施形態の電磁弁制御装置の回路構成図。 図3に示した回路のタイミングチャート。
本発明の実施の形態について、図1〜図4を参照して説明する。
[第1実施形態]
先ず、図1,2を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1を参照して、第1実施形態の電磁弁制御装置は、マイクロコンピュータ1a(以下、マイコン1aという)により、第1電磁弁30(本発明のスイッチング素子に相当する)と第2電磁弁60の作動(開弁,閉弁)を制御するものである。マイコン1aは、メモリ(図示しない)に保持された電磁弁の制御用プログラムを実行することによって、本発明の制御手段として機能する。
第1実施形態の電磁弁制御装置は、交流電源10から出力される交流電圧Vacを全波整流する整流回路11を備えている。整流回路11の出力端子11a,11b間には、第1リレー20(本発明のスイッチング素子に相当する)の接点20aと第1電磁弁30の駆動コイル(図示しない、本発明の電磁弁の駆動回路に相当する)が直列に接続されると共に、第2リレー50(本発明のスイッチング素子に相当する)の接点50aと第2電磁弁60の駆動コイル(本発明の電磁弁の駆動回路に相当する)が直列に接続されている。
そして、第1リレー20の駆動コイル20bは、一端がV5(DC5Vの電源ライン)に接続され、他端がトランジスタ21を介してGNDに接続されている。また、トランジスタ21のベースは抵抗22を介してマイコン1aの出力ポートPo1に接続されている。これにより、出力ポートPo1の出力レベルがHigh(V5レベル)であるときは、トランジスタ21がオン(導通状態)して、第1リレー20の接点20aがオン(導通状態)し、第1電磁弁30がオン状態(開弁状態)となる。
一方、マイコン1aの出力ポートPo1の出力レベルがLow(GNDレベル)であるときには、トランジスタ21がオフ(遮断状態)して、第1リレー20の接点20aがオフ(遮断状態)し、第1電磁弁30がオフ状態(閉弁状態)となる。
さらに、第1電磁弁30の駆動コイルと並列に、フォトカプラ31の発光ダイオード31aと抵抗32からなる直列回路が接続され、フォトカプラ31の受光トランジスタ31bのコレクタが抵抗33を介してV5(DC5Vの電源ライン)に接続されている。また、受光トランジスタ31bのエミッタはGNDに接続されている。
そして、受光トランジスタ31bのコレクタは、抵抗41とコンデンサ42から成る積分回路40(本発明の平滑回路に相当する)を介して、マイコン1aのAD(アナログ−デジタル変換)入力ポートAD1に接続されている。これにより、マイコン1aは、積分回路40の出力電圧Vb1をデジタル値に変換して読み込む。
第2リレー50についても、第1リレー20と同様に、駆動コイル50bの一端がV5(DC5Vの電源ライン)に接続され、他端がトランジスタ51を介してGNDに接続されている。また、トランジスタ51のベースは抵抗52を介してマイコン1aの出力ポートPo2に接続されている。これにより、出力ポートPo2の出力レベルがHigh(V5レベル)であるときは、トランジスタ51がオン(導通状態)して、第1リレー50の接点50aがオン(導通状態)し、第2電磁弁60がオン状態(開弁状態)となる。
一方、マイコン1aの出力ポートPo2の出力レベルがLow(GNDレベル)であるときには、トランジスタ51がオフして、第2リレー50の接点50aがオフ(遮断状態)し、第2電磁弁60がオフ状態(閉弁状態)となる。
さらに、第2電磁弁60の駆動コイルと並列に、フォトカプラ61の発光ダイオード61aと抵抗62から成る直列回路が接続され、フォトカプラ61の受光トランジスタ61bのコレクタが抵抗63を介してV5(DC5Vの電源ライン)に接続されている。また、受光トランジスタ61bのエミッタはGNDに接続されている。
そして、受光トランジスタ61bのコレクタは、抵抗70とコンデンサ72から成る積分回路70(本発明の平滑回路に相当する)を介して、マイコン1aのAD(アナログ−デジタル変換)入力ポートAD2に接続されている。これにより、マイコン1aは、積分回路70の出力電圧Vb2をデジタル値に変換して読み込む。なお、フォトカプラ31と抵抗62,63とにより、本発明の電流検出回路が構成されている。
次に、図2を参照して、マイコン1aによる第1リレー20の動作確認処理について説明する。
図2は、(1)交流電源10の出力電圧Vac、(2)整流回路11の出力電圧Vcm、(3)フォトカプラ31の出力電圧(受光トランジスタ31bのコレクタ電圧)Va1、及び、(4)積分回路40の出力電圧Vb1の変化を、同一の時間軸tにより表したタイミングチャートである。
フォトカプラ31は、第1リレー20がオンして、第1電磁弁30の駆動コイルに印加される整流回路11の出力電圧Vcmが、出力電圧Vcmの振幅の範囲内で設定された閾値Vt1以上であるときに、受光トランジスタ31bがオンする設定となっている。なお、整流回路11の出力電圧Vcmが閾値Vt1であるときに、第1リレー20の接点20aに流れる電流のレベルが、本発明の所定レベルに相当する。
受光トランジスタ31bがオフ状態であるときは、フォトカプラ31の出力電圧Va1がV5レベル(本発明の第2電圧に相当する)となり、受光トランジスタ31bがオン状態であるときには、フォトカプラ31の出力電圧Va1がGNDレベル(本発明の第1電圧に相当する)。
なお、受光トランジスタ31bがオフ状態であるときは、フォトカプラ31の出力電圧Va1がGNDレベル(本発明の第2電圧に相当する)となり、受光トランジスタ31bがオン状態であるときには、フォトカプラ31の出力電圧Va1がV5レベル(本発明の第1電圧に相当する)となる構成としてもよい。
ここで、図2は、マイコン1aが、t10〜t13で出力ポートPo1の出力をLow(GNDレベル、第1電磁弁30のオフ制御)とし、t13〜t16で出力ポートPo1の出力をHigh(DC5Vレベル、第1電磁弁30のオン制御)とした場合を示している。
10〜t13の期間では、第1リレー20の接点20aがオフして、フォトカプラ31の発光ダイオード31aに通電されていないため、フォトカプラ31の受光トランジスタ31bはオフ状態となっている。そのため、フォトカプラ31の出力電圧Va1はV5レベルの一定電圧となり、積分回路40の出力電圧Vb1もV5レベルとなる。
それに対して、t13で第1リレー20の接点20aがオンすると、整流回路11の出力電圧Vcmがフォトカプラ31の発光ダイオード31aと抵抗32から成る直列回路に印加されて、発光ダイオード31aに通電され、Vcmが閾値Vt1以上であるときに受光トランジスタ31bがオンする。また、Vcmが閾値Vt1よりも低いときには、受光トランジスタ31bがオフする。
そのため、t13〜t16の期間では、フォトカプラ31の出力電圧Va1は、V5−GND間でレベルが切り換わるパルス出力となる。そして、積分回路40の出力電圧Vb1は、パルス出力であるValを平滑化した略一定の電圧となる。
そこで、マイコン1aは、AD入力ポートAD1から読み込んだ積分回路40の出力電圧Vb1が第1閾値Vt2以下であるときに、第1リレー20がオン状態(第1リレー20の接点20aが導通状態)であると判断する。
この場合、第1リレー20が正常に動作して接点20aがオンしていれば、積分回路40の出力電圧Vb1は常に第1閾値Vt2以下になるので、AD入力ポートAD1からの読込タイミングに依らずに、第1リレー20の正常動作を確実に検知することができる。
また、マイコン1aは、AD入力ポートAD1から読み込んだ積分回路40の出力電圧Vb1が、第1閾値Vt2よりも高く設定された第2閾値Vt3以上であるときに、第1リレー20がオフ状態(第1リレー20の接点20aが遮断状態)であると判断する。
このように、第1リレー20のオン状態を判断するための第1閾値Vt2と、第2リレー20のオフ状態を判断するための第2閾値Vt3とに差を設けることで、フォトカプラ31や積分回路40の不良等により、積分回路40の出力電圧Vb1が第1閾値Vt2と第2閾値Vt3との間となったときに、マイコン1aは第1リレー20のオン/オフの検知が不能な状態になっていることを認識することができる。
ここで、第1閾値Vt2は、試験により測定した第1リレー20が正常に動作して接点20aがオンしているときの積分回路40の出力電圧Vb1に、ノイズや回路の個体ばらつき等による変動要素分のマージンをとって設定される。また、第2閾値Vt3も、試験により測定した第1リレー20が正常に動作して接点20aがオフしているときの積分回路40の出力電圧Vb1に、ノイズや回路の個体ばらつき等の変動要素分のマージンをとって設定される。
また、各回路が正常に動作していれば、積分回路40の出力電圧Vb1が第1閾値Vt2と第2閾値Vt3との間になることはない。そのため、積分回路40の出力電圧Vb1が第1閾値Vt2と第2閾値Vt3との間になっているときに、エラー報知をするようにしてもよい。このエラー報知により、使用者に回路の故障が生じていることを認識させて対応を促すことができる。
なお、第2リレー50についても、第1リレー20と同様にして、第2リレー50をオン制御したときに、AD入力ポートAD2から読み込んだ積分回路70の出力電圧Vb2が第1閾値Vt2以下であるか否かを判断することによって、第2リレー50がオン状態にあることを検知することができる。
[第2実施形態]
次に、図3及び図4を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
図3を参照して、第2実施形態の電磁弁制御装置は、マイクロコンピュータ1b(以下、マイコン1bという)により、第1電磁弁30と第2電磁弁60の作動(開弁、閉弁)を制御するものである。マイコン1bは、メモリに保持された電磁弁の制御用プログラムを実行することによって、本発明の制御手段として機能する。
第2実施形態の電磁弁制御装置は、交流電源10の出力電圧Vacを降圧するトランス80と、トランス80の出力電圧Veから、Vacのゼロクロス点(Vacが正から負、及び負から正に切り換わる点)を検知して、ゼロクロス検出信号Vzを出力するゼロクロス検出回路81を備えている。また、上述した第1実施形態の電磁弁制御装置に備えられていた積分回路40,70は、備えられていない。なお、他の構成については、第1実施形態の電磁弁制御装置と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。
次に、図4を参照して、マイコン1bによる第1リレー20の動作確認処理について説明する。
図4は、(1)交流電源10の出力電圧Vac、(2)整流回路11の出力電圧Vcm、(3)ゼロクロス検出回路81の出力電圧(ゼロクロス検出信号)Vz、及び、(4)フォトカプラ31の出力電圧Va1の変化を、同一の時間軸tにより表したタイミングチャートである。
図4は、マイコン1bが、t20〜t23で出力ポートPo1の出力をLow(GNDレベル、第1電磁弁30のオフ制御)とし、t23〜t27で出力ポートPo1の出力をHigh(DC5Vレベル、第1電磁弁30のオン制御)とした場合を示している。
20〜t23の期間では、第1リレー20の接点20aがオフして、フォトカプラ31の発光ダイオード31aに通電されていないため、フォトカプラ31の受光トランジスタ31bはオフ状態となっている。そのため、フォトカプラ31の出力電圧Va1はV5レベルの一定電圧となる。
それに対して、t23で第1リレー20の接点20aがオンすると、整流回路11の出力電圧Vcmがフォトカプラ31の発光ダイオード31aと抵抗32から成る直列回路に印加されて、発光ダイオード31aに通電され、Vcmが閾値Vt1以上であるときに受光トランジスタ31bがオンする。また、Vcmが閾値Vt1よりも低いときには、受光トランジスタ31bがオフする。そのため、t23〜t27の期間では、フォトカプラ31の出力電圧Va1は、V5−GND間でレベルが切り換わるパルス出力となる。
図4の(3)のゼロクロス検出信号と(4)のフォトカプラ31の出力電圧Va1との関係から明らかなように、Va1がV5レベルになるのはゼロクロス点の前後である。そこで、マイコン1bは、第1電磁弁30をオン制御しているときに、入力ポートPi3に入力されるゼロクロス検知信号Vzの立ち上がりを検知した時点(t24の付近。t26,t27でも可)から、フォトカプラ31の出力電圧Va1がGNDレベルである期間Tlに至る時間(例えば、Tlの中間点までの時間)を想定して決定された待ち時間Twが経過したt25で、入力ポートPi1からフォトカプラ31の出力Va1を読みこむ。
このように、第1リレー20がオン状態であれば、フォトカプラ31の出力ValがGNDレベルになると想定されるt25で、フォトカプラ31の出力Va1を読み込むことによって、第2リレー20の接点20aがオン状態になっていることを確実に検知することができる。
さらに、マイコン1bが出力ポートPo1の出力をLowにしているとき(第1電磁弁30のオフ制御)に、ゼロクロス点の前後で入力ポートPi1から読み込んだフォトカプラ31の出力Va1がGNDレベルであるときには、第1リレー20の接点20aがオン故障状態であると判断して、エラー報知等を行なうようにしてもよい。
なお、第2リレー50についても、第1リレー20と同様にして、第2リレー50をオン制御したときに、入力ポートPi3に入力されるゼロクロス検知信号Vzから交流電源10の出力電圧Vacのゼロクロス点を検知した時点からTwが経過した時に、入力ポートPi2からフォトカプラ61の出力電圧Va2を読み込むことによって、第2リレー50がオン状態にあることを検知することができる。
また、本実施の形態では、本発明のスイッチング素子として第1リレー20及び第2リレー50を用いたが、トランジスタやFETを用いてもよい。
1a,1b…マイクロコンピュータ、10…交流電源、11…ダイオードブリッジ、20…第1リレー、30…第1電磁弁、31…フォトカプラ、40…積分回路、50…第2リレー、60…第2電磁弁、61…フォトカプラ、70…積分回路、81…ゼロクロス検出回路。

Claims (3)

  1. 交流電源と接続され、該交流電源から入力される交流電圧を整流して、一対の出力端子から出力する整流回路と、
    前記整流回路の前記出力端子間に電磁弁の駆動回路と直列に接続されたスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子に所定レベル以上の電流が流れているときは第1電圧を出力し、前記スイッチング素子に該所定レベル以上の電流が流れていないときには、該第1電圧と異なる第2電圧を出力する電流検出回路と、
    前記電流検出回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオン状態であるかオフ状態であるかを検知する制御手段とを備えた電磁弁制御装置において、
    前記電流検出回路の出力電圧を平滑化して出力する平滑回路を備え、
    前記制御手段は、前記平滑回路の出力電圧が、前記第1電圧と前記第2電圧との間に設定された第1閾値と前記第1電圧との間のレベルであるときに、前記スイッチング素子がオン状態であると検知することを特徴とする電磁弁制御装置。
  2. 請求項1記載の電磁弁制御装置において、
    前記制御手段は、前記平滑回路の出力電圧が、前記第2電圧と前記第1閾値電圧との間に設定された第2閾値と前記第2電圧との間のレベルであるときに、前記スイッチング素子がオフ状態であると検知することを特徴とする電磁弁制御装置。
  3. 交流電源と接続され、該交流電源から入力される交流電圧を整流して、一対の出力端子から出力する整流回路と、
    前記整流回路の前記出力端子間に電磁弁の駆動回路と直列に接続されたスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子に所定レベル以上の電流が流れているときは第1電圧を出力し、前記スイッチング素子に該所定レベル以上の電流が流れていないときには、該第1電圧と異なる第2電圧を出力する電流検出回路と、
    前記電流検出回路の出力電圧に基づいて、前記スイッチング素子がオン状態であるかオフ状態であるかを検知する制御手段とを備えた電磁弁制御装置において、
    前記交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出回路を備え、
    前記制御手段は、前記ゼロクロス検出回路により、前記交流電圧のゼロクロス点が検出された時点から、前記スイッチング素子がオン状態であれば、前記整流回路の出力電圧のレベルの上昇により前記スイッチング素子に流れる電流が前記所定レベル以上となると想定される所定時間が経過した時の前記電流検出回路の出力電圧が、前記1電圧と前記第2電圧の間に設定された閾値と前記第1電圧との間のレベルであるときに、前記スイッチング素子がオン状態であると検知することを特徴とする電磁弁制御装置。
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