JP2019100964A - 産業用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】産業用制御装置における短絡検出に要する時間の長時間化、および短絡検出に伴うマイコンの空き端子数の低減を抑制する。【解決手段】産業用制御装置は、第１および第２電圧供給部、第１回路、第２回路、増幅指示回路、第１回路に組み込まれた電圧増幅器を備える。増幅指示回路は、第１回路からの入力信号と第２回路からの入力信号とを比較し、比較の結果が一致である場合には、電圧増幅器に入力される増幅前信号が電圧増幅器により増幅されると第１回路への第１入力デバイスの接続の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような増幅率を示す増幅指示信号を、電圧増幅器に出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、産業用制御装置における短絡検出に関する。

産業用制御装置は、産業用ロボットなどの産業用機械や、産業用空気調和装置などの産業用設備の制御において用いられる。産業用ロボットは、例えば、位置センサや温度センサなどの各種センサによる検出結果に応じてロボットコントローラがロボット操作用のアクチュエータを駆動させることにより制御される。このような産業用ロボットの制御に用いられる産業用制御装置は、各種センサからのアナログ信号のディジタル信号への変換、アクチュエータの動作内容の決定、ロボットコントローラへの指示信号の出力等の処理を実行する。また、産業用ロボットの動作を非常停止させるためのスイッチ装置が産業用制御装置に接続された構成においては、産業用制御装置は、かかるスイッチが操作された場合に、産業用ロボットの動作を停止させる指示信号をロボットコントローラに出力する。

複数のロボットをそれぞれ非常停止させるために、或いは、フェイルセーフのための冗長系を確保するために、複数のスイッチ装置が産業用制御装置に接続された構成が採用される場合がある。かかる構成では、スイッチ装置の操作の有無を判断するマイコンに対して、複数のスイッチ装置がそれぞれ異なる回路を介して接続される。しかし、かかる構成では、複数の回路間で短絡が発生した場合、スイッチ装置の操作が誤検出されるおそれがある。引用文献１には、２つの回路間の短絡を検出する方法として、各回路に対して互いに時間をずらして周期的にテスト用信号を供給し、回路を介して受信するテスト用信号に基づき、短絡を検出している。

特開２０１５−１７９０２５号公報

しかし、引用文献１の方法では、各回路に対して互いに時間をずらして周期的にテスト用信号を供給しているため、或る回路で短絡が生じてもかかる回路にテスト用信号が供給される予定時刻を経過しないと短絡を検出できず、短絡検出に要する時間が長くなるという問題がある。また、引用文献１の方法では、テスト用信号の出力および入力のためにそれぞれマイコンの端子を使用するため、マイコンにおける空端子の数が減るという問題もある。

上述の問題は、非常停止用のスイッチ装置に限らず、産業用制御装置に何等かの入力を行う任意の入力装置が接続される場合にも、かかる入力装置を接続するための回路の短絡検出において起こり得る。また、産業用ロボットを制御するために用いられる産業用制御装置のみならず、ＡＤ変換装置を含み任意の産業用設備や産業用機械を制御するために用いられる産業用制御装置において起こり得る。そこで、産業用制御装置において、短絡検出に要する時間の長時間化を抑制し、また、短絡検出に伴うマイコンの空き端子数の低減を抑制することが可能な技術が望まれている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば産業用制御装置が提供される。この産業用制御装置は、マイコンと；第１電圧の信号を出力する第１電圧供給部と；前記第１電圧とは異なる第２電圧の信号を出力する第２電圧供給部と；第１接続端子を有し、前記第１接続端子に第１入力デバイスが接続されることにより、前記第１電圧供給部と前記マイコンとを導通させる第１回路と；第２接続端子を有し、前記第２接続端子に第２入力デバイスが接続されることにより、前記第２電圧供給部と前記マイコンとを導通させる第２回路と；前記第１回路と前記第２回路とにそれぞれ電気的に接続され、前記第１回路からの入力信号と前記第２回路からの入力信号とを比較して、該比較の結果に応じた増幅率を示す増幅指示信号を出力する増幅指示回路と；前記第１回路に組み込まれ、前記増幅指示回路と電気的に接続され、前記増幅指示信号を入力すると、前記第１接続端子を介して前記第１電圧供給部から自身に入力される増幅前信号を、前記増幅指示信号が示す増幅率で増幅して前記マイコンに出力する電圧増幅器と；を備え；前記マイコンは、前記電圧増幅器から入力される信号の電圧値に応じて、前記第１入力デバイスの接続の有無と、前記第１回路と前記第２回路との短絡の発生と、を特定する動作特定部を有し；前記増幅指示回路は、前記増幅前信号が増幅された場合に前記第１入力デバイスの接続の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような前記増幅率を示す前記増幅指示信号を、前記比較の結果が一致である場合に前記電圧増幅器に出力する。

この形態の産業用制御装置によれば、増幅前信号が増幅された場合に第１入力デバイスの接続の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような増幅率を示す増幅指示信号を、比較の結果が一致である場合に電圧増幅器に出力するので、マイコンの動作特定部は、電圧増幅器から入力される信号を受信した後、短時間で短絡を検出できる。このため、第１回路と第２回路とにそれぞれ互いに時間をずらして周期的にテスト用信号を供給してかかる信号の受信に基づき短絡発生を検出する構成に比べて、短絡検出に要する時間の長時間化を抑制できる。また、マイコンの動作特定部は、電圧増幅器から入力される信号の電圧値に応じて、第１入力デバイスの接続の有無と、第１回路と第２回路との短絡の発生と、を特定し、且つ、電圧増幅器は、短絡が生じた場合に、増幅指示回路からの増幅指示信号に基づき増幅前信号を、第１入力デバイスの接続の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値に増幅してマイコンに出力するので、第１入力デバイスの接続の有無を特定するための信号と、第１回路と第２回路との短絡の発生を特定するための信号とを単一の端子で入力できる。このため、短絡検出に伴うマイコンの空き端子数の低減を抑制できる。加えて、短絡が生じた場合には、第１回路の入力信号と第２回路の入力信号とは一致するため、増幅指示回路における比較結果が一致である場合に、第１入力デバイスの接続の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような増幅率で増幅前信号を増幅することで、マイコンの動作特定部において短絡を精度良く特定でき、短絡の誤検出を抑制できる。加えて、第１入力デバイスの接続の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような増幅率で増幅前信号を増幅するので、増幅後の信号が第１入力デバイスの接続の有無を示す信号であるか或いは短絡の発生を示す信号であるかを精度良く特定でき、短絡の誤検出を抑制できる。

（２）上記形態の産業用制御装置において、前記比較の結果が一致である場合の前記増幅率は、該増幅率で前記増幅前信号が増幅された場合に前記マイコンに入力される信号の電圧値が、前記比較の結果が不一致である場合の前記増幅率で前記増幅前信号を増幅した信号に対してノイズが混入した場合の電圧値範囲から外れた値となる増幅率であってもよい。この形態の産業用制御装置によれば、増幅指示回路における比較の結果が一致である場合、すなわち、第１回路と第２回路との短絡が生じた場合の増幅率は、増幅前信号が増幅された場合にマイコンに入力される信号の電圧値が、比較の結果が不一致である場合（すなわち、第１回路と第２回路との短絡が生じていない場合）の増幅率で増幅前信号を増幅した信号に対してノイズが混入した場合の電圧値範囲から外れた値となる増幅率であるので、短絡が生じていない場合にノイズが混入しても短絡の発生を誤って検出することを抑制できる。

（３）上記形態の産業用制御装置において、センサと；前記センサから出力される信号を入力して変換する入力モジュールと；前記入力モジュールにより変換された信号に応じた指示信号を生成するプログラマブルロジックコントローラと；前記プログラマブルロジックコントローラで生成された前記指示信号を、ロボットを制御するロボットコントローラに出力する出力モジュールと；を更に備え；前記第１入力デバイスと前記第２入力デバイスは、いずれも前記ロボットの動作を停止させるためのスイッチ装置であり；前記第１入力デバイスの接続の有無とは、前記スイッチ装置の操作の有無であってもよい。この形態の産業用制御装置によれば、センサから出力される信号に応じてロボットを制御する構成に用いられる産業用制御装置において、短絡検出に要する時間の長時間化、および短絡検出に伴うマイコンの空き端子数の低減を抑制できる。

本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、産業用制御装置に用いられる入力モジュールまたは出力モジュール、プログラマブルロジックコントローラ、ロボットコントローラ、産業用制御装置における短絡検出方法等の形態で実現できる。

本発明の一実施形態としての産業用制御装置を適用したロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す入力モジュールの詳細構成を示すブロック図である。 短絡発生時の入力モジュールの詳細構成の一例を示すブロック図である。 平常時、すなわち、短絡が発生していない時のマイコンにおけるＡ／Ｄ変換後の信号の電圧値を示す説明図である。 短絡が発生した場合のマイコンにおけるＡ／Ｄ変換後の信号の電圧値を示す説明図である。 短絡が発生した場合のマイコンにおけるＡ／Ｄ変換後の信号の電圧値を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．全体装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としての産業用制御装置３０を適用したロボット制御システム１０の概略構成を示すブロック図である。ロボット制御システム１０は、産業用ロボット６０（以下、単に「ロボット６０」と呼ぶ）を制御するためのシステムであり、後述するセンサ２１での検出値に応じてロボット６０を制御する。なお、本実施形態において、ロボット６０は、２つのロボットからなる。ロボット制御システム１０は、センサ２１および産業用制御装置３０に加えて、非常停止スイッチ２２と、ロボットコントローラ４０と、アクチュエータ５０とを備える。

センサ２１は、ロボット６０の動作制御に関わるパラメータの値を検知し、アナログ信号として出力する。ロボットの動作制御に関わるパラメータとしては、例えば、ロボット６０が多関節型の産業用ロボットである場合には、アームや手首の位置や角度などが該当する。また、例えば、ロボット６０の動作する環境の温度であったり、ロボット６０が移動する場合には、かかる移動距離であったり、ロボット６０による処理対象のワークを搬送する搬送路が設けられている場合には、かかる搬送路における所定位置の重量であったり、ロボット６０により流体流量の調整用の弁が制御される場合には、かかる流体流量であったりしてもよい。

非常停止スイッチ２２は、ロボット６０の動作を非常停止させるためのスイッチである。本実施形態では、非常停止スイッチ２２は、ユーザが操作可能な押ボタンタイプのスイッチ装置である。後述するように、非常停止スイッチ２２は、互い異なる回路（後述の第１回路Ｃ１および第２回路Ｃ２）に接続された２つのスイッチ装置（後述の第１スイッチ装置２２ａおよび第２スイッチ装置２２ｂ）を有する。これらの２つのスイッチ装置は、ロボット６０を構成する２つのロボットの動作をそれぞれ非常停止させるためのスイッチである。ユーザは、非常停止スイッチ２２を押下することにより、産業用ロボット６０の動作を停止させることができる。

産業用制御装置３０は、センサ２１と非常停止スイッチ２２とロボットコントローラ４０とに電気的に接続されている。産業用制御装置３０は、センサ２１から出力されるアナログ信号を入力し、ディジタル信号にＡＤ変換してロボットコントローラ４０に出力する。また、産業用制御装置３０は、非常停止スイッチ２２の動作を特定する機能と、非常停止スイッチ２２を接続する２つの回路間の短絡の発生を特定する機能（以下、「短絡検出機能」と呼ぶ）とを有する。産業用制御装置３０は、入力モジュール１００と、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）２００と、出力モジュール３００とを備える。本実施形態において、入力モジュール１００とプログラマブルロジックコントローラ２００とは、所定のネットワークにより互いに通信可能に構成されている。同様に、プログラマブルロジックコントローラ２００と出力モジュール３００とは、所定のネットワークにより互いに通信可能に構成されている。かかる所定のネットワークとしては、例えば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．３規格群で規定される各種有線ＬＡＮ（Local Area Network）や、ＩＥＥＥ８０２．１１規格群で規定される各種無線ＬＡＮを用いてもよい。また、ＬＡＮに限らず、ＷＡＮ（Wide Area Network）を用いてもよい。ＷＡＮとしては、例えば、３Ｇ／ＨＳＰＡに準拠した移動体通信、次世代モバイルＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ｍ）、次世代ＰＨＳ（ＸＧＰ：eXtended Global Platform）といった将来的に利用可能となる移動体通信の他、広域イーサネット（イーサネットは登録商標）、フレームリレーネットワーク、ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）ネットワークを用いてもよい。また、短距離無線通信ネットワークを用いてもよい。短距離無線通信ネットワークとしては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、ＩｒＤＡを用いたネットワークを用いてもよい。

入力モジュール１００は、センサ２１から出力されるアナログ信号を入力してＡＤ変換し、ディジタル信号（以下、「変換後ディジタル信号」とも呼ぶ）を出力する。また、入力モジュール１００は、非常停止スイッチ２２の操作状態、すなわち、非常停止スイッチが押されたか否かを検出して検出結果を出力する。また、入力モジュール１００は、上述の短絡検出機能を有し、短絡が検出された場合には検出結果を出力する。入力モジュール１００の詳細構成については、後述する。

プログラマブルロジックコントローラ２００は、入力モジュール１００から出力される変換後ディジタル信号に基づき、出力モジュール３００に指示信号を生成して出力する。指示信号とは、ロボット６０の動作の制御内容を指示する信号を意味する。また、プログラマブルロジックコントローラ２００は、入力モジュール１００から非常停止スイッチ２２の操作状態として押された状態であることを入力した場合には、ロボット６０の動作停止を指示する指示信号を出力モジュール３００に出力する。また、プログラマブルロジックコントローラ２００は、入力モジュール１００から短絡を検出したとの検出結果を入力した場合にも、ロボット６０の動作停止を指示する指示信号を出力モジュール３００に出力する。

出力モジュール３００は、プログラマブルロジックコントローラ２００から出力された指示信号を、ロボットコントローラ４０に出力する。

ロボットコントローラ４０は、産業用制御装置３０（出力モジュール３００）から出力される指示信号に応じて、アクチュエータ５０を制御する。アクチュエータ５０は、ロボット６０の動作を実現する。例えば、ロボット６０が交流モータを有する構成においては、アクチュエータ５０は、かかる交流モータに電力を供給するインバータ回路として構成される。この構成においては、ロボットコントローラ４０は、インバータ回路が有するスイッチング素子を駆動するための信号を出力する機能を有する。ロボットコントローラ４０は、例えば、マイコンによって構成してもよい。

Ａ−２．産業用制御装置の詳細構成：
図２は、図１に示す入力モジュール１００の詳細構成を示すブロック図である。入力モジュール１００には、非常停止スイッチ２２として、第１スイッチ装置２２ａと第２スイッチ装置２２ｂとが接続されている。入力モジュール１００は、第１電圧供給部１９１と、第２電圧供給部１９２と、第１回路Ｃ１と、第２回路Ｃ２と、増幅指示回路１４０と、マイコン１１０とを備える。

第１電圧供給部１９１は、いわゆる電源部であり、予め定められた電圧Ｖ１を供給する。換言すると、第１電圧供給部１９１は、第１電圧Ｖ１の直流信号を出力する。同様に、第２電圧供給部１９２もいわゆる電源部であり、予め定められた電圧Ｖ２を供給する。換言すると、第２電圧供給部１９２は、第２電圧Ｖ２の直流信号を出力する。ここで、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２とは互いに異なる。本実施形態において、第１電圧Ｖ１は、第２電圧Ｖ２よりも大きい。例えば、電圧Ｖ１として２４Ｖとし、電圧Ｖ２として１５Ｖとしてもよい。なお、これとは反対に、第１電圧Ｖ１は第２電圧Ｖ２よりも小さくてもよい。

第１回路Ｃ１は、２つの接続端子１５１ａ、１５１ｂと、第１入力回路１２１と、電圧増幅器１３０とを備える。

２つの接続端子１５１ａ、１５１ｂには、第１スイッチ装置２２ａが接続されている。また、接続端子１５１ａには、第１電圧供給部１９１が接続されている。また、接続端子１５１ｂには、配線１８１が接続されている。第１スイッチ装置２２ａが押下されていない場合、第１電圧供給部１９１と配線１８１とは、第１スイッチ装置２２ａおよび２つの接続端子１５１ａ、１５１ｂを介して導通している。これに対して、第１スイッチ装置２２ａが押下された場合、接続端子１５１ａと接続端子１５１ｂとは電気的に絶縁され、第１電圧供給部１９１と配線１８１とは電気的に絶縁される。２つの接続端子１５１ａ、１５１ｂは、課題を解決するための手段における第１接続端子の下位概念に相当する。また、第１スイッチ装置２２ａは、課題を解決するための手段欄における第１入力デバイスの下位概念に相当する。

第１入力回路１２１は、配線１８１と電圧増幅器１３０とに接続されており、配線１８１から入力される信号の電圧値を、マイコン１１０の入力に適した値に変換して出力する。例えば、第１スイッチ装置２２ａが押下されていない場合には、配線１８１から２４Ｖの信号が入力される。第１入力回路１２１は、かかる２４Ｖを３．３Ｖに変換して出力する。

電圧増幅器１３０は、第１入力回路１２１と、マイコン１１０の端子１１１とに接続されている。電圧増幅器１３０は、第１入力回路１２１から入力する信号（以下、「増幅前信号」と呼ぶ）を増幅してマイコン１１０に出力する。電圧増幅器１３０は、増幅指示回路１４０と電気的に接続されている。電圧増幅器１３０は、増幅指示回路１４０から後述の増幅指示信号Ｓｍを受信し、増幅指示信号Ｓｍの示す増幅率で増幅前信号を増幅する。

第２回路Ｃ２は、２つの接続端子１５２ａ、１５２ｂと、第２入力回路１２２とを備える。

２つの接続端子１５２ａ、１５２ｂには、第２スイッチ装置２２ｂが接続されている。また、接続端子１５２ａには、第２電圧供給部１９２が接続されている。また、接続端子１５２ｂには、配線１８２が接続されている。第２スイッチ装置２２ｂが押下されていない場合、第２電圧供給部１９２と配線１８２とは、第２スイッチ装置２２ｂおよび２つの接続端子１５２ａ、１５２ｂを介して導通している。これに対して、第２スイッチ装置２２ｂが押下された場合、接続端子１５２ａと接続端子１５２ｂとは電気的に絶縁され、第２電圧供給部１９２と配線１８２とは電気的に絶縁される。２つの接続端子１５２ａ、１５２ｂは、課題を解決するための手段における第２接続端子の下位概念に相当する。また、第２スイッチ装置２２ｂは、課題を解決するための手段欄における第２入力デバイスの下位概念に相当する。

第２入力回路１２２は、第１入力回路１２１と同様な構成および機能を有する。具体的には、第２入力回路１２２は、配線１８２とマイコン１１０の端子１１２とに接続されており、配線１８２から入力される信号の電圧値を、マイコン１１０の入力に適した値に変換して出力する。例えば、第２スイッチ装置２２ｂが押下されていない場合には、配線１８２から１５Ｖの信号が入力される。第２入力回路１２２は、かかる１５Ｖを３．３Ｖに変換して出力する。

増幅指示回路１４０は、配線１８１と配線１８２とにそれぞれ接続されており、配線１８１からの入力信号（換言すると、第１回路Ｃ１からの入力信号）と、配線１８２からの入力信号（換言すると第２回路Ｃ２からの入力信号）とを比較して、比較結果に応じた増幅率を示す信号Ｓｍ（以下、「増幅指示信号Ｓｍ」と呼ぶ）を出力する。増幅指示回路１４０と電圧増幅器１３０とは電気的に接続されており、増幅指示信号は、電圧増幅器１３０に入力される。

上述のように、第１電圧供給部１９１の出力する信号の第１電圧Ｖ１と、第２電圧供給部１９２の出力する信号の第２電圧Ｖ２とは互いに異なる。したがって、短絡が生じていない場合には、配線１８１から増幅指示回路１４０への入力信号と、配線１８２から増幅指示回路１４０への入力信号とは、互いに異なる。これに対して、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２とが短絡した場合には、配線１８１から増幅指示回路１４０への入力信号と、配線１８２から増幅指示回路１４０への入力信号とは、互いに一致する。後述するように、本実施形態では、短絡発生時には、配線１８２から増幅指示回路１４０への入力信号の電圧は、より高い電圧の電圧Ｖ１に引っ張られて電圧Ｖ１となる。なお、回路構成によっては、配線１８２から増幅指示回路１４０への入力信号の電圧は電圧Ｖ２のまま、配線１８１から増幅指示回路１４０への入力信号の電圧がより低い電圧Ｖ２に引っ張られて電圧Ｖ２に変化する場合もある。増幅指示回路１４０は、上述の比較結果が一致しない場合と一致する場合とで異なる増幅率を示す増幅指示信号Ｓｍを出力する。具体的には、比較結果が一致しない場合、増幅率として０．３倍を示す増幅指示信号Ｓｍを出力し、一致する場合、０．９倍を示す増幅指示信号Ｓｍを出力する。したがって、例えば、第１スイッチ装置２２ａおよび第２スイッチ装置２２ｂのいずれも押下されておらず、且つ、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２との短絡が発生していない場合、比較結果は一致しないため、電圧増幅器１３０には増幅率として０．３倍を示す増幅指示信号Ｓｍが入力される。このため、電圧増幅器１３０は、第１入力回路１２１から入力する３．３Ｖを０．３倍に増幅し、およそ３Ｖ（図２に示す第３電圧Ｖ３）の信号をマイコン１１０に出力することとなる。なお、このとき、第２回路Ｃ２（第２入力回路１２２）からマイコン１１０へは、３．３Ｖ（図２に示す第４電圧Ｖ４）の信号が出力される。

図３は、短絡発生時の入力モジュール１００の詳細構成の一例を示すブロック図である。図３では、第１回路Ｃ１の接続端子１５１ｂと、第２回路Ｃ２の接続端子１５２ｂとが電気的に接続されてしまい、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２とが短絡している。

この例では、配線１８２には、接続端子１５１ｂおよび接続端子１５２ｂを介して第１電圧供給部１９１から供給される第１電圧Ｖ１の信号が供給される。したがって、増幅指示回路１４０における比較結果は「一致する」となる。このため、増幅指示回路１４０は、０．９倍の増幅率を示す増幅指示信号Ｓｍを電圧増幅器１３０に出力し、電圧増幅器１３０は、第１入力回路１２１から入力する３．３Ｖの信号を、３Ｖ（図３に示す第５電圧Ｖ５）に増幅してマイコン１１０に出力することとなる。なお、図３の例では、第２入力回路１２２は、図２と同様に第４電圧（３．３Ｖ）の信号をマイコン１１０に出力している。

図２および図３に示すように、マイコン１１０は、動作特定部１０１を備える。動作特定部１０１は、非常停止スイッチ２２の操作状態、および第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２との短絡の発生を特定する。図示は省略されているが、マイコン１１０は、端子１１１、１１２から入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するいわゆるＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ部を備えている。動作特定部１０１は、端子１１１および端子１１２から入力され、Ａ／Ｄ変換された後の信号の電圧値に基づき、非常停止スイッチ２２の操作状態を特定する。また、動作特定部１０１は、端子１１１から入力され、Ａ／Ｄ変換された後の信号の電圧値に基づき、短絡の発生を特定する。動作特定部１０１は、所定の周期、例えば、数マイクロ秒毎に、非常停止スイッチ２２の操作状態および短絡の発生を特定する。以下、動作特定部１０１における操作状態および短絡発生の特定の詳細処理を説明する。

Ａ−３．操作状態および短絡の発生の特定：
図４は、平常時、すなわち、短絡が発生していない時のマイコン１１０におけるＡ／Ｄ変換後の信号の電圧値を示す説明図である。図４において、横軸は時刻を示し、縦軸は電圧値を示す。

マイコン１１０には、動作特定部１０１における操作状態および短絡発生を特定するために、予め複数の閾値電圧が設定されている。具体的には、第１閾値電圧Ｖｔｈ１と、第２閾値電圧Ｖｔｈ２と、第３閾値電圧Ｖｔｈ３と、第４閾値電圧Ｖｔｈ４とが設定されている。

第１閾値電圧Ｖｔｈ１は、第１回路Ｃ１または第２回路Ｃ２がオフ、すなわち、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下され（オンされ）、第１電圧供給部１９１と配線１８１との間が遮断された状態、または、第２電圧供給部１９２と配線１８２との間が遮断された状態を判定するために用いられる。本実施形態では、第１閾値電圧Ｖｔｈ１は、０．５Ｖに設定されている。動作特定部１０１は、端子１１１または端子１１２から入力された信号が０Ｖ以上０．５Ｖ以下の電圧範囲内である場合に、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されたことを特定する。

第２閾値電圧Ｖｔｈ２と第３閾値電圧Ｖｔｈ３とは、第１回路Ｃ１または第２回路Ｃ２がオン、すなわち、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されていない（オフされている）状態であり、且つ、短絡が発生していない状態であることを特定するために用いられる。本実施形態では、第２閾値電圧Ｖｔｈ２は０．８Ｖに、第３閾値電圧Ｖｔｈ３は１．２Ｖに、それぞれ設定されている。動作特定部１０１は、端子１１１または端子１１２から入力された信号が０．８Ｖ以上１．２Ｖ以下の電圧範囲内である場合に、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されておらず、且つ、短絡が発生していない状態であることを特定する。なお、第２閾値電圧Ｖｔｈ２と第１閾値電圧Ｖｔｈ１との間の電圧差は、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下された際と押下状態から戻る際の過渡期における電圧の変動により、動作特定部１０１における操作状態の特定結果が短時間の間で変動することを避けるために設けられている。

第４閾値電圧Ｖｔｈ４は、短絡が発生したことを特定するために用いられる。本実施形態では、第４閾値電圧Ｖｔｈ４は、２．５Ｖに設定されている。動作特定部１０１は、端子１１１から入力された信号が２．５Ｖ以上の電圧範囲内である場合に、短絡が発生したことを特定する。

上述のように、第１回路Ｃ１または第２回路Ｃ２がオン、すなわち、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されていない（オフされている）状態であり、且つ、短絡が発生していない状態である場合、端子１１１に入力される信号の電圧値は、第３電圧Ｖ３（および１Ｖ）となる。このため、図４に示すように、端子１１１に入力される信号の電圧値は、第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上第３閾値電圧Ｖｔｈ３以下の電圧範囲内となり、動作特定部１０１は、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されていない状態であり、且つ、短絡が発生していない状態であると特定する。

なお、図示は省略されているが、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下された場合には、端子１１１または端子１１２に入力される信号の電圧値は０Ｖとなる。このため、かかる信号の電圧値は、０Ｖ以上第１閾値電圧Ｖｔｈ１以下の電圧範囲内となり、動作特定部１０１は、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下された状態であることを特定する。

図５は、短絡が発生した場合のマイコン１１０におけるＡ／Ｄ変換後の信号の電圧値を示す説明図である。図５において、横軸は時刻を示し、縦軸は電圧値を示す。

図５の例では、時刻ｔ１において、図３に示す短絡が発生している。この場合、時刻ｔ１よりも前における端子１１１に入力される信号の電圧値は、図４に示す電圧値と同じ第３電圧Ｖ３である。したがって、時刻ｔ１より前において、動作特定部１０１は、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されていない状態であり、且つ、短絡が発生していない状態であると特定する。

時刻ｔ１において短絡が発生すると、上述のように、端子１１１に入力される信号の電圧値は、３Ｖとなる。このため、図５に示すように、端子１１１に入力される信号の電圧値は、第４閾値電圧Ｖｔｈ４以上の電圧範囲内となる。そして、非常停止スイッチ２２の操作状態および短絡の発生を特定する次のタイミングが時刻ｔ２に訪れると、動作特定部１０１は、短絡の発生を特定することとなる。上述のように、動作特定部１０１が非常停止スイッチ２２の操作状態および短絡の発生を特定する周期は、数マイクロ秒と非常に短いため、動作特定部１０１は、短絡の発生を非常に短時間で検出することができる。

ここで、短絡の発生を特定するために用いられる第４閾値電圧Ｖｔｈ４と、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されておらず、且つ、短絡が発生していない状態であることを特定するために用いられる閾値のうちの上限の第３閾値電圧Ｖｔｈ３との間に電圧差は、第１回路Ｃ１または第２回路Ｃ２に混入したノイズを検出するために用いられる。具体的には、動作特定部１０１は、端子１１１または端子１１２から入力される信号の電圧値が第３閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きく且つ第４閾値電圧Ｖｔｈ４よりも低い電圧範囲内である場合には、かかる電圧値を無視する。より具体的には、かかる電圧値に基づく非常停止スイッチ２２の操作状況および短絡発生の特定を行わない。

図６は、短絡が発生した場合のマイコン１１０におけるＡ／Ｄ変換後の信号の電圧値を示す説明図である。図６において、横軸は時刻を示し、縦軸は電圧値を示す。図６では、図５に示す状況において、第１回路Ｃ１にノイズが混入した場合の電圧値の変化を示している。

図６の例では、平常時に第１回路Ｃ１にノイズが混入し、時刻ｔ１よりも前において、端子１１１に入力される信号にノイズＮ１が生じている。また、短絡が発生した状態においても、第１回路Ｃ１にノイズが混入し、時刻ｔ２よりも後において、端子１１１に入力される信号にノイズＮ２が生じている。

図６に示すように、ノイズＮ１が生じた場合の電圧値は、第３閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きく且つ第４閾値電圧Ｖｔｈ４よりも小さな電圧範囲内となる。したがって、この場合であっても、動作特定部１０１は、かかるノイズＮ１の電圧値に基づく非常停止スイッチ２２の操作状況および短絡発生の特定を行わない。このため、その前のタイミングで特定された結果が維持され、動作特定部１０１は、第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂが押下されていない状態であり、且つ、短絡が発生していない状態であると正しく特定できる。

同様に、ノイズＮ２が生じたことにより端子１１１から入力される信号は、第４閾値電圧Ｖｔｈ４よりも小さくなる。しかしかかる電圧値は、第３閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きい。このため、動作特定部１０１は、かかるノイズＮ２の電圧値に基づく非常停止スイッチ２２の操作状況および短絡発生の特定を行わない。したがって、その前のタイミングで特定された結果が維持され、動作特定部１０１は、短絡が発生したことを正しく特定できる。

上述のように、本実施形態の産業用制御装置３０では、ノイズが混入した場合であっても、非常停止スイッチ２２の操作状況および短絡発生を精度良く特定できるように第４閾値電圧Ｖｔｈ４と、電圧増幅器１３０における増幅率とが予め設定されている。具体的には、平常時において第１回路Ｃ１にノイズが混入した場合の端子１１１における入力信号の電圧値を予め実験等により求め、かかる電圧値よりも高い値に第４閾値電圧Ｖｔｈ４が設定されている。また、短絡発生時には、かかる第４閾値電圧Ｖｔｈ４を超えるような電圧値となり、且つ、ノイズが混入した場合に端子１１１への入力信号の電圧値が第３閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きな電圧値となるように、電圧増幅器１３０における増幅率が設定されている。

以上説明した実施形態の産業用制御装置３０によれば、増幅前信号が増幅された場合に非常停止スイッチ２２（第１スイッチ装置２２ａまたは第２スイッチ装置２２ｂ）の押下の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような増幅率を示す増幅指示信号を、増幅指示回路１４０における比較の結果が一致である場合に電圧増幅器１３０に出力するので、マイコン１１０の動作特定部１０１は、電圧増幅器１３０から入力される信号を受信した後、短時間で短絡を検出できる。このため、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２とにそれぞれ互いに時間をずらして周期的にテスト用信号を供給してかかる信号の受信に基づき短絡発生を検出する構成に比べて、短絡検出に要する時間の長時間化を抑制できる。また、マイコン１１０の動作特定部１０１は、電圧増幅器１３０から入力される信号の電圧値に応じて非常停止スイッチ２２の操作状況および短絡発生を特定し、且つ、電圧増幅器１３０は、短絡が生じた場合に、増幅指示信号Ｓｍに基づき、増幅前信号を、非常停止スイッチ２２の操作状況を特定するための電圧範囲から外れた電圧値に増幅してマイコン１１０に出力するので、非常停止スイッチ２２の操作状況を特定するための信号と、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２との短絡の発生を特定するための信号とを単一の端子１１１で入力できる。このため、短絡検出に伴うマイコン１１０の空き端子数の低減を抑制できる。加えて、短絡が生じた場合には、第１回路Ｃ１の入力信号と第２回路Ｃ２の入力信号とは一致するため、増幅指示回路１４０における比較結果が一致である場合に、非常停止スイッチ２２の操作状況を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような増幅率で増幅前信号を増幅することで、マイコン１１０の動作特定部１０１において短絡を精度良く特定でき、短絡の誤検出を抑制できる。加えて、非常停止スイッチ２２の操作状況を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような増幅率で増幅前信号を増幅するので、増幅後の信号が非常停止スイッチ２２の操作状況を示す信号であるか或いは短絡の発生を示す信号であるかを精度良く特定でき、短絡の誤検出を抑制できる。

また、増幅指示回路１４０における比較の結果が一致である場合、すなわち、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２との短絡が生じた場合の増幅率は、増幅前信号が増幅された場合にマイコン１１０の端子１１１に入力される信号の電圧値が、比較の結果が不一致である場合（すなわち、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２との短絡が生じていない場合）の増幅率で増幅前信号を増幅した信号に対してノイズが混入した場合の電圧範囲（第３閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きく且つ第４閾値電圧Ｖｔｈ４よりも小さい電圧範囲）から外れた値となる増幅率であるので、短絡が生じていない場合にノイズが混入しても短絡の発生を誤って検出することを抑制できる。

Ｂ．他の実施形態：
Ｂ−１．他の実施形態１：
上記実施形態において、プログラマブルロジックコントローラ２００は、入力モジュール１００から短絡を検出したとの検出結果を入力した場合には、ロボット６０の動作停止を指示する指示信号を出力モジュール３００に出力していたが、本発明は、これに限定されない。例えば、かかる指示信号の出力に代えて、または、かかる指示信号の出力に加えて、図示しないモニタ装置に、短絡が発生した旨を示すメッセージ等を表示させる指示信号を出力してもよい。また、例えば、図示しないスピーカーから短絡が発生した旨を示す音声を出力させるように、図示しない音声出力部に対して指示信号を出力してもよい。また、例えば、管理者のメールアドレス宛に短絡が発生した旨を示す電子メールを送信してもよい。

Ｂ−２．他の実施形態２：
上記実施形態において、第１入力回路１２１および第２入力回路１２２を省略してもよい。かかる構成では、第１電圧供給部１９１および第２電圧供給部１９２は、互いに異なる電圧であって、マイコン１１０に適用可能な電圧を供給する。

Ｂ−３．他の実施形態３：
上記実施形態では、非常停止スイッチ２２に接続される回路は、第１回路Ｃ１および第２回路Ｃ２の２つの回路であったが、任意数の複数の回路であってもよい。例えば、ロボット６０が３つのロボットからなり、非常停止スイッチ２２が、各ロボットに対応する３つのスイッチ装置を有する構成においては、各スイッチ装置に接続される３つの回路、例えば、上記第１回路Ｃ１および第２回路Ｃ２に加えて、第３回路を産業用制御装置３０（入力モジュール１００）が備える構成であってもよい。かかる構成においては、第２回路Ｃ２は、第１回路Ｃ１と同様に、電圧増幅器を備える。また、かかる構成においては、入力モジュールは、第２回路Ｃ２からの入力信号と、第３回路からの入力信号とを比較して、増幅指示信号を出力する増幅指示回路を備える。

Ｂ−４．他の実施形態４：
上記実施形態では、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２との短絡が生じた場合の電圧増幅器１３０における増幅率は、マイコン１１０の端子１１１に入力される信号の電圧値が、短絡が生じていない場合の増幅率で増幅前信号を増幅した信号に対してノイズが混入した場合の電圧範囲（第３閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きく且つ第４閾値電圧Ｖｔｈ４よりも小さい電圧範囲）から外れた値となるような増幅率であったが、本発明はこれに限定されない。増幅後の信号の電圧値が、かかる電圧範囲（第３閾値電圧Ｖｔｈ３よりも大きく且つ第４閾値電圧Ｖｔｈ４よりも小さい電圧範囲）内となるような増幅率であってもよい。かかる増幅率であっても、ノイズが混入しない場合には、非常停止スイッチ２２の操作状況および短絡発生を精度良く特定できる。

Ｂ−５．他の実施形態５：
各実施形態では、短絡検出機能は、入力モジュール１００が有していたが、プログラマブルロジックコントローラ２００や出力モジュール３００が備える構成としてもよい。また、第１回路Ｃ１および第２回路Ｃ２には、非常停止スイッチ２２が接続されていたが、非常停止スイッチ２２に代えてセンサが接続されてもよい。かかる構成においては、動作特定部１０１は、第１回路Ｃ１および第２回路Ｃ２からの入力信号に基づき、各回路Ｃ１、Ｃ２にセンサが接続されているか否かを特定すると共に、第１回路Ｃ１と第２回路Ｃ２との短絡の発生を特定できる。なお、かかる構成において、各回路Ｃ１、Ｃ２に接続されるセンサは、課題を解決するための手段における第１デバイスおよび第２デバイスの下位概念に相当する。なお、非常停止スイッチ２２やセンサに限らず、産業用制御装置３０に何らかの信号を入力するための任意の入力デバイスを、第１回路Ｃ１および第２回路Ｃ２に接続してもよい。また、産業用制御装置３０は、ロボット６０（産業用ロボット６０）を制御するためのロボット制御システム１０に限らず、任意の産業用設備や産業用機械を制御するために用いられてもよい。

Ｂ−６．他の実施形態６：
上記実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、動作特定部１０１を、集積回路、ディスクリート回路、またはそれらの回路を組み合わせたモジュールにより実現してもよい。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピューター読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピューター内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピューターに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ロボット制御システム
２１…センサ
２２…非常停止スイッチ
２２ａ…第１スイッチ装置
２２ｂ…第２スイッチ装置
３０…産業用制御装置
４０…ロボットコントローラ
５０…アクチュエータ
６０…産業用ロボット（ロボット）
１００…入力モジュール
１０１…動作特定部
１１０…マイコン
１１１…端子
１１２…端子
１２１…第１入力回路
１２２…第２入力回路
１３０…電圧増幅器
１４０…増幅指示回路
１５１ａ…接続端子
１５１ｂ…接続端子
１５２ａ…接続端子
１５２ｂ…接続端子
１８１…配線
１８２…配線
１９１…第１電圧供給部
１９２…第２電圧供給部
２００…プログラマブルロジックコントローラ
３００…出力モジュール
Ｃ１…第１回路
Ｃ２…第２回路
Ｎ１…ノイズ
Ｎ２…ノイズ
Ｓｍ…増幅指示信号
Ｖ１…第１電圧
Ｖ２…第２電圧
Ｖ３…第３電圧
Ｖ４…第４電圧
Ｖ５…第５電圧
Ｖｔｈ１…第１閾値電圧
Ｖｔｈ２…第２閾値電圧
Ｖｔｈ３…第３閾値電圧
Ｖｔｈ４…第４閾値電圧
ｔ１…時刻
ｔ２…時刻

Claims (3)

1. 産業用制御装置であって、
   マイコンと、
   第１電圧の信号を出力する第１電圧供給部と、
   前記第１電圧とは異なる第２電圧の信号を出力する第２電圧供給部と、
   第１接続端子を有し、前記第１接続端子に第１入力デバイスが接続されることにより、前記第１電圧供給部と前記マイコンとを導通させる第１回路と、
   第２接続端子を有し、前記第２接続端子に第２入力デバイスが接続されることにより、前記第２電圧供給部と前記マイコンとを導通させる第２回路と、
   前記第１回路と前記第２回路とにそれぞれ電気的に接続され、前記第１回路からの入力信号と前記第２回路からの入力信号とを比較して、該比較の結果に応じた増幅率を示す増幅指示信号を出力する増幅指示回路と、
   前記第１回路に組み込まれ、前記増幅指示回路と電気的に接続され、前記増幅指示信号を入力すると、前記第１接続端子を介して前記第１電圧供給部から自身に入力される増幅前信号を、前記増幅指示信号が示す増幅率で増幅して前記マイコンに出力する電圧増幅器と、
   を備え、
   前記マイコンは、前記電圧増幅器から入力される信号の電圧値に応じて、前記第１入力デバイスの接続の有無と、前記第１回路と前記第２回路との短絡の発生と、を特定する動作特定部を有し、
   前記増幅指示回路は、前記増幅前信号が増幅された場合に前記第１入力デバイスの接続の有無を特定するための電圧範囲から外れた電圧値となるような前記増幅率を示す前記増幅指示信号を、前記比較の結果が一致である場合に前記電圧増幅器に出力する、
   産業用制御装置。
2. 請求項１に記載の産業用制御装置において、
   前記比較の結果が一致である場合の前記増幅率は、前記増幅前信号が増幅された場合に前記マイコンに入力される信号の電圧値が、前記比較の結果が不一致である場合の前記増幅率で前記増幅前信号を増幅した信号に対してノイズが混入した場合の電圧値範囲から外れた値となる増幅率である、
   産業用制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の産業用制御装置において、
   センサと、
   前記センサから出力される信号を入力して変換する入力モジュールと、
   前記入力モジュールにより変換された信号に応じた指示信号を生成するプログラマブルロジックコントローラと、
   前記プログラマブルロジックコントローラで生成された前記指示信号を、ロボットを制御するロボットコントローラに出力する出力モジュールと、
   を更に備え、
   前記第１入力デバイスと前記第２入力デバイスは、いずれも前記ロボットの動作を停止させるためのスイッチ装置であり、
   前記第１入力デバイスの接続の有無とは、前記スイッチ装置の操作の有無である、
   産業用制御装置。

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