JP2020160866A - 安全機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】汎用のPLCを用いずにISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器を提供する。【解決手段】安全機器10は、ISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器であって、負荷に対する電力の供給を許可または禁止する切換回路の故障を検出する故障検出回路103と、前記故障検出回路の故障検出に連動して故障検出出力を行なう故障検出出力回路104と、を1つのモジュールに内蔵したことを特徴とする。【選択図】図2
Description
本発明は、安全が確保されている状態において負荷に電力の供給を許可する安全機器に関する。
例えば特許文献1には、ISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器が開示されている。
カテゴリ2の安全機器は、入力機器および出力機器の故障を検出する故障検出回路(TE)、および故障を検出した場合に安全側に働く適切な制御出力を行う故障検出出力回路(OTE)、が必要である。
特許文献1の安全機器は、汎用のPLC(Programmable logic controller)を用いてTEおよびOTEを実現している。
特許文献1の安全機器は、リレーユニットとは別に汎用のPLCを備える。したがって、利用者は、予めPLCのプログラムを組む必要があり、かつプログラムの管理を行なう必要がある。
本発明の目的は、汎用のPLCを用いずにISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器を実現することである。
本発明の安全機器は、ISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器であって、負荷に対する電力の供給を許可または禁止する切換回路の故障を検出する故障検出回路と、前記故障検出回路の故障検出に連動して故障検出出力を行なう故障検出出力回路と、を1つのモジュールに内蔵したことを特徴とする。
本発明は、故障検出回路(TE)と、故障検出出力回路(OTE)とを1つのモジュールに内蔵したことにより、汎用のPLCを用いずにISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器を実現することができる。したがって、利用者は、PLCのプログラムを組む必要がなく、プログラムの管理を行なう必要もない。
なお、入力回路、論理回路、および出力回路は、別のモジュールであってもよいが、これら回路を1つのモジュールとして内蔵することで、より簡易な構成となる。
また、本発明の安全機器は、複数の切換回路(コンタクタ)を接続して、それぞれに出力信号を出力することもできる。さらに本発明の安全機器は、所定の時間差で出力信号を出力するオフディレイ回路を備えていてもよい。
また、本発明の安全機器は、他の安全機器からの故障検出結果に連動して、故障検出出力を行なってもよい。
この発明によれば、汎用のPLCを用いずにISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器を実現することができる。
図1は、安全回路の構成を示すブロック図である。安全回路は、リレーモジュール10、交流電源11、コンタクタ12、コンタクタ13、負荷14、ドアスイッチ15、および表示器16を備えている。リレーモジュール10は、本発明の安全機器の一例である。
ドアスイッチ15は、例えばインターロックスイッチである。ドアスイッチ15は、ドアの開閉により安全入力信号をリレーモジュール10に対して入力する。
コンタクタ12およびコンタクタ13は、交流電源11と負荷14との間の電力供給経路に挿入される。コンタクタ12およびコンタクタ13は、負荷14に対する電力の供給を許可または禁止する切換回路の一例である。負荷14は、例えばモータである。
リレーモジュール10は、ドアスイッチ15から受け付けた安全入力信号に基づいて生成された安全出力信号により、コンタクタ12をオンまたはオフする。リレーモジュール10がコンタクタ12をオンし、かつコンタクタ13をオンすると、交流電源11から負荷14への電力の供給が許可される。
また、リレーモジュール10は、ドアスイッチ15およびコンタクタ12の故障を検出する機能を有する。リレーモジュール10は、コンタクタ12またはドアスイッチ15の故障を検出した場合、故障検出出力を行なう。リレーモジュール10は、故障検出出力Y2により、コンタクタ13をオフする。コンタクタ13がオフになると、交流電源11から負荷14への電力の供給が停止する。これにより、リレーモジュール10は、ISO13849−1のカテゴリ2かつパフォーマンスレベルd(PLd)に準拠する安全機器となる。
また、リレーモジュール10は、表示器16に故障検出出力Y1を出力する。表示器16は、例えばLEDである。表示器16は、リレーモジュール10から故障検出出力を受け付けた場合に、LEDを点灯する。なお、リレーモジュール10は、コンタクタ13または表示器16の少なくともいずれかに故障検出出力を行なう。リレーモジュール10は、故障検出出力を表示器16にのみ行なう場合には、パフォーマンスレベルc(PLc)に準拠する。なお、故障検出出力は、LED等の表示器に出力する例に限らない。例えば、故障検出出力は、アラーム音を発するスピーカに出力してもよい。
図2は、リレーモジュール10の主要構成を示すブロック図である。リレーモジュール10は、安全入力・ロジック回路101、安全出力回路102、故障検出回路103、および故障検出出力回路104を備えている。
安全入力・ロジック回路101は、ドアスイッチ15から安全入力信号を受け付ける。また、安全入力・ロジック回路101は、スタート入力信号を受け付ける。スタート入力信号は、スイッチ(不図示)などから入力されてもよい。
安全出力回路102は、コンタクタ12に接続されている。安全出力回路102は、安全入力・ロジック回路101の動作に応じて、コンタクタ12をオンまたはオフする安全出力信号を出力する。
安全入力・ロジック回路101、安全出力回路102および故障検出回路103は、強制ガイド式リレーおよび論理回路により構成される。図3は、強制ガイド式リレーの回路図である。この例の強制ガイド式リレーは、3つのa接点および1つのb接点を有する。3つのa接点のうちa接点50は安全入力・ロジック回路101に、a接点51は安全出力回路102に、それぞれ挿入される。この例では、3つのa接点のうち1つは利用されない(NC)が、第二の安全出力回路の一部として利用されてもよい。また、1つのb接点52は故障検出回路103に挿入される。
図4は、コンタクタ12の主要部の構成を説明するための模式図である。コンタクタ12はa接点で構成され、交流電源11と負荷14との間の電力供給経路に挿入され、負荷14に対する電力の供給を許可または禁止する。また、コンタクタ12は別途b接点121を備える。b接点121は故障検出回路103に入力されることにより、リレーモジュール10はコンタクタ12の故障を検出することができる。
リレーモジュール10は、強制ガイド式リレーのb接点52およびコンタクタ12のb接点121がともに閉じており、ドアスイッチ15から安全入力信号が入力された状態で、スタート入力信号を受け付けることにより、強制ガイド式リレーが動作する。強制ガイド式リレーが動作すると、安全入力・ロジック回路101のa接点50および安全出力回路102のa接点51が閉じる。これにより、安全出力回路102は、ドアスイッチ15が閉じた状態でコンタクタ12をオンする。この様にして、安全出力回路102は、コンタクタ12をオンまたはオフして、負荷14に対して電力の供給を許可または禁止するための安全出力信号を出力する。また、安全入力・ロジック回路101は、安全出力回路102に対して安全出力信号を出力させるための入力指示を受け付ける入力回路として機能する。
一方、故障検出回路103のb接点52は、強制ガイド式リレーが動作することにより開く。図2および図4に示す様に、故障検出回路103のb接点52は、コンタクタ12のb接点121に接続されている。したがって、強制ガイド式リレーの動作後においてコンタクタ12で接点が溶着した場合、故障検出回路103の入力側は開状態となる。また、a接点50またはa接点51が溶着した場合も、b接点52が開状態となるため、故障検出回路103の入力側は開状態となる。故障検出回路103は、安全入力側が開状態かつ故障検出入力側が開状態となった場合に故障検出を行なう。
さらに、故障検出回路103は、ドアスイッチの開閉に応じたスイッチモニタ入力信号を受け付ける。故障検出回路103は、ドアスイッチ15が開いているにもかかわらず、安全入力信号が入力されていて、かつスイッチモニタ入力信号が入力されている場合に、ドアスイッチ15の故障を検出する。
そして、故障検出出力回路104は、故障検出回路103の故障検出に連動して故障検出出力を行なう。故障検出出力回路104は、表示器16に故障検出出力Y1を出力する。また、故障検出出力回路104は、コンタクタ13に故障検出出力Y2を出力する。
図5は、コンタクタ12に故障が生じた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。図5において、正常な状態では、ドアスイッチ15が閉じると、安全入力・ロジック回路101および安全出力回路102の出力はH信号となり、コンタクタ12はオンする。これにより、負荷14に電力が供給される。この時、故障検出入力はL信号となる。
また、正常な状態では、ドアスイッチ15が開くと、安全入力・ロジック回路101および安全出力回路の出力がL信号となり、コンタクタ12がオフする。正常な状態では、故障検出出力回路104の故障検出出力Y2は、H信号である。この時、故障検出入力はH信号に戻る。
ここで、仮にコンタクタ12で接点が溶着した場合、ドアスイッチ15が開いてもコンタクタ12はオンしたままになる。しかし、故障検出回路103は、コンタクタ12のb接点121に接続されている。したがって、故障検出回路103の入力側は開いたままとなり、L入力の状態が継続する。故障検出回路103は、所定時間T1が経過してもL入力の状態が継続すると、故障検出出力回路104に故障検出を通知する。故障検出出力回路104は、故障検出出力Y2をL出力として、コンタクタ13をオフする。
この様にして、リレーモジュール10は、ISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器の動作を実現する。本実施形態のリレーモジュール10は、汎用のPLCを用いずにカテゴリ2に準拠する安全機器の動作を実現している。したがって、利用者は、PLCのプログラムを組む必要がなく、プログラムの管理を行なう必要もない。また、本実施形態のリレーモジュール10は、汎用のPLCが不要であるため、省スペースである。さらに、利用者は、PLCに配線を行なう必要がない。したがって、配線が容易である。さらに、本実施形態のリレーモジュール10は、カテゴリ3およびカテゴリ4のリレーモジュールよりも安価に実現することができる。なお、本実施形態のリレーモジュール10は、安全入力・ロジック回路101、安全出力回路102、故障検出回路103、および故障検出出力回路104を1つのモジュールとして内蔵したが、例えば、リレーモジュール10は、故障検出回路103および故障検出出力回路104を1つのモジュールとして内蔵し、安全入力・ロジック回路101および安全出力回路102は別のモジュールであってもよい。ただし、リレーモジュール10は、これらを1つのモジュールとして内蔵することで、より簡易な構成となり、より省スペースとなる。また、利用者の管理する機器の数も低減できる。
図6は、ドアスイッチ15に故障が生じた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。正常な状態では、図5に示した動作と同様である。ここで、ドアスイッチ15の接点が溶着した場合、ドアスイッチ15が閉じたままとなるため、コンタクタ12はオンしたままになる。しかし、故障検出回路103は、ドアスイッチ15が閉じていてもスイッチモニタ信号を入力している場合に、故障検出を行なう。故障検出回路103は、所定時間T2が経過してもスイッチモニタ信号を入力している場合に、故障検出出力回路104に故障検出を通知する。故障検出出力回路104は、故障検出出力Y2をL出力として、コンタクタ13をオフする。
なお、上記の例では、入力機器としてインターロックスイッチであるドアスイッチ15を示したが、入力機器は、例えば強制開離型の非常停止スイッチであってもよい。
次に、図7は、変形例1に係る安全回路の構成を示すブロック図である。図1と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。変形例1に係る安全回路は、さらに、交流電源21、コンタクタ22、および負荷24を備えている。
コンタクタ22は、交流電源21と負荷24との間の電力供給経路に挿入され、負荷24に対する電力の供給を許可または禁止する切替回路の一例である。このように変形例1においては、切換回路は第1切換回路および第2切換回路を備えている。変形例1においては、コンタクタ12は、第1切換回路の一例であり、コンタクタ22は、第2切換回路の一例である。負荷24も、負荷14と同様に、例えばモータである。
リレーモジュール10は、ドアスイッチ15から受け付けた安全入力信号に基づいて、コンタクタ22をオンまたはオフする。リレーモジュール10がコンタクタ22をオンし、かつコンタクタ13をオンすると、交流電源21から負荷24への電力の供給が許可される。
また、リレーモジュール10は、コンタクタ22の故障を検出する機能を有する。リレーモジュール10は、コンタクタ22の故障を検出した場合も、故障検出出力を行なう。リレーモジュール10は、コンタクタ22の故障を検出した場合も、故障検出出力により、コンタクタ13をオフする。コンタクタ13がオフになると、交流電源21から負荷24への電力の供給が停止する。
図8は、変形例1に係るリレーモジュール10の主要構成を示すブロック図である。図2と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
図9は、変形例1に係るリレーモジュール10における強制ガイド式リレーの回路図である。この例の強制ガイド式リレーも、3つのa接点および1つのb接点を有する。3つのa接点のうちa接点50は安全入力・ロジック回路101に、a接点51およびa接点53は安全出力回路102において、安全入力−安全出力間に挿入され、この例では、a接点51はコンタクタ12、a接点53はコンタクタ22への安全出力間にそれぞれ挿入される。
コンタクタ22の主要部の構成は、図4に示したコンタクタ12と同様である。コンタクタ22もa接点で構成され、交流電源21と負荷24との間の電力供給経路に挿入され、負荷24に対する電力の供給を許可または禁止する。また、コンタクタ22は別途b接点221を備える。b接点221は故障検出回路103に入力されることにより、リレーモジュール10はコンタクタ22の故障を検出することができる。リレーモジュール10は、強制ガイド式リレーのb接点52、コンタクタ12のb接点121、コンタクタ22のb接点221がともに閉じており、ドアスイッチ15から安全入力信号が入力された状態で、スタート入力信号を受け付けることにより、強制ガイド式リレーが動作する。強制ガイド式リレーが動作すると、安全入力・ロジック回路101のa接点50、安全出力回路102のa接点51およびa接点53が閉じる。これにより、安全出力回路102は、ドアスイッチ15が閉じた状態でコンタクタ12およびコンタクタ22をオンする。この様にして、安全出力回路102は、コンタクタ12およびコンタクタ22をオンまたはオフして、負荷14に対して電力の供給を許可または禁止するための安全出力信号を出力する。また、安全入力・ロジック回路101は、安全出力回路102に対して安全出力信号を出力させるための入力指示を受け付ける入力回路として機能する。変形例1の構成によれば、1つのリレーモジュールで複数のコンタクタ12およびコンタクタ22のオン、オフ、および故障検出も行なうことができる。
図10は、変形例2に係る安全回路の構成を示すブロック図である。図1と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。変形例2に係る安全回路は、さらに、モータコントローラ18を備えている。モータコントローラ18は、交流電源11およびコンタクタ13の間に接続される。また、モータコントローラ18は、リレーモジュール10に接続される。
図11は、変形例2に係るリレーモジュール10の主要構成を示すブロック図である。図2と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。図11の例では、リレーモジュール10は、さらにオフディレイ回路105を備えている。
図12は、オフディレイ回路105を構成するための変形例2に係るリレーモジュール10における強制ガイド式リレーの回路図である。この例の強制ガイド式リレーも、3つのa接点および1つのb接点を有する。3つのa接点のうちa接点55は安全入力・ロジック回路101に、a接点61は安全出力回路102に、それぞれ挿入される。この例でも、3つのa接点のうち1つは利用されない(NC)。また、1つのb接点62は故障検出回路103に挿入される。
図13は、安全出力に対応する接点61に溶着が生じた場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。正常な状態では、ドアスイッチ15が閉じると、安全入力・ロジック回路101および安全出力回路102の出力はH信号となりモータコントローラ18をオンし、コンタクタ17をオンする。この時、故障検出入力はL信号となる。
そして、ドアスイッチ15が開くと、安全入力・ロジック回路101を通じて、安全出力回路102内のa接点51が開くことで、モータコントローラ18をオフし(即断)、負荷(例えばモータ)を減速させる。一方で、オフディレイ回路105は、ドアスイッチ15が開くと、所定の遅延時間T3の経過後に、a接点61を開く。したがって、コンタクタ17は、モータコントローラ18よりも遅延時間T3の時間差でオフされ、故障検出入力はH信号に戻る。
ここで、オフディレイ側の出力に対応するa接点61が溶着すると、ドアスイッチ15が開いてもオフディレイ側の安全出力はオンしたままになる。a接点61が溶着するとb接点62が開いたままとなる。したがって、故障検出回路103の入力側は開いたままとなり、L入力の状態が継続する。故障検出回路103は、所定時間T4が経過してもL入力の状態が継続すると、故障検出出力回路104に故障検出を通知する。故障検出出力回路104は、故障検出出力Y2をL出力として、コンタクタ13をオフする。
変形例2係るリレーモジュール10は、オフディレイ回路105による遅延出力についても、強制ガイド式リレーを用いている。したがって、1つのリレーモジュール10により、即断およびオフディレイの両方の動作を実現している。したがって、この場合も、利用者は、プログラムを組む必要がない。
また、変形例2に係るリレーモジュール10は、モータコントローラ18に対して第1出力信号を出力し、コンタクタ17に対して第2出力信号を出力したが、さらに多数のコンタクタを接続してさらに多数の出力信号(例えば第3出力信号)を出力してもよい。
次に、図14は、変形例3に係るリレーモジュール10の主要構成を示すブロック図である。図2と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。リレーモジュール10は、さらにリセット入力部171を備えている。リセット入力部171は、故障検出回路103および故障検出出力回路104に接続されている。
変形例3に係る故障検出出力回路104は、自己保持回路を有する。したがって、故障検出出力回路104は、故障検出出力を行なった場合に、その状態を保持し続ける。リセット入力部171は、利用者がリセットスイッチ(不図示)を押した場合に、故障検出出力回路104に対して故障リセット信号を入力する。
図15は、ドアスイッチ15に故障が生じ、かつその後に故障が除去された場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。ドアスイッチ15が故障した場合の動作は、図5に示した動作と同様である。
この時、ドアスイッチ15の故障が除去された場合であっても、故障検出出力回路104は、自己保持回路により、故障検出出力Y2をL出力で維持する。ここで故障検出回路からの信号と、利用者がリセットスイッチ(不図示)からの故障リセット入力信号をリセット入力部171が受け付けると、リセット入力部171は、故障検出出力回路104に対してリセット信号を生成する。故障検出出力回路104は、リセット信号が入力されると、故障検出出力Y2をH出力に戻す。したがって、変形例3に係るリレーモジュール10は、利用者が故障を除去したと判断してリセットの指示を行なった場合に、負荷に電力を供給できる状態となる。
図16は、変形例4に係る安全回路の構成を示すブロック図である。図1と共通する構成は同一の符号を付し、説明を省略する。変形例4に係る安全回路は、さらに、交流電源71、コンタクタ72、負荷74、ドアスイッチ75、およびリレーモジュール76を備えている。
コンタクタ72は、交流電源71と負荷74との間の電力供給経路に挿入される。コンタクタ72は、負荷74に対する電力の供給を許可または禁止する。負荷74も、例えばモータである。
リレーモジュール76は、ドアスイッチ75から受け付けた安全入力信号に基づいて、コンタクタ72をオンまたはオフする。リレーモジュール76がコンタクタ72をオンし、かつリレーモジュール10がコンタクタ13をオンすると、交流電源71から負荷74への電力の供給が許可される。
また、リレーモジュール76は、ドアスイッチ75またはコンタクタ72の故障を検出する機能を有する。リレーモジュール76は、ドアスイッチ75またはコンタクタ72の故障を検出した場合に、リレーモジュール10に対して故障検出出力を行なう。すなわち、リレーモジュール76は、第2故障検出回路の一例である。変形例4においては、リレーモジュール10は、第1故障検出回路の一例である。
図17に示す様に、故障検出出力回路104は、リレーモジュール76から故障検出を受け付けた場合にも、故障検出出力Y2により、コンタクタ13をオフする。コンタクタ13がオフになると、交流電源11および交流電源71から負荷14および負荷74への電力の供給が停止する。
この様に、故障検出出力回路104は、第1故障検出回路であるリレーモジュール10の故障検出回路103、または第2故障検出回路であるリレーモジュール76の少なくともいずれか1の故障検出に連動して、故障検出出力を行なう。
なお、本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、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、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び技術的範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10,76…リレーモジュール
11,21,71…交流電源
12,13,17,22,72…コンタクタ
14,24,74…負荷
15,75…ドアスイッチ
16…表示器
18…モータコントローラ
101…安全入力・ロジック回路
102…安全出力回路
103…故障検出回路
104…故障検出出力回路
105…オフディレイ回路
171…リセット入力部
11,21,71…交流電源
12,13,17,22,72…コンタクタ
14,24,74…負荷
15,75…ドアスイッチ
16…表示器
18…モータコントローラ
101…安全入力・ロジック回路
102…安全出力回路
103…故障検出回路
104…故障検出出力回路
105…オフディレイ回路
171…リセット入力部
Claims (6)
- ISO13849−1のカテゴリ2に準拠する安全機器であって、
負荷に対する電力の供給を許可または禁止する切換回路の故障を検出する故障検出回路と、
前記故障検出回路の故障検出に連動して故障検出出力を行なう故障検出出力回路と、
を1つのモジュールに内蔵したことを特徴とする安全機器。 - 前記切換回路に電力の供給を許可または禁止するための出力信号を出力する出力回路と、
前記出力回路に対して前記出力信号を出力させるための入力指示を受け付ける入力回路と、
を前記1つのモジュールに内蔵した請求項1に記載の安全機器。 - 前記切換回路は、第1切換回路および第2切換回路を備え、
前記出力回路は、前記電力の供給を許可または禁止するための第1出力信号および第2出力信号を、それぞれ前記第1切換回路および前記第2切換回路に対して出力する、
請求項2に記載の安全機器。 - 前記出力回路に対して、前記第1出力信号および前記第2出力信号を、それぞれ所定の時間差で出力させるオフディレイ回路を前記1つのモジュールにさらに内蔵した、
請求項3に記載の安全機器。 - 前記切換回路は、第1切換回路および第2切換回路を備え、
故障検出回路は、前記第1切換回路の故障を検出する第1故障検出回路および前記第2切換回路の故障を検出する第2故障検出回路を備え、
前記故障検出出力回路は、前記第1故障検出回路または前記第2故障検出回路の少なくともいずれか1の故障検出に連動して、前記故障検出出力を行なう、
請求項1または請求項2に記載の安全機器。 - リセット入力部を備え、
前記故障検出出力回路は、前記リセット入力部によるリセット入力がなされるまで前記故障検出出力を保持する、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の安全機器。
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